生活垃圾焚燒工程中的PM2.5及其控制技術(shù)探討

1、生活垃圾焚燒工程中的PM2.5及其控制技術(shù)探討 孫 宏 胡 斌（戈爾工業(yè)品（上海）有限公司，上海，200030）摘 要 隨著垃圾焚燒發(fā)電工程的興起，環(huán)保意識獲得提高。開始關(guān)注API,包括嚴(yán)重影響健康的PM2.5的控制。哈佛大學(xué)研究表明，PM2.5的控制比TSP更重要。美國戈爾公司開發(fā)的ePTFE高精度膜過濾技術(shù)在垃圾焚燒工程中為最嚴(yán)格PM2.5的排放提供了控制方案。關(guān)鍵詞 PM2.5 煙氣凈化 垃圾焚燒 過濾 Study of PM2.5 in Incineration Application and Developing the Controlling Technology (Gore In

2、dustrial Products (Shanghai) Co., Ltd.,Shanghai,200030)Abstract With the municipal solid waste incinerator project widely setting up recent years, people start to pay attention to API included the PM2.5 controlling. Research from Harvard tells that the health effects correlate better with PM2.5 than

3、 TSP. The ePTFE technology developed by Gore provides the high technology in controlling the PM2.5 in Waste to Energy application.Keywords PM2.5; flu gas clean; Incineration; filtration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。當(dāng)前，大氣顆粒物的控制已成為環(huán)境、氣候和健康等領(lǐng)域的重要內(nèi)容。大氣中顆粒物粒徑的變化范圍較大，不同粒徑的顆粒物對環(huán)境、氣候和健康所造成的影響也各不相同。按粒徑大小它

4、又分為降塵，TSP(總懸浮顆粒物)，PM10(可吸入顆粒物)，PM2.5（細顆粒物）。目前我們的空氣質(zhì)量采用了空氣污染指數(shù)API (Air Pollution Index)來進行評判.按照大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB3095-1996）,目前我們?nèi)粘？吹降目諝赓|(zhì)量公報分為五級，其中包括PM10的指標(biāo)。中國環(huán)境部今年將增加臭氧、PM2.5等細顆粒的一些指標(biāo)，同時還要考慮適當(dāng)增加大氣能見度的指標(biāo)。美國環(huán)保局US-EPA的PM2.5年標(biāo)準(zhǔn)是(15mg/m3)，WHO推薦的PM10和PM2.5年均濃度標(biāo)準(zhǔn)分別為20和10微克/立方米。我國將嚴(yán)格控制PM2.5 （目前我國PM10年均濃度國家2級標(biāo)準(zhǔn)為100微

5、克/立方米）。PM2.5是指懸浮在大氣中，空氣動力學(xué)直徑小于等于2.5微米的大氣顆粒物。目前，城市大氣微粒子PM2.5已經(jīng)成為世界各國研究的重點大氣顆粒物。2.5m顆粒物在空氣中停留時間為1000小時左右，傳輸距離可達上千公里。顆粒物對人體健康的影響，主要與顆粒物大小和其化學(xué)成分有關(guān)。研究表明，顆粒在10mm 100 mm 的顆粒被阻擋在鼻腔外，顆粒在2.5mm 10 mm的顆粒大部分被鼻咽區(qū)截留，顆粒在0.1mm 2.5 mm 的顆粒主要沉淀在支氣管和肺部，甚至可以進人的肺部深處且不易排出并可穿過肺泡進入血液，是大氣顆粒物中對人體健康威協(xié)最大的一類。WHO空氣質(zhì)量指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)2005更新版(WH

6、O Air Quality Guideline Update 2005) 引用的大量數(shù)據(jù)可說明這一點。人類頭發(fā)的直徑約為60微米，而2.5微米的粒子僅是它的二十四分之一，人的肉眼根本無法辨別。PM2.5是人類活動釋放污染物的主要載體，在焚燒工程中研究表明，它攜帶有豐富的重金屬和有機污染物包括二惡英，呼吸過程中能深入到細胞而長期存留在人體中，因此PM2.5對人類健康有著重要影響。多項流行病學(xué)研究報道，空氣中的PM2.5濃度升高導(dǎo)致心率失常，加重心衰，激發(fā)急性動脈粥樣硬化和缺血性心肌病。PM2.5顆粒物從肺泡上皮進入肺組織間隙后，雖然部分能被淋巴清除，但它們?nèi)匀荒苤苯訑U散到微血管，可能作用于炎性細

7、胞因子，血管內(nèi)皮和凝血/纖溶系統(tǒng)引起這些組織和細胞的功能改變。近年來，全國特別是珠三角、長三角和京津冀地區(qū)的灰霾天氣有所增加，特別是珠三角，灰霾天氣有的已經(jīng)占到了全年天數(shù)的一半，或者是一半以上。細顆粒PM2.5是造成灰霾天氣的主要原因。電廠鍋爐、焚燒工程是一些地區(qū)PM2.5中富集元素的主要來源之一。焚燒煙氣的大約60%是可吸入顆粒物,細顆粒物。據(jù)相關(guān)研究報告，實驗室模擬明火焚燒，PM2.5的排放因子為5.229.0 g/kg。悶火焚燒燒時，排放因子為明火燃燒的2.4-11.5倍。我們可以看出焚燒產(chǎn)生的微粒中很大部分是小顆粒PM2.5。所以，焚燒工程中PM2.5的控制成為必須。以天津雙港，上海江

8、橋，寧波楓林，及杭州濱江，蘇能等為代表的一批現(xiàn)代化生活垃圾焚燒發(fā)電廠都獲得了成功。同時他們都擁有先進的焚燒煙氣的凈化技術(shù)，包括使用高精度過濾凈化技術(shù)，在滿足嚴(yán)格的歐盟排放標(biāo)準(zhǔn)同時控制PM2.5達到國際先進標(biāo)準(zhǔn)。哈佛大學(xué)研究報告哈佛大學(xué)曾在1974-1991年對ST.Louis地區(qū)六個城市做了多年跟蹤對比研究，以了解人類存活率與粉塵顆粒物之間的相關(guān)性（見圖1）。 圖1 哈佛大學(xué)六城市研究人類存活率與細顆粒物排放相關(guān)性從哈佛大學(xué)研究表明，人類存活率與細顆粒物排放具有相關(guān)性，細顆粒物排放高的城市，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(guān)系可以發(fā)現(xiàn)，PM2.5與存活率有直接相關(guān)性而不是

9、總顆粒物排放（見圖2），可見，對人類健康而言，有效控制PM2.5的意義高于控制總顆粒物。因此，有效控制TSP很重要，而有效控制PM2.5成為重中之重。 圖2 總顆粒物與細顆粒物對人體健康的相關(guān)性生活垃圾焚燒尾氣排放高精度過濾技術(shù)，嚴(yán)格控制PM2.5由戈爾公司研發(fā)的GORE®薄膜濾袋，其過濾表面是一層用戈爾公司發(fā)明的“膨體”專利技術(shù)制成的多微孔，極光滑的ePTFE(膨體聚四氟乙烯)薄膜。由于薄膜的纖維組織極為細密(能使粉塵粒子無法“穿越”薄膜，而使粉塵排放量接近于零的水平；又由于ePTFE薄膜本身具有不粘塵，憎水和化學(xué)性能穩(wěn)定等特性，因此清灰性能極佳。戈爾公司運用獨特的復(fù)合技術(shù)，將eP

10、TFE薄膜復(fù)合在多種具有不同使用溫度，不同抗化學(xué)，抗靜電和不同力學(xué)性能的底布材料上，以使濾料能適應(yīng)各種不同的使用場合，就過濾效果而言，底布對過濾能力不起作用，僅作為加強材料而使用。目前世界上袋式除塵界所推崇的“表面過濾”技術(shù)，就是指1974年由戈爾公司發(fā)明和倡導(dǎo)的，ePTFE薄膜復(fù)合在各種不同基布材料上制成薄膜濾料來實現(xiàn)的一種嶄新的過濾技術(shù)。這種技術(shù)具有以下特點，· 過濾效果高能達到世界上最嚴(yán)格的粉塵排放標(biāo)準(zhǔn)，包括100%控制PM2.5戈爾公司過濾技術(shù)的測試報告如下：顆粒物 ( mm)% 過濾效率0.10-0.1299.7155150.12-0.1599.8271560.15-0.2

11、099.9378510.20-0.2599.9855580.25-0.3599.9968950.35-0.4599.9998250.45-0.60100.0000000.60-0.75100.0000000.75-1.00100.000000· 運行阻力低氣流量通?？稍黾?0%以上，從而可大大提高系統(tǒng)的生產(chǎn)效率；利用GORE®濾料的過濾技術(shù)可以使顆粒物得以凈化，即使是細小的、非凝聚態(tài)（指氣溶膠）顆粒物在穿過顆粒物層時也被攔截、吸附從而得以去除，實現(xiàn)了亞微米級顆粒物的高效凈化。圖3為GORE®濾料與傳統(tǒng)的TeflonB型濾料的電子顯微照片。圖3中左邊的上、下兩張照片

12、分別為上述兩種濾料放大200倍后的情形，右邊上、下兩張照片則分別為兩種濾料放大600倍后的情形，另外在圖中還表示了10mm, 20mm ,50mm粒度的顆粒物分別放大200倍和600倍的情形。從圖3所示的濾料結(jié)構(gòu)可以顯而易見地看出，GORE（R）濾料對于捕集亞微米級的顆粒物是非常有效的（不需借助顆粒物初層的過濾作用），而傳統(tǒng)的濾料則必須借助顆粒物初層的作用，才能達到較好的凈化效果。這種特殊結(jié)構(gòu)的濾袋廣泛應(yīng)用于工業(yè)中，尤其是適用于焚燒爐煙氣的凈化。圖3 GORE®濾料和傳統(tǒng)的TeflonB型濾料電子顯微比較這種多層濾膜結(jié)構(gòu)使濾袋可以完成表層過濾凈化過程。也就是說，顆粒物（PM）沉積在濾

13、膜的表面而不是沉積在濾膜的內(nèi)部。這使得過濾凈化過程可以在較低的壓差條件下進行，從而延長了布袋的壽命，并可確保污染物的低濃度排放。實驗室測試結(jié)果表明，GORE®濾料可使亞微米級的顆粒物得以高效凈化，其凈化效率接近100%。該結(jié)果是通過“GORE”公司根據(jù)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計、制造的一套裝置測試得出的。在這套裝置中，專門在采樣之前設(shè)置了NaCl氣溶膠發(fā)生器，使模擬煙氣中含有不同粒級的顆粒物。測試時，根據(jù)布袋除塵器入、出口處采樣樣品中不同粒級的顆粒物濃度，就可以得出相應(yīng)的凈化效率。另外，為了便于比較，還利用傳統(tǒng)的過濾介質(zhì)（纖維織物濾料）進行了同類試驗。試驗研究表明，對粉塵捕率，在使用戈爾技術(shù)（圖5

14、）后，對比常規(guī)材料（圖4），粉塵捕率獲得飛躍性的提高。圖4 傳統(tǒng)濾料的PM捕集率圖5 GORE®技術(shù)PM捕集率美國環(huán)保局EPA對戈爾技術(shù)的報告環(huán)境技術(shù)認(rèn)證（Environmental Technology Verification，ETV）項目是由美國環(huán)保局（The Environmental Protection Agency，EPA）創(chuàng)建的一套程序和方法。ETV的創(chuàng)建旨在通過認(rèn)證和信息發(fā)布來推動環(huán)境技術(shù)的發(fā)展及創(chuàng)新。ETV項目通過向涉及環(huán)境技術(shù)的設(shè)計、發(fā)布、融資、技許可、購買與使用的公司等提供高質(zhì)量的、客觀的有關(guān)新技術(shù)性能的數(shù)據(jù)，

15、來加速新的、經(jīng)濟有效的環(huán)境技術(shù)的使用，最終實現(xiàn)環(huán)境保護的目的。ETV與一些合格的標(biāo)準(zhǔn)和測試組織，股東委員會（由技術(shù)購買者、銷售者組織，許可證發(fā)放者和其他成員組成）和其他感興趣的實體達成合作關(guān)系，并且完全可以有私人技術(shù)開發(fā)者參與。ETV項目通過設(shè)計相關(guān)的認(rèn)證過程，收集和分析數(shù)據(jù)，并提供公正的檢測報告等方式來評估新技術(shù)的性能，所有評估都會采取必要的審計和監(jiān)督過程來確保認(rèn)證過程和數(shù)據(jù)的可信性。權(quán)威機構(gòu)的認(rèn)證表明，對戈爾技術(shù)，PM2.5顆粒物排放-未檢測到的排放！戈爾技術(shù)的排放之低甚至低于測試設(shè)備的檢測極限值(<.000002g/dscm,遠低于各類排放標(biāo)準(zhǔn))，包括PM2.5在內(nèi)的所有粒徑的顆粒

16、物均未被檢測到（見圖6）。圖6 美國EPA對戈爾技術(shù)的檢測所以，使用戈爾技術(shù)，可以100%捕集及控制PM2.5甚至1-2微米的顆粒物。結(jié)語PM2.5是人類活動釋放污染物的主要載體,它攜帶有豐富的重金屬和有機污染物包括二惡英，在焚燒工程中會產(chǎn)生大PM2.5。使用先進的膜過濾技術(shù)（Gore®技術(shù)）可實現(xiàn)對PM2.5的完全控制。我國生活垃圾焚燒技術(shù)在”十五”期間取得了長足的發(fā)展，先后建成以天津、上海、深圳、濱江、寧波,蘇州,無錫為標(biāo)桿的現(xiàn)代化生活垃圾焚燒發(fā)電廠。目前在中國營運的大部分大型現(xiàn)代化生活垃圾焚燒廠都已使用先進膜（Gore®）過濾技術(shù)，實現(xiàn)了對PM2.5的完善控制。主要參考文獻1 W.L. Gore & Assoicates,Inc. Remedia® Catalogue.2004.2 Keith J.Fritsky, Gore.John H.Kumm .Combined PCDD/F Destruction and Particulate Control in the Baghouse.EA Engineering Science & Technology.2002. 3. 孫宏.戈爾Remedia®二噁英催化過濾技術(shù)在現(xiàn)代化焚燒工程上的