《微细气溶胶粒子净化方法概论.》由会员分享，可在线阅读，更多相关《微细气溶胶粒子净化方法概论.（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 微细气溶胶粒子净化方法概论摘要：随着大气环境的恶化,大气污染的研究越来越受到人们的关注。大气气溶胶在全球气候的变化中起着重要的作用,且主导了区域大气灰霾污染的形成,已成为目前大气污染研究的一个焦点。大气气溶胶的研究涉及大气科学的各个领域,具有很强的综合性。本文从微细气溶胶的基本概念出发，讨论其来源与基本特性，总结近年来气溶胶的研究发展趋势，列举出常用气溶胶净化设备的原理和特点，着重讨论两种常用净化设备的优劣，并最终得出自己的结论。关键词：气溶胶；雾霾；净化purification method of aerosol particlesAbstract：The study on air pol
2、lution draws more and more attention during recent years as the worsening of atmospheric environment. The research of aerosol became a focus point as aerosol playing an important role in the changing of global climate and formation of atmospheric haze. Aerosol research involves various fields of atm
3、ospheric science. In this paper, starting from the basic concept of fine aerosol，discussing its source and basic characteristics, summarizing the research development trend of aerosol in recent years, List of commonly used aerosol purification principle and characteristics of equipment, Discuss the
4、pros and cons of two kinds of commonly used purification equipment, And finally to draw my own conclusions.Key words: aerosol; haze; purification 1 前言微细气溶胶粒子是指悬浮在大气中的直径10-3-101m的固体或液体粒子。大气中的气溶胶粒子的自然来源主要是海洋、土壤和生物圈以及火山等1,2。在城市大气中，由于汽车尾气和燃煤排放出大量污染气体可通过气-粒转化过程形成二次气溶胶。 由于其粒子尺度小、平均寿命长。已对城市大气环境产生显著影响。首先, 微
5、米尺度的气溶胶粒子对人的呼吸系统产生重要影响，气溶胶对人体和其他生物的生理健康也有其特有的影响3,4,5。其次高浓度的气溶胶可以通过降低大气的能见度从而影响飞机的正常起落。气溶胶还与其他环境问题如臭氧层的破坏、酸雨的形成、烟雾事件的发生等密切相关6,7。随着经济的高速发展,我国多处城市出现了严重的雾霾现象，持续不断的雾霾已经对人们工作和健康造成了严重的影响，因此微细气溶胶的净化与治理迫在眉睫，本文就此目的，较全面的总结了国际上及国内微细气溶胶的最新研究成果和微细气溶胶净化方法的讨论，最终得出自己的观点。2 气溶胶的基本概念2.1 气溶胶的组成气溶胶主要是由含碳化合物（煤飞灰及其有机物），可溶性
6、离子（硫酸盐，硝酸盐以及铵离子）和几乎不溶的无机物（元素氧化物等）等三部分组成。由于来源不同，形成过程也不同，故其成分不一，特别是城市大气受污染源的影响，气溶胶的成分变动较大。但是非城市大气气溶胶的成分比较稳定，大体上与地区的土壤成分有关。大气中二氧化硫转化形成的硫酸盐，是气溶胶的主要成分之一。其转化过程尚未完全明白，已知二氧化硫可在均相条件下（在气相中），或在水滴、碳颗粒和有机物颗粒表面等多相条件下（在液相或固相表面上）转化成三氧化硫，再与水反应生成硫酸，并和金属氧化物的微尘反应而生成硫酸盐。硫是气溶胶内最重要的元素，其含量能反映污染物的全球性迁移、传输和分布的状况。2.2 气溶胶的来源和性
7、质 同大多数环境物质来源一样,大气中气溶胶的来源也可以分为两类:自然源和人为源。自然源主要有火山的喷发、海水的溅沫、地面的扬尘、生物体的燃烧等。人为源则主要是指人类生产生活活动所造成的,如燃料的使用、工厂工业排放以及交通运输工具的尾气排放等。对流层中的气溶胶粒子主要是污染源的直接排放及一些气态前提物质如二氧化硫、氮氧化物、碳氢化合物等通过气粒转化生成的8。平流层气溶胶主要是由火山爆发时大量的火山灰和二氧化硫气体注入平流层形成的。正因如此,对流层气溶胶一般具有浓度大、粒子尺度谱范围宽、空间分布复杂和随时间的变化较快等特点。平流层气溶胶粒子的浓度衰减较为缓慢,一般要经过好几年时间扩散与沉降,其浓度
8、才接近背景值。 大气气溶胶主要有三个方面的性质:物理属性、化学属性及光学属性。物理属性主要有气溶胶的粒径、粒子的形状和颗粒粒子谱分布(包括尺度谱和质量谱)等,目前国内许多大气气溶胶数学模式的分析都是针对其物理属性来进行的;化学性质主要表现为气溶胶粒子中化学元素的丰度(或浓度)以及气溶胶粒子成分在大气中所发生的各种化学变化过程,如一些亚硫酸盐或亚硝酸盐粒子在大气中发生氧化反应转变为硫酸盐或硝酸盐粒子等;光学属性主要是指气溶胶的消光系数、散射系数、吸收系数等9。光学厚度是气溶胶光学属性研究中的一个重要参数,可由消光系数求出。该参数除受气溶胶尺度谱的影响外,还与气溶胶的物理特性、化学吸收特性及光谱特
9、性等有关10。3 气溶胶的研究3.1 气溶胶的研究意义气溶胶与环境问题,如臭氧层的破坏、雨的形成、烟雾，雾霾事件的发生等密切相关。此外,气溶胶对人体和其他生物的生理健康也有特定的影响。20 世纪世界十大公害事件有八次是由烟尘或气态污染物质引起的。流行病学研究发现,人体肺部功能的下降、呼吸系统疾病的增多和正在逐年增加的死亡率与大气中气溶胶粒子浓度的上升存在着紧密的联系11。3.2 气溶胶的研究现状及趋势回顾几十年来气溶胶的研究历程,研究重心不断发生变化。过去着重于一次颗粒物(在气溶胶颗粒的生命周期内,它一直保持一种态) 研究,20 世纪50 年代后,逐渐从总悬浮颗粒物(TSP) 转向可吸入颗粒物
10、PM10 ( 10m) ,90 年代后期,更重视二次颗粒物(在气溶胶颗粒的存在期间,它会从一种态向另一种态转换) 的问题12。现今则更侧重于PM2. 5 ( 2.5m) 、亚微米(10 - 7m) ,甚至超细的颗粒(nm) 。以前较多地针对人为源,现今生物源、天然源都作为重要排放源来探讨。近年来,城市和区域环境的气溶胶特性的研究得到进一步重视和加强。对气溶胶颗粒的成分除一般无机元素外,还开始重视元素碳、有机碳、有机化合物13。有些研究还对生物气溶胶(细菌、病菌、霉菌等) 、元素存在形态进行分析鉴定,大大丰富了气溶胶特性研究的内容。在研究气溶胶细粒子的过程中,相关采样与分析测试技术也得到了不断改
11、进和提高14。4 气溶胶净化设备及其原理4.1 静电除尘器4.1.1 静电除尘器的工作原理静电除尘器的工作原理是利用高压电场使烟气发生电离，气流中的粉尘荷电在电场作用下与气流分离。负极由不同断面形状的金属导线制成，叫放电电极。正极由不同几何形状的金属板制成，叫集尘电极。静电除尘器的性能受粉尘性质、设备构造和烟气流速等三个因素的影响。粉尘的比电阻是评价导电性的指标，它对除尘效率有直接的影响。比电阻过低，尘粒难以保持在集尘电极上，致使其重返气流。比电阻过高，到达集尘电极的尘粒电荷不易放出，在尘层之间形成电压梯度会产生局部击穿和放电现象15。4.1.2静电除尘器的类型静电除尘器按集尘极形式不同，通常
12、分为板式静电除尘器和管式静电除尘器。按内部荷电区和分离区布置分单区电除尘器(荷电与分离在同一区内完成)和双压电除尘器(荷电与分离分别在两个区完成)16。按气流流动分卧式电除尘器(气流水平运动)和立式电除尘器(气流垂直运动)。按清灰方式分干式电除尘器(振打清灰)和湿式电除尘器(集尘极上的粉尘靠水流排出)17。4.1.3静电除尘器的优缺点电除尘器是利用电场产生的电力使尘粒从气流中分离的设备。电除尘器是一种干式高效除尘器，它的优点是： a. 用于微粒控制，对粒径12m的尘粒，效率可达9899；b.在电除尘器内，尘粒从气流中分离的能量，不是供给气流，而是直接供给尘粒的，因此，和其它的高效除尘器相比。电
13、除尘器的阻力较低，仅为100200Pa； c.可以处理高温（在400以下）的气体;d.适用于大型的工程，处理的气体量愈大，它的经济效果愈明显18。 电除尘器的缺点是： a.设备庞大，占地面积大； b.耗用钢材多，一次投资大； c.结构较复杂，制造、安装的精度要求高； d.对粉尘的比电阻有一定要求19。4.2 布袋除尘器4.2.1布袋除尘器的工作原理含尘气体由灰斗上部进风口进入后，在挡风板的作用下，气流向上流动，流速降低，部分大颗粒粉尘由于惯性力的作用被分离出来落入灰斗。含尘气体进入中箱体经滤袋的过滤 净化，粉尘被阻留在滤袋的外表面，净化后的气体经滤袋口进入上箱体，由出风口排出。随着滤袋表面粉尘
14、不断增加，除尘器进出口压差也随之上升。当除尘器阻力达到设定值时，控制系统发出清灰指令，清灰系统开始工作20。首先电磁阀接到信号后立即开启，使小膜片上部气室的压缩空气被排放，由于小膜片两端受力的改变，使被小膜片关闭的排气通道开启，大膜片上部气室的压缩空气由此通道排出，大膜片两端受力改变，使大膜片动作，将关闭的输出口打开， 气包内的压缩空气经由输出管和喷吹管喷入袋内，实现清灰。当控制信号停止后，电磁阀关闭，小膜片、大膜片相继复位，喷吹停止。4.2.2布袋除尘器分类主要是袋据其结构等,如滤袋形状,过滤方向,进风口位置以及清灰方式进行分类.按滤袋开头分类:1.圆袋式除尘器;2.扁袋式除尘器；按过滤方向
15、分类:1.内滤式袋式除尘器;2.外滤式袋式除尘器；按进气口位置分类1.下进风袋式除尘器2.上进风袋式除尘器.214.2.3布袋除尘器的性能特点a.采用脉冲喷吹清灰技术,清灰能力强,除尘效率高,排放浓度低,漏风率小,能耗少,钢耗少,占地面积少,运行稳定可靠,经济效益好.适用于冶金建材,机械,化工,电力,轻工行业的烟气除尘； b.箱体采用气密性设计,密封性好,检查门用优良的密封材料，制作过程中以煤油检漏，漏风率很低； c.进、出口风道布置紧凑,气流阻力小； d.采用分室停风脉冲喷吹清灰,清灰周期长,消耗低,可成倍提高滤袋与阀片的寿命; e.可实现不停机换袋,检修不影响设备正常运行22.4.3湿式除尘器4.3.1湿式除尘器的工作原理湿式除尘器的除尘原理属于短程机制，主要是在除尘器内含尘气体与水接触有如下过程：温暖粒与预先分散的水膜或雾状液相接触；含尘气体冲击水层产生鼓泡形成细小水滴或水膜；较大的粒子在与水滴碰撞时被捕集，捕集效率取决于粒子的惯性及扩散程度23。因为水滴与气流间有相对运动，并由于水滴周围有环境气膜作用，所以气体与水滴接近时，气体改变流向绕过水滴而尘粒受惯性力和扩散的作用，保持原轨迹运动与水滴相撞。这样，在范围内尘粒都有可能与水滴相撞，然后由于水的作用凝聚成大颗粒，被水流带起
