PM2.5控制技術(shù)關(guān)鍵性問題分析與解決的辦法—,PM2.5監(jiān)測問題在中國，pm2.5的過度排放威脅著人們的健康，并對社會(huì)造成了大量的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。迫于公眾和國際委員會(huì)的壓力，中國于2012年3月出臺(tái)了關(guān)于pm2.5的排放標(biāo)準(zhǔn)。隨著這則標(biāo)準(zhǔn)的引入，若干試驗(yàn)性城市開始構(gòu)建pm2.5的監(jiān)測體系。Pm2.5監(jiān)測是必要的，它幫助政府和公眾監(jiān)測污染水平，監(jiān)督當(dāng)?shù)豴m2.5標(biāo)準(zhǔn)的適應(yīng)性。促進(jìn)有效進(jìn)程的關(guān)鍵步驟在分析中討論。細(xì)粒子物質(zhì)的監(jiān)測設(shè)置了細(xì)粒子限值以后，檢驗(yàn)當(dāng)?shù)豴m2.5排放是否與標(biāo)準(zhǔn)相悖的一種方法是檢測當(dāng)?shù)豴m2.5濃度水平。在這個(gè)部分當(dāng)中，廣泛用于監(jiān)測pm2.5的檢測技術(shù)的方法已被熱烈討論。就當(dāng)前來說，所有pm2.5監(jiān)測方法都是由美國和歐洲發(fā)明的。目前中國無法發(fā)明自己的檢測方法歸因于知識(shí)經(jīng)驗(yàn)等的缺乏，當(dāng)然也包括其他因素。當(dāng)前，中國可獲得檢測工具，是國外品牌比如metone和apl的復(fù)制。詳細(xì)的討論在2.5.6，致力于討論pm2.5的檢測能力。設(shè)置對pm2.5的監(jiān)測是十分必要的，但不是充分條件，對于建立精確的當(dāng)?shù)豴m2.5污染準(zhǔn)則來說。一個(gè)完善的pm2.5監(jiān)測體系是被需要的。建立pm2.5監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)包括選址，站點(diǎn)建設(shè)，個(gè)人培訓(xùn)等，這些細(xì)節(jié)在2.6章節(jié)部分介紹討論。最后，盡管監(jiān)測環(huán)節(jié)和監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的建立對于獲取精確數(shù)據(jù)來說至關(guān)重要，但是仍然存在很多重要的元素，這些元素影響著數(shù)據(jù)的質(zhì)量跟正確性干預(yù)。這些經(jīng)常被遺忘，但是包括：時(shí)間分辨率（時(shí)間間隔來測量pm2.5的濃度）對一個(gè)特定種類的微粒物質(zhì)在質(zhì)量確定方面嚴(yán)格技術(shù)規(guī)則和質(zhì)量控制對收集數(shù)據(jù)的復(fù)雜科學(xué)性細(xì)粒子物質(zhì)的排放政策監(jiān)測不是制定標(biāo)準(zhǔn)的目的，也不是為了實(shí)現(xiàn)降低pm2.5污染水平的終極目標(biāo)的唯一方法，盡管監(jiān)測對于支持政府控制pm2.5排放是至關(guān)重要的，控制排放源是到到標(biāo)準(zhǔn)和保護(hù)健康和環(huán)境最有效的方式。初級政策（工業(yè)排放控制和機(jī)動(dòng)車排放控制）是采用的美國和歐盟的，他們也建議中國控制pm2.5排放的控制，然而修訂更加適合中國的環(huán)境（政策聚焦于經(jīng)濟(jì)發(fā)展）另外兩個(gè)建議目的是來加強(qiáng)中國標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)行的：公眾參與和教育，利用外部國外的積極地影響，和國外對于中國空氣質(zhì)量的關(guān)心。打個(gè)比方說，推動(dòng)中國政府更新的是“空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)”這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是從北京的美國大使館，這個(gè)大使館發(fā)布了pm2.5的數(shù)據(jù)，NGOS，他幫助宣傳有關(guān)pm2.5的信息，這些信息建立在委員會(huì)之上。細(xì)粒子物質(zhì)的尺寸對于對細(xì)粒子下定義來說，細(xì)粒子的尺寸是最基本的參數(shù)。因?yàn)轭w粒物通常沒有標(biāo)準(zhǔn)的尺寸和形狀，因此測量它的大小極具挑戰(zhàn)性。實(shí)際上，這些不規(guī)則形狀的尺寸通過當(dāng)量直接來表達(dá)。用來表述細(xì)粒子直徑的有4種當(dāng)量直徑。a空氣當(dāng)量學(xué)直徑被定義為單元密度的球形顆粒，具有相同沉降速度如所討論的顆粒。b擴(kuò)散直徑為單位密度的具有相同速率的顆粒，如同問題中所討論的顆粒直徑。C斯托克斯直徑被定義為具有相同密度和球狀粒子，沉降速度如所討論的直徑。D光學(xué)直徑是校準(zhǔn)微粒具有相同的直徑響應(yīng)在儀器通過他們的相互作用與光檢測粒子。已采取的當(dāng)量直徑的概念取決于最初的測量工具?？諝鈩?dòng)力學(xué)當(dāng)量測量撞擊采用空氣動(dòng)力學(xué)原理，除去上述由一定大小的空氣流中的空氣迫使空氣，以制造一個(gè)急彎。撞擊被廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測和環(huán)境研究領(lǐng)域。因此在這篇論文當(dāng)中，采用空氣動(dòng)力學(xué)直徑方法來描述粒度。一般而言，顆粒物尺寸由其形成的過程和后續(xù)的物理化學(xué)反應(yīng)中的氣氛確定。最廣泛熟悉和討論的顆粒物為可吸入顆粒物，PM2.5也被稱為細(xì)粒子，因?yàn)樗羌s人的頭發(fā)的三十分之一的大小，PM1也稱為蓄積模式的大小。這些細(xì)粒子直徑分別不小于10微米，2.5微米和1微米。然而，最近有一新興的在超細(xì)顆粒物的利益，粗略的定義為具有空氣當(dāng)量學(xué)直徑不大于100納米。一個(gè)pm10粒子具有近似100萬個(gè)pm0.1的粒子的質(zhì)量大小°Pm0.1的典型來源是現(xiàn)代柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的排放。測量容量(納米技術(shù))來檢測pm0.1和更近pm0.1的健康風(fēng)險(xiǎn)評估仍然是非常早期的階段。因此，PM0.1不像其他粒子(PM1,PM2.5,PM10)那樣被廣泛的討論。微細(xì)粒子的尺寸大小對他們的物理化學(xué)性質(zhì)有很大的影響，對人類健康的影響和環(huán)境影響也是很有決定作用。PM10帶來的主要健康問題是影響呼吸系統(tǒng)，對肺部組織有害，癌癥還有猝死。更小的小于pm2.5的顆粒對健康有著更加嚴(yán)重的危害，因?yàn)楸容^大的粒子比如pm10可以很自然的被拿出體外，而小的細(xì)粒子則會(huì)留在身體內(nèi)部更長時(shí)間。Pm2.5對于健康來說則是更大的威脅，因?yàn)樗叽缣?，?huì)侵入呼吸系統(tǒng)和組織器官更深處一些，因此會(huì)造成更多的傷害。更多有關(guān)pm2.5來源，對環(huán)境和人體健康的影響等細(xì)節(jié)將在一下章節(jié)中討論。PM1對人體的危害是十分巨大的，因?yàn)樗苋菀兹肭值饺梭w的呼吸系統(tǒng)和循環(huán)系統(tǒng)中，反過來對人體的健康造成影響。這些微細(xì)粒子有很大的可能深入肺部組織，并且引起相應(yīng)的健康問題。一些研究表明，百分之70到80的有毒元素，比如鈣，砷，鎳等，還有多環(huán)芳烴等，在PM1中被發(fā)現(xiàn)，PM1為PM2.5的構(gòu)成做出了很大的貢獻(xiàn)，有時(shí)候甚至可以到達(dá)百分之70.對于一些健康問題，pm1與pm2.5相比，是更好的指示器。然而，至今仍然沒有pm1的相關(guān)規(guī)則。同樣的，PM0.1是十分微小并且可以穿過細(xì)胞組織并且到達(dá)組織器官，比如大腦。另外，PM0.1是被認(rèn)為攜帶苯系物的組分，這對人體的健康造成了很大的威脅，因?yàn)樗銐蛐】梢缘竭_(dá)人體最深處的組織和大腦等其他器官之中。然而，中國至今沒有關(guān)于PM0.1的規(guī)則，而且PM0.1帶來的健康問題的研究在中國也是近幾年才開展的。因此，PM0.1的監(jiān)測在中國并不流行?？偨Y(jié)來說，顆粒物大小對于研究其在大氣中的行為來說至關(guān)重要。因此，是研究顆粒物從大氣環(huán)境中的移除的關(guān)鍵參數(shù)。為了有效的減少或者消除污染，了解哪種顆粒物對環(huán)境造成雙污染是十分必要的。一旦被了解，檢測者可以測量尺寸并且使得研究者做出有關(guān)污染源研究，這些研究是分析污染源并且決定每個(gè)污染源對污染的貢獻(xiàn)。利用這些信息，政府和其他部門可以制定相應(yīng)的計(jì)劃來控制和減少細(xì)粒子的排放，如上述討論問題中所述。二,PM2.5控制技術(shù)PM2.5污染已經(jīng)成為我國非常突出的大氣環(huán)境污染問題，目前已引起政府及民眾的廣泛重視，并相繼研究和開發(fā)出了PM2.5的檢測設(shè)備、測試系統(tǒng)和控制技術(shù)。這方面我國雖然起步較晚，但也做了許多相關(guān)工作，實(shí)施了控制大氣環(huán)境污染的多項(xiàng)措施，嚴(yán)格了大氣污染物排放濃度限值以及除塵設(shè)備的排放標(biāo)準(zhǔn)，并研開發(fā)新的技術(shù)設(shè)備。除塵器作為控制顆粒污染的重要手段之一，由于其自身局限傳統(tǒng)方式已經(jīng)無法有效實(shí)現(xiàn)對PM2.5的控制。從ESP排放出來數(shù)量最多的就是0.2?2pm的細(xì)顆粒。FF也是這樣，無論其效率多高，排放的顆粒物絕大部分都小于2.5pm。因此在沒有新的高效收集PM2.5的技術(shù)情況下，要減少PM2.5的排放，必須進(jìn)一步提高現(xiàn)有除塵器的除塵效率，并相應(yīng)減少微細(xì)顆粒的排放。由于微細(xì)顆粒荷電困難、穿透力強(qiáng)，尤其是在高溫燃燒、冶煉的過程中，以硫或氮的氧化物出現(xiàn)的PM2.5及金屬氣化、冷凝形成的粒子，用現(xiàn)有的高效除塵器也很難收集。對現(xiàn)有的除塵技術(shù)進(jìn)行評估后發(fā)現(xiàn)，相對實(shí)用高效且經(jīng)濟(jì)可行的控制PM2.5的技術(shù)主要是：濕式電除塵器、凝并器和電-袋混合式除塵器。3.1濕電除塵濕式電除塵器是一種用來處理含濕氣體的高壓靜電除塵設(shè)備，主要用來除去含濕氣體中的塵、酸霧、水滴、氣溶膠、臭味、PM2.5等有害物質(zhì)，是治理大氣粉塵污染的理想設(shè)備。濕式電除塵器擁有捕集微細(xì)粉塵的功能，對微細(xì)、潮濕、黏性或高比電阻粉塵的捕集效果都很理想，特別對于PM2.5有較好的捕集效果。濕式電除塵器不存在粉塵收集后的再飛揚(yáng)的問題，這是因?yàn)楸徊都姆蹓m和水之間有黏著力的結(jié)果。由于濕式電除塵器能提供幾倍于干式電除塵器的電暈功率，這就大大提高了對PM2.5的捕集效率，濕式電除塵器通過對流冷卻降低煙氣溫度、促進(jìn)冷凝，也能對酸霧進(jìn)行捕集。濕式電除塵器有幾種結(jié)構(gòu)形式，一種是使用耐腐蝕導(dǎo)電材料（可以為導(dǎo)電性能優(yōu)良的的非金屬材料或具有耐腐蝕特性的金屬材料）做集塵極，一種是用通過噴水或溢流水形成導(dǎo)電水膜不導(dǎo)電的非金屬材料做集塵極。濕式電除塵器還可分為橫流式（臥式）和豎流式（立式），橫流式多為板式結(jié)構(gòu)，氣體流向?yàn)樗椒较蜻M(jìn)出，結(jié)構(gòu)類似干式電除塵器；豎流式多為管式機(jī)構(gòu)，氣體流向?yàn)榇怪狈较蜻M(jìn)出。一般來講，同等通氣截面積情況下豎流式濕式電除塵器效率為橫流式的2倍。濕式電除塵器收集粉塵的機(jī)理與干式電除塵器的機(jī)理基本一樣，都是靠高壓電暈放電使得粉塵荷電，荷電后的粉塵在電場力的作用下到達(dá)到集塵板。干式電收塵器主要處理含水很低的干氣體，濕式電除塵器主要處理含水較高乃至飽和的濕氣體。濕式電除塵器與干式電除塵器的差別是收集粉塵后的清灰方式：干式電除塵器是通過錘擊振打清灰使粉塵脫離電極，而濕式電除塵器則是通過水沖洗電極使粉塵剝離。濕電除塵相比干式電除塵有許多優(yōu)點(diǎn)：收集粉塵不會(huì)受到粉塵比電阻的限制；清灰時(shí)，粉塵不會(huì)產(chǎn)生二次飛揚(yáng)的問題；對可吸入性粉塵（PM2.5）顆粒的去除效率十分可觀；沒有運(yùn)轉(zhuǎn)部件，設(shè)備可靠性好。濕式電除塵器收塵性能與粉塵特性無關(guān)，適用于含濕煙氣的處理，尤其適用在電廠、鋼廠濕法脫硫之后含塵煙氣的處理上，后但設(shè)備投資費(fèi)用較高，且需與其它除塵設(shè)備配套使用，其投資技術(shù)經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)行成本要從整體進(jìn)行評價(jià)。濕式電除塵器在處理燃煤鍋爐煙氣時(shí)能高效收集PM2.5,但實(shí)際應(yīng)用于燃煤煙氣細(xì)微顆粒物控制還需要解決以下問題：處理的煙氣量較大，電極壽命長短需要考慮在內(nèi)；采用噴水或溢流水等方式使集塵極表面形成導(dǎo)電膜的裝置存在著腐蝕、污泥和污水的處理問題，煙塵都含有不同程度的腐蝕性，材料要選擇得當(dāng)噴嘴要防止磨漏，同時(shí)又要避免堵塞；電極上要避免粉塵堆積結(jié)垢。濕電除塵器有待進(jìn)一步研究和發(fā)展。3.2電凝并微細(xì)顆粒通過不同的方式相對運(yùn)動(dòng)，彼此間發(fā)生碰撞接觸結(jié)合成為較大顆粒的過程稱為凝并。在一些特定條件下，凝并對除塵設(shè)備有著重要的意義，因?yàn)樾☆w粒凝并成大顆粒后，更容易被除塵器捕集，可以節(jié)省能源，也可以減少設(shè)備的投資。凝并技術(shù)有機(jī)械、化學(xué)、聲學(xué)和靜電技術(shù)，其中靜電凝并已取得實(shí)用成果。凝并技術(shù)是收集微細(xì)顆粒物的一種有效方法。凝并是指微細(xì)顆粒通過物理或化學(xué)的途徑互相接觸而結(jié)合成較大的顆粒的過程。凝并可以作為除塵的預(yù)處理階段，使小顆粒長大，再利用靜電除塵設(shè)備加以收集，可以大大提高收塵效率。電凝并主要有三個(gè)方面：異極性荷電粉塵在恒定電場中的凝并；同極性荷電粉塵在交變電場中的凝并；異極性荷電粉塵在交變電場中的凝并。異極性荷電粉塵在恒定電場中的凝并是指粉塵在預(yù)荷電區(qū)荷以異極性電荷后，引入到加高壓恒定電場的凝并區(qū)，使得異極性粒子在相對運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生電凝并。同極性荷電粉塵在交變電場中的凝并是指粉塵在預(yù)荷電區(qū)以同極性電荷后，引入到加有交流高壓電場的凝并區(qū)，荷電塵粒在交變電場的作用下產(chǎn)生往復(fù)振動(dòng)，由于粒子間的相對運(yùn)動(dòng)或速度差，使得粒子相互凝并。異極性荷電粉塵在交變電場中的凝并是粉塵在預(yù)荷電區(qū)荷以異極性電荷后引入加有交變強(qiáng)電場的凝并區(qū)。其中異極性預(yù)荷電方式加快了異極性荷電粉塵在交變電場中的相對運(yùn)動(dòng)，有利于荷電粉塵的相互吸引、碰撞、凝并。其中，異極性荷電粉塵在交變電場中的凝并是這幾種方法中能提高電凝并速率的比較有效的方法。粉塵在預(yù)荷電區(qū)荷以異極性電荷后，引入到加有高壓電場的凝并區(qū)中，荷電塵粒在交變電場力作用下產(chǎn)生往復(fù)振動(dòng)，由于顆粒間的相對運(yùn)動(dòng)或速度差，以及異性電荷的相互吸力，使得粒子相互碰撞、吸收、凝并，最后在收塵區(qū)被捕集下來。這種電除塵方式具有更高的除塵效率，能夠高效捕集亞微米顆粒，具有很好的發(fā)展前景。3.3電袋除塵電除塵器的收塵過程中，煙塵顆粒的凝并，尤其是亞微米粒子的凝并，直接影響除塵器的效率，人為電場給微細(xì)粒子造成凝并的條件是電除塵過程中一個(gè)特殊現(xiàn)象。20世紀(jì)70年代，我國某研究所曾進(jìn)行過高壓交流電場的粉塵凝并試驗(yàn)，之后又進(jìn)行預(yù)荷電袋除塵器一體化的試驗(yàn)，其目的是為了提高除塵效率，減少微細(xì)粉塵的排放，但該試驗(yàn)只進(jìn)行到半工業(yè)性的試驗(yàn)階段。電袋復(fù)合式除塵器是通過電除塵器與布袋除塵器有機(jī)結(jié)合的一種新型的高效除塵器，它充分發(fā)揮電除塵器和布袋除塵器各自的除塵優(yōu)勢，以及兩者相結(jié)合產(chǎn)生新的性能優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)了電除塵器和布袋除塵器的除塵缺點(diǎn)。該復(fù)合型除塵器效率高，穩(wěn)定，濾袋阻力低，壽命長，占地面積小等優(yōu)點(diǎn)。前級電除塵區(qū)秉承了電除塵器第一電場的除塵優(yōu)勢，其除塵效率與極板有效面積呈指數(shù)曲線變化，能收集煙塵中大部分粉塵，收塵效率達(dá)70-80%，并使流經(jīng)電除塵區(qū)未被收集下的微細(xì)粉塵電離荷電。一方面大大降低進(jìn)入布袋除塵器區(qū)含塵濃度，另一方面荷電后的粉塵在濾袋沉積的粉餅呈低阻特性，從而即達(dá)到排放濃度小于50mg/Nm3的環(huán)保要求，又提高了除塵器整體性能的功效。電袋復(fù)合除塵器相比傳統(tǒng)的電除塵器和袋式除塵器有以下優(yōu)點(diǎn)：合理運(yùn)用電除塵器和布袋除塵器各自的除塵優(yōu)點(diǎn)，以及兩者相結(jié)合產(chǎn)生新的功能，能充分克服電除塵和布袋除塵的除塵缺點(diǎn)；除塵效率不受煤種、煙氣特性、飛灰比電阻影響，可以長期保持高效、穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行；運(yùn)行阻力低，濾袋清灰周期時(shí)間長，具有節(jié)能功效電袋復(fù)合式除塵器濾袋的粉塵負(fù)荷量小，再加上粉塵荷電效應(yīng)作用，因此濾袋形成的粉塵層對氣流的阻力小，易于清灰，大大降低設(shè)備的運(yùn)