基本介紹
產生來源,分類,化學組成,濃度測定,危害,治理技術,技術目錄摺疊,消除,
產生來源
煤和石油燃燒產生的一次顆粒物及其轉化生成的二次顆粒物曾在世界上造成多次污染事件。
一次顆粒物的天然源產生量每天約4.41×10^6 噸,人為源每天約0.3×10^6 噸。二次顆粒物的天然源產生量每天約.6×10^6噸,人為源每天約0.37×10^6噸。就總量來說，一次顆粒物和二次顆粒物約各占一半。顆粒物大部分是天然源產生的，但局部地區，如人口集中的大城市和工礦區，人為源產生的數量可能較多。從18世紀末期開始，煤的用量不斷增多。20世紀50年代以後，工業、交通迅猛發展，人口益發集中，城市更加擴大，燃料消耗量急劇增加，人為原因造成的顆粒物污染日趨嚴重。
分類
當前已引起人們重視的顆粒物分為兩類：PM2.5（細顆粒物，此處的“細”取漢字的第一個含義：顆粒小的，與“粗”相對）和PM10（可吸入顆粒物），前者直徑不超過2.5微米，是人類頭髮直徑的
，後者則較粗大，當前的歐盟空氣品質標準限定，PM2.5的年平均值最多為40微克每立方米，PM10為25微克每立方米。聯合國世界衛生組織的指導原則建議：PM2.5和PM10的年平均值分別為20微克每立方米和10微克每立方米。
①塵粒：較粗的顆粒，粒徑大於75微米。
②粉塵：粒徑為1～75微米的顆粒,一般是由工業生產上的破碎和運轉作業所產生。
③亞微粉塵：粒徑小於1微米的粉塵。
⑥煙：由固體微粒和液滴所組成的非均勻系，包括霧塵和炱，粒徑為0.01～1微米。
⑦化學煙霧：分為硫酸煙霧和光化學煙霧兩種。硫酸煙霧是二氧化硫或其他硫化物、未燃燒的煤塵和高濃度的霧塵混合後起化學作用所產生，也稱倫敦型煙霧。光化學煙霧是汽車廢氣中的碳氫化合物和氮氧化物通過光化學反應所形成，光化學煙霧也稱洛杉磯型煙霧。
⑨煤塵：煙道氣所帶出的未燃燒煤粒。
區別：粉塵由於粒徑不同，在重力作用下，沉降特性也不同，如粒徑小於10微米的顆粒可以長期飄浮在空中，稱為飄塵，其中10～0.25微米的又稱為雲塵,小於0.1微米的稱為浮塵。而粒徑大於10微米的顆粒，則能較快地沉降，因此稱為降塵。
三模態
Whitby等人依據大氣顆粒物按表面積與粒徑分布的關係得到了三種不同類型的粒度模，並用它來解釋大氣顆粒物的來源和歸宿。按這個模型，可把大氣顆粒物表示成三種模結構，即Aitken模（
<0.05μm）、積聚模（0.05μm<<2μm）和粗粒子模（>2μm）。
化學組成
顆粒物的組成十分複雜，其中與人類活動密切相關的成分主要包括離子成分（以硫酸及硫酸鹽顆粒物和硝酸及硝酸鹽顆粒物為代表）、痕量元素（包括重金屬和稀有金屬等）和有機成分。按照組成，可將大氣顆粒物劃分為兩大類，只含有無機成分的顆粒物叫做無機顆粒物。含有有機成分的叫做有機顆粒物。
無機顆粒物的成分是由顆粒物的形成過程決定的。天然來源主要是所屬地區的土壤粒子：火山灰，除主要由矽、氧組成的岩石粉末外，還含有錳、鐵和鋅等金屬元素的化合物；海鹽濺沫所釋放的氯化鈉、硫酸鹽等顆粒。人為來源主要是燃煤發電廠排放的大量煙塵以及鈹、鎳、釩等的化合物；市政焚燒爐排放的砷、鈹、鎘、鉻、銅、鐵、汞、鎂、錳、鎳、鉛、銻、鈦、釩和鋅的化合物；汽車尾氣中含有大量鉛等。
有機顆粒物是指大氣中的有機物質凝聚而形成的顆粒物，或有機物質吸附在其他顆粒物上而形成的顆粒物，大氣顆粒污染物主要是這些有毒有害的有機顆粒物。有機顆粒物種類繁多，結構極其複雜。已檢測到的主要有烷烴、烯烴、芳香烴和多環芳烴等多種烴類。另外還有少量的亞硝胺、氮雜環類、環酮、酮類、酚類和有機酸等。有機顆粒物多數是由氣態一次污染物通過凝聚過程轉化而來，它們的粒徑一般都比較小，屬於Aitken核膜或積聚模。
濃度測定
在標準狀態下（即壓力760毫米汞柱,溫度為273K）氣體每單位體積含塵重量（微克或毫克）數稱為含塵濃度。測定方法主要有：
①重量法，又叫重量濃度法，採用過濾器或其他分離器收集粉塵並稱重的方法，是測定含塵量的可靠方法。過濾器可用濾紙、聚苯乙烯的微濾膜等。有多種測定儀器，如靜電降塵重量分析儀可測出低達每標準立方米含塵10微克的濃度。若將已知有效表面積的集塵裝置放在露天的適當位置，收集足夠量的塵粒進行稱重，可測定降塵量。
②光散射法：雷射粉塵儀具有新世紀國際先進水平的新型內置濾膜線上採樣器，儀器在連續監測粉塵濃度的同時，可收集到顆粒物，以便對其成份進行分析，並求出質量濃度轉換係數K值。可直讀粉塵質量濃度（mg/m3），具有PM10、PM5、PM2.5、PM1.0及TSP切割器供選擇。儀器採用了強力抽氣泵，使其更適合需配備較長採樣管的中央空調排氣口PM10可吸入顆粒物濃度的檢測，和對可吸入塵PM2.5進行監測。
儀器符合工業企業衛生標準（GBZ1-2002）、工作場所有害因素接觸限值（GBZ2-2002）標準、衛生部WS/T206-2001《公共場所空氣中可吸入顆粒物（PM10）測定法-光散射法》標準、勞動部LD98-1996《空氣中粉塵濃度的光散射式測定法》標準以及鐵道部TB/T2323-92《鐵路作業場所空氣中粉塵測定相對質量濃度與質量濃度的轉換方法》等行業標準以及衛生部衛法監發[2003] 225號檔案發布的《公共場所集中空調通風系統衛生規範》。
③濃度規格表比較法：套用較廣泛的是M.R.林格曼提出的林格曼煤煙濃度表（見表）。
該表是在長14厘米、寬20厘米的各張白紙上描出寬度分別為1.0、2.3、3.7、5.5、10.0毫米的方格黑線圖，使矩形白紙板內黑色部分所占的面積大致為 0、20、40、60、80、100%，以此把煙塵濃度區別為6級，分別稱為0、1、2、3、4、5度。在標準狀態下，1度煙塵濃度相當於0.25克/立方米，2度相當於 0.7克/立方米，3度相當於1.2克/立方米，4度約為2.3克/立方米，5度約為4～5克/立方米。在使用時，將濃度表豎立在與觀測者眼睛大致相同的高度上，然後在離開紙板16米、離煙囪40米的地方注視此紙板，與離煙囪口30～45厘米處的煙塵濃度作比較。觀測時，觀測者應與煙氣流向成直角,不可面向太陽光線,煙囪出口的背景上不要有建築物、山等障礙物。除林格曼煤煙濃度表外，還有其他形式的濃度表和進行濃度比較的測定儀器，如望遠鏡式煤煙濃度測定儀和煙塵透視筒等。濃度規格表比較法的優點是簡便易行，缺點是易產生誤差。
④光度測定法：用一定強度的光線通過受測氣體，或用水洗滌一定量的受測氣體，使氣體中的塵粒進入水中，然後用一定強度的光線通過含塵水，氣體或水中的塵粒就對光線產生反射和散射現象，用光電器件測定透射光或散射光的強度，並與標準的光度比較，即可換算成含塵濃度。
⑤粒子計算法：將已知空氣體積中的粉塵沉降在一透明表面上，然後在顯微鏡下數出塵粒數目，測量結果用每立方厘米內的粒子數表示，必要時可換算成含塵濃度，其換算的近似值為：每立方厘米有500個塵粒,相當於在標準狀態下含塵濃度每立方米約2毫克，2000個塵粒約為每立方米10毫克,20000個塵粒約為每立方米100毫克。⑤間接測量法:含塵氣流以湍流狀態通過測量管，由於粉塵粒子和管內壁之間的摩擦而使塵粒帶電,測量電流量，即可根據標準曲線換算出含塵濃度。此外，用熱電偶測定塵粒吸收特定光源的輻射熱，可間接測出含塵濃度。在離子化室內，測出空氣中塵粒對離子流的衰減。此法也可算出含塵濃度。測定下限可到每立方厘米 200個塵粒。
危害
顆粒物中1微米以下的微粒沉降速度慢，在大氣中存留時間久，在大氣動力作用下能夠吹送到很遠的地方。所以顆粒物的污染往往波及很大區域，甚至成為全球性的問題。粒徑在0.1～1微米的顆粒物，與可見光的波長相近，對可見光有很強的散射作用。這是造成大氣能見度降低的主要原因。由二氧化硫和氮氧化物化學轉化生成的硫酸和硝酸微粒是造成酸雨的主要原因。大量的顆粒物落在植物葉子上影響植物生長，落在建築物和衣服上能起沾污和腐蝕作用。粒徑在 3.5微米以下的顆粒物，能被吸入人的支氣管和肺泡中並沉積下來，引起或加重呼吸系統的疾病。大氣中大量的顆粒物，干擾太陽和地面的輻射，從而對地區性甚至全球性的氣候發生影響。
來自歐洲的一項研究稱，長期接觸空氣中的污染顆粒會增加患肺癌的風險，即使顆粒濃度低於法律上限也是如此。另一項報告稱，這些顆粒或其他空氣污染物短期內還會濃度上升，還會增加患心臟病的風險。歐洲流行病學家發現，肺癌與局部地區的空氣污染顆粒有明顯的關聯。
研究人員還發現，即使污染水平短暫升高——類似城市發出霧霾警告的同時，也會使心力衰竭住院或死亡的風險上升2%—3%。這項研究將這些數據套用於美國，發現如果每立方米空氣中的PM2.5減少3.9微克，每年就可以避免近8000 例心力衰竭導致的住院治療。
治理技術
《大氣污染防治先進技術彙編》涵蓋電站鍋爐煙氣排放控制、工業鍋爐及爐窯煙氣 排放控制、典型有毒有害工業廢氣淨化、機動車尾氣排放控制、居室 及公共場所典型空氣污染物淨化、柏美迪康環保科技（上海）有限公司的無組織排放源控制、大氣複合污染 監測模擬與決策支持、清潔生產等八個領域的關鍵技術，入選技術大 多源於“十一五”以來相關國家科技計畫項目或自主創新的研究成果。
技術目錄摺疊
序號 | 技術名稱 | 技術內容 | 適用範圍 |
一、電站鍋爐煙氣排放控制關鍵技術 | |||
1 | 燃煤電站鍋爐石 灰石/石灰-石膏 濕法煙氣脫硫技 術 | 採用石灰石或石灰作為脫硫吸收劑，在吸收塔內，吸收劑漿液與煙氣充分接觸混合，煙氣中的二氧化硫與漿液中的碳酸鈣（或氫氧化鈣）以及鼓入的氧 化空氣進行化學反應從而被脫除，最終脫硫副產物為 二水硫酸鈣即石膏。該技術的脫硫效率一般大於95% ， 可達 98% 以上 ； SO2 排放 濃度一 般小於100mg/m3 ，可達 50mg/m3 以下。單位投資大致為150~250 元/kW；運行成本一般低於 1.5 分/kWh。 | 燃煤電站鍋爐 |
二、工業鍋爐及爐窯煙氣排放控制關鍵技術 | |||
21 | 石灰石- 石膏濕 法脫硫技術 | 採用石灰石作為脫硫吸收劑，在吸收塔內，吸收劑漿液與煙氣充分接觸混合，煙氣中的二氧化硫與漿 液中的碳酸鈣（或氫氧化鈣）以及鼓入的氧化空氣進 行化學反應從而被脫除，最終脫硫副產物為二水硫酸 鈣即石膏。該技術的脫硫效率一般大於 95%，可達98%以上；SO2 排放濃度一般小於 100mg/m3，可達50mg/m3 以下；單位投資大致為 150~250 元/kW 或15~25 萬元/m2 燒結面積；運行成本一般低於 1.5 分/kWh。 | 工業鍋爐/鋼鐵燒結煙氣 |
三、典型有毒有害工業廢氣淨化關鍵技術 | |||
41 | 揮發性有機氣體 （VOCs）循環脫附分流回收吸附淨化技術 | 採用活性炭作為吸附劑，採用惰性氣體循環加熱脫附分流冷凝回收的工藝對有機氣體進行淨化和回 收。回收液通過後續的精製工藝可實現有機物的循環 利用。該技術對有機氣體成分的淨化回收效率一般大於90%，也可達95%以上。單位投資大致為9~24萬元/ 千（m3h-1），回收有機物的成本大致為700~3000元/噸。 | 石油化工、製藥、印刷、表 面塗裝、塗布 等 |
四、機動車尾氣排放控制關鍵技術 | |||
59 | 汽油車尾氣催化淨化技術 | 採用最佳化配方的全Pd型三效催化劑，以及真空吸附蜂窩狀催化劑的定位塗覆技術，製備汽車尾氣淨化 器核心組件。真空塗覆技術可以精確控制催化劑塗覆 量，有效提高產品的一致性。全Pd催化劑配方根據發 動機型號不同其Pd含量約在1~3g/L範圍內，較同種發 動機上用的普通Pd-Pt-Rh三效催化劑成本可降低50% 以上。利用該催化劑及塗覆技術生產的淨化器對汽車尾氣中CO、HC和NOx的同時淨化效果可大於95%，催化劑壽命超過10萬公里，達到相當於國VI以上的尾氣排放標準要求。 | 汽車尾氣污染物處理 |
五、居室及公共場所典型空氣污染物淨化關鍵技術 | |||
64 | 中央空調空氣淨化單元及室內空 氣淨化技術 | 針對不同場所，採用風盤或/和組空不同的中央空調系統，設定過濾器和淨化組件，集成過濾、吸附、（光）催化、抗菌/殺菌等多種淨化技術，實現室內溫度和空氣品質的全面調節。 | 居室及公共場所室內空氣淨化 |
65 | 室內空氣中有害微生物淨化技術 | 研製層狀材料為載體負載銀離子的抗菌劑，在保持很好的抗菌性能的同時解決了銀離子在高溫使用 時變色的問題。研製有機無機複合抗菌噴劑，對室內 常見的有害微生物，如大腸桿菌，金黃色葡萄球菌， 白色念珠菌，軍團菌有很好的抗菌效果，對枯草芽孢 桿菌也有很好的抑制作用。 | 居室及公共場所室內空氣淨化 |
六、無組織排放源控制關鍵技術 | |||
69 | 綜合抑塵技術 | 主要包括生物納膜抑塵技術、雲霧抑塵技術及濕式收塵技術等關鍵技術。生物納膜是層間距達到納米 級的雙電離層膜，能最大限度增加水分子的延展性， 並具有強電荷吸附性；將生物納膜噴附在物料表面， 能吸引和團聚小顆粒粉塵，使其聚合成大顆粒狀塵 粒，自重增加而沉降；該技術的除塵率最高可達99% 以上，平均運行成本為0.05~0.5元/噸。雲霧抑塵技術是 通過 高 壓離 子 霧 化 和 超 聲 波霧 化 ， 可 產 生1μm~100μm的超細乾霧；超細乾霧顆粒細密，充分增 加與粉塵顆粒的接觸面積，水霧顆粒與粉塵顆粒碰撞 並凝聚，形成團聚物，團聚物不斷變大變重，直至最 後自然沉降，達到消除粉塵的目的；所產生的乾霧顆 粒，30%~40%粒徑在2.5μm以下，對大氣細微顆粒污 染的防治效果明顯。濕式收塵技術通過壓降來吸收附 著粉塵的空氣，在離心力以及水與粉塵氣體混合的雙 重作用下除塵；獨特的葉輪等關鍵設計可提供更高的 除塵效率。 | 適用於散料生 產、加工、運 輸、裝卸等環 節，如礦山、 建築、採石場、 堆場、港口、 火電廠、鋼鐵 廠、垃圾回收 處理等場所 |
七、大氣複合污染監測、模擬與決策支持關鍵技術 | |||
71 | 大氣揮發性有機物快速線上監測系統 | 環境大氣通過採樣系統採集後，進入濃縮系統，在低溫條件下，大氣中的揮發性有機化合物在空毛細 管捕集柱中被冷凍捕集；然後快速加熱解吸，進入分 析系統，經色譜柱分離後被FID和MS檢測器檢測，系 統還配有自動反吹和自動標定程式，整個過程全部通 過軟體控制自動完成。系統主要特點有：自然復疊電 子超低溫製冷系統、自主研發的溫度測量技術、雙通 路惰性採樣系統、去活空毛細管捕集、雙色譜柱分離、 FID和MS雙檢測器檢測。系統可以用於線上連續監 測，也可以用於應急檢測（採樣罐現場採樣）。該系 統一次採樣可以檢測99種各類VOCs（碳氫化合物、 鹵代烴、含氧揮發性有機物），在較長時間內可以滿 足我國環境空氣中VOCs的監測要求。 | 大氣環境監測 |
72 | 大氣細粒子及其氣態前體物一體化線上監測技術 | 利用多種快速接口組合，設計開發出具有自主智慧財產權的“大氣細粒子及其氣態前體物一體化的線上 監測系統”，實現細粒子水溶性化學成分及其氣態前 體物的同步線上監測，包括：氣態HCl、HONO、HNO3、H2SO4，氣溶膠中F-、Cl-、NO2 、NO3 、SO4 以及WSOC- - 2-的分析，實現大氣細粒子中多種元素快速線上檢測。 設計開發出能夠進行不同粒徑段的細粒子樣品成分 分析裝置，用於解析大氣細粒子的來源與轉化過程，為大氣污染區域協同控制提供基礎數據，為區域大氣 細粒子污染調控措施的制定提供科學基礎和監測技術。 | 大氣環境監測 |
73 | 大氣中NOx及其光化產物一體化線上監測儀器及標定技術 | 大氣環境監測 | |
74 | 大氣細粒子和超細粒子的快速線上監測技術 | 針對區域大氣顆粒物立體線上監測的技術需求，開展大氣複合污染中細粒子及超細粒子物化特性的原位快速測定技術研究，基於“稱重法”的振盪天平顆粒物質量濃度監測儀，完成大氣PM2.5質量濃度的測定。 | 大氣環境監測 |
八、清潔生產關鍵技術 | |||
88 | 水煤漿代油潔淨燃燒技術 | 水煤漿代油潔淨燃燒技術是把煤磨成細粉與水和少量添加劑混合成懸浮狀高濃度漿液，像油一樣采 用全封閉方式輸送和儲存，用泵輸送，並用噴嘴噴入 鍋爐爐膛霧化懸浮燃燒，燃燒效率高，它是一種以煤 代油的新技術。在製漿過程中要對煤淨化處理。 | 各種電站鍋 爐、工業鍋爐、 工業窯爐 |
消除
大氣中顆粒物的消除與顆粒物的粒度、化學性質密切相關，一般有以下兩種消除方法：
1、乾沉降：指顆粒物在重力作用下沉降，或與其他物體碰撞後發生的沉降。這種沉降存在著兩種機制。一種是通過重力對顆粒物的作用，使其降落在土壤、水體的表面或植物、建築物等物體上，粒徑越大，沉降速率越大。另一種沉降機制是粒徑小於0.1μm的顆粒，即Aitken粒子，它們靠Brown運動擴散，相互碰撞而凝聚成較大的顆粒，通過大氣湍流擴散到地面或碰撞而去除。
2、濕沉降：指通過降雨、降雪等使顆粒物從大氣中去除的過程，它是去除大氣顆粒物和痕量氣態污染物的有效方法。分為兩種機制，包括雨除和沖刷。雨除是指一些顆粒物可作為形成雲的凝結核，成為雲滴的中心，通過凝結過程和碰撞過程使其增大為雨滴，進一步長大而形成雨降落到地面，顆粒物也隨之從大氣中被去除。雨除對半徑小於1μm的顆粒物的去除效率較高，特別是具有吸濕性和可溶性的顆粒物更明顯。沖刷則是降雨時在雲下面的顆粒物與降下來的雨滴發生慣性碰撞或擴散、吸附的過程，從而使顆粒物去除。沖刷則主要針對半徑為4μm以上的顆粒物。
一次顆粒物排放的控制主要是採用除塵器。對二次顆粒物則只能控制其前身物質。二次顆粒物的形成和變化規律是環境科學的重大研究課題之一。
