[会员登录] [加入协会] English Version
热点透视
如何解决PM2.5?
/文 2014/04/02

“北京风光,千里朦胧,万里尘飘,望三环内外,浓雾莽莽,鸟巢上下,阴霾滔滔!”没错,这首网友创作的《沁园春•霾》描述的就是近来北京空气质量的真实情况。
雾霾笼罩,是危机,也蕴藏转机,特别是党的十八大提出的“美丽中国”理念和建设五位一体生态文明,都反映了全社会治理大气污染的决心。作为纺织三大终端产业中产品相关度最大、终端用途最广的产业用纺织品,在应对雾霾带动的深层次污染防治过程中,将从源头防治大气污染,在保护民众健康,实现“美丽中国”中贡献力量!

问雾霾之源

雾霾的主要组成为二氧化硫、氮氧化物和可吸入颗粒物,前两者为气态污染物,最后一项可吸入颗粒物是加重雾霾天气污染的罪魁祸首,它们与雾气结合在一起,让天空变得灰蒙蒙,影响易感人群出行。特别是直径小于等于2.5微米的颗粒即PM2.5,可深入到细支气管和肺泡,且其中较高含量的Pb、Mn、Cd、Sb、Sr、As、Ni、硫酸盐、多环芳烃等悬浮在空气中的时间被延长,易使污染范围扩大,严重影响人们的身体健康。
PM2.5的来源分为3类:自然源、人为源和二次颗粒物。自然源包括土壤扬尘、自然灾害、海盐、植物花粉、孢子、细菌等。人为源包括各种燃料燃烧源,如发电、冶金、石油、垃圾焚烧、化学、纺织印染等各种工业过程中燃煤、燃气或燃油排放的烟尘以及各类交通工具在运行过程中使用燃料时向大气排放的尾气。除自然源和人为源之外,大气中的气态前体污染物会通过大气化学反应生成二次颗粒物,实现由气体到粒子的相态转换。

治源头之道

大气污染治理最有效的办法就是从源头治理,环保部于2013年3月5日发布关于执行大气污染物特别排放限值的公告,进一步加强大气污染防治工作,公告根据国务院批复实施的《重点区域大气污染防治“十二五”规划》规定,在重点控制区的火电、钢铁、石化、水泥、有色、化工等六大行业以及燃煤锅炉项目执行大气污染物特别排放限值。这就使一些陈旧的单一烟气除尘方式(水除尘、电除尘)很难满足工业烟尘排放的要求,而新型的袋式除尘器以及电袋结合除尘器、湿式静电除尘器得以大力发展。图2为高压脉冲袋式除尘器结构。

火力发电
2011年我国煤炭产量是35.2亿吨,占能源产量的77%,消费比例68.8%,特别是发电用煤已超过煤炭消耗总量的50%。美国总统科技顾问委员会(PCAST)在首届“MIT论坛——中国能源的未来”上发表最新预测,他们认为,目前被广泛看好的新能源并不会改变中国2030年能源的构成格局,可再生能源在未来能源供应结构中不会超过10%,煤炭仍将以58%~66%的供应规模扮演着2030年中国最主要能源的角色。这一预测与我国实际基本吻合,因此在未来相当长的一段时间里,提高电厂燃煤锅炉脱硫除尘效率将是解决经济发展和环境治理的重要方面。
在整个烟气处理系统中,袋式除尘器起着非常重要的作用。一方面是将烟气与尘粒等固态物质分离。由于这些烟尘、燃烧产物和被活化了的炭颗粒物等附着有汞、重金属等污染物,因此在除尘的同时也可以将这些污染物从烟气中清除。另一方面是将残留酸性气体进行中和,或使被吸附的污染物发生二次反应。在袋式除尘器的除尘过程中,滤袋外累积了未完全反应的石灰和活性炭的粉尘层,烟气通过时,残留的酸性气体和其他污染物会被继续中和、吸收,使系统的整体处理效率大大提高。
燃煤电厂除尘器滤料通常采用的原料有PPS、P84、芳纶、PTFE等纤维,最常用的是PPS,标重550g/m2,通常采用烧毛、热定型、覆膜处理,如果含湿量≥10%或含氧量≥10%且温度>160℃时,需另行表面处理以提高其抗水解和抗氧化性能,延长其使用寿命。目前,稳定、高效的PPS抗水解和抗氧化处理技术仍是行业内的重要研究课题。

水泥粉尘
《水泥工业“十二五”发展规划》预测,2015年国内水泥需求量约为25亿吨左右,特别明确提出了推广高效减排技术与装备,重点推进氮氧化物治理,削减大气污染物排放总量”。针对目前行业现状以及大气污染防治要求,环保部也于2013年底发布最新的《水泥工业大气污染物排放标准》(GB 4915—2013),用更高的要求替代原有2004年的标准。
水泥厂无论哪个生产环节都会产生大量粉尘并随废气排出。 “两磨一烧”生产工艺将水泥除尘系统分为原材料制备系统(含石灰石破碎、粘土烘干、生料粉磨以及煤磨系统的除尘)、熟料烧成系统(分旋窑除尘和立窑除尘)和水泥制成系统(水泥磨除尘和水泥包装及散装除尘)。其中原材料制备(原料烘干除外)和水泥粉磨过程排出的气体一般为常温含尘气体,而原料烘干过程排出的气体一般是高温气体;立窑和旋窑排出的也是高温含尘气体。
袋式除尘器在控制水泥窑头、窑尾粉尘排放方面优势明显,不受粉尘的种类、颗粒大小、粉尘浓度和比电阻的影响;除尘效率可以稳定达到99.8%~99.99%,排放浓度可以达到30mg/Nm3以下;能耐180~260℃的高温、耐腐蚀,同时具有拒油、防水、防燃、防爆;能做到不停机维护,随主机运转率达到100%;而且结构简单,可模块式灵活布置。
由于袋式除尘器以上优势,国内几家大的水泥设计院在工艺设计过程中基本配置的都是袋式除尘器。例如一条4000吨熟料的新型干法水泥生产线就需要安装和使用100台左右的袋式除尘器。另外,只要在设计、制造、安装和调试上严格把关,袋式除尘器对水泥行业的节能降耗以及资源再利用也具有很大的作用。

垃圾焚烧
2011年我国经过无害化处理的垃圾共13089.6万吨,其中采用卫生填埋的占76.9%,焚烧占19.9%,其他方式占3.2%。而2012年出台的《“十二五”全国城镇生活垃圾无害化处理设施建设规划》以及各地的环境和建设规划,几乎都将垃圾焚烧作为未来垃圾处理的主要发展方向,要求生活垃圾无害化处理能力中选用焚烧技术的要达到35%,东部地区选用焚烧技术的要达到48%。但垃圾焚烧带来的环境隐患不容小觑,垃圾焚烧尾气中含有大量成分复杂的污染物,其中酸性气体、重金属污染物及二噁英等对自然和人体危害尤为严重。由于垃圾焚烧烟气含湿量较大(烟气重量的20%~30%),并且含有毒有害金属和气体,粉尘的粒径较细,粘度较高,在处理时必须要采取针对性的措施,一般采用纯PTFE纤维的覆膜滤料。
目前,垃圾焚烧烟气净化处理多采用半干法,即石灰浆中和+活性炭喷入+袋式除尘器的组合工艺。其中,袋式除尘器为该净化处理系统的主体设备,垃圾焚烧烟气先进入反应塔,其中的酸性气体与在塔顶中部喷入的石灰浆进行中和反应,自反应塔出口处喷入活性炭,烟气中的重金属与二噁英被吸附后进入袋式除尘器。袋式除尘器将烟气中的颗粒物、中和后的产物、活性炭以及被吸附的污染物加以捕集、净化,净化后的清洁烟气自除尘器出口管道经引风机由烟囱外排。下图是日本采用的生活垃圾焚烧处理典型工艺流程,可供参考。

自然沙尘
在北方,冬季和春季经常是风沙肆虐的季节,沙尘暴给城市带来大量经济损失,同时也带来了大量的微细颗粒污染物。产业用纺织品中的土工材料在防治土地沙漠化方面,发挥着重要作用,如使用固沙桩、复合土工布、土工格栅等进行沙面固化;使用膨润土复合土工布实现沙漠地区的储水、防渗透、防止土壤营养流失,提高绿化植物的成活率。在《产业用纺织品“十二五”发展规划》提到重点开发功能性土工布、土工膜(格栅)、生态化土工用纺织品以及结合光纤传感器和相关监控系统的高技术土工合成材料,扩展其在人工栽培、生态修复、沙漠化治理等工程以及地铁、隧道等高要求工程中的应用。这些土工合成材料将会为今后的环境治理,减少PM2.5危害起到一定的作用。

汽车尾气
在城市中,汽车尾气也是雾霾的主要污染源之一,据报道,以北京的空气为例,雾霾颗粒中机动车尾气占22.2%,燃煤占16.7%,扬尘占16.3%,工业占15.7%。在提高燃油品质、减少颗粒物排放的同时,交通工具用纺织品和结构增强用纺织品在汽车上的广泛应用,可有效地降低整车重量,从而减少油耗,相应减少尾气排放;发动机空气和燃油滤清器会进一步提高了燃油燃烧质量,减少燃烧过程中废气的排放,为改善民生,节省能源,保护环境做出贡献。

护终端之法

大气环境治理是一个长期而艰巨的任务,产业用纺织品除了减少大气污染物源头的排放,还可以在终端应用领域帮助人们远离日常生活中的空气污染,营造良好的生活环境。

室内空气洁净
人们每天绝大部分时间在室内度过,室内的空气质量状况对人体的健康影响很大,但是现实中人们对室内空气质量的关注程度,还没有达到关注室外空气质量的程度,事实上已经给不少家庭带来健康伤害,特别是对那些抵抗力较弱的老年人、孕妇和儿童。
近来,重污染天气频发。在极端污染环境下,PM2.5浓度可以达到500μg/m3以上,而新颁布的《环境空气质量标准》GB 3095—2012规定,二级为75μg/m3(24小时平均),一级的为35μg/m3(24小时平均)。为了保证室内的空气质量,在重度污染环境中,要对进入室内的空气和室内本身的空气进行净化处理。
目前,应对室内空气污染的主要途径是通过空调的空气净化系统和独立的空气净化器,上图为典型的空气净化器结构图。其中,采用超细纤维或驻极体纤维为原料的非织造材料是过滤PM2.5的关键部件。一般来讲,过滤器都具备初效过滤网、活性炭过滤网、高效过滤网(HEPA),初效过滤网可先滤除头发等较大颗粒;活性炭过滤网能够有效去除异味和有害气体;最后通过高效过滤网过滤微细粉尘。目前新建的办公大楼在新风空调机组和室内空调机组内已经开始安装空气净化装置,越来越多的普通家庭也开始购买小型的室内空气净化器,新型空调也开始装备空气净化装置,未来这个行业将会有很大发展。

出行防护
在阴霾和浓雾天气,佩戴口罩出行是保证身体免受污染最行之有效的方法。对于微细颗粒物,尤其是PM2.5这样的细小微粒,纱布口罩没有任何作用,但目前没有针对普通人群的日用防霾口罩标准,因此主要参考表1~表3中的防护标准。
表1中,KN类适合于过滤非油性颗粒物,例如粉尘、煤尘、酸雾、漆雾、不含油的烟(焊接烟)、微生物等;KP类适合于过滤油性和非油性颗粒物,例如油烟、油雾、沥青烟、焦炉烟、柴油机尾气以及中的颗粒物等。
表2中,N类适合于过滤非油性颗粒物;R类适合于过滤油性和非油性颗粒物,但用于油性颗粒物时的限制使用时间不得超过8小时;P类适合于过滤油性和非油性颗粒物,但用于油性颗粒物时的限制使用时间安全建议不得超过40小时或30天,以先到达者为准。
表3中的FFP类适合于过滤油性和非油性颗粒物。
一般来说,无论哪个标准,后面的数字越大都代表防护等级越高,相应价格也会更贵,但是现实环境中的粉尘颗粒大都比0.3μm大很多,因此这些口罩的实际防护效果是比标准要高一些的。密封条件下,上述口罩的过滤效果可持续1~2年,但在恶劣环境中,过滤能力会逐渐衰减,从而大大影响其使用寿命。例如,3M的颗粒物防护口罩是按照每天在恶劣环境里一次性使用8小时设计的,但对于日常佩戴的口罩,暂时还没有严格的寿命规定,因此普通消费者可以根据大气污染的程度以及使用频率程度自行估算需要佩戴口罩的过滤等级以及使用时间,在防护效果和购买成本之间取一个平衡点。

版权声明  |  关于我们  |  联系我们  |  广告服务  |  网站地图
主办单位:中国产业用纺织品行业协会 电话:010-85229421 传真:010-85229425
京公网安备11010102000562号 京ICP备09054622号