颗粒污染物

2024-05-27

颗粒污染物（精选十篇）

颗粒污染物篇1

近年来随着我国中东部地区大规模雾霾天气的频繁出现, 使得大气颗粒污染物成为最受人们关注的研究对象之一。大气颗粒污染物又可称为气溶胶, 主要指悬浮并均匀分散在大气中的固体或者液体颗粒, 具有来源众多、成分复杂及地区性强等特点。其中粒径小于2.5μm (PM2.5) 的细颗粒污染物由于其粒径较小, 不仅可以直接进入人体的肺部引发疾病, 而且对于可见光具有更强的消光作用, 因此危害往往更大。

实现大气颗粒污染物, 尤其是细颗粒污染物的有效防治和削减, 首先需要对颗粒物的来源进行解析和判别, 并在此基础上分别对各污染源对区域大气颗粒物的贡献值进行定量计算, 这就是大气颗粒污染物的源解析。通过源解析技术可以较为准确的了解区域内的各类污染源对大气颗粒物污染的贡献程度, 对产业结构的科学决策及环境污染防治措施的制定都有积极的指导和参考意义。

1 源解析技术的研究现状

1.1 源解析技术的发展历程

人们对于源解析技术的研究始于以污染源排放为主要研究对象的扩散模型。扩散模型是一种以得到广泛应用的稳态封闭性高斯扩散方程[1]为核心, 并结合据统计学基础理论中的正态分布理论建立的正态烟流模型。扩散模型通过以污染源排放资料为基础进行污染物空间分布的估算, 来判断各种源对于目标区域内大气环境的污染的贡献, 它对于小尺度区域内有组织的工业烟尘及粉尘源同区域大气颗粒物浓度间响应关系的建立有较好的效果。但其需要收集较为详细的污染源的排放资料、气象资料、地形数据以及粒子在扩散输运过程中的主要特征参数[2]。因此在面对较大尺度范围或无组织开放源问题时, 这些参数的取得及其规律性的把握为扩散模型的实际应用带来很大的困难。

鉴于扩散模型的这些不足, 研究者的目光逐步由排放源转移到了受体 (即局部大气环境) 上, 通过对采样点收集的大气颗粒物样品进行分析进而反追踪所采集大气颗粒污染物可能的污染源。以此为基础建立的定量的数学模型即为受体模型。与扩散模型相比, 受体模型在源解析方面具有明显的优势, 可以避开气象地形数据的收集以及颗粒物在大气中输运的主要特征参数的选取等复杂问题, 直接通过分析样品主要成分及含量, 即可利用相应的数学模型给出解析的结果。20世纪70年代, Blifford和Mceker[3]首先建立了以受体为研究对象的数学模型。经过逾30年的发展, 受体模型已经成为目前应用最广泛的源解析方法。发展出了显微法、物理法及化学法等多种技术方法。

1.2 源解析的物理方法

源解析的物理方法主要有两种, 即X射线衍射 (XRD) 法和轨线分析法 (Trajectory Analysis) , 其主要原理是利用XRD确定颗粒物中的物相组成, 根据物相组成及相关资料来分析、推断颗粒物的可能来源。

1.3 显微法

显微法的实质是利用显微镜对颗粒污染物的大小、形貌等表面特征进行分析, 以判断其可能的排放源。根据仪器的不同可分为光学显微镜法 (OM) 、电子扫描显微镜法 (SEM) 以及计算机控制电子扫描显微镜法 (CC-SEM) 等。该法的基础是某些污染源排放的大气颗粒污染物往往具有特定的形态特征。如由燃煤锅炉等以煤为主要燃料的污染源排放的颗粒物大多呈球状, 表面光滑且多为灰褐色, 通常可以检测到Pe, Al, S, Si等元素;由燃油锅炉及机动车等燃油污染源排放的颗粒物则多为黑色的海绵状颗粒, 表面凹凸不平, 通常含有Si, V, Pb, S等元素[4]。显微法的优点是直观, 简便, 但其需要建立庞大的显微清单源数据库, 而且分析时间长, 费用昂贵, 通常适用于定性或半定量分析。

1.4 化学法

化学法实质上是化学与数学统计学相结合的方法, 以质量守恒为基本假设, 其基本原理是由受体采集的大气颗粒污染物样品的特征值 (如浓度、组成等) 可以由受体区域内对大气颗粒污染物贡献值不为零的各污染源排放时的相应特征值利用线性叠加表示。

1.4.1 化学质量平衡法

化学质量平衡法在1972年首次由Miller, Friedlander和Hidy等人[5]提出, 1980年由Cooper和Watson正式命名为化学质量平衡法。由该法建立起来的CMB模型是目前实际工作中研究最多、应用最广的受体模型。

化学质量平衡法有四个基本前提:1) 不同类型污染源排放的颗粒污染物的化学组分存在显著不同;2) 不同类型的污染源排放的颗粒污染物间不存在相互影响, 且其具有相对稳定的化学组成;3) 不同类型污染源排放的颗粒污染物成分谱间呈线性无关, 且其在由排放处至受体样品采集处的扩散输运过程中基本不发生变化;4) 排放颗粒污染物的污染源类型的数目不大于颗粒污染物化学组分的数目。

根据以上假设则有关系式:

其中, C为受体区域内样品采集点测得的颗粒污染物的质量浓度, μg/m3;Sj为不同类型的污染源对受体的浓度贡献, μg/m3;j为污染源类型的数量, j=1, 2, …, J。

设采集的颗粒物样品中某组分i的质量浓度为Ci, 可将式 (1) 变为:

其中, C为采集的颗粒污染物中组分i的质量浓度值, μg/m3;Fij为来自第j种污染源的颗粒污染物中组分i的百分比, %;Sj为来自第j种污染源浓度贡献, μg/m3。

有且仅有i≥j时, 上述方程组的解为正值, 则源类j的贡献率为:

化学质量平衡法在计算污染源对颗粒物贡献率方面非常有用。美国EPA将CMB法定为区域环境污染评价的重要方法之一, 并逐步进行完善。国内对于化学质量平衡法的研究和应用也较多。2006年, 张勇等人对安阳市进行了大气颗粒污染物的采集和分析, 主要对所采集颗粒污染物中的多环芳烃进行了化学质量平衡法的源解析计算, 并据此对安阳市大气颗粒物中多环芳烃有主要贡献的污染源类型进行了判断, 同时对相应污染源建立了成分谱[6]。陈添等人也利用化学质量平衡法对2006年北京市的PM10大气污染物进行了研究, 结果表明土壤层是北京市市区PM10大气污染物的最主要来源[7]。

化学质量平衡法的局限性表现在必须知道污染源的排放成分谱。此外, 颗粒物从污染源到采样点间的输运扩散过程中可能发生化学反应导致颗粒物的浓度发生变化, 进而对污染源贡献的判断造成干扰。因此, 颗粒物中的污染源标志性成分在扩散输运过程中不发生化学反应是使用化学质量平衡法进行源解析计算的一个重要前提。

1.4.2 因子分析法

因子分析法是一种多元统计分析方法, 最先由Blifford等人提出[3], 并利用它先后对美国30多个城市的大气颗粒物进行了采集和源解析分析, 取得了较为理想的结果。

因子分析法的核心思路是概化主要变量间关系, 减少变量维数, 通过简化和拟合, 将各种复杂的变量归结为少数综合因子, 通过负载系数体现各个变量与综合因子间的相关性大小, 进而利用较少的变量来分析解决全局问题。因此其基础是污染源相关的各变量间的相关性和对系统无主要影响的次要信息的简化。

其有三个基本假设:

1) 颗粒物在由排放源扩散输运到样品采集点途中不发生质量变化, 遵从质量守恒原则;

2) 颗粒物中的某化学组分i的含量是对受体颗粒物有贡献的n个污染源贡献的线性组合;

3) 不同类型污染源对受体颗粒物中的化学组分i的贡献值 (因子载荷aij) 存在明显的差别。

根据以上假设有数学表达式:

其中, Xij为组分i在样品j中的浓度, μg/m3;ain为组分i在污染源n排放物中的含量, %;fnj为样品j中由污染源n贡献的质量浓度, μg/m3;ui为仅有单一污染源排放组分i时的质量浓度, μg/m3;di为该单一污染源的系数, μg/mg;εi为测定组分i含量时各种误差;m为因子数目。

用矩阵形式可将式 (4) 表达为:

因子分析法在解决污染源排放成分谱不完全清楚时的源解析问题时具有较为明显的优势, 其对排放源的数量和排放结构等基本信息依赖性较低, 且对同一污染源排放的各组分在输运过程中的相关性没有要求。因此在面对污染源的基本排放信息不完全的情况时更加实用。此外, 因子分析法的各变量概化和归结过程中不仅包括常规浓度参数, 还可以包括颗粒物粒径分布及采集时的气象状况等, 变量归结为综合因子时, 综合因子除常规中不仅包括浓度参数, 也可以包括各种非浓度参数 (如粒径大小、气象条件等) , 这为污染源类型的判断提供了更多依据。

国内对于因子分析法应用有诸多实例, 如杨丽萍等利用因子分析法对2002年兰州市大气颗粒物进行了源解析研究。结果表明对兰州市大气颗粒物具有显著贡献的前三类污染源按贡献率大小分别为:燃煤污染源 (41.04%) , 沙尘等 (22.97%) 和机动车尾气 (18.67%) 等[8]。

1.4.3 富集因子法

富集因子法最早于1974年由Gorden提出。该法主要根据所采集颗粒物样品中某元素的聚集程度判断该元素的主要来源是人类活动还是自然产生。其引入的富集因子的概念为判断大气颗粒物中元素来源提供了重要信息。

富集因子法的基本原理是根据颗粒物中某元素与作为参照对象的另一种元素的浓度比同地壳中这两种元素的浓度比的比值大小来判断该元素是否发生了富集。浓度比的比值称为富集因子。因此作为参照对象的元素 (参比元素) 的合理选取是富集因子法有效应用的前提。参比元素应该具有以下特征:即同时在颗粒物与地壳中存在且两种存在情况下均能保持化学和结构的稳定性。具体应用时, 应首先求得颗粒物中所考察元素i与参比元素R的浓度比值和该两种元素在地壳中平均丰度的比值, 然后根据式 (6) 计算所考察元素的富集因子:

其中, (Xi/XR) 气溶胶为颗粒物中所考察元素i与参比元素R的浓度比值; (X'i/X'R) 地壳为颗粒物中所考察元素i与参比元素R在地壳中平均丰度的比值;EF地壳为所考察元素i的富集因子。

元素i是否发生富集可通过式 (6) 中计算出的EF地壳的值进行判断。判断的标准目前一般根据Lautzy等人对富集因子法的研究结论:即当EF地壳<10时, 普遍认为元素i未在颗粒物中发生富集, 其来源可能是地壳表面的风化扬尘;当10<EF地壳<10×104时, 则认为元素i在颗粒物中发生了富集, 而且主要是人为因素造成的。结合污染源调查的结果可以进一步确定可能的人为源。富集因子法可有效判断污染物富集程度及污染源类型 (天然源或人为源) , 但是其只能用于定性判断, 无法定量计算不同类型污染源对受体的贡献。

2 源解析方法的发展趋势

2.1 遗传算法

将遗传算法应用到颗粒物源解析问题中是近年来源解析问题研究的热点。遗传算法是一种可以随机优化模型参数的算法, 它通过模拟生物界中自然选择和优胜劣汰的遗传机制来对全局的参数进行随机优化, 是一种群体型操作。李作泳等人最早提出将该算法应用到颗粒物源解析问题中, 其基本思想是将由化学质量平衡法所得的线性方程组的求解问题转化为一个非线性规划求解问题, 对系统中所有变量反复运用变异、交叉及选择三种算子, 进行优化和迭代以求得最优解[9]。

2.2 多种方法联用

虽然受体模型衍生发展出了多种不同方法, 但是各种方法的优势各不相同。早在1982年, 美国EPA就曾为了比较不同方法的优劣而设计了一组数据提供给相关研究者进行计算。结果表明没有一种方法能完美精确的解决所有类型的源解析问题。将实际测量结果和解析计算所得出的结论进行对比表明, 分析因子分析法、示踪元素法等方法在处理多源问题时有较大的局限性, 而对污染源类型和数目较少的问题有更好的准确性;而化学质量平衡法在对多源体系的处理和概化时更有优势, 但解析结果误差相对较大[10]。因此, 对多种受体模型联用, 进行互补已经成为目前解决复杂体系下源解析问题的一个趋势。

3 结语

目前国内外对于大气颗粒污染物来源解析的研究都在不断深入, 这使其成为目前大气污染研究中热点课题之一。虽然由于分析测试技术的发展及各种数理统计理论的应用, 大气颗粒污染物的源解析方法已经得到较大发展, 但这些方法的准确性及解析范围都有待于进一步加强。因此, 如何对这些解析方法的解析精度进行完善, 如何建立城区、区域乃至全球尺度等更大尺度的源解析模型仍将是下一步大气颗粒物源解析研究重点。

摘要：介绍了大气颗粒污染物源解析技术的发展历程及现阶段主要的源解析技术方法, 通过对各种方法的基本原理和实际应用情况的阐述, 分析了各种方法的侧重点及适用范围, 并对颗粒物源解析技术的下一步发展趋势和研究热点进行了评述。

关键词：大气颗粒污染物,源解析,受体模型

参考文献

[1]张蓓, 叶新, 井鹏.城市大气颗粒物源解析技术的研究进展[J].能源与环境, 2008 (3) :130-133.

[2]郭琳, 肖美, 何宗健.关于大气颗粒物源解析技术综述[J].江西化工, 2006 (4) :73-75.

[3]Blifford I H, Mceker G O.A factor analysis model of large scale pollution[J].Atmospheric Environment, 1967, 1 (1) :147-157.

[4]戴树桂, 朱坦, 白志鹏.受体模型在大气颗粒物源解析中的应用和进展[J].中国环境科学, 1995, 15 (4) :252-256.

[5]Miller M S, Friedlander S K, Hidy GM.A chemical element balance for the Pasadena aerosol[J].Colloid Interface Sci, 1972 (39) :65-76.

[6]张勇, 常艳文, 马可, 等.可吸入颗粒上多环芳烃来源的识别和解折[J].中国环境监测, 2006, 22 (6) :41-44.

[7]陈添, 华蕾.北京大气PM10源解析研究[J].中国环境监测, 2006, 22 (6) :56-59.

[8]杨丽萍, 陈发虎.兰州市大气降尘污染物来源研究[J].环境科学学报, 2002, 22 (4) :47-51.

[9]李作泳, 彭荔红.基于遗传算法的大气颗粒物的源解析[J].环境科学研究, 2000, 13 (6) :29-33.

颗粒污染物篇2

北京市交通路口大气颗粒物污染特征研究(Ⅲ)--大气颗粒物中多环芳烃污染特征

研究了北京市典型交通路口大气颗粒物中多环芳烃的.污染特征及影响因素.于6月在北京市主要交通路口之一的崇文门路口采集大气中TSP,PM10和PM2.5样品,并进行样品中ρ(PAHs)的分析及机动车流量调查.研究结果表明:机动车排放是交通路口大气颗粒物中PAHs的首要来源;多环芳烃在粒径较小的粒子中比例较高;白天ρ(PAHs)随机动车流量的增加而增加,夜晚ρ(PAHs)高于白天;污染源识别表明,交通路口大气颗粒物中的多环芳烃除主要来源于机动车尾气排放外,还有一部分来源于道路扬尘.

作者：王玮岳欣陈建华李红刘红杰汤大钢 WANG Wei YUE Xin CHEN Jian-hua LI Hong LIU Hong-jie TANG Da-gang 作者单位：中国环境科学研究院,北京,100012刊名：环境科学研究 ISTIC PKU英文刊名：RESEARCH OF ENVIRONMENTAL SCIENCES年，卷(期)：18(2)分类号：X513关键词：颗粒物多环芳烃污染特征交通路口北京市

水污染物颗粒变化的曲线拟合及预测篇3

关键词：函数拟合；最小二乘估计

中图分类号：G642 文献标识码：B 文章编号：1002-7661（2014）24-013-02

随着城市化进程的深入展开，水污染已经阻碍了人类社会可持续发展。水污染根据污染杂质尺寸分为溶解物、胶体颗粒和悬浮物3种，不同的杂质处理的方法不同。选用适合的仪器测量杂质的粒径，对污染物进行分类。给定的数据是利用动态光反射仪器测量水中某污染物粒径随时间的变化值，目的是拟合出误差最小的曲线，进而选择合适的模型和方法进行净化处理。

一、粒径变化的多项式拟合

动态光反射仪是通过测量样品散射光强度起伏的变化来得出样品颗粒大小信息的一种技术。之所以称为“动态”是因为样品中的分子不停地做布朗运动，正是这种运动使散射光产生多普勒频移。用EXCEL画出数据的散点图，如图1：

图1 粒径-时间散点图图2 多项式拟合粒径随时间变化曲线

模型一：利用EXCEL采用六次多项式进行拟合，得出污染物粒径随时间的变化曲线，如图2：计算相关系数 =0.9923，R趋近于1，拟合程度较好。

查阅相关资料得知，当粒径时，为溶解物；当粒径d在之间时，为胶体；当粒径时，为悬浮物。

从图1和图2可知，此污染物粒径绝大多数在之间，粒径d 100nm的时间比较短，近似将此种颗粒视为悬浮物。当粒径d<300nm时，此曲线与散点拟合较好，粒径d>300nm时，误差稍大。

2.粒径变化的对数函数拟合

为了使问题研究的更加透彻、细致。把函数关系式中的自变量转变为来研究，做出其散点图，如图3：

图3 粒径-时间对数散点图

结合相应图形，拟合出两个函数：一次对数函数和二次对数函数（对称轴不同）。

模型二：求一次对数函数，利用最小二乘估计[1]拟合出系数，得。用S-PLUS画出其函数曲线，如图4：

图4 一次拟合对数曲线图5 二次拟合对数曲线

观察图形得知拟合程度较好。但是经过自变量的变化后，得出的对数曲线近似于一条直线，很明显与实际的散点图有误差。为减少误差，通过调整自变量对模型进行改进。

模型三（改进的模型）：求二次对数函数，利用最小二乘估计拟合出系数，得，用S-PLUS画出其函数曲线，如图5：

通过图4、5与图1进行对比，发现改进后曲线的图形明显有优化作用。为反应其优化效果，用SAS[2]做模拟函数误差分析和函数拟合相关性，如表1至表6：

表1 一次模拟函数误差取样表3 二次模拟函数误差取样

真实值预测值误差真实值预测值误差

50.72-100.1332150.8532 50.7247.5993.121

67.96-41.089109.049 67.9652.864415.0956

73.13-6.550479.6804 73.1360.826212.3038

82.617.955264.6448 82.668.660513.9395

83.636.963246.6368 83.675.98657.6135

89.0952.493836.5962 89.0982.78246.3076

93.1665.624827.5352 93.1689.09664.0634

101.176.999424.1006 101.194.98736.1127

106.387.032519.2675 106.3100.50765.7924

104.696.00748.5926 104.6105.7034-1.1034

108.6104.12624.4738 108.6110.6132-2.0132

115.1111.5383.562 115.1115.2693-0.1693

112118.3563-6.3563 112119.699-7.699

122.1124.669-2.569 122.1123.9255-1.8255

132130.5461.454 132127.96854.0315

132.9136.0436-3.1436 132.9131.84491.0551

131.9141.2078-9.3078 131.9135.5693-3.6693

128.7146.0767-17.3767 128.7139.1546-10.4546

142.8150.6823-7.8823 142.8142.61190.1881

142.6155.0516-12.4516 142.6145.9511-3.3511

表2 一次函数拟合相关性表4 二次函数拟合相关性

系数拟合值相关性系数拟合值相关性

a85.180.0001 a10.96<0.0001

b-100.130.0001 b47.59<0.0001endprint

通过上述表2、4，改进的二次对数函数模型的效果明显优于一次对数函数模型。

三、粒径的预测及结论

并且还可以在一定程度上对数据进行预测，我们给出了连续20个时间间隔的二次函数模型的粒径预测值，如表5：

表5 二次对数函数模型的预测值

time302303304305306

size404.9662405.3801405.7929406.2045406.6150

time307308309310311

size407.0244407.4328407.8400408.2461408.6512

time312313314315316

size409.0552409.4581409.8600410.2608410.6605

time317318319320321

size411.0592411.4569411.8535412.2491412.6437

由数据可以观察到，20个二次对数函数模型的粒径预测值与已知用动态光反射仪器测量的数据的变化规律符合度非常高，进一步说明了二次对数函数拟合的优越性。

故综上得出结论：二次对数函数模型拟合程度最好，其对称轴大致分布在Y轴上。

参考文献：

[1] 何晓群.多元统计分析（第二版）.北京.中国人民大学出版社.2009

[2] 高惠璇等.SAS系统·STAT软件使用手册.北京：中国统计出版社.1997.

（上接第12页）己的专长，从而在未来的竞争中胜出。

五、思想政治教育渗透的本质在于加强学生学业自我管理的自觉性。

能在课堂上完成的任务绝不拖到课后，这是我们学习政治的一条原则，以三种能力为目标，提升学生的课堂学习自主性与交流，要引导学生进行有效的学习和思考，不但是关注当前课本的内容，更要与时俱进，融进新的内容和思考，在课堂方面不断的启发学生的积极性和主动性。

思想政治教育渗透在于个人的自我塑造，在新的环境里如何使自己与他人相处，如何融入集体，做到与他人和协相处，互相交流融合，讲求和谐，建立良好的友谊关系，做到在集体当中担负起自己的责任，使自己尽职尽责，做出贡献，即要做到的重要几点原则，在掌握基础理论的同时，要开展与实践的结合，这一点最为重要。例如，教师可以根据课本的教学目标，让同学们自己发表自己的感受，每个人上台演讲，讲解如何是自己在集体中得到锻炼，如何与别人相处，如何与其他人进行交流等等，每个学生结合自己的角色，进行一下简单的叙述等，这样可以将理论与实践深度结合，最终内化成为自己的东西，以此来指导自己的行动展开。

思想政治教育在学业规划管理中的渗透，我们要突出课堂之内和课堂之外两个特色，同时兼具宏观与微观两个主要因素，达到多层次和多角度的建设目的。文化在实际的教学中起到潜移默化的影响作用，达到事半功倍的效果，让学生们在日常生活中得到教益，规划好自己的学业，找到有效的方向。

做到容易接受，结合实践就是教师身体力行，通过亲自的示范与模仿达到教育学生的目的，让学生在潜移默化当中获得知识、能力与感悟，获得对自己人生的思考。根据教育心理学的观点，通过直观引导的方式，让学生学习与思考，更加易于接受与获取，并且能够充满兴趣的去做到寓教于乐，同时结合实践去身体力行。思想政治教育的渗透，一般是对学生学业管理和规划的渗透，并且对于学生的未来规划具有指导作用，提升了学生对于未来的认知和思考，能够提升学生的思想品德意识，提升学生对于职业规划和学业的正确认知分析。将自己的学业生涯作为一个头等大事来抓，形成自我的有序管理与体系。符合大学生的实际，其次就是要符合当前的大形势，最后要结合实际进行合理的安排与确定，找准自己的定位。

参考文献

1、杨毅春《学业规划管理指导与评价》上海译文出版社 2008

2、刘文川《思想政治专业设计与评析》

高等教育出版社2008-11

3、孟庆男《学业规划管理与思想政治》 2010-12

颗粒污染物篇4

国内外许多学者对室内颗粒物已经做了大量的研究。在国内,项琳琳等[1]对上海市某办公建筑室内PM2.5静态及动态分布的特性进行了实测研究,并且较为全面地分析了细颗粒物浓度变化的影响因素;陈治清等[3]对一普通办公楼及甲级办公楼办公室内、外颗粒物浓度进行测试,得出建筑室外颗粒物污染严重;普通办公楼室内颗粒物污染严重,甲级办公楼室内颗粒物浓度较低;甲级办公楼室内外颗粒物浓度I/O比值较普通办公楼小;室内人和物的剧烈活动、吸烟等活动会造成严重的室内颗粒物污染。谢伟等[4]通过建立空调房间颗粒物集总参数模型,分析了室内无尘源时自然通风房间室内PM10以及PM2.5的I/O比。薛树娟[5]对南昌大学前湖校区室内外PM2.5和PM10及碳组分进行过分析。樊越胜等[6]通过理论计算和实测,分析了西安市某高校办公建筑室内外颗粒物浓度变化特征,得到了室内PM10和PM2.5的平均发尘量,并认为室内颗粒物浓度受室外颗粒物浓度的影响不显著。在国外,Macintosh等[7]研究表明,室内颗粒物来源于室内污染源(吸烟、做饭、煤气灶等)和室外污染源(悬浮的土壤颗粒、花粉、交通废气等);Massey等[8]对印度十个家庭(五个位于路边,五个位于市内)的室内和室外PM10、PM5、PM2.5和PM1进行测量,指出路边家庭室内颗粒物浓度普遍高于市内家庭的相应浓度。

由以上研究可以看出,国内外关于室内颗粒物的研究都是以稳态问题对待的,但是室内颗粒物的状态是个动态变化过程。为了了解室内颗粒物的污染特征以动态的角度分析室内颗粒物浓度很有必要。本文通过动态测试室内颗粒物浓度,分析开窗和不开窗两种条件下的烟燃烧、室内人员走路以及室外污染源作用下室内颗粒污染物的动态特性。

1 办公室内颗粒物动态特性测试

1.1 测试条件

本测试以华北电力大学某办公楼三层的一间办公室为实验场所,该办公室远离交通要道。该办公室面积约为38.8m2(7.6m×5.1m),房间有四扇外窗(1.2m×0.87m×4),一扇内门(0.9m×2.0m),地面是普通的水磨石地面,如图1所示。办公设备均为木质桌椅。

采样点A根据对角线原则设置在房间的中心位置,距地面高度0.8m[9],如图1所示。

所用测试仪器如表1所示。质量浓度由智能粉尘检测仪测量,粒子数浓度由激光粒子计数器计算,并且智能粉尘检测仪和激光粒子计数器分别放于采样点两侧。智能粉尘检测仪和激光粒子计数器分别放于采样点两侧。多功能参数表为手持式。

1.2 测试工况

本测试分别进行了开窗和不开窗时烟燃烧、人员行走、室外有污染源等情况下颗粒污染物浓度测试。烟燃烧工况分为开窗和不开窗两种工况,均以1支香烟自燃烧,测试颗粒物浓度变化;人员行走工况以人在室内走动10min后开始测试颗粒物浓度变化;室外污染源测试以PM10为研究参数,分别在室外PM10质量浓度处于200～300μg/m35种工况下,测量由室外渗透到室内颗粒物的浓度。各种工况均连续测量2h,智能粉尘检测仪每5min测量一次室内PM1、PM2.5、PM 10的质量浓度,激光粒子计数器每5min记录一次室内0.3～0.5μm、0.5～1.0μm、1.0～2.5μm、2.5～5.0μm、5.0～10.0μm和大于10.0μm的粒子数浓度。

2 各工况室内颗粒物动态特性测试结果

2.1 不开窗烟燃烧情况

试验中,按一支烟燃烧测量颗粒物浓度变化。图2为不开窗烟燃烧时颗粒物质量浓度随时间的变化图。实验开始时,室内PM1、PM2.5、PM10的质量浓度均维持在一个较低的水平。5min后,PM1有一个急剧增长,之后增长缓慢,直到第25min时其浓度达到最大值191μg/m3,比初始值增大了161μg/m3。随后呈缓慢下降的趋势,实验结束时其质量浓度为131μg/m3,仍比初始值高101μg/m3。整个实验过程中,PM2.5和PM10的质量浓度变化不明显。

图3为不开窗烟燃烧时颗粒物粒子数浓度随时间的变化图。试验开始时,粒径在0.3～0.5μm的粒子数浓度比1.0～2.5μm、2.5～5.0μm、5.0～10.0μm和大于10.0μm的粒子数浓度稍大一些。5分钟后,0.3～0.5μm粒子数浓度急剧上升,第10min后其上升速度有所下降,直到第20min达到最大值1.2×108个/m3,比初始值增大了8.3×107个/m3,试验结束时的粒子数浓度比初始值高。整个过程中,其他5种粒径的粒子数浓度变化不明显。

2.2 开窗烟燃烧性况

试验中按一支烟燃烧测量颗粒物浓度变化。图4为开窗烟燃烧时颗粒物质量浓度随时间的变化图。实验开始后,PMI的质量浓度急剧上升,直到第10min时达到最大值244μg/m3,比初始值高135μg/m3。达到最大值后又急剧下降,第25分钟时其值已经降到118μg/m3,仅比初始值高9μg/m3。25min后,其值缓慢下降并在小范围内变动,实验结束时其值降到79μg/m3,这与室外PM1质量浓度处于相同的水平。

在整个试验过程中,PM2.5的质量浓度无明显变化,PM10的质量浓度在第5min时有小幅度增长但很快就降到较低浓度。

图5为开窗烟燃烧时颗粒物粒子数浓度随时间的变化图。实验开始后,0.3～0.5μm的粒子数浓度在急剧上升,在第10min时上升至最大值2.8×108个/m3,比初始值高1.1×103个/m3。达到最大值后又迅速下降,第25min时降到了初始水平,25min后其在小范围内波动并缓慢下降,实验结束时其值降到1.0×108个/m3,比室外0.3～0.5μm的粒子数浓度1.2×108个/m3稍低。

在整个试验过程中,其他五种粒径的粒子数浓度在实验开始后均呈现缓慢增长的趋势,达到最大值后缓慢下降,实验结束时其值分别降到比室外相应粒径颗粒物浓度稍低的水平。

2.3 室外污染源作用下颗粒物污染特征及动态变化

室外污染源主要是指没有室内污染源时,室外的渗透作用。本实验研究了室外PM10质量浓度处于200～300μg/m3工况下室外渗透作用对室内颗粒物的影响。

图6为室外PM10的质量浓度处于200～300μg/m3时,室内颗粒物质量浓度随时间变化曲线。PM1的质量浓度一直平缓上升,试验结束时其值到达最大值172μg/m3,比初始值高80μg/m3。PM2.5和PM10的质量浓度在整个过程中都随时间小范围波动。

在试验结束时,PM2.5的质量浓度比初始值高9μg/m3,PM10的质量浓度没有明显的增幅。

图7为室外PM10的质量浓度处于200～300μg/m3时,室内颗粒物粒子数浓度随时间变化曲线。0.3～0.5μm的粒子数浓度一直处于平缓上升的趋势,实验结束时其值从初始值1.5×108个/m3上升到2.6×108个/m3,增幅为1.1×108个/m3。0.5～1.0μm、1.0～2.5μm、2.5～5.0μm的粒子数浓度随时间变化有较小增幅,结束时其值分别比初始值高1.2×107,15×105,8.5×103个/m3。5.0～10.0μm和大于10.0μm的颗粒物粒子数浓度稍有下降,实验结束时其值分别比初始值低6.0 × 103,3.2 × 103个/m3。

2.4人员行走情况下颗粒物污染特征及动态变化

图8为走路情况下室内颗粒物质量浓度随时间的变化曲线。PM1的质量浓度在实验前期一直缓慢增长,第45min时达到最大值35μg/m3仅比初始值高11μg/m3。PM2.5的质量浓度在第15min时达到最大值20μg/m3,仅比初始值高12μg/m3。PM1和PM2.5的质量浓度在达到最大值后均缓慢下降,试验结束时其值基本恢复到初始水平。实验开始时,PM10的质量浓度显著增加,在15min时达到最大值67μg/m3,比初始值增加了51μg/m3。达到最大值后快速下降,第25min时其值已降到26μg/m3随后其质量浓度下降减缓并在一定范围内波动,实验结束时,其值比初始值降低了11μg/m3。

图9为走路情况下各粒径间颗粒物的粒子数浓度随时间变化的曲线。实验开始时,各个粒径间的颗粒物粒子数浓度呈现明显增加的趋势,并在第15min时达到最大值。其中0.3～0.5μm、0.5～1.0μm、1.0～2.5μm,2.5～5.0μm,5.0～10.0μm和大于10.0μm的粒子数浓度的最大值分别为2.3×106、5.4×106、2.0×106、1.4×106、5.1×105、1.0×105个/m3,分别比初始值增加了2.7×106、2.9×106、1.4×106、9.5×105、3.4×105、7.4×104个/m3,其值达到最大值后呈现缓慢的下降趋势。实验结束时,0.3～0.5μm、2.5～5.0μm、5.0～10.0μm和大于10.0μm的粒子数浓度与初始值相比分别降低了3.1×106、2.3×105、1.4×105、2.8×104个/m3。

3 结果分析与讨论

3.1 结果分析

一支烟燃烧,对比开窗和不开窗两种情况下,颗粒物质量浓度和粒子数浓度的变化(图2,4),PM1的质量浓度变化较明显,开窗时,PM1质量浓度的最大增幅远远小于不开窗环境下的值。不开窗时,PM1的质量浓度在烟燃尽约8min后达到最大值,而在开窗时,PM1的质量浓度在烟燃尽后随即达到最大值。由此可见,由于颗粒物的渗透特性,开窗极大地降低了室内颗粒物浓度的增长幅度并使室内颗粒物浓度在短时间内下降到较低水平。对比图3和图5,粒径在0.3～0.5μm的颗粒物粒子数浓度变化比较明显,在不开窗时,0.3～0.5μm的颗粒物粒子数浓度先迅速上升后缓慢下降,实验结束时其比初始值高。在开窗时,0.3～0.5μm的颗粒物粒子数浓度先迅速上升后迅速下降,最后缓慢下降,实验结束时其比室外0.3～0.5μm的粒子数浓度稍低。通过对比可见,开窗情况下,由于渗透作用,实验结束时室内颗粒物的质量浓度和粒子数浓度与室外处于相同水平,甚至低于室外水平,原因可能是经过一段时间后室内外颗粒物达到相同水平,之后室内颗粒物在一个相对封闭的环境比室外颗粒物更容易沉降,所以在实验结束时室内颗粒物的浓度稍低于室外浓度。

当室外PM10质量浓度处于200～300μg/m3时,由图6和图7可知,PM1的质量浓度和0.3～0.5μm的粒子数浓度变化较明显,实验开始到结束二者一直处于缓慢上升状态,实验结束时均高于初始值。由此可见,室外渗透作用对PM10质量浓度和0.3～0.5μm的粒子数浓度影响较大,也正因为室外污染源的渗透作用,使二者的值一直上升,在实验结束时达到最大。

人员行走情况下,图10中PM2.5～PM10质量浓度变化明显,其值先迅速增长主要是因为走路造成室内的扰动引起了地面上大颗粒物的二次悬浮。随后图10中PM2.5～PM10质量浓度迅速下降并且图11中粒径大于2.5μm的颗粒物在达到最大值后也迅速下降,这主要是因为走路主要对大颗粒物的质量浓度产生影响,并且大颗粒物的沉降速度很快。

3.2 讨论

通过分析,从总体来看可得出:(1)室内颗粒物不再产生的情况下,随时间的增加颗粒物浓度增长。(2)通过图2、图3、图4、图5可以看出,渗透作用依浓度而定,当室外颗粒物浓度大于室内颗粒物浓度时,室外颗粒物向室内渗透;当室内颗粒物浓度大于室外颗粒物浓度时,室内颗粒物向室外渗透。所以当室外空气质量不佳的情况下,不易开窗。(3)人员走路等室内活动会造成二次悬浮使颗粒物浓度增大,采取合理措施可以控制人员活动带来的影响。

4 结论

本文以办公室内颗粒物为研究对象,分别在室内进行开窗和不开窗环境下烟燃烧、室外污染源、人员走路等实验,来测试室内颗粒物的动态特性。由渗透特性研究可知,当室外污染物浓度较小时,开窗既降低了室内颗粒物浓度的增幅,又降低了室内颗粒物浓度下降到较低水平的时间,因此在室外空气质量较好时,开窗是降低室内较高颗粒物浓度的一种快速、有效的措施。但是,在室外污染严重的地区,由于渗透作用,室外污染物浓度对室内颗粒物浓度影响最为显著,因此建筑门窗的密闭性要引起足够的重视。由污染物沉降特性和二次悬浮特性研究可知,人员走路这种情况下,部分颗粒物会由于二次悬浮作用而引起室内颗粒物增长,随后又由于重力作用而发生沉降。

摘要：通过测试一个典型办公室内颗粒污染物的质量浓度和粒子数浓度,分别研究了开窗和不开窗两种条件下的烟燃烧、室内人员走路日常活动、以及室外污染源作用下室内颗粒污染物的动态特性,研究结果表明,当室外污染物浓度较小时,开窗既降低了室内颗粒物浓度的增幅,又降低了室内颗粒物浓度下降到较低水平的时间。人员走路这种情况下,部分颗粒物会由于二次悬浮作用而引起室内颗粒物增长,随后又由于重力作用而发生沉降。在室外污染严重的地区,由于渗透作用,室外污染物浓度对室内颗粒物浓度影响最为显著。

关键词：颗粒污染物,动态特性,质量浓度,粒子数浓度

参考文献

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城市区域大气颗粒物的污染特征研究篇5

从城市区域大气颗粒污染物的化学组成、粒径大小、来源三个方面研究了其对地球环境和人体健康污染程度大小的影响以及扩散迁移能力等污染特征,结果表明:以光化学污染为主的复合型污染是目前城市区域大气颗粒物污染的.主要形式和发展趋势;二次颗粒物和积聚区颗粒物是最主要的污染物质,应成为大气环境治理相关方针政策制定和大气颗粒物污染机理研究的重点对象.

作者：刘爱明 LIU Ai-ming 作者单位：深圳市国家气候观象台,深圳,518040 刊名：安全与环境工程英文刊名：SAFETY AND ENVIRONMENTAL ENGINEERING 年，卷(期)： 16(6) 分类号：X51 关键词：大气污染大气颗粒物粒径光化学污染积聚区模态城市区域

油液颗粒污染在线监测技术现状篇6

通过对液压油性能和状态进行监测, 可以得到油液颗粒度相关信息, 及时对被污染油液进行净化处理, 避免污染环境, 同时还可以及时发现设备运行故障, 对液压系统和油液污染进行有效控制, 因此在线监测液压油的颗粒污染度对国民经济建设和节能环保事业有着十分重要的意义。

传统离线式检测主要集中在光谱分析、铁谱分析、颗粒计数及油品理化分析等方面, 检测周期长, 不能及时反映设备运行状况, 具有很大滞后性[5,6]。根据有关调查表明:离线油样分析结果有50%没有发现问题, 45%显示失效即将发生, 仅5%检测出严重问题[7,8]。近年来, 随着计算机电子技术和信号处理技术的发展, 油液在线监测技术由于具有及时性及便捷性等特点[5], 成为工况检测和故障诊断的主要手段。笔者介绍了颗粒度在线监测技术, 并指出其发展趋势。

1油液颗粒度在线监测技术的研究现状*

目前颗粒度在线监测技术主要利用电学、光学及磁场理论等原理, 监测相应的油液理化指标 (如介电常数、颗粒浓度) 变化趋势或颗粒图像来判断颗粒污染状况。国内、外在线监测技术主要有电测法、光测法和磁塞法。

1.1电测法

陈世明等设计了一种可直接读取油液污染度的在线监测电容传感器 (图1) , 并通过实验验证了此传感器适用于机械装备的油液在线监测[9]。传感器0的进、出油口直接接入油路中, 可测得污染油液总介电常数;传感器1~m的进、出油口与油液之间通过滤清器连接, 可测得除去金属颗粒后的污染油液介电常数。两者的差值就是污染油液中金属颗粒的介电常数, 从而确定金属颗粒的含量。但油液经过滤清器后会产生流量压力改变, 极有可能影响传感器所采集到的油液介电常数, 导致最终结果不正确。

1.2光测法

殷勇辉等基于Beer-Lambert定律设计了光纤油液污染监测传感器[10]。图2为传感器探头结构, 主体部分由样品池和透镜系统组成, 入射和出射部分通过螺纹与主体连接, 光学系统通过调整螺钉进行校准, 确保了光学系统的稳定性。由光源产生的光通量I0通过入射光纤接头和透镜进入测量区域 (即布置于光路主体上的油液样品池) ;油液管路中未被颗粒散射和吸收的部分出射光由透镜会聚, 经出射光纤接头导出到光探测器单元 (即光电接收管的光敏表面上) , 利用光电信号放大器可以测量出载有信息的光通量。通过测量发光强度的变化即可反演计算出油液中所有固体颗粒物的分布, 从而表征设备润滑系统的颗粒污染度。但为了保证测量精度, 该方法只适用于流速低工况中, 且只能监测适当粘度的油样。

1.3磁塞法

磁塞检测技术是在油液系统中安装磁塞或探针, 将油液中的颗粒吸附到磁塞上, 利用磁塞检测仪和磁强针估量所收集到的颗粒数量和颗粒产生趋势[11~13]。磁塞检测的特点是安装方便、结构简单。使用磁塞法可通过判断微粒种类、形状、粒度和颜色判断系统故障性质, 适用于200℃以下、工作尺寸为100~400μm的机械装备颗粒在线检测, 但其缺点是只能用于检测黑色金属颗粒, 对非磁性材料无效。

此外, 国外也有针对油液颗粒的在线监测传感器, 比如由美国MACOMT echnologies公司开发的Tech AlertTM10型颗粒传感器、加拿大Gas Tops公司开发的Metal SCAN颗粒传感器[14]、英国Kittiwake公司开发的FG型在线颗粒量传感器[15]和Smith公司的EODM系统的OLS传感器[16], 但只能检测最小为50μm的铁屑颗粒, Harvey T J等开发的在线颗粒计数器也只能定量估计油液中的颗粒度[17,18]。

2基于压差原理的的油液污染度在线监测仪

根据液体过滤原理[19], 陈彬等根据过滤压差引起活塞伸出位移与污染度成正比的关系, 设计了一种油液污染度在线监测装置 (图3) [20]。该在线监测装置主要由复合活塞缸体、5~15μm污染物检测活塞、位移传感器、压力传感器、数据采集处理及控制系统等组成, 其工作原理为油液经5、15μm多级过滤网后产生不同的压差, 并推动多级液压缸运动, 通过设置在各活塞杆处的位移传感器监测各位移量, 与经实验建立的数据库进行比较, 得出对应的油液污染度。该装置的特点是可以实时在线监测油液运动状态, 监测结果以标准形式输出油液的污染等级, 结构简单, 且不受油液性能、监测过程中油液运行参数影响, 监测结果准确、可靠, 减少了人为因素对系统的影响。

1———进油口;2———进油压力传感器;3———15μm污染物输入口;4———5μm污染物输入口;5、6———油液通路;7———出油口;8———出油压力传感器;9———数据采集处理装置;10———位移传感器;11———大于15μm污染物监测活塞杆;12———15μm污染物监测活塞杆;13———5μm污染物监测活塞;14———5μm污染物监测活塞杆;15———15μm污染物监测活塞;16———大于15μm污染物监测活塞;17———复合活塞缸的缸体

3结束语

液压油中颗粒污染物对设备正常运行危害最大, 通过对油液在线监测, 可及时获知油液性能参数的变化, 实现主动预防, 减少和杜绝设备事故的发生。油液颗粒污染度的在线监测是预防设备事故发生的重要途径, 目前其监测方法较多, 但普遍存在测量油液污染度精度不高、测量数据响应较慢及稳定性较差等不足。根据对现有在线监测技术的分析, 发现还需从很多方面进行更深层次的设计和优化 (例如传感器监测技术的智能化及降低虚警率等) , 找到最合理的油液在线监测技术, 才能及时对污染油液做出正确处理。

摘要：介绍了基于不同工作原理的在线监测技术, 并分析其优、缺点, 指出基于压差的在线监测装置具有较高的可靠性, 可为油液颗粒污染度在线监测和节能环保研究提供相关依据。

城市大气颗粒物污染治理方案篇7

大气颗粒物指除气体之外的所有包含在大气中的物质, 包括所有各种各样的固体或液体气溶胶。其中有固体的烟尘、灰尘、烟雾, 以及液体的云雾和雾滴。粒径的分布大到200微米, 小到0.1微米。

统计数据表明, 目前我国烟尘和粉尘排放量有逐年下降的趋势, 但影响城市空气质量的主要污染物仍是颗粒物。2004年的环境状况报告显示, 46.8%的城市颗粒物浓度超过二级标准;颗粒物污染较重的城市主要分布在西北、山西、内蒙、辽宁、河南、湖南和四川。在监测的城市中, 2004年环境空气质量达国家二级标准的占38.6%, 而1999年这一数字只有33.1%, 但全国总排放近年处于波动状态, 没有得到明显的遏制。总的来说, 随着300 多个城市中达到二级标准的比例逐年增加, 中国城市的空气质量有所好转。

对于我国城市而言污染源主要为各种工业生产过程中产生的大气污染和居民燃煤污染。另外, 近年来私人轿车的数量急速增多和市政建设等都带来了严重的环境问题。

2 大气颗粒物治理措施

2.1 加强污染物排放管理的建议

政府部门需加强大气颗粒物污染管理力度。政府部门应将大气颗粒物排放制度化, 如进行以下流程。首先, 政府需明确污染排放许可证颁发的法规和管理流程, 包括许可证申请的严格化、污染指数检测报告的准确化、许可证管理人员的考核、许可证管理机关的执法权明确化、许可证审批程序的合理化以及管理资金的流向明朗化;其次, 是在执法办事的过程中需要严格执行污染排放许可证颁发的法规和管理流程, 提高工作人员的素质以及办事效率。

2.2 城市生态环境整治建议

城区生态环境综合整治方案的设计范围是以城市中心区的建成区为核心地域向外延伸。

2.2.1 水域生态工程方案

城市中的水域是唯一不起尘的地域, 而且还具有吸尘、降尘和调节城市气候的重要作用, 是城市生态平衡的重要因素。因此, 要充分利用城市地质条件, 保持并扩大现有水域面积, 同时积极开发新的水域, 提高水域覆盖率。该工程方案除了具有生态效益外, 还可考虑其经济效益, 例如建设水上训练基地或旅游渡假村等。

2.2.2 绿色生态工程方案

绿化是城市生态建设的另一重要组成部分。绿化可以调节气候、减少污染、净化空气、防风固沙, 是非常经济的生物防治措施, 称之为“城市肺”。中心区TSP 中扬尘比例较高, 与城市绿化率不高有着密切关系。因此, 方案对绿化工程作出重点规划。绿化工程的设计思想:以林为主, 草花为辅, 建设大型防护林带和城市森林公园, 尽快形成城市森林系统, 使绿化工程最大限度地发挥环境保护和生态平衡作用;规划设计大、中、小型的以林为主, 林、草、花相间的城市立体景观系统, 使中心区内已建成地域的裸地全部绿化, 作到黄土不露天;在建地域的裸地应随建设工程的结束时间而完成绿化工程。

(1) 围绕城市外部建立外防护林带, 形成以抵抗外来大气颗粒污染物的防护墙。再在城市中, 沿河流、湖泊建立内防护林带, 保证城市大气颗粒污染物的净土。

(2) 建立城市森林公园, 给城市建造有一个“肺”, 便于城市消耗以产生的城市大气颗粒物污染。

(3) 许多城市都在近郊有储灰场, 用来堆积城市建筑、日常生活所产生的灰尘、垃圾。储灰场是重要起灰源之一。该工程拟先在储灰坑周围建设高大防护林地, 以阻挡灰坑起尘。注重储灰场的封闭问题, 尽可能的避免其灰尘外扬。生活垃圾场周围也需建设高大防护林地, 以阻挡垃圾山起尘。服务期满后进行土地恢复处理。还要做好裸地绿化工作, 尽量做到城市退耕还林, 将废弃的、或暂时无用处的裸地充分利用, 建立绿化带或防护林带。

2.3 城市工业环境整治方案

目前, 我国许多城市内或近郊都存在一些具有一定大气污染的工厂。对于这些工厂, 我们不但需要对其工厂环境进行改造和绿化 (如上部分方案) 。还需严格按照国家相关部门的要求, 要求工厂进行废气的处理, 达到环保要求。对于大气颗粒物污染, 有以下几种控制技术:

根据除尘技术原理, 可以概括为机械力除尘、过滤除尘、静电除尘和湿式除尘四种类型, 其中前三种可统称为干式除尘。

2.3.1 机械力除尘

机械力除尘是借助质量力的作用达到除尘目的的方法, 相应的除尘装置称为机械式除尘器.质量力包括重力、惯性力和离心力, 主要除尘器形式为重力沉降室、惯性除尘器和旋风除尘器等。

(1) 重力沉降。

利用颗粒污染物与气体密度不同, 使颗粒污染物在重力作用下自然沉降下来, 与气体分离的过程。重力沉降室结构简单, 造价低, 压力损失小, 便于维护, 且可以处理高温气体。主要缺点是只能捕集粒径较大的颗粒物, 仅对50微米以上的颗粒物具有较好的捕集作用, 因而效率低, 只能作为初级除尘手段, 主要用于高效除尘装置的前级除尘器。

(2) 惯性除尘。

利用颗粒污染物与气体在运动中惯性力不同, 使颗粒污染物从气体中分离出来的过程。通常是使气流冲击在挡板上, 气流方向发生急剧改变, 气流中的颗粒物惯性较大, 不能随气流急剧转弯, 便从气流中分离出来。

(3) 离心除尘。

利用旋转的气流所产生的离心力, 将颗粒污染物从气体中分离处理的过程。

离心除尘器也称为旋风除尘器, 具有结构简单、占地面积小、投资低、操作维修方便、压力损失中等、动力消耗不大、可用各种材料制造、能用于高温或高压及腐蚀性气体、并可直接回收干颗粒地优点。一般用来捕集5至15微米以上地颗粒物, 除尘效率可达80%左右, 是机械式除尘器中效率最高的。主要缺点是对5微米以下的细小颗粒物去除效果不理想。

2.3.2 过滤除尘

过滤除尘是使气流通过多孔滤料, 将气流中颗粒污染物截留下来, 使气体得到净化的过程, 主要有袋式除尘及颗粒层过滤除尘两种方式。

(1) 袋滤除尘。

利用棉、毛或人造纤维等加工的滤布捕集颗粒污染物的方法, 主要通过筛分、惯性碰撞、扩散、静电、重力沉降等作用机制, 依靠滤料表面来捕集颗粒污染物, 属于外部过滤。

该方法除尘效率高, 一般可达99%以上, 适应极强, 能够处理不同类型的颗粒污染物, 操作弹性大, 除尘效率对入口颗粒污染物浓度及气流速度变化具有一定稳定性, 结构简单, 使用灵活, 便于回收干料, 不存在污泥处理。但袋式除尘器的应用受到滤布的耐温、耐腐蚀等操作性能的限制, 一般使用温度应低于300℃。

(2) 颗粒层过滤除尘。

通过将松散多孔的滤料填充在框架内作为过滤层, 颗粒物在滤层内部被捕集的一种除尘方法, 属内部过滤方式。除尘过程中大颗粒污染物主要借助惯性力, 小于0.5微米的颗粒物主要靠滤料及被过滤下来的颗粒表面的拦截和附着作用过滤下来, 净化效率随颗粒层厚度增高而提高。颗粒层除尘器按其功能可分为单颗粒层除尘器和组合颗粒层除尘器两种。

2.3.3 静电除尘

利用高压电场产生的静电力 (库仑力) 的作用从气流中分离悬浮粒子 (尘粒或液滴) 的一种方法。静电除尘主要通过粒子荷电、沉降和清除三个阶段实现颗粒污染物与气流的分离。静电除尘常用的设备为电除尘器, 工业上应用最广泛的是单区电除尘器, 即使粒子带电的电离作用与带电粒子的集尘作用在同一电场中进行。电除尘器是一种高效除尘装置, 对细微尘粒及雾状液滴捕集性能优异, 除尘效率达99%以上, 对于0.1微米以下的尘粒, 仍有较高的去除效率, 由于气流通过阻力小, 所消耗的电能通过静电力直接作用于尘粒上, 因此能耗低。处理气量大, 可应用于高温、高压场所, 广泛应用于工业除尘。电除尘器的主要缺点是设备庞大、占地面积大、一次性投资费用高。

2.3.4 湿式除尘

也称为洗涤除尘。该方法是用液体洗涤含尘气流, 使尘粒与液膜、液滴或气泡碰撞而被吸附, 凝聚变大, 尘粒随液体排出, 气体得到净化。由于洗涤液对多种气态污染物具有吸收作用, 因此它能净化气体中的固体颗粒物, 又能同时脱除气体中的气态有害物质, 某些洗涤器也可以单独充当吸收器使用。湿式除尘主要通过惯性碰撞、扩散、凝聚、粘附等作用来捕获尘粒。湿式除尘常用的有喷淋塔、填料塔、泡沫塔、卧式旋风水膜除尘器、中心喷雾旋风除尘器、水浴式除尘器、射流洗涤除尘器、文丘里洗涤除尘器等。湿式除尘器结构简单、造价低、除尘效率高, 在处理高温、易燃、易爆气体时安全性好。不足是用水量大, 易产生腐蚀性液体, 产生的废液或泥浆进行处理, 并可能造成二次污染。

2.3.5 粉尘与烟气处理

粉尘和烟气主要来源于燃烧设备和工业生产工艺。对粉尘的净化控制, 主要是三类技术。对于烟气的处理技术, 主要是三种:一是洗涤吸收技术, 典型装置是烟气洗涤塔;二是吸附技术, 典型装置是过滤层净化器;三是催化处理技术, 典型装置有催化燃烧器、热催化器等。

3 结束语

由于城市持续高速的经济增长和污染控制的困难, 城市空气污染治理将存在一个很长时期。大气颗粒物污染是大气污染的主要方面。由于其组成、结构的复杂性, 对我们人类的健康和发展都有着重大的影响, 对城市空气和发展有着恶劣的影响, 对地球环境也有着不可忽视的影响。目前, 还存在着治理难、治理资金投入大、技术水平有限等问题。因此, 大气颗粒物污染任重而道远。本文通过对大气颗粒物污染的现状及污染源的简要介绍提出适合于我国城市现状的整改意见以及在工业处理方面的处理技术及处理方法。对于大气颗粒物污染治理工业治理方法有很多, 如文中所列。但每种方法都有其使用条件和使用环境, 对于不同地域和不同条件还应根据各自需求选择正确的方式方法。

参考文献

空气中颗粒物污染特征分析篇8

关键词：城市环境,粒状污染物,污染气象学,相互关系

1前言

空气中的污染颗粒物, 特别是空气动力学当量直径小于10μm (PM10) 和小于2.5μm颗粒物 (PM2.5) 对人体健康的影响已受到广泛的关注。1996年1月8日, 我国批准了《环境空气质量标准》 (GB3095-1996) , 该标准对PM10的浓度限值做出了规定;1996年9月27日, 欧盟通过了大气质量评价控制准则 (96/62/EG) , 对PM10的浓度也做出了限制;1997年, 美国EPA首次颁布了细颗粒物PM2.5的空气质量标准。近几年我国学者对PM10和PM2.5的污染水平、成分来源、对污染物的富集、颗粒物的污染与人体健康的关系等进行了研究。本文对我国城市环境空气中TSP近20a来的变化、TSP、PM10和PM2.5相关性、颗粒物对一些污染物的富集情况以及污染物在大气与颗粒物之间的分配进行了分析。另外还对我国与德国空气中颗粒物的污染水平和相关性进行了初步的对比分析。

2环境空气中颗粒物污染状况

1981～1998年, 全国大中城市环境空气中总悬浮颗粒物 (TSP) 浓度变化情况见图1。

由图1可知, 1982～1997年, TSP的平均浓度由0.729mg/m3降低到0.291mg/m3;在南方城市, 由0.470mg/m3降低到0.200mg/m3;在北方城市, 由0.950mg/m3降低到0.381mg/m3。1990～1998年, 在沿海城市, 由0.325mg/m3降低到0.167mg/m3;在内陆城市, 由0.425mg/m3降低到0.331mg/m3。

由于南方城市冬季无燃煤取暖、烟尘排放少, 地面植被覆盖率较北方城市高, 加之降水次数和降水量均多于北方城市, 南方城市的TSP浓度显著低于北方城市, 但这一差距呈逐渐缩小的趋势。沿海地区城市基础设施较完善, 集中供热、供气比例高于内陆地区, 内陆的中西部城市特别是西北地区干旱少雨, 加剧了总悬浮颗粒物污染水平。

根据中国环境监测总站对几个城市进行的PM10和PM2.5的监测研究工作, 1995年和1996年, 我国城市环境空气中PM10浓度为0.185mg/m3、PM2.5为0.109mg/m3。1996年, 德国环境空气中TSP浓度均值为0.041mg/m3, PM10均值为0.034mg/m3。1978年, 法兰克福的PM10浓度为0.12mg/m3, 1993年降低为0.040mg/m3, 1996年, 法兰克福的PM2.5浓度为0.028mg/m3。1995年和1996年, 广州、重庆、武汉和兰州4个城市PM10对照点 (清洁区) 均值为0.120mg/m3, 与法兰克福1978年的水平相当。

3环境空气中小颗粒物的研究状况

1988年对广州、郑州、云南3地大气环境中PM2.5浓度、离子浓度、酸度和酸化缓冲能力进行了分析;对北京市大气中PM2.0的来源进行了分析, 对华北清洁地区空气中PM2.0的来源进行了研究, 发现城区与清洁区存在很大差异, 城区PM2.0主要来源为汽车尾气 (59.7%) , 清洁区主要为土壤尘 (67.1%) , 虽然不同的解析源的方法存在着较大的差异, 但对宏观环境的分析有一定的意义和参考价值。对大气颗粒物 (PM10) 源解析常用的化学质量平衡法 (CMB) 、因子分析法 (KA) 、目标变换因子法 (TTFA) 、目标识别因子法 (TTRA) 及投影寻踪回归新技术 (PPR) 进行了比较, 指出每种方法的局限性或不足。

对广州、重庆、武汉和兰州4个城市大气中PM10和PM2.5的组成、颗粒物的污染水平及与人体健康关系等进行了较为系统的研究, 通过聚类分析指出城市大气颗粒物中元素的来源, 指出高富集于颗粒物上的金属和非金属元素 (Cu、Zn、Pb、S、Cl、Se、As、Br) 。将PM10、PM2.5污染监测与健康调查相结合, 提出了空气中PM10、PM2.5与儿童呼吸系统患病发生率呈线性相关, 其影响比二氧化硫和氮氧化物更密切。空气污染严重组对儿童呼吸系统疾病的发生率是污染较轻组的1.71～3.95倍。呼吸系统疾病受颗粒物影响大的另一原因应与颗粒物对多种有害物质的吸附有关。对城市居民区空气中多环芳烃污染物气态和固态分布做出了分析。即使在气温高达35℃时, 具有强致癌作用的B[a]P (25ng/m3) 在颗粒物上仍占87.0%, 被怀疑有致癌性的苯并[k]荧蒽 (40ng/m3) 在颗粒物上也占87.5%, 致癌的四环芳烃苯并[a]蒽在颗粒物上的比例为35%。五环芳烃在PM10上吸附的量占在总悬浮颗粒物总量的85%以上。若空气中颗粒物B[a]P浓度为22ng/m3, 苯并[k]荧蒽浓度为36ng/m3, 它们在PM2.5上吸附的量约占总量的50%以上;PM2.5约有50%由鼻腔分离, 按每人每天吸入空气10m3计, 通过细颗粒物吸入身体未被鼻腔分离的B[a]P为55ng, 苯并[k]荧蒽为90ng。

在我国南北方城市中, 细颗粒物及多环芳烃的污染比较严重, 超标现象时有发生。有关居住区多环芳烃污染与人体健康水平 (特别是癌症) 的关系, 不同代表性区域细颗粒物吸附有机物性能, 细颗粒物浓度与人体健康的定量关系等尚需系统研究。

4环境空气中不同粒径颗粒物相关性分析

环境空气中TSP、PM10和PM2.5之间存在相互联系, 在不同的条件下, PM10、PM2.5在TSP中所占的比例也有所不同。在上海某居民区, PM10≈0.85TSP, 1996年德国, PM10≈0.83TSP, 1995年和1996年的兰州, PM10≈0.25TSP。一般讲, 空气质量较好时, 空气中小颗粒物所占比例高, 其中汽车尾气贡献率较高。

某城市环境空气中总悬浮颗粒物与PM10的相关性见图2。线性方程为:y=0.5048x+0.0254, 相关系数r=0.8646, n=20, 若显著性水平α=0.001, r0.001=0.6787, r>>r0.001, TSP与PM10线性关系非常显著。

建立PM2.5与PM10间的线性方程见图3。线性方程为:y=0.5385x+0.0102, 相关系数r=0.9569, n=16, 若显著性水平α=0.001, r0.001=0.7420, r>>r0.001, PM2.5与PM10线性关系非常显著。

从1995、1996年4个城市监测结果看, 我国城市环境大气中PM2.5污染较为严重, 平均浓度为0.109mg/m3, PM2.5与PM10之比较低为0.59。1996年, 德国法兰克福PM2.5浓度为0.028mg/m3, 与PM10之比为0.70, 由此可见空气中颗粒物浓度越低, PM2.5所占比例越高。

5结论

大气颗粒物污染危害及控制技术篇9

1空气中所含颗粒物成分和形成原因

对大气颗粒物进行划分可以从科学的角度去考虑, 一共有三种, 其一是总悬浮颗粒物, 其二是可吸入颗粒物, 其三是气溶胶。先说第一种, 这种颗粒物是空气动力学中当量直径在100μm以下, 而且它能够在空气中长时间地悬浮, 很容易通过人们的鼻腔被吸收到人体内, 很多情况下鼻腔中会有细胞结构对这种颗粒物进行阻碍, 使其在呼吸系统的外面就以及被挡住, 从而被当成鼻涕让人们给甩掉。第二种颗粒物的粒径在10μm以下, 通常被称为PM10, 这种颗粒物是能够穿过人们的呼吸道, 然后进入到人体内部的, PM2.5也是在这种颗粒物之中, 并且占据了PM10的6~7层左右。要是在显微镜之下观看, 这种固体颗粒物会呈现很多形状, 还是不规则的存在, 在这些固体颗粒物中, 要比重金属的吸入性更强, 常见的重金属有铅汞等。而且这类固体颗粒物还容易吸附更多的多环芳烃致癌物, 带有一定的致癌效应, 还有很多影响生育的物质存在。第三种颗粒物的粒径都要在2μm以下, 通常被称为PM2.5, 这种颗粒物的来源几乎都是由人为和天然这两种途径, 要是说危害性的话, 还是人为导致的颗粒物更大, 这其中包含很多二次颗粒物, 就像二氧化硫被氧化而生成的颗粒物等等, 对人们健康有较大的影响。

2大气颗粒物的危害分析

经过研究和细致的对比得出了一个结论, 就是粒径越小的颗粒物对人们带来的危害也就会越大, 要是细颗粒物的话, 它就会飘的更远, 危害的范围的也就会越广。如果干尘粒越细微, 它在空气中就会越就地浮游, 空气中的能见度也就会越小, 在气象学中的专业名称是灰霾天。要是出现了灰霾天, 就会让空气失去清新度, 还有减低人们的能见度, 出现这种天气一般都是在我国东部城市较多, 尤其是长三角和珠三角等地区, 最严重的是还是京津翼地区, 其灰霾天气的指数在呈现上升的趋势。这种细颗粒物会严重危害着人们的身体健康, 这种直径粒越小的颗粒物, 也就会在人们呼吸道中进入到更深的部位。在人们上呼吸道中最多的就是10μm直径颗粒物, 并沉积在其中, 在人们肺泡以及细支气管中最多的则是2μm以下粒径的颗粒物, 这种颗粒物一旦在肺泡壁上被吸附, 就会很难掉落, 而且还是属于不可逆转的吸附。对于那些10μm粒径以下的颗粒物, 是能够从人们的呼吸道, 然后再进到肺部中的, 这会让呼吸道发生病变的现象。对于那些10μm粒径以上的颗粒物, 通常都会受到鼻腔和咽喉部位所特有的纤毛堵截, 不会让其轻易地进入人体, 即使这样也不能有效组织上呼吸道有病症现象发生。而且大气颗粒物还会对日照的时间以及对地面的直接能见度有较大的影响, 它是属于多孔状的结颗粒结构, 能够吸附气态的污染物, 并能够和其一种进行迁移, 使气态污染物的污染范围进一步扩大, 还会使污染物停留的时间有所增加。

3大气颗粒物污染的控制技术

3.1袋滤除尘

3.2颗粒层过滤除尘

通过将松散多孔的滤料填充在框架内作为过滤层, 颗粒物在滤层内部被捕集的一种除尘方法, 属内部过滤方式。

3.3静电除尘

利用高压电场产生的静电力 (库仑力) 的作用从气流中分离悬浮粒子 (尘粒或液滴) 的一种方法。静电除尘主要通过粒子荷电、沉降和清除三个阶段实现颗粒污染物与气流的分离。静电除尘常用的设备为电除尘器。

3.4湿式除尘

也称为洗涤除尘。该方法是用液体洗涤含尘气流, 使尘粒与液膜、液滴或气泡碰撞而被吸附, 凝聚变大, 尘粒随液体排出, 气体得到净化。由于洗涤液对多种气态污染物具有吸收作用, 因此它能净化气体中的固体颗粒物, 又能同时脱除气体中的气态有害物质。湿式除尘主要通过惯性碰撞、扩散、凝聚、粘附等作用来捕获尘粒。湿式除尘常用的有喷淋塔、填料塔等。湿式除尘器结构简单、造价低、除尘效率高, 在处理高温、易燃、易爆气体时安全性好。

4结语

大气颗粒物对人体健康有着严重的影响, 尤其是对心血管系统的影响最大。形成大气污染原因是比较复杂的, 对各种大气颗粒物进行控制也是现在人们着重研究的课题, 要想真正将大气污染现象给减少还是要各方学者和人们共同努力的, 以实现环境的清新度。

参考文献

[1]陈超.大气颗粒物污染危害及控制技术.科技创新与应用, 2012.

[2]谭吉华.中国大气颗粒物中重金属污染、来源及控制.中国大气环境科学与技术, 2012.

颗粒污染物篇10

1大气颗粒物的分类和来源

PM是大气颗粒物的简称, 是大气中存在的各种液态和固态颗粒物质的总称。各种颗粒物均匀地、相对稳定地分散在空气中构成一个庞大的悬浮体系, 又称为气溶胶体系。

大气颗粒物的划分是以空气动力学直径为基础的, 可分为总悬浮颗粒物TSP (动力学直径小于或等于100μm) 和可吸入颗粒物 (直径小于或等于10μm) 。可吸入颗粒物又分为细颗粒PM2.5和粗颗粒物PM10, 最小的空气动力学直径在1μm ~3μm。而超细颗粒物, 通常是指PM2.5和PM10, 它们分别代表空气动力学直径小于2.5μm和10μm的颗粒。根据产生原理和状态的差异, 分为自然形成的气溶胶和人类活动产生的气溶胶;颗粒物根据形成方式的不同, 分为一次颗粒物和二次颗粒物[1];一次颗粒是自然产生和人类活动中直接排放到大气的污染物, 二次污染物是由一次污染物和大气中的组分经过反应而产生的污染物。

1.1自然形成的颗粒物

人类的地球是在不断运动的, 一次颗粒物如植物的花粉颗粒、火山喷发的火山灰、尘扬等等。二次颗粒物如自然中产生的氮氧化物、硫氧化物和碳氢化合物相互反应生成的颗粒物。

1.2人类生产生活产生的颗粒物

人类生产生活产生的颗粒物集中于城市, 城市颗粒物污染更为严重, 主要表现在以下几个方面:城市建设过程建筑工地的扬尘, 汽车尾气排放的颗粒物, 工业生产各种窑炉、锅炉、化工、有色金属生产产生的烟尘颗粒物, 生活垃圾、生活油烟和园林绿化产生的颗粒物, 各种生产和生活废物焚烧产生的颗粒物[2], 这些颗粒物不仅降低了能见度, 而且在大气中很容易被人体吸收。

2可吸入颗粒物的特性

2.1细粒子比表面积大、吸附力强

特别有一些超细颗粒物, 因为它们具有较大的比表面积, 具有富集重金属、多环芳烃类、二恶英类有机物, 还可以富集酸性氧化物的盐类和有害的重金属, 使细粒子呈酸性。

2.2细粒子在空气中停留时间长、传输距离远

美国研究表明, 细粒子在大气中寿命长, 可达数天或甚至是数月, PM2.5可达7~30天, 远距离传输造成大范围污染, 可以达到几百公里或几千公里, 因此细粒子的污染具有很强的区域性。

2.3细粒子富集了元素碳、有机碳和半挥发性有机物

例如生物质燃烧不完全、化石燃烧不完全产生了一系列元素碳、半挥发性有机物、有机碳富集在细粒子上。

3大气颗粒物对人类健康的危害

随着我国经济的发展, 人民生活的改善, 家用机动车数量的迅速增加, 使得我国大气污染的类型逐渐向煤烟和汽车尾气混合污染型发展[3]。与欧美国家相比, 我国大气颗粒物污染程度是相当高的。据有关资料反映, 我国大气颗粒物浓度比欧洲国家高出2~ 7倍, 空气污染对人类健康的影响是多方面: (1) 使暴露人群的免疫功能和肺功能降低, PM2.5又称为可入肺颗粒, 能直接导致心血管病等疾病、改变免疫结构、改变肺功能及结构[4]。; (2) 影响涉及心血管系统和呼吸系统发病率提高以及患病率的增加, 早产儿和低体重儿发生率增加; (3) 对于儿童来说, 燃煤取暖等空气污染对儿童肺功能有明显损伤作用。

4大气颗粒物的防治方法

4.1加大政府监管力度

加强立法, 推动大气颗粒物污染防治的制度化建设, 健全大气污染物防治立法工作, 制定完善的污染排放标准和流程。另一方面, 对于违背法律的必须给予严惩, 遵守守法者给予鼓励和奖励。

4.2制定具体的控制策略

随着我国城市化进程的加快, 大气污染已经严重影响人们的健康和生态环境, 下大力气研究大气污染的途径, 制定控制的策略, 特别是增加应用PM2.5指标, 研究颗粒物污染与室内空气污染与大气的关系。

4.3加强城市绿色生态化建设

可以采取三条途径: (1) 在市区多建公园、草坪, 多植花卉、树木, 一方面可以利用草坪覆盖裸露的地表, 另一方面防止表面产生多余扬尘; (2) 在市区多建人工湖不但不会产生颗粒物, 还可以吸尘、降尘。 (3) 在工厂区可以植树, 可以加速颗粒物的沉降还可防止污染物扩散。

4.4处理好城市生活垃圾和建筑垃圾

在城市附近建立垃圾填埋场, 在填埋场周围进行植树造林, 一方面减少颗粒物的产生, 另一方面防止建筑垃圾和生活垃圾产生的扬尘遭成污染。

4.5控制城市机动车增长速度

加快淘汰黄标车的速度, 逐步推广新能源汽车的应用, 加大投入发展公共交通;城市区域火力燃煤电厂落实环保节能减排, 加快电厂机组脱硫脱氮及除尘技术整改;进一步减少颗粒物排放。

4.6工矿企业按照国家标准合理排放