基本介紹
- 中文名：煙塵
- 外文名：Smoke
- 屬性：固體顆粒物
- 形成原因：氧化、升華、蒸發
- 來源：燃煤和工業生產
- 分類：降塵和飄塵
簡介,分類,按粒徑大小分,按形態特徵分,來源,檢測方法,取樣法,非取樣法,危害,防治措施,
簡介
煙塵是燃煤和工業生產過程中排放出來的固體顆粒物。它的主要成份是二氧化矽﹑氧化鋁﹑氧化鐵﹑氧化鈣和未經燃燒的炭微粒等。大氣污染物種類繁多，按形態概括起來可分為兩類，即顆粒狀污染物和有害氣體，煙塵屬於顆粒狀污染物。
根據我國的習慣，一般將冶金過程或化學過程形成的固體粒子氣溶膠稱為煙塵；燃燒過程產生的飛灰和黑煙，在不必細分時，也成為煙塵。在其他情況或泛指固體粒子氣溶膠時，通稱為粉塵。
分類
按粒徑大小分
煙塵屬於顆粒狀污染物，按粒徑大小又可分為降塵和飄塵。降塵的粒徑大於10微米，靠其自重能自然降落。單位面積的降塵量可作為評價大氣污染程度的指標;飄塵的粒徑小於10微米，粒小體輕，能長期在大氣中飄浮。飄浮的範圍從幾公里到幾十公里。因此它會在大氣中不斷蓄積，使污染程度逐漸加重。飄塵成分複雜，包括無機物和有機物。無機物有石棉、二氧化矽、金屬物質（汞、鉛、鉻、鎘、錳、鐵等）及其化合物。有機物有多種烴類，特別是多環芳烴等碳氫化合物。飄塵有吸濕性，在大氣中易吸收水分，形成表面具有很強吸附性的凝聚核，能吸附有害氣體和經高溫冶煉排出的各種金屬粉塵以及致癌性很強的苯並 (a)芘等。有些飄塵顆粒表面還具有催化作用，如鋼鐵廠排出的三氧化二鐵能催化其表面的二氧化硫成為三氧化硫，吸水成為硫酸。飄塵表面的這種作用，往往增大其毒性。因此環境監測和衛生部門把它作為評價大氣污染對健康影響的重要指標。
按形態特徵分
常見的煙塵有黑煙﹑紅煙﹑黃煙和灰煙。不同顏色的煙塵，其組成和來源各不相同。
黑煙含有大量焦油﹑碳黑，主要來源於燃煤﹑燃油業。紅煙含有大量氧化鐵，主要來源於鋼鐵廠。黃煙含有大量氮氧化物，主要來源於化工廠。灰煙主要來源於水泥廠和石灰廠。
來源
鋼鐵、有色金屬冶煉、火力發電、水泥和石油化工企業的生產過程，車輛和飛機的排氣，以及垃圾燃燒、採暖鍋爐和家庭爐灶排出的煙氣等，都是煙塵污染的主要來源，其中以燃料燃燒排出的數量最大，主要成分是未燃燒的碳粒（C），還含有少量SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO等。
清潔的大氣含飄塵10～20微克/米3。目前一般居民區大氣飄塵的濃度已達40～400微克/米3，為50～100年前的2～3倍。繁華街道上空可高達2～4毫克/米3，工業區為3～5毫克/米3。
檢測方法
煙塵污染大氣，對人們身體健康有很大的危害，會引起心臟病患者死亡率的增加。另一方面，隨著低碳環保行動的深入，降低生活環境中C的含量成為環境保護的重中之重。因此，對排放源煙塵濃度的測量就成為環境監測的一個重要方面。
目前，根據測量機理的不同分為兩類分析方法：取樣法和非取樣法。
取樣法
取樣法是從待測區域中取部分具有代表性的含煙塵氣 樣， 並將顆粒從樣品中分離出來，再送入隨後的分析測量系統來測量煙塵質量濃度的方法。
1）濾膜稱重法
濾膜稱重法的基本原理是以規定的流量採樣，將空氣中的煙塵顆粒沉集於高性能濾膜上，稱濾膜採樣前、後的質量， 由質量差求得沉集的煙塵顆粒質量，再根據採樣空氣體積，計算出煙塵顆粒的質量濃度。 由於受濾膜性能影響，大多測量採用PM10和PM2.5 2個標準的煙塵顆粒物。該方法原理簡單，測定數據可靠，測量不受顆粒物物理性質的影響。但操作煩瑣費時（一般3～24h）、噪聲大。
2）β射線吸收法
β射線吸收法測量裝置由β射線源、濾膜支架及探測器等組成。當含塵樣氣通過濾膜時，顆粒被過濾在濾膜上，經過一段時間後，轉動軸帶動濾膜移動並使被濾顆粒進入測量區域，測量區域上部發出的β射線透過顆粒介質後衰減並被接收，根據β射線的衰減程度即可確定被濾塵樣的質量，進而求得被測粉塵的質量濃度。
β射線吸收法是在稱重法基礎上發展而來的，該方法主要用於煤礦粉塵與工業燃燒煙塵（主要含C和S）的測量，以及用於氣溶膠質量濃度的監測。該方法測量的動態範圍寬，準確度及靈敏度高，且測量結果只與粒子的質量有關。但該方法存在安全隱患，同時，系統要求增加各種禁止措施，結構設備複雜且昂貴。
3）壓電晶體差頻法
壓電晶體法採用石英諧振器作為敏感元件。其工作原理是使空氣以恆定流量通過切割器， 進入由高壓放電針和微量石英諧振器組成的靜電採樣器， 在高壓電暈放電的作用下，氣流中的顆粒物全部沉降於測量諧振器的電極表面上，因電極上增加了顆粒物的質量，其振盪頻率發生變化，根據頻率變化可測定煙塵顆粒物的質量濃度。 與其他測煙塵濃度的方法相比，壓電晶體差頻法具有靈敏度很高，石英壓電晶體電極的質量靈敏度理論上為180Hz/μg。假定所測空氣煙塵濃度為150μg/m3，以1L/min採樣流速採樣2min，所采煙塵量為0.3mg，儀器的理論回響值為54Hz，就可準確測定。其採樣流量低、採樣時間短是其他測塵法無法比擬的；檢測範圍寬，由於輸出的低 頻信號達10～105 Hz，能滿足大氣煙塵不同濃度的測定，如果輸出104Hz， 被測煙塵濃度理論上等於28mg/m3，這樣高的煙塵濃度一般已超出環境煙塵濃度的範圍但由於壓電晶體每做完一次測試後需要重新清潔後才能進行下次測試，所以，這種測試方法不能進行長時間線上檢測。
4）微量天平振盪法
測量原理是基於錐形元件振盪微量天平原理，核心部件為錐形元件振盪器。錐形元件振盪器在其自然頻率下振盪， 振盪頻率由振盪器件的物理特性、參加振盪的濾膜質量和沉積在濾膜上的顆粒物質量決定。儀器通過採樣泵和流量計， 使環境空氣以一恆定的流量通過採樣濾膜，顆粒物則沉積在濾膜上。測量出一定間隔時間前、後的2個振盪頻率， 就能計算出在這一段時間裡收集在濾膜上顆粒物的質量，再除以流過濾膜的空氣的總體積，得到這段時間內空氣中顆粒物的平均濃度。
微量天平振盪法適用範圍很廣，現代主要用於空間 環境表面污染（分子污染和顆粒物污染）的監測，又因其高靈敏度、高解析度及實時線上監測、輸出數位化等優點在電化學和生物領域備受關注。
非取樣法
非取樣法是利用煙塵顆粒物與射線、光等作用後所產 生的衰減、 散射等現象來間接測量煙塵濃度的方法。非取樣法主要有：黑度法、濁度法、光散射法。
1）黑度法
此方法又叫林格曼黑度法。它是基於監測人員用有不同黑色面積的玻璃片對排放煙塵的黑度進行目測，然後與林格曼黑度（共分六級）對比後， 確定被測煙塵的黑度，再按林格曼黑度級與煙塵濃度對照表得到煙塵排放濃度。這種方法使用簡單、方便，操作人員很容易掌握使用，但顯然這種方法不夠科學，也不夠可靠，無法獲得煙塵的絕對濃度。
黑度法只是粗略了解煙塵的黑度等級而不需要獲得其絕對濃度，主要用於煙塵黑度監測，套用於鍋爐、工業爐窯、火電廠及煉焦爐等場所。
2）濁度法
該方法將光源與探測器分別安裝在煙道兩側，光遇到煙塵顆粒後由於吸收、散射等作用使光強衰減，探測器接收的是顆粒的透射光。根據郎伯—比爾定律，透射光強與顆粒的大小和濃度相關， 這就為煙塵顆粒物濃度測量提供了尺度，通過計算介質的濁度，得到煙塵的質量濃度。 該方法原理簡單、技術成熟，廣泛用於工業煙囪、煤礦瓦斯監測，但用於濃度測量時必須預先知道被測對象的粒徑分布或者平均粒徑，具有一定的局限性，即在濃度極低時，光強變化不大，濃度極高時，光強衰減過大，從而信噪比大大降低，因此，在這種特殊情況下，效果較差；當煙塵組分發生變化時， 測量結果也會出現偏差；由於光源、探測器及反射鏡等需要分立安裝，因此，需要嚴格對準；反射鏡等光學鏡片附著煙塵後， 也會影響測量結果。
3）光散射法
光散射法基於光散射原理，當光束入射到顆粒（不管是固體顆粒、液滴或者氣泡）上時，將向空間四周散射，光的各個散射參數與煙塵顆粒的濃度密切相關。將探測器安裝在某一散射角處，獲得散射光強數據後，基於散射理論對煙塵濃度進行反演。
光散射法之所以獲得廣泛套用是因為相比其他測量方法具有如下顯著優點：適用性廣，除了測量固體顆粒（粉末）外，還可以測量液體顆粒（液滴）、氣體顆粒（氣泡），而不用知道顆粒的化學組成；粒徑測量範圍寬，從幾個納米（10-3μm）到約103μm，甚至更大；測量準確、精度高、重複性能好，對單分散系高分子聚合物標準粒子的測量誤差和重複性偏差可以限制在1%～2%之內。
煙塵濃度的線上測量方法應滿足以下要求： 1）採樣速度要足夠快，能進行長期、實時地監測，能夠滿足生產過程中對數據量的要求。 2）數據處理必須實時準確，及時反映出煙塵顆粒物特性的變化。 3）測量系統結構簡單、可靠，能夠在惡劣條件下長期運行， 便於維護。4）測量系統還應具有較好的經濟性，價格合理。
危害
煙塵對人體的危害同顆粒物的大小有關：
（1）大於5微米的顆粒物能被鼻毛和呼吸道粘液擋住。
（2）小於0.5微米的顆粒物一般會粘附在上呼吸道表面，並隨痰液排出。
（3）直徑在0.5-5微米的顆粒物對人體的危害最大。它不僅會在肺部沉積下來，還可以直接進入血液到達人體各部位。
由於粉塵粒子表面附著著各種有害物質，它一旦進入人體，就會引發各種呼吸系統疾病。
全世界每年約有1億噸煙塵排放到空氣中，其中不乏有毒煙塵，如不及時處理，不僅會毀掉藍天，而且會毀掉人體健康甚至生命。
粒徑不同的飄塵隨空氣進入肺部，就會以碰撞、擴散、沉積等方式，滯留在呼吸道的不同部位，大於5微米的飄塵，多滯留在上呼吸道，小於5微米的多滯留在細支氣管和肺泡。0.01～1微米的飄塵在肺泡內的沉積率最高。
滯留在鼻咽部和氣管的飄塵，與進入人體的二氧化硫等有害氣體產生刺激和腐蝕黏膜的聯合作用，損傷黏膜、纖毛，引起炎症和增加氣道阻力。持續不斷的作用會導致慢性鼻咽炎、慢性氣管炎。滯留在細支氣管和肺泡的飄塵也會與二氧化氮等產生聯合作用，損傷肺泡和黏膜，引起支氣管和肺部炎症。長期的持續作用，還會誘發慢性阻塞性肺部疾患並出現繼發感染，導致肺心病死亡率增高。大氣處於逆溫狀態時，污染物不易擴散，飄塵污染濃度會迅速上升，如1952年12月倫敦發生煙霧事件時，大氣中飄塵含量比平時高5倍，達到4.46毫克/米3，引起居民死亡率激增。可見大氣中飄塵濃度的突然增高，對人類健康能造成急性危害，對患有心肺疾患的老人和兒童威脅更大。
飄塵在大氣污染物中有載體作用。用電鏡檢查發現，飄塵顆粒表面，能高度富集鎳、鉻、鋅等金屬元素。這種富集在顆粒表面的金屬，在一定條件下能直接與體液、血液和組織器官接觸，產生毒作用。此外，有些金屬如鉛、鎘、鉈等以顆粒狀態存在於大氣，可直接通過呼吸道侵入人體，引起毒作用。這些毒物對健康的危害程度同它們在大氣飄塵中的含量和人體持續吸入的時間有關。大氣中鉛含量即使為10微克/米3的低濃度，連續吸入3個月也會降低肺臟排除異物的功能。據報導，大氣中鎘濃度與心臟病死亡率呈高度正相關關係。飄塵還能吸附病原微生物。在飄塵濃度高的地方，空氣中各種微生物的含量也相應增高，因而易引起慢性阻塞性肺部疾患的繼發感染，降低機體的抵抗力和免疫力。
煙塵能直接接觸皮膚和眼睛，阻塞皮膚的毛囊和汗腺，引起皮膚炎和眼結膜炎或造成角膜損傷。此外，煙塵還能降低大氣透明度，減少地面紫外線的照射強度；紫外線照射不足，又會間接影響兒童骨骼的發育。因此，煙塵污染對健康的危害是多方面的、複雜的，應引起足夠重視。
防治措施
①把排放煙塵的企業安排在居住區常年風向頻率最小的上風側，以減少煙塵對居住區的污染。如各種風向的平均風速差別很大，還須考慮風速的影響。
②利用一切空地種植花草樹木使城市綠化。
③發展區域集中供暖，減少分散煙囪，以減輕煙塵對大氣的污染。
④改造鍋爐，改進燃料的燃燒方法，安裝淨化除塵設備，達到消煙除塵的目的。
⑤鋪設和綠化街道、人行道和美化庭院，減少灰塵對大氣的污染。
