PM2.5及其工業(yè)源頭控制技術(shù)
1 前言
PM2.5細(xì)顆粒物是大氣中的主要污染物之一，也是引起環(huán)境、氣候變化的重要因素，大氣中顆粒物的粒徑變化范圍很大，按粒徑大小顆粒物可分為降塵、總懸浮顆粒物（TSP）、可吸入顆粒物（PM10）和細(xì)顆粒物（PM2.5），其中的PM2.5就是指大氣中直徑小于或等于2.5μm的顆粒物，也稱為可入肺顆粒物，它的直徑還不到人的頭發(fā)絲粗細(xì)的1/20（見圖1）。雖然PM2.5只是地球大氣成分中含量很少的組分，但它對(duì)空氣質(zhì)量和人體健康等有著重要的影響。PM2.5對(duì)光的散射作用比較強(qiáng)，在不利的氣象條件下很容易導(dǎo)致灰霾形成，這就是空氣看起來(lái)不透澈的原因，同時(shí)PM2.5也是引起一系列人體健康問題的罪魁禍?zhǔn)住?/span>
2 國(guó)內(nèi)外關(guān)于PM2.5對(duì)人體健康危害的研究
一般認(rèn)為，粒徑在10μm以上的顆粒物，會(huì)被擋在人的鼻子外面；粒徑在2.5～10μm之間的顆粒物，能夠進(jìn)入上呼吸道，但部分可通過痰液等排出體外，另外也會(huì)被鼻腔內(nèi)部的絨毛阻擋，對(duì)人體健康危害相對(duì)較小；而粒徑在2.5μm以下的細(xì)顆粒物即PM2.5，被吸入人體后會(huì)直接進(jìn)入支氣管，干擾肺部的氣體交換，引發(fā)包括哮喘、支氣管炎和心血管病等方面的疾病。與較粗的大氣顆粒物相比，PM2.5粒徑小，富含大量的有毒、有害物質(zhì)且在大氣中的停留時(shí)間為1000小時(shí)左右、傳輸距離可達(dá)上千公里，因而對(duì)人體健康和大氣環(huán)境質(zhì)量的影響更大。
國(guó)內(nèi)外有很多這方面的研究。國(guó)內(nèi)的環(huán)境衛(wèi)生專家潘小川教授曾研究了大氣中PM2.5濃度與心血管急診人數(shù)的關(guān)系，在2004年至2006年期間，北京大學(xué)第三醫(yī)院總共接待了8377名心血管病急診患者（見表1中的急診人數(shù)，以及空氣污染數(shù)據(jù)及天氣情況的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)）。表1中可見，這一時(shí)間段的平均SO2和NO2濃度均低于國(guó)家“良”級(jí)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)限定的最高值（60μg/m3和80μg/m3），而PM2.5平均濃度為121.58μg/m3，遠(yuǎn)高于世衛(wèi)組織認(rèn)定的安全值（10μg/m3）。
此外，從表1中還可發(fā)現(xiàn)，當(dāng)觀測(cè)點(diǎn)的PM2.5日均濃度增加時(shí)，在距觀測(cè)點(diǎn)約4公里以外的北京大學(xué)第三醫(yī)院，心血管病急診患者數(shù)量也相應(yīng)增加。雖然PM10和PM2.5都是心血管病發(fā)病的危險(xiǎn)因素，但PM2.5的影響顯然更大。在PM2.5污染值最高的一天，心血管病急診患者數(shù)量達(dá)到了最高的26人。
國(guó)外對(duì)PM2.5的研究就更早更深入，哈佛大學(xué)曾在1974—1991年對(duì)美國(guó)圣路易（St. Louis）地區(qū)的6個(gè)城市做了多年的跟蹤對(duì)比研究，證實(shí)了大氣中粉塵顆粒物對(duì)健康的負(fù)面影響。這一研究的主要目的是為了了解人類長(zhǎng)時(shí)間暴露在二氧化硫和粉塵環(huán)境下的肺部病變情況。圖2顯示了該研究所跟蹤人群的存活率與細(xì)粉塵顆粒物的聯(lián)系。
研究結(jié)論表明，人類存活率與細(xì)顆粒物排放具有相關(guān)性。細(xì)顆粒物排放高的城市（見圖2右中的L、H、S三城市），人類存活率低。進(jìn)一步研究總顆粒物與細(xì)顆粒物對(duì)人體健康的關(guān)系可以發(fā)現(xiàn)，PM2.5的排放與人類存活率有直接相關(guān)性，而不是總顆粒物的排放（見圖3）。可見，對(duì)人體健康而言，有效控制PM2.5的意義高于控制總顆粒物。
由上可見，PM2.5對(duì)人體健康的巨大危害已被科學(xué)證實(shí)，世界衛(wèi)生組織（WHO）在2005年版《空氣質(zhì)量準(zhǔn)則》中指出：當(dāng)PM2.5年均濃度達(dá)到35μg/m3時(shí)，人的死亡風(fēng)險(xiǎn)比10μg/m3的情形約增加15％，故此WHO將過渡期第1階段目標(biāo)值設(shè)定為35μg/m3。
3 PM2.5的來(lái)源及控制
長(zhǎng)久以來(lái)，由于缺乏對(duì)細(xì)顆粒物的監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)一直未開展針對(duì)PM2.5的監(jiān)測(cè)，導(dǎo)致公眾自我感觀與空氣監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)結(jié)果不一致的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。隨著人們環(huán)境意識(shí)的提高，以及監(jiān)測(cè)技術(shù)和手段的完善，我國(guó)出臺(tái)PM2.5監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)也水到渠成。在最新修訂的《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中，PM2.5監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)已被寫入“國(guó)標(biāo)”，并納入各省市的強(qiáng)制監(jiān)測(cè)范疇，將PM2.5年和24小時(shí)平均濃度限值分別定為35μg/m3和75μg/m3，這與WHO過渡期第1階段目標(biāo)值相同。
在我國(guó)大部分地區(qū)，特別是工業(yè)集中地區(qū)，PM2.5占整個(gè)空氣懸浮顆粒物重量的比重很大。要控制PM2.5，就要了解PM2.5的來(lái)源。PM2.5的來(lái)源很復(fù)雜，既有自然來(lái)源也有人為排放。PM2.5的自然來(lái)源，包括風(fēng)揚(yáng)塵土、火山灰、森林火災(zāi)、植物花粉等。當(dāng)然PM2.5主要來(lái)源還是人為排放，煤炭，石油及其他礦物燃燒產(chǎn)生的工業(yè)廢氣，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的秸稈燃燒以及機(jī)動(dòng)車產(chǎn)生的粉塵煙氣等都是PM2.5的重要來(lái)源。有研究表明，我國(guó)工業(yè)城市空氣中PM2.5污染有50%以上來(lái)源于燃煤、機(jī)動(dòng)車燃油、工業(yè)使用燃料等燃燒過程，而工業(yè)生產(chǎn)中所產(chǎn)生的PM2.5通常攜帶有二英、重金屬等有毒物質(zhì)，對(duì)人體的危害非常大，所以控制工業(yè)生產(chǎn)中的PM2.5排放是最能立竿見影的改善空氣質(zhì)量的手段。
4 工業(yè)排放PM2.5源頭控制技術(shù)
工業(yè)煙氣中粉塵顆粒物的控制，主要是通過除塵器來(lái)實(shí)現(xiàn)的（如圖4）。除塵器的過濾性能決定了最終排放的粉塵，尤其是PM2.5的排放濃度。除塵器的種類非常多，目前靜電除塵逐步過渡為布袋除塵的理念已經(jīng)被大多數(shù)企業(yè)所認(rèn)可，而且當(dāng)前國(guó)內(nèi)外在布袋除塵方面也已經(jīng)積累了非常豐富的經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了成熟的階段。就布袋除塵技術(shù)而言，除了必需在除塵器結(jié)構(gòu)上優(yōu)化外，除塵器中所用的濾袋則是影響除塵器過濾性能等的核心部件。