PM2.5及其工業(yè)源頭控制技術
1 前言
PM2.5細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，但它對空氣質量和人體健康等有著重要的影響。PM2.5對光的散射作用比較強，在不利的氣象條件下很容易導致灰霾形成，這就是空氣看起來不透澈的原因，同時PM2.5也是引起一系列人體健康問題的罪魁禍首。
2 國內外關于PM2.5對人體健康危害的研究
一般認為，粒徑在10μm以上的顆粒物，會被擋在人的鼻子外面；粒徑在2.5～10μm之間的顆粒物，能夠進入上呼吸道，但部分可通過痰液等排出體外，另外也會被鼻腔內部的絨毛阻擋，對人體健康危害相對較小；而粒徑在2.5μm以下的細顆粒物即PM2.5，被吸入人體后會直接進入支氣管，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、有害物質且在大氣中的停留時間為1000小時左右、傳輸距離可達上千公里，因而對人體健康和大氣環(huán)境質量的影響更大。
國內外有很多這方面的研究。國內的環(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)的關系，在2004年至2006年期間，北京大學第三醫(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)計數(shù)據(jù)）。表1中可見，這一時間段的平均SO2和NO2濃度均低于國家“良”級空氣質量標準限定的最高值（60μg/m3和80μg/m3），而PM2.5平均濃度為121.58μg/m3，遠高于世衛(wèi)組織認定的安全值（10μg/m3）。
此外，從表1中還可發(fā)現(xiàn)，當觀測點的PM2.5日均濃度增加時，在距觀測點約4公里以外的北京大學第三醫(yī)院，心血管病急診患者數(shù)量也相應增加。雖然PM10和PM2.5都是心血管病發(fā)病的危險因素，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)量達到了最高的26人。
國外對PM2.5的研究就更早更深入，哈佛大學曾在1974—1991年對美國圣路易（St. Louis）地區(qū)的6個城市做了多年的跟蹤對比研究，證實了大氣中粉塵顆粒物對健康的負面影響。這一研究的主要目的是為了了解人類長時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粉塵顆粒物的聯(lián)系。
研究結論表明，人類存活率與細顆粒物排放具有相關性。細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。進一步研究總顆粒物與細顆粒物對人體健康的關系可以發(fā)現(xiàn)，PM2.5的排放與人類存活率有直接相關性，而不是總顆粒物的排放（見圖3）。可見，對人體健康而言，有效控制PM2.5的意義高于控制總顆粒物。
由上可見，PM2.5對人體健康的巨大危害已被科學證實，世界衛(wèi)生組織（WHO）在2005年版《空氣質量準則》中指出：當PM2.5年均濃度達到35μg/m3時，人的死亡風險比10μg/m3的情形約增加15％，故此WHO將過渡期第1階段目標值設定為35μg/m3。
3 PM2.5的來源及控制
長久以來，由于缺乏對細顆粒物的監(jiān)測標準，我國一直未開展針對PM2.5的監(jiān)測，導致公眾自我感觀與空氣監(jiān)測評價結果不一致的現(xiàn)象時有發(fā)生。隨著人們環(huán)境意識的提高，以及監(jiān)測技術和手段的完善，我國出臺PM2.5監(jiān)測標準也水到渠成。在最新修訂的《環(huán)境空氣質量標準》中，PM2.5監(jiān)測標準已被寫入“國標”，并納入各省市的強制監(jiān)測范疇，將PM2.5年和24小時平均濃度限值分別定為35μg/m3和75μg/m3，這與WHO過渡期第1階段目標值相同。
在我國大部分地區(qū)，特別是工業(yè)集中地區(qū)，PM2.5占整個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的來源。PM2.5的來源很復雜，既有自然來源也有人為排放。PM2.5的自然來源，包括風揚塵土、火山灰、森林火災、植物花粉等。當然PM2.5主要來源還是人為排放，煤炭，石油及其他礦物燃燒產生的工業(yè)廢氣，農業(yè)生產中的秸稈燃燒以及機動車產生的粉塵煙氣等都是PM2.5的重要來源。有研究表明，我國工業(yè)城市空氣中PM2.5污染有50%以上來源于燃煤、機動車燃油、工業(yè)使用燃料等燃燒過程，而工業(yè)生產中所產生的PM2.5通常攜帶有二英、重金屬等有毒物質，對人體的危害非常大，所以控制工業(yè)生產中的PM2.5排放是最能立竿見影的改善空氣質量的手段。
4 工業(yè)排放PM2.5源頭控制技術
工業(yè)煙氣中粉塵顆粒物的控制，主要是通過除塵器來實現(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)所認可，而且當前國內外在布袋除塵方面也已經(jīng)積累了非常豐富的經(jīng)驗，技術已經(jīng)達到了成熟的階段。就布袋除塵技術而言，除了必需在除塵器結構上優(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。