火力發電廠排放顆粒物對大氣污染的監測與危害研究
摘 要：隨著發電用煤技術的提高和新能源的采用，并且受環保要求和行業競爭的限制，煤電占能源消費總量的比例將逐年下降。盡管如此，煤炭發電依舊起著主導作用，以煤電為主的發電格局仍不會改變。因此對于火力發電廠排放的顆粒物進行監測和污染研究是非常有必要的。本文在對顆粒物污染的危害性入手，對火力發電廠排放的顆粒物進行了監測。并提出了相應的對策。
關鍵詞：火力，顆粒物，污染，危害
我國是產煤大國，基于我國資源的特點，以煤炭為主的能源利用的狀況將長期存在。因此應該重視燃煤產生的污染物。顆粒物作為燃煤排放的重要污染物之一，是我們近些年來研究的重點，這也正是本文的專注所在。
一、火電廠排放顆粒物的危害
1.1 減低能見度
顆粒物降低能見度的原因有：1吸收和散射光，從而減弱了光信號;2由于其散射的作用減小了天空背景與目標物之間的對比度。有大量的研究表明，能見度的降低與氣溶膠顆粒有著密切的關系。
能見度降低的最主要因素是光的散射，大小與可見光波長相近的顆粒對光的散射影響較明顯，能夠造成60-95%的能見度減弱，通常認為散射效應主要與PM2.5有關。
1.2 改變輻射平衡
氣溶膠顆粒能夠直接阻擋太陽光照射到達地面，使高空溫度增加，降低地面溫度。特別是直徑在0.1-5μm之間的顆粒，通過對地表輻射與太陽光的吸收與散射在大氣能量平衡中起著重要作用。如果PM10濃度達到100μg/m3時，可以減少到達地面的紫外線75%。
氣溶膠顆粒同時也可以間接的影響輻射的平衡，氣溶膠為云的形成及發展提供了冰核和云凝結核，通過影響云量和云的輻射特征間接的產生輻射強迫，就目前全球范圍來說，其作用是負效應，而且不確定性大。
1.3 形成酸雨
降水對顆粒物的沖刷作用和其作為水汽凝結核的作用都可以使得顆粒物進入到云水中或降水中。當進入云水或降水體系后，顆粒物的各種化學成分會發生一系列的復雜變化，并決定和影響著降水和云水的污染性質。其中的一個重要方面就是它對酸的緩沖能力和它的酸堿性質。
1.4 對人體的危害
燃煤發電廠所排放的可吸入顆粒物中，富集著大量的有毒金屬(Cd、As、Cr、Se、Hg、Ni、Sn等)、酸性化合物和有害有機物(PCBs、PHAs等)，并且細顆粒物上還粘附著病毒與細菌。火電廠排放的二氧化氮易溶于水，95%能被上呼吸道粘膜和鼻腔吸收，可以粘附在可吸入顆粒物上進入細支氣管和肺泡。
二、燃煤電廠排放的MP10和MP2.5物理化學特征分析
2.1 微觀特征
對于火力發電廠的顆粒物的微觀特征的研究，有人在對不同鍋爐和不同煤種類型的電廠進行觀察后，根據各類顆粒化學組成及顯微結構，進行了分類：根據內部結構和微觀形貌分出16種顯微顆粒類型;根據化學成分將飛灰分出鐵質、硅鋁質、炭粒和鈣質四個組。E.CEREAD等利用高靈敏度和高分辨率的核微探針，對100個顆粒(粒徑在0.5-5μm)，依據礦物種類分為7類：1、2類由鋁硅酸鹽組成，占總顆粒數量的70%，2類所有微量元素及Ca、P、Fe的濃度更高些，其它類群的特征是P、Si、Ti、Ca、Fe的含量較高，微量元素的含量表現出隨粒徑增大濃度減小的趨勢，Al、P、Si、Ti、Ca、Fe的含量與粒徑大小無關[3]。
2.2 礦物學組分
顆粒的礦物組成的信息不僅可以其在大氣中的演化情況和來源解析，同時也有助于了解其健康危害。火力發電廠排放的可吸入顆粒物的組成表現為石英、莫來石、赤鐵礦、石灰石、磁鐵礦、石膏等。
2.3 總體化學元素成分
火力發電廠排放的可吸入顆粒物主要元素是Ca、Fe、K、Si、Na、Al、S、O、C等，其表面積比較大，因此在生成以后，或者在其凝聚生成過程中，可富集大量元素(K、S、AS、Ti、Na、N、pb、Se、Cr等)和有機物(正構烷烴、PAHs、脂肪醇、二惡英、酚類等)。
三、燃煤電廠排放顆粒物的控制及顆粒的回收利用
3.1 控制
顆粒物的污染問題直接關系到人體健康狀況，直接影響著人類的生存環境，是必須解決的問題。而火力發電廠是顆粒物，尤其是細顆粒物的重要排放源，應及時開展對排放顆粒物的控制問題，這對于我國環境及能源的可持續發展都有著深遠的影響。
如今，對于火力發電廠的煙塵控制標準越來越嚴格，這時電除塵器的缺點就顯露出來了。主要是由于顆粒物二次飛揚、煙塵比電阻高時電除塵效率下降及細顆粒物難以荷電等因素的影響，很難使電除塵器有效率達到99.9%，從而使較多的顆粒物進入大氣，對環境造成污染[4]。
目前，顆粒物是我國大多數城市的首要污染物。在2000年，監測的338個大中城市中，僅僅有三分之一的城市空氣質量達到國家二級標準，影響空氣質量的主要污染物是PM10;2002年，空氣質量沒有達到國家二級標準的城市占總數的三分之二，其中63.2%的城市中，空氣中的顆粒物濃度超過了國家空氣質量二級標準，顆粒物仍是影響空氣質量的最主要因素。從以上數據可以看出，目前我國大部分都存在嚴重的顆粒物空氣污染，因此，提高火電廠的排放標準，加強城市污染的控制是勢在必行的。
3.2 細顆粒物的回收利用
對于火力發電廠的排放的顆粒物的控制，不但可以帶來社會效益和經濟效益，還可以將捕集到的細顆粒物作為重要的工業材料，從而使得廢物利用，創造經濟效益。某些行業排放的顆粒物，比如煉銅廠的硅鐵電爐粉塵二氧化硅是高級路面的重要添加劑，也是橡膠等某些化工行業不可缺少的原材料;氧化鋅粉塵可以與醫藥的生產，是重要的醫藥化工原料;在鐵合金冶煉爐中，氣態SiO2凝聚生成的硅微粉，這種物質是重要的無機非金屬材料，可以廣泛的應用于多種行業。火力發電廠所產生的細顆粒物，排入大氣中可以造成嚴重的環境污染，還能夠通過進入呼吸道來傷害到人體的健康，因此，可以借鑒其他行業的經驗，對捕集到的細顆粒物進行加工，變廢為寶，回收利用。
四、小結
通過近幾年的研究監測，數據表明，可吸入顆粒物是我國城市大氣環境的首要污染物。可吸入顆粒物富集大量有毒重金屬、酸性化合物和有害有機物，加上可吸入顆粒物的粒徑小，對人體健康的危害極大，特別是粒徑小于2.5μm的細顆粒，能夠對環境及人體造成更為明顯的危害。火力發電廠作為可吸入顆粒物的主要排放源之一，應加強顆粒物的排放控制，積極開發細顆粒物的回收利用。
參考文獻
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[2] 邵龍義，時宗波，黃勤.都市大氣環境中可吸入顆粒物的研究[J].環境保護， 2000.1:24-29
[3] 蔣紅梅，王定勇.大氣可吸入顆粒物的研究進展[J].環境科學，2001，1:11-15
[4] 劉耀東.中國電力工業結構產能產出集中度規模生產率分析[J].中國能源， 2004，26(9):13-19
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