1國外對細(xì)顆粒物（pm2.5）的研究現(xiàn)狀

2012年2月29日環(huán)境保護部和國家質(zhì)檢總局聯(lián)合發(fā)布的《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（gb3095-2012）中新增了pm2.5指標(biāo)并給出了明確的濃度標(biāo)準(zhǔn)值，此次標(biāo)準(zhǔn)修訂后已經(jīng)與世界衛(wèi)生組織(who)過渡期第1階段的目標(biāo)值相同，但與美國、日本、歐盟等仍存在很大的差距，見表1。

從表1中可見，國外的pm2.5標(biāo)準(zhǔn)比較嚴(yán)，且執(zhí)行時間也早。

據(jù)此來看，國內(nèi)整個水泥行業(yè)存在pm2.5排放現(xiàn)狀不清、法律法規(guī)及標(biāo)準(zhǔn)缺失、污染治理技術(shù)研發(fā)不夠、監(jiān)測監(jiān)控能力跟不上、思想認(rèn)識不到位等問題。針對超細(xì)顆粒物開展監(jiān)測、控制技術(shù)及管理方案的研究具有非常重要的意義。

研究資料表明，pm2.5超細(xì)粒子由于粒徑小、運動性強，且含有汞、硝酸鹽、重金屬、硫酸鹽等有害物，嚴(yán)重危害著人體的健康，近年來我國心、肺、傳染等各類疾病的發(fā)生越來越多也與此有關(guān)。世界衛(wèi)生組織(who)出版的《空氣質(zhì)量準(zhǔn)則》尤其是對大氣中可吸入顆粒物的濃度限值制定了嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。who規(guī)定pm2.5年平均濃度為10μg/m3，24小時平均濃度為25μg/m3。who還指出：當(dāng)pm2.5年均濃度達(dá)到35μg/m3時，人的死亡風(fēng)險比10μg/m3的情形約增加15％。

美國紐約大學(xué)藥學(xué)院通過調(diào)查和研究也已經(jīng)證明，工業(yè)煙塵中的 pm2.5可吸入顆粒物與肺癌、心臟病所導(dǎo)致的死亡有關(guān)?？諝庵械目晌腩w粒物每增加 10μg/m3， 肺癌致死的危險就增加8%，心臟病死亡率則增加6%，總死亡率增加4%。日本環(huán)境省2007年公布的調(diào)查結(jié)果顯示，如果大氣中可入肺顆粒物的濃度每立方米增加10微克，那么在此后5天內(nèi)，部分65歲以上老者的呼吸系統(tǒng)疾病會加重，這個年齡段人群中因患哮喘或肺炎等疾病而死亡的幾率會升高1.1%。   　　     　　  

歐盟在過去的幾年里，已發(fā)展到采用不同的測量方法和間單的裝置與計算模型相結(jié)合來確定和區(qū)分細(xì)顆粒物粒徑及其分布，例如，在粉塵總排放量的基礎(chǔ)上測量煙氣流。來自德國的調(diào)查表明，總顆粒物排放的主要部分是以細(xì)顆粒物出現(xiàn)的，不受廢氣的總顆粒物濃度的影響。通過電除塵器排放的，有90%的粉塵是小于10微米（pm10）和50%的小于2.5微米（pm2.5）的細(xì)顆粒物，具體實例見水泥工業(yè)的統(tǒng)計表2。

總顆粒物排放量是采用過濾式采樣儀器測得的（平面過濾裝置）。采用管道紊流取樣器取回的粉塵是在等速條件下，并從煙氣氣流中將其分離為不同尺寸的顆粒。另外, 來自于愛爾蘭水泥廠的細(xì)顆粒物排放數(shù)據(jù)表明。主要細(xì)粉塵是可以通過總顆粒物量的減少而減少，詳見下表3。配有高效除塵系統(tǒng)的工廠相應(yīng)地有助于減少細(xì)顆粒物的負(fù)荷。

2.我國水泥行業(yè)超細(xì)顆粒物（pm2.5）現(xiàn)狀

雖然我國水泥行業(yè)粉塵治理技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了相對成熟的階段，各種高效袋和電式除塵系統(tǒng)的除塵效率已經(jīng)可以達(dá)到99%以上；2013年底出臺的新標(biāo)準(zhǔn)《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(gb 4915-2013)中的排放控制制標(biāo)也接近國外先進控制標(biāo)準(zhǔn)。然而，由于我國水泥總量大，2019年年水泥產(chǎn)量占世界水泥產(chǎn)量的60%，加上長期監(jiān)管不到位。其實際排放遠(yuǎn)超控制標(biāo)準(zhǔn)，見表4

國外研究表明，粒徑較小的pm2.5粉塵在總粉塵排放量中所占的比例極高，所排放出的粉塵中50-80%為pm2.5細(xì)顆粒物。換言之，通常工況下pm2.5的排放量極有可能很大。再加上我國水泥的總產(chǎn)能占全世界的60%，造成的嚴(yán)重霧霾天氣，水泥行業(yè)的貢獻排在3-4位間。

水泥行業(yè)粉塵排放物pm10和pm2.5由粒徑分別小于10和2.5微米細(xì)顆粒組成，這些顆?？梢砸怨腆w形式或氣溶膠出現(xiàn)。這些類型的微塵可能由于一系列的物理化學(xué)反應(yīng)，包含不同的有害氣體，如氮氧化物和硫化物，及氨反應(yīng)形成硫酸鹽、硝酸和氨微粒，可能會導(dǎo)致人類的健康問題。在水泥行業(yè), pm10和/或pm2.5可能來自于燃燒和冷卻過程；然而，輔助生產(chǎn)過程也能導(dǎo)致細(xì)微粉塵的形成。

作為污染嚴(yán)重的水泥行業(yè)，2013年修訂了《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》將水泥窯顆粒物排放50mg/nm3的限值提高到30mg/nm3。但是針對水泥行業(yè)顆粒物中pm2.5開展的研究甚少，關(guān)于水泥行業(yè)顆粒物中pm2.5超細(xì)粒子的排放狀況幾乎空白，基于此種情況，我們在十二五和十三五其間，著手對有代表性的地區(qū)和不同規(guī)模的水泥生產(chǎn)線的pm2.5超細(xì)粒子排放進行了現(xiàn)場采樣監(jiān)測。

3.對水泥窯等采樣監(jiān)測

采樣和分析設(shè)備

（1）武漢天虹th-880f自動煙塵煙氣分析儀

廢氣含塵濃度的測試工作原理簡單描述：根據(jù)儀器感應(yīng)頭測到的動壓，靠抽氣泵的抽力作用，將煙囪中的含塵廢氣從煙囪中吸出，經(jīng)過特制的濾筒將廢氣中的顆粒物過濾并收集。然后，廢氣進入專門的動壓跟蹤儀器，計算出在設(shè)定的時間內(nèi)采集的廢氣體積。根據(jù)濾筒前后的重量變化即可得出測試時間內(nèi)收集到的粉塵重量。根據(jù)粉塵重量和采氣體積即可計算出廢氣的含塵濃度。本研究用此儀器測量分析窯頭、窯尾、煤磨、水泥磨的含塵濃度。

（2）ks-220 型煙道氣顆粒多級采樣儀

ks-220 型煙道氣顆粒多級采樣儀是符合最新的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)—iso-en909 的顆粒采樣儀，它采用最新的流體機械的形狀設(shè)計，在增加沖擊效果的同時以及減少儀器尺寸，腔室內(nèi)部采用三級兩板的構(gòu)造，在設(shè)計流量下三級的切割粒徑分別為pm10、pm2.5及pm1.0，一次采樣能得到六個樣品，同一級的兩個樣品可以取平均值。ks-220 可配置不同尺寸的等速采樣頭，非常適合應(yīng)用于不同燃燒源排放顆粒物的理化特征分析。ks-220 通常與ks-404 自動采樣儀聯(lián)用，配置圖如圖1所示。ks-404自動采樣儀將自動測定采樣流量及溫度、計算并控制等速采樣條件、控制采樣泵、輸出數(shù)據(jù)等。

圖1 ks-220及ks-404聯(lián)用配置圖

4.監(jiān)測結(jié)果與分析

本次監(jiān)測對不同地區(qū)2條2500t/d、4條3000 t/d、5條4500 t/d、7條5000 t/d和2條10000 t/d規(guī)模的新型干法水泥生產(chǎn)線的窯尾，窯頭、水泥磨、煤磨收塵器的出口進行了采樣和補充監(jiān)測。監(jiān)測結(jié)果如下：

本次監(jiān)測的水泥廠，煤磨和水泥粉磨工段采用的除塵器全部為袋式除塵器。就煤磨工段而言，經(jīng)除塵后排放的顆粒物（tsp）中，pm10的比例介于84.3-90.0%之間。水泥粉磨工段與煤磨工段較為接近，范圍為85.7-94.5%，說明水泥生產(chǎn)中煤磨和水泥粉磨工段經(jīng)袋式除塵器除塵后排放的顆粒物中以pm10為主。這兩個工段排放的pm2.5排放比例占tsp的一半以上，最高約86.30%，可以預(yù)見pm2.5排放量不容忽視。根據(jù)測試結(jié)果，當(dāng)水泥窯頭經(jīng)靜電除塵處理后排放的煙氣中，pm10的含量占比范圍為90.2-97.4%，pm2.5的含量占比范圍為69.2-81.1%。采用袋式除塵器除塵后的窯頭廢氣中，pm10的含量占比范圍為88.4-94.9%，pm2.5的含量占比范圍為63.9-77.9%。由此可見，窯頭顆粒物排放仍以細(xì)顆粒物為主，且可吸入顆粒物排放量占有較高的比例，但袋式除塵器處理后排放的煙氣細(xì)顆粒物的比例略低。經(jīng)靜電除塵器處理后的水泥窯尾煙氣中pm10含量的占比范圍為86.6-95.0%，pm2.5含量占比范圍為41.8-80.5%。采用袋除塵措施進行除塵的窯尾煙氣中，pm10含量占比范圍為61.3-93.5%，pm2.5含量占比范圍為36.9-77.9%。對比窯頭、窯尾煙氣中不同顆粒物的粒徑分布可以發(fā)現(xiàn)，窯尾排放煙氣中pm2.5占tsp的比例要略小，且波動更大。

5.結(jié)論

水泥在生產(chǎn)過程中，經(jīng)除塵設(shè)備處理后排放的顆粒物以pm10為主，所占比例可以達(dá)到95%以上，而在pm10中pm2.5占有較高的比例。換句話說，現(xiàn)有的除塵設(shè)備對可吸入顆粒物的去除效果有限。當(dāng)然，tsp中pm10和pm2.5占比也和粉塵排放的濃度有著很大的關(guān)系，排放濃度越低，tsp中pm10和pm2.5占比越大。但由于監(jiān)測方法的局限，造成部分?jǐn)?shù)據(jù)存在偏差，監(jiān)測樣本數(shù)量不足等因素，無法摸清粉塵排放濃度和tsp中pm10、pm2.5兩者的線性規(guī)律，因此，還需繼續(xù)調(diào)研和監(jiān)測以深入研究排放濃度和tsp中pm10、pm2.5占比的關(guān)系。本次監(jiān)測的目的也就在于建立兩者之間的關(guān)系，實現(xiàn)通過粉塵排放的監(jiān)測數(shù)據(jù)，可初略估算tsp中pm10和pm2.5占比，從而可以大致計算出水泥行業(yè)pm10和pm2.5的排放量。同時也希望通過對20條水泥生產(chǎn)線的pm10和pm2.5數(shù)據(jù)的監(jiān)測，為水泥行業(yè)pm2.5超細(xì)粒子治理技術(shù)的研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

水泥行業(yè)的實踐證明，隨著環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)的進一步嚴(yán)格，袋收塵器的使用比例越來高。而采用袋收塵器過濾是超細(xì)粒子捕集控制的最有效方式，濾料.html'>濾料作為核心材料，其性能將影響著顆粒物捕集的效果，目前市場上的各種濾料主要是針對全塵捕集的要求來制造的，但是對于超細(xì)顆粒物（pm2.5），捕集效果還有較大差別。

最近，國家環(huán)保部進一步進行水泥行多污染協(xié)同控制治理的要求下，各大學(xué)，研究機構(gòu)進行了實驗室的理論研究。如東北大學(xué)濾料檢測中心，通過實驗手段，就目前市場上幾種常用的袋收塵器的濾料，對超細(xì)顆粒物的過濾性能進行了測試，結(jié)果，見表5。

上述實驗中采用了美國tsi公司的dustrak8520儀器，由上表中顯示看出；幾種濾料對pm1.0的計重效率相差較大，在40.12%-83.17%；隨著粉塵顆粒的增大，濾料的效率也增大，對pm2.5的計重效率在72.73%-95.45%；幾種濾料對pm10的過率相差不大，在92.31%-99.32%；但不管是pm1.0、pm2.5還是pm10，覆膜玻纖針刺氈濾料的效率最高。所以采用覆膜針刺氈濾料的袋收塵器是減少和控制pm2.5超細(xì)顆粒物有效方法。