PM2.5的治理方法

1PM2.5的治理方法1.1PM2.5的成因1.1.1PM2.5的主要物质PM2.5是粒径小于2.5μm的空气中的悬浮物。微小的可溶性固体、可溶性气体是形成PM2.5的首要因素。例如SO𝑥(硫的氧化物)、NO𝑥(氮的氧化物)、𝑥Cl、𝑥Br、𝑥CO3等物质形成的水的微小液滴，微小液滴和微小颗粒是形成灰霾的主要物质。1.1.2成因分析灰霾的成因与天气有着重要的关系，一是风速、二是气温、三是湿度，风速加速灰霾的扩散和稀释速度，而气温和湿度则是控制灰霾的主要因素。例如：相对湿度为90%，温度在5℃时，可溶性固体溶入水中降低了水的蒸汽压，微小水滴因为曲率半径变小其蒸汽压又得到提高，形成了微小的溶液液滴与气体的动态平衡。这些微小液滴的粒径从纳米至μm级别，在这个级别上微观效应的化学反应更为突出，形成很多亚稳态的有毒物质。由于液滴的存在，形成了光的吸收、折射与散射现象，降低了空气的透明度。汽车等分散式污染是形成灰霾的主要原因，汽车尾汽、轮胎磨损、路面磨损等形成了大量的可溶性固体的大气污染物，特别是硫和氮的污染物。现代火电厂虽然增加了污染物去除装置，但排除的污染物仍就增加了大气污染的浓度，造成浅碟式污染，少量的外加污染就会造成较严重的污染。1.1.3PM2.5的转换关系TSP1-PM10-PM2.5：大于PM2.5粒径的悬浮物主要受空气相对湿度的影响，当湿度增加时，污染物表面富含水份，通过相互凝聚成较大颗粒发生沉降；当相对湿度变小时，污染物表面吸附力小，不易凝聚沉降，风力作用下已凝聚的颗料会分解，由于粒径变小更易悬浮造成持续的污染。PM2.5-光化烟雾：PM2.5对视觉的影响较大，特别是0.1-1μm(相当于PM1)之间的颗粒是形成灰霾的祸首，在这一级别上，电化学、纳米结构、表面化学等微观现象更为突出，颗粒物粒径与可见光波长相似，极易形成光的折射、散射、吸收等现象，大幅度降低大气的光感觉。PM2.5的毒性更强，其易侵入人体的肺泡，在呼1TSP，英文totalsuspendedparticulate的缩写，即总悬浮微粒，又称总悬浮颗粒物。指用标准大容量颗粒采集器在滤膜上收集到的颗粒物的总质量。粒径小于100μm的称为TSP，即总悬浮物颗粒；粒径小于10μm的称为PM10，即可吸入颗粒；粒径小于2.5μm的称为PM2.5。TSP和PM10在粒径上存在着包含关系，即PM10为TSP的一部分。国内外研究结果表明，PM10/TSP的重量比值为60—80%。在空气质量预测中，烟尘或粉尘要给出粒径分布，当粒径大于10μm时，要考虑沉降；小于10μm时，与其他气态污染物一样，不考虑沉降。所有烟尘、粉尘联合预测，结果表达TSP，仅对小于10μm的烟尘、粉尘预测，结果表达为PM10。吸系统上产生堆积，诱发哮喘和肺癌，有毒的可溶物进入血液，诱发多种疾病，例如高血铅疾病。湿度、温度对大气的影响更为突出，湿度下降时，易形成光化学烟雾，湿度上升时形成PM2.5的灰霾天。例如SO2，湿度大时形成亚硫酸的酸雾，湿度较小时形成SO2的气体，湿度适中时与空气中的臭氧、CO形成硫酸和复杂的化合物，由于空气湿度不是处处相同，PM2.5不是一个固定的形态和质量，而是一个动态的过程。(PM2.5的颗粒物富含水分，采用固体测量法得到数据往往偏低)1.2PM2.5的治理方法PM2.5主要的污染源是汽车污染，特别是冬季和初春，北方植物的自净化作用几乎为零，很多水面结冰，水域自净化能力也很低，必需采用人工的方法来处理。取暖需要用到大量的煤，经济发展离不开电，因此减少污染源的方式面临较多的问题。灰霾主要集中于相对湿度较低的天气，特别是冬春季，雨后和潮湿的天气则大幅缓解。对大气增湿成本低、效果好，采用喷淋和喷雾的方法可以水冼空气，治理城市大气污染。1.3主要的治理方法采用水喷雾系统，其构造方式如下：1、布置PM2.5、PM10、TSP监控网，布置风速、温度、湿度等气象监测网(可采用现有监测网)；2、在广场、小区、天桥、路灯、高层建筑区域架设喷雾设备，喷雾设备可以采用荷电水雾方法。景观区域采用雾粒粒径可调的设备，水雾平均粒径从5μm-50μm可调，粒径越大，耗能越小，粒径20μm以上时采用自来水压力即可实现喷雾。3、喷雾设备装载GSM、CDMA等无线数据控制设备和GPS等空间定位设备，对喷雾量、粒径、喷雾影响范围等实现控制；4、建立区域的计算控制系统和数据库系统，通过合理的程序自动控制，编造人工影响模型。在经济可行的方式下又能高效的去除PM2.5的污染，下表为水喷雾系统与空调、植树种草的经济技术对比分析。对比性能空调植树种草水喷雾系统能源消耗吸热1000kWh耗能300kWh01kWh(1度电)吸热能效比3.3/1000耗水(吨)01.431.43空气优化吸尘效率限于室内中等高酸性气体吸收无中等高环境优化气体生成无有低中央控制系统无线数据平台n无线基站n无线基站n无线基站n喷雾系统n喷雾系统n喷雾系统n供水管大气测量n温度测量n湿度测量n气候测量系统用户控制系统n粉尘测量n数据传输模块n对比性能空调植树种草水喷雾系统湿度调节中等中等中等温度控制高低中等气味调节中等中等高景观效应盛期景观差(室外机影响)好可控(好)衰期景观差(室外机影响)差可控(中等)水资源利用雨水利用无中等高中水利用无高中等增加降雨量无中高安装性拆清场地无高无组装性好低好可控性降温高(限于室内)中等高湿度高(限于室内)中等高吸尘中等(限于室内)中等高有害气体吸收中等(限于室内)中等高微生物灭活中等(限于室内)中等高(增添加剂)气味调节中等(限于室内)中等高(增添加剂)景观无中等高1.4辅助的治理方法增加分散水域、增加楼顶绿化、增加楼外墙光触媒涂装或装鉓、加强汽车监管、提高汽车尾汽排放标准。1.5传统治理方法的缺陷植树种草：灰霾天主要发生在相对湿度较低的冬春季，此时植物的自净化能力很有限；火电厂污染源控制：燃煤电厂等基本上已安装脱硫除尘装置，若进一步提升排放标准，将大幅度提高火电成本，当成本转嫁时会导致社会成本大幅增加，而且火电厂所占的污染源在城市PM2.5已是很小一部份；农作物的燃烧处理：控制燃烧农作物会导致政府成本大幅增加且难以控制，为保障农民利益，政府难以制定限制性的条款，即使制定，也难以实施。而对农作物废物(如桔杆)的处理实现补贴也不是长久之计。对于农田，燃烧农作物的好处大于坏处，即使造成污染，其毒性也较低。农业不能大规模集成化生产之前，农作物的废物处理依然是难以解决的问题。例如：政府投入了很多的钱修沼池，但其维护的人工成本高，致使很多人放弃，而采用液化气。工业排放污染的控制：工业区的外迁和控制工业污染虽然能解决集中的污染，一个区域到另一个区域使得污染更加分散，大气本底污染浓度值更高。技术的改进会控制污染源，但短时间内提升排放标准会使得众多小型企业难以承受，强制推行会导致区域性的经济问题。汽车污染源的控制：提升排放标准只能逐步的淘汰旧汽车，这使得三至五年内汽车污染源的控制难以实现，而汽车污染已成为城市PM2.5的主要污染源。1.6经济技术可行性分析1.6.1技术可行性分析按200μg/m³的污染浓度计算，1000km²的离地面500m高的空间内的总污染物是100吨，这相当于处于中度污染的北京市的总污染物，一辆重型汽车即可将这些污染物全部拖走。10℃时饱和湿度的空气中含水约9.4g/m³，即使处于400μg/m³的重度污染中，污染物与水蒸汽的比例不超过万分之二。水雾除尘安全可靠，技术相对成熟。现有的喷雾和水处理技术较为成熟，这些设备已大量应用。自动控制设备与计算机设备也属于成熟的技术方案。喷雾之后形成大量的润湿表面，这些润湿表面大量吸附尘埃，吸附可溶性气体和固体；荷电的水雾特性：μm级别以下，电除尘的效果好于过滤和吸附系统，均匀弥散的荷电细水雾能高效去除带电微细尘埃，加速降解有毒物质；喷雾可以在夏天降温和净化空气；有浓雾时可以喷撒粒径较大的水雾除雾，相对湿度处于过饱和状态时出现浓雾，由于雾粒直径小，不易形成降雨，但在雾中喷洒较大的水雾时，水雾会快速凝聚成大颗粒水滴降落而除雾；空气干燥时可以增湿，大气污染较严重时用于空气净化；1.6.2经济可行性分析城市中10%的面积分散增加喷雾设备可以满足城市空气净化。每平方公里每天的用水量不到500吨。将设备布控于车流量大的重点污染区域时，相对成本更低，效果更好。1.6.3适合中国国情的可行性分析随着经济水平的提高，对环境和健康的要求越来越高。各级政府的花钱的欲望也越来越大，采用BT方式建设各级城市的空气净化与调节系统有利于政绩的提升；城市空气净化系统综合环保、电子、通讯、控制、人工气候影响，是一门综合性强的高新技术产业，有利于政府的产业升级与转型；BT建设城市空气净化系统将是未来5年内中国的热门项目。1.7潜在技术与专利城市PM2.5的治理的潜在技术与可能形成的专利技术主要集中在：监测、治理两个领域，主要分布在以下几个方面：监测：与PM2.5相关的大气、尾汽监测，与PM2.5演化有关的SO𝑥、NO𝑥等污染物监测、大气污染运移与演化的数据模型；治理：喷雾系统(典型的专利02151992.7《一种喷雾降温除尘系统》)、光触媒系统、表面催化与建筑装饰系统、大气污染数据库(监测点、污染演化与分布、治理优化模型)、楼顶系统(雨水回用、太阳能、喷水喷雾润湿、大气净化系统)、路面材料优化、道路雨水及中水回用系统、通讯与控制系统、集成在路灯装置上的污染降解系统。