基本介紹
- 中文名：可吸入粉塵
- 外文名：respirable dust
- 學科：氣象環境
- 檢測：雷射等
- 影響：危害健康
- 來源：工廠和尾氣
簡介,產生,採樣,檢測方法,雷射粉塵儀,MIE散射理論,處理方法,用超聲霧化噴咀消除,濕式靜電除塵器,危害,
簡介
斯特拉斯堡、里昂、巴黎……近幾周來，一個又一個法國大都市開始日益頻繁地遭到可吸入顆粒粉塵污染物的威脅。2007 年全年，法國大多數城市的空氣品質都有所下降，法國帕里夫空氣觀察組織發布的公告稱，法國城市的空氣污染主要由道路交通所產生的尾氣、工業排放廢氣及垃圾處理和家庭取暖造成。僅在巴黎，每年空氣中可吸入顆粒污染物超過每立方米 50 毫克的天數就高達 80—220 天，而在上世紀 90 年代，這樣糟糕的空氣品質天數每年均不超過 35 天。跨入新世紀以來，這種情況已經持續了很長時間。更為嚴重的是，可吸入空氣污染物還有惡化的趨勢，按照專業部門最新的測量方法顯示，與 2006 年相比，2007 年巴黎空氣中可吸入顆粒物數量已經增加了 6%—8%。空氣中可吸入粉塵顆粒污染有加重的趨勢，給人們帶來的危害已迫在眉睫。在歐盟，粉塵污染每年至少導致 35 萬人提前面臨死亡的威脅。可吸入粉塵顆粒污染物按照其體積大小區分，10 微米以內的為 PM10，2.5 微米以內的為 PM2.5，也叫細小粉塵。無論大小，這些粉塵都可引起人們呼吸系統疾病，而且可能損傷人的心臟、血液甚至是大腦，美國最新研究結果表明，可吸入粉塵污染會導致兒童認知能力降低。法國疾病預防中心流行病專家希爾維亞·梅迪納教授表示，控制可吸入粉塵顆粒污染物嚴重危害的措施將在歐洲 26 個大城市首先開展，如果人們能把每年空氣中細小粉塵的數量穩定控制在每立方米 15 毫克，那么城市中平均每個人就可以延長一個月到兩年的壽命。而大多數的科學家則認為更加現實的是，從現在開始到 2015 年把可吸入顆粒物量控制在每立方米 25 毫克。法國確定了到 2010 年空氣中可吸入顆粒物每立方米 15 毫克的預期目標，到了 2015 年，這個量更將進一步成為法定標準。歐盟相關控制可吸入粉塵顆粒污染物的法律和措施也在緊鑼密鼓地制定中。現有的法規和措施還很不完善，尤其是每年關於歐洲各大城市可吸入顆粒物污染程度的報告，徵收城區車輛行駛稅對於減輕城市可吸入顆粒污染物成效顯著，而到 2011年，歐洲所有柴油車都將安裝外置過濾器，此外汽車保險附加費的環保獎金也能起到一定作用事實上，上述措施都是為了盡最大可能地減少城區可吸入污染物排放。木材取暖同樣會受到限制，一方面因為森林本身就是粉塵顆粒的天然淨化器，而另一方面燃燒木材同時也會產生大量粉塵顆粒物，歐盟將鼓勵更多的天然氣取暖設備取代老式的燃木和燃煤鍋爐。城市粉塵空氣污染已經成為老大難問題，困擾著世界各國大都市，而減少空氣污染，享受健康生活已經日漸成為各國人民共識。相信隨著科技的不斷發展，減排清潔技術的不斷發展，城市人享受清新空氣的一天終將到來。
產生
所有主要的露天採礦活動都會產生粉塵，在露天煤礦產生粉塵的主要業務有鑽孔、爆破、裝載、卸載和運輸。灰塵不僅降低了礦區周圍環境空氣品質，還會對人產生嚴重的健康危害。因此，評估不同區域粉塵的產生量對提高人體健康水平至關重要。文章研究分析了煤礦區特定地點的可吸入粉塵量數據，地點涵蓋了各種採礦活動包括表土轉運、堆場、裝煤、鑽井、輸煤。結果表明，鑽井作業會產生較高濃度的粉塵，因此，鑽工會有較高的呼吸類疾病致病風險。
採樣
作業環境測塵標準規定，測懸浮粉塵時所用的過濾採樣器，宜有分粒裝置以採集可吸入粉塵。從分粒上看，並不是較大顆粒有多少都進不了呼吸道，只不過是難進入；一旦被吸入後也以各種形式產生嚴重影響。因此，據上所述就需要一種測定儀，它既能測定可吸入粉塵濃度的同時，也能測定由可吸入粉塵和比它更大的顆粒所組成的總粉塵濃度。根據這一觀點，作者在實驗室研究試製了能同時測定總粉塵和可吸入粉塵濃度的採樣 。
檢測方法
雷射粉塵儀
為探討 LD- 1型雷射粉塵儀在公共場所空氣可吸入顆粒物監測中套用的可行性，並為制訂國家公共場所可吸入顆粒物衛生檢驗標準方法提供依據。
方法：分別用 L D- 1型雷射粉塵儀和濾膜稱重法同時對常州地區四類公共場所分四季進行監測。 [結果 ]質量濃度與相對濃度存在明顯相關（r=0.7526，P<0.001），相對濃度與質量濃度的轉換係數 （K）呈近似常態分配 ，K均值為 7.42× 10-4，K值不隨公共場所行業類型、季節以及是否使用空調的改變而改變。
結論：採用LD- 1型雷射粉塵儀替代濾膜稱重法在公共場所空氣可吸入顆粒物監測中套用是可行的 。
MIE散射理論
粉塵濃度的測量是根據光散射原理,即空氣中聚集的粉塵粒子在一定強度的光照射下，向其周圍空間散射出與其濃度成一定比例關係的散射光。粉塵濃度是衡量空氣品質的一個重要指標，在環保、石化、煤炭、海洋、水利、冶金、建材、地質等多個領域內都有著廣泛的套用。本文首先分析了空氣污染的危害,說明粉塵測試的必要性，然後介紹了光學粉塵測試的套用和發展概況,比較了幾種常用的空氣粉塵測試方法,在此基礎上，闡述了Mie散射理論，為進一步理論推導奠定了基礎。其次套用Mie散射理論，研究了粒徑、折射率和入射光波長對散射光強度分布的影響，論述了瑞利散射與Mie散射相比其誤差在1%以內的條件，即空氣中懸浮顆粒物較小，濃度比較低，比較均勻，因此在瑞利散射公式的基礎上推導出了一定條件下濃度測試的理論依據。根據該理論選用合適的感測器，設計了粉塵濃度測試系統，在實測中套用該系統測量了蘇州大學物理實驗中心外距地面約2米的空氣中的粉塵相對濃度,連續測量36天，並與國家環保總局蘇州地區每天預報的空氣污染指數轉換後的可吸入顆粒物（PM10）濃度值相比較，得出對應關係，運用MATLAB擬和直線對系統進行標定。經過標定表明實測結果與國家環保總局每天預報的空氣污染指數轉換後的可吸入顆粒物（PM10）濃度值有較好的一致性。最後對標定結果產生的誤差進行了分析。由於系統以半導體雷射器為光源，以光電二極體作為光電接收器，以微機控制測量過程、處理測量結果，具有體積小、重量輕、操作簡便、功耗低等優點。因此可廣泛用於工礦企業、公共場所等環境空氣中粉塵濃度的實時監測。
處理方法
用超聲霧化噴咀消除
根據空氣動力除塵理論及實驗，降落中的水珠產生的氣流可能排擠較小的粉塵顆粒並使之離開水珠通過的路徑，從而減少粉塵粒子與水珠碰撞的機會，降底除塵效率。如粉塵與水珠的粒徑相當，則碰撞機會較多。研究表明：粉塵顆粒半徑與水珠半徑之比P對除塵效率有很大的影響。當0.2<P<0.8時，除塵效率最高。總的除塵效率隨水珠或霧滴的流量（即單位體積內的霧滴數目）之增大而提高。採用超聲霧化噴咀，可以產生高度密集的微米級水珠。這種噴咀是一種由壓氣驅動的超音波振盪器,當水通過其中的高頻聲波場時便被霧化。在噴咀出口對面安有一個諧振盤。壓縮空氣通過一節先縮小後擴大的短譽沖二向諧振盤然後反射回來，原來的衝擊波增強並形成高頻聲波場，強大的聲能聚集在噴咀與諧振盤之間。當水被泵入其中時，即被分割成為微細的水珠，隨後被繞經諧振盤的氣流帶走，變為輕風細雨。調控良好的噴咀可產生既細小又密集的水霧，其中所含水珠直徑不超過20微米。在所有能供工業使用的噴咀中，這種超聲霧化噴咀是唯一能使水霧粒徑與可吸入粉塵粒徑相當的噴咀，它只需用壓縮空氣進行霧化，因此可用於有壓縮空氣管路的地下金礦。超聲霧化水霧的特點是供水壓力有一最佳值，高於或低於此值均會使水珠粒徑增大而密度大大降低。再加上水霧大量蒸發，導致超聲霧化噴咀的除塵效率不高和隨後從氣流中除去小顆粒或團粒十分困難，但通過能產生較大水珠的反噴裝置和層狀撞擊式濕氣分離器可解決這些問題。採用帶反噴的改型濕氣分離器，對可吸入性粉塵的除塵效率可達80%，對游離石棉纖維的除塵效率可達94%（相對濕度98%），如在水中加入離子型表面活化劑,其效率還可提高至98.6%。
濕式靜電除塵器
在經濟高速發展的今天，各行業對電力需求急劇增長，而我國仍以火力發電為主，大量燃煤煙氣排放，尤其可吸入性粉塵直徑小（一般小於10微米）並能在空氣中長久懸浮，對人的健康帶來危害，國家對煙氣排放的可吸入性粉塵提高要求已是大勢所趨。實際上，國外很多國家尤其是美國對鍋爐排放的可吸入性粉塵就開展了許多研究。為更好的捕集細顆粒粉塵,濕式靜電除塵器不失為一種好而可行的方法，尤其適用於濕法脫硫後煙氣溫度不高於60℃工況下，並可以滿足現行國家排放標準的要求。2014年，臨清運河熱電有限責任公司委託福建龍淨環保股份有限公司對2×130 t/h循環硫化床鍋爐脫硫塔後新建濕式電除塵器，目前已正式投運，並滿足20 mg/m3低排放標準要求。
危害
檢測我國石英、絹雲母、鈉長石、方解石、蒙脫石、納米SiO2 6種主要礦物粉塵的成分，觀察其對A549細胞形態的影響，檢測其誘導細胞產生白介素-6(IL-6)與腫瘤壞死因子-α(TNF-α)炎性因子，探討可吸入礦物粉體的細胞毒性和致炎性。
目的了解錫冶煉工工作場所粉塵危害狀況，從而為制定錫冶煉工塵肺病的防治對策提供科學依據。方法收集某企業錫冶煉車間歷年來職工職業健康體檢和塵肺病診斷及工作場所粉塵濃度、游離二氧化矽含量測定等資料，對工作場所進行粉塵成分及粉塵分散度分析，並通過粉塵接觸劑量與塵肺發病率的分析，評價錫冶煉工塵肺的劑量-反應關係。結果 1999—2010年間共對粗煉車間512名和精煉車間273名工作1年以上的作業工人進行了職業健康體檢，確診塵肺病9例（7例在粗煉車間，占77.78%），平均發病年齡（39.0±5.1）歲，平均發病工齡為（15.7±3.0）年。塵肺小陰影形態以q影為主,總體密度集1級，分布範圍達2～4個肺區，僅1例有限制型肺通氣功能輕度障礙，無合併肺結核病例。錫冶煉生產粉塵主要由SnO2、SiO2、Sn、SnS、Fe3O4、Fe2O3、FeS等物質組成,粗煉車間冶煉工工作場所粉塵濃度為0.67～36.13 mg/m3，TWA為5.92 mg/m3，最大超限倍數為6.3倍，粉塵SiO2平均含量為22.43%；精煉車間冶煉工作業場所粉塵濃度為0.90～95.44 mg/m3，TWA為4.17 mg/m3，最大超限倍數為11.9倍；粉塵SiO2平均含量為24.72%，粉塵累計接塵量與塵肺患病率之間呈高度正相關（r=0.93, P<0.05）。結論錫冶煉生產車間存在含游離二氧化矽的可吸入混合性粉塵，可能是導致錫冶煉工塵肺病發生的主要原因。
用CXF-2F型個體可吸入粉塵採樣器對工作面各工種多班測量確定作業人員平均吸塵情況，得出上巷工作人員受粉塵危害最嚴重，每班吸塵量達到407 mg，平均接觸呼吸性粉塵塵濃度達424 mg/m3。用AFC-20A型粉塵測定儀,定點監測不同生產狀況下粉塵濃度，在實際生產過程中，粉塵濃度基本在1 000 mg/m3以下；通過加強管理可以使全塵濃度控制在300 mg/m3，呼吸性粉塵濃度在100 mg/m3以內。
