可吸入颗粒物在不同阻塞性呼吸道内运动与沉积特性

为弄清颗粒污染物在慢性阻塞性肺病工人呼吸道内运动和沉积规律,采用数值方法讨论了2类阻塞性呼吸道内气固流动特性,分析了阻塞率（α）、阻塞位置、劳动强度等因数对流场分布、颗粒沉积形式和沉积率的影响.结果表明,α越大,病人局部缺氧越严重,当α=0.8时,相对缺氧率可达90%以上;劳动强度越强或受阻塞位置越深,病人发生哮喘的可能性愈高.呼吸道变形不会改变颗粒的沉积机制,但对其沉积形式有显著影响.α增大,劳动强度增强,粒径变大,均会导致颗粒沉积分布不对称性提高,且下呼吸道粒子沉积分布对称性更好.此外,呼吸道变形使总沉降率（η_t）减小,且α越大,η_t越小.发现对于低劳动强度,下呼吸道或者d_p>5μm的大颗粒,α对η_t影响要更为显著.     

北京市城区大气可吸入颗粒物中多环芳烃的分布规律

目前,国内外的研究工作已经证明致癌性多环芳烃(PAH)化合物在大气悬浮颗粒物中的分布与其粒径密切相关;不同粒径的颗粒进入人体呼吸系统的位置不同,对人体造成的危害也不同,一般说来,粒径越小,对人体健康危害程度越大,大于15微米的颗粒不能进入呼吸系统,15微米的颗粒可阻留在面部鼻腔和咽部,5.0微米以下的颗粒可进入肺部,1.1微米以下的颗粒可沉积在肺     

某工业城市大气颗粒物中PAHs的粒径分布及人体呼吸系统暴露评估

为研究大气颗粒物中多环芳烃(PAHs)的粒径分布与富集特征,确定不同粒径颗粒物中PAHs在人体呼吸系统各器官内的沉积浓度,以准确评估其人体呼吸暴露风险,选择东北某钢铁工业城市,在采暖期和非采暖期按粒径对大气颗粒物进行分级采样,用高效液相色谱对样品中14种优控PAHs进行分析,并将大气颗粒物粒径分级采样技术与人体呼吸系统内部沉积模型结合进行呼吸暴露评估.结果表明,大气颗粒物中总PAHs浓度变化显著,采暖期(743. 9 ng·m~(-3))高于非采暖期(169. 0ng·m~(-3)),多数PAHs(86. 3%～89. 9%)与大气中粒径≤2. 06μm的细颗粒有关;中低分子量PAHs单体呈双峰型,峰值位于1. 07～2. 06μm和7. 04～9. 99μm.高分子量PAHs呈单峰分布,峰值位于1. 07～2. 06μm; 4环PAHs的含量占主导优势,为总PAHs浓度的40%;在采暖期和非采暖期分别有53. 3%和55. 3%的颗粒态PAHs沉积在人体呼吸系统的不同器官,分别采用人体呼吸系统沉积浓度和在颗粒物上的总浓度计算该地区人群颗粒态PAHs的终身致癌超额风险值(incremental lifetime cancer risk,R值),成人的R值在采暖期为1. 3×10-5和2. 9×10-5,非采暖期为3. 1×10-6和6. 0×10-6,儿童的R值在采暖期为1. 0×10-5和2. 3×10-5,非采暖期为2. 4×10-6和4. 8×10-6.结果表明,颗粒物粒径分布直接影响呼吸系统沉积浓度和致癌风险,将分级采样技术与呼吸系统沉降模型结合方法可有效避免对人体呼吸暴露量的过度评估.     

颗粒床过滤中的惯性碰撞效应研究

在实验的基础上,得到了计算单个颗粒惯性碰撞收集效率的经验方程式。结果表明,气溶胶粒子的粒径越大,惯性碰撞越显著;气体流速的增加有利于粒子的惯性沉积;沙介质的粒径越小,气溶胶粒子的惯性碰撞效应越高,穿透率也就越低。     

燃煤飞灰中细颗粒物(PM2.5)的物理化学特性

研究了小龙潭电厂燃煤飞灰中细颗粒物的粒径分布、显微结构、颗粒类型以及As,Se,Cd,Pb,Cr和Be等6种微量重金属在不同粒径中的分布规律。结果表明:燃煤排放的PM_2.5以球形颗粒为主,但随着颗粒物粒径的减小,非球形颗粒的数量有所增加;多数PM_2.5的表面并不光滑,不同粒径颗粒之间存在逐级吸附的现象;微量重金属As,Se,Cd,Pb和Cr大部分富集在粒径小于2 1μm的细颗粒上,高钙飞灰对As有强烈的吸附作用。      

高效纤维滤料过滤纳米颗粒物时的反弹效应

经典过滤理论未考虑纳米颗粒物在纤维表面反弹并降低过滤效率的可能性. 选择不同等级的HEPA(高效空气过滤)玻璃纤维滤料,使用SMPS(扫描电迁移率粒度分析仪)测量粒径在10~500 nm内3种颗粒物——直角立方体MgO、圆角立方体NaCl和球形PSL(聚苯乙烯)固体颗粒的过滤效率,通过比较不同滤料状态下过滤效率的差别分析反弹效应的影响. 结果表明:①硅油熏蒸法制备的湿态滤料可以模拟过滤的理想状态. ②过滤时颗粒物反弹效应大小与其自然运动规律有关,NaCl颗粒的反弹率约为MgO颗粒的66.7%,PSL颗粒的反弹率比非球形颗粒小一个数量级左右. ③颗粒物反弹率也受到滤速的影响,在1.0~5.3 cm/s滤速范围内,反弹率与滤速成正比;滤速在5.3 cm/s时颗粒物的最大反弹率在0.363%~2.667%之间,不同颗粒物的最大反弹率不同,但最大反弹粒径相差不大. ④可以将干态滤料在5.3 cm/s滤速下对MgO颗粒的过滤作为HEPA滤料反弹效应试验的计算基准,根据形状参数(S)和过滤介质透过率的动力学模型对其他滤速和形状的颗粒物反弹率进行修定. ⑤反弹效应对透过率的影响较大,在MPPS(最易透过粒径)附近,非球形颗粒反弹效应对实际透过率的贡献可达30%~40%. 研究表明,HEPA过滤需要考虑颗粒物反弹效应对过滤效率的影响.      

西北某电子垃圾拆解厂室内外重金属污染特征及暴露风险

本研究利用ICP-OES对西北干旱区某规模化电子垃圾拆解厂拆解车间内外空气不同粒径的颗粒物(PM1.0、PM2.5、PM10)及上风向对照点PM2.5中的6种重金属(Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn)的浓度进行了分析测定,基于该数据对拆解车间内外颗粒物中重金属污染浓度水平、粒径分布特征、职业暴露风险以及呼吸系统沉积特征进行了研究。结果表明,拆解车间内外颗粒物中重金属Zn(室内4890 ng·m-3,室外1245 ng·m-3)、Pb(室内1201 ng·m-3,室外240 ng·m-3)、Cu(室内1200 ng·m-3,室外110 ng·m-3)均表现出较高的污染水平,且室内浓度远高于室外数倍,表明拆解活动是造成较室内空气高浓度重金属的主要原因,室内外空气环境污染特征与电子垃圾拆解种类密切相关。粒径分布特征为:车间内空气环境中重金属主要吸附于PM2.5中,车间外主要是赋存于PM10中。职业暴露风险评估显示:Cr的非致癌与致癌风险最高;拆解厂车间室内外6种重金属总非致癌危害指数为1.62×10-3和3.60×10-4,远低于U.S.EPA规定的限定值(1.0);车间室内外致癌总风险值为2.69×10-7和2.59×10-9,小于可接受范围(1×10-6),表明由重金属所导致的职业健康风险相对较小;评估结果表明按国家环保要求规模化建厂的电子垃圾拆解厂空气环境颗粒物中重金属对公共健康造成的风险处于相对安全的水平。颗粒态重金属在人体呼吸系统的不同器官的沉积特征表现为粒径越小,在呼吸系统的深处的沉积比重越大,建议企业应针对细颗粒物给职业工人造成的呼吸健康风险采取相应的减排对策。     

华北地区霾期间对流层中低层气溶胶垂直分布

基于美国宇航局(NASA)的CALIPSO星载激光雷达监测数据,通过分析总后向散射系数、体积退偏比和色比,对华北地区2007年1月1日至2008年12月31日期间出现灰霾时对流层中低层气溶胶光学和微物理特性的垂直分布进行了研究.结果表明:灰霾期间对于4 km以下的对流层中低层大气总体来说,非球形气溶胶出现频率略高于球形气溶胶,小粒径气溶胶出现频率高于大粒径气溶胶.在4 km以下的大气中,气溶胶出现频率在1 ～2 km高度范围内最高,在2～3 km高度范围内最低;球形气溶胶在2～3 km高度范围内出现频率最高,非球形气溶胶出现频率在1 ～2 km高度范围内最高;大粒径气溶胶在l～2 km高度范围内出现频率最高,小粒径气溶胶在0～1 km高度范围内出现频率最高.     

布朗扩散对颗粒床过滤的影响

在实验的基础上 ,得到了计算单个颗粒扩散收集效率的经验方程式。结果表明 ,气溶胶粒子的粒径越小 ,布朗扩散越显著 ;气体流速的增加不利于粒子的扩散沉积 ;过滤介质的粒径越小 ,粒子的扩散沉积效应越高 ,穿透率也就越低。     

不同粒径大气颗粒物中多环芳烃的含量及分布特征

采集了北京城乡结合部与郊区2003年4个季节的不同粒径大气颗粒物样品 ,运用GC/MS分析了其多环芳烃组成 .结果表明 ,17种PAHs总量为 0.84～15.223ng/m³,城乡结合部含量是郊区的1.07～6.60倍 .PAHs总量的季节性变化表现为冬季>秋季>春季>夏季,且随颗粒物粒径减小,含量逐渐增大,大约有68.4%～84.7%的PAHs吸附在≤2.0μm颗粒上.2～3环PAHs呈双峰型分布,4～6环PAHs呈单峰型分布 ,PAHs分子量越大 ,MMD值越小 ,燃煤取暖与低温是导致冬季PAHs污染增高的主要因素.     

西北某电子垃圾拆解厂室内外重金属污染特征及暴露风险

本研究利用ICP-OES对西北干旱区某规模化电子垃圾拆解厂拆解车间内外空气不同粒径的颗粒物(PM_1. 0、PM_(2.5)、PM_(10))及上风向对照点PM_(2.5)中的6种重金属(Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn)的浓度进行了分析测定,基于该数据对拆解车间内外颗粒物中重金属污染浓度水平、粒径分布特征、职业暴露风险以及呼吸系统沉积特征进行了研究.结果表明,拆解车间内外颗粒物中重金属Zn(室内4 890 ng·m~(-3),室外1 245 ng·m~(-3))、Pb(室内1 201 ng·m~(-3),室外240 ng·m~(-3))、Cu(室内1 200ng·m~(-3),室外110 ng·m~(-3))均表现出较高的污染水平,且室内浓度远高于室外数倍,表明拆解活动是造成室内空气较高浓度重金属的主要原因,室内外空气环境污染特征与电子垃圾拆解种类密切相关.粒径分布特征为:车间内空气环境中重金属主要吸附于PM_(2.5)中,车间外主要是赋存于PM_(10)中.职业暴露风险评估显示:Cr的非致癌与致癌风险最高;拆解厂车间室内外6种重金属总非致癌危害指数为1. 62×10~(-3)和3. 60×10~(-4),远低于U. S. EPA规定的限定值(1. 0);车间室内外致癌总风险值为2. 69×10~(-7)和2. 59×10~(-9),小于可接受范围(1×10~(-6)),表明由重金属所导致的职业健康风险相对较小;评估结果表明按国家环保要求规模化建厂的电子垃圾拆解厂空气环境颗粒物中重金属对公共健康造成的风险处于相对安全的水平.颗粒态重金属在人体呼吸系统的不同器官的沉积特征表现为粒径越小,在呼吸系统的深处的沉积百分占比越大,建议企业应针对细颗粒物给职业工人造成的呼吸健康风险采取相应的减排对策.     

多纤维捕集过程中细颗粒湍流团聚模拟研究

基于随机多层纤维过滤介质算法建立了平板式三维拟态化结构.利用计算流体力学-颗粒群平衡模型（CFD-PBM）对多纤维捕集过程中细颗粒湍流团聚进行数值模拟研究,并采用分区法求解颗粒群平衡方程（PBE）.通过控制变量法分析表明：多纤维捕集过程中存在着明显的颗粒团聚行为.粉尘颗粒的团聚程度随停留时间增加而增强,当t ≥ l/v（速度方向模型尺寸长度/入口风速）,团聚逐渐趋于稳定;当v_max·t ≤ l,入口风速越大,颗粒团聚程度和团聚速率越大,最终的团聚程度取决于入口风速和停留时间;颗粒粒径越大,粉尘颗粒的团聚程度和团聚速率越小.出口颗粒平均粒径与初始粒径相比增长倍数越小.粉尘颗粒体积分数越大,颗粒团聚程度以及团聚速率越大.当v=0.1m/s,d_p=1.0μm,VF >0.003636,Bin-7~Bin-0区间数量浓度对数分布呈线性比例关系.     

城市道路交叉口颗粒物浓度及行人暴露研究

为研究城市道路交叉口内部颗粒物浓度的分布规律以及评估行人暴露水平,探究了6种粒径颗粒物(0.3～0.49、0.5～0.99、1～1.99、2～4.99、5～9.99、10μm)在交叉口的分布规律,分析研究气象要素(温度、相对湿度、风速和气压)对颗粒物浓度变化的影响,并基于交叉口微环境内的颗粒物浓度对不同人群的颗粒物暴露水平进行了评估。实验结果表明:粒径5μm的颗粒物冬季高于夏季,5μm的颗粒物夏季高于冬季,6种颗粒物数量浓度早高峰均高于晚高峰以及工作日均高于非工作日;相邻粒径范围颗粒物间显示出强相关,同时温度和气压对粒径在0.5～0.99μm间的颗粒物影响较大,相对湿度对粒径5μm的颗粒物影响较大;PM_1、PM_2和PM_(10)这3种颗粒物均在老年人的体内沉积率最高,这表明环境颗粒物对老年弱势群体的危害更大;夏季PM_1、PM_2和PM_(10)的沉积率分别比冬季高出116%、112%和20%,因此相较于粗颗粒物,细颗粒物对人体健康危害更为严重。     

钢铁行业磁性纤维捕集非球形粉尘动力学研究

为研究非球形颗粒在磁场中被磁性纤维捕集的动力学行为,以钢铁行业炼钢过程中转炉和精炼炉中排放的转炉灰和精炼灰等两种粉尘为基础,利用形状系数计算公式得出的φ=0.21,0.78,0.81,1.00分别表示圆片形（厚度H=底面圆直径d/40）,椭球形（x轴赤道半径：y轴赤道半径：z轴极半径=a：b：c=1：1：4）,正方体形,球形颗粒,并对其进行研究.模拟结果表明,相同工况参数下,当形状系数接近时,捕集效率和运动轨迹与粉尘颗粒具体表现的形状特征无关.在传统单纤维捕集过程中,当入口风速v=0.1m/s,d_p>2.0μm时,形状系数相差越大,捕集效率差距越大.形状系数对颗粒被捕集影响程度大小与单纤维捕集效率增减呈正相关;在磁性纤维产生的磁场中v=0.1m/s,d_p>0.5μm时,形状系数相差越大,捕集效率差距越大.φ≥0.4时,捕集效率随形状系数的增加趋于稳定,形状系数对颗粒被捕集影响程度大小与单纤维捕集效率增减无关;在高梯度磁场中v=0.1m/s,d_p=1.0μm时,形状系数相差越大导致捕集效率之间差距越大的规律越明显.当v=0.1m/s,0.5μm≤d_p≤2.5μm时,形状系数对颗粒被捕集影响程度的大小与单纤维捕集效率增减呈正相关.     

煤燃烧超细微粒粒径谱演变及排放因子的实验研究

对燃煤超细微粒的排放特性进行研究,利用自行搭建的气溶胶实验平台,使用快速粒径谱仪FMPS对燃煤超细颗粒(5.6~560 nm)数量粒径谱进行了测量,同时利用颗粒物动态演变模型,通过最优化算法,得到颗粒沉积损失率和排放率随粒径的分布,并计算了燃煤颗粒的排放因子.结果表明,在颗粒生成的初始阶段,燃煤颗粒数量粒径谱是多分散的复杂谱,初始粒径谱主要由10 nm、30~40 nm及100~200 nm这3个模态组成,其中,10 nm模态颗粒数浓度较高,100~200 nm模态颗粒粒径谱呈对数正态分布,数量中位径CMD均值为16 nm.随着时间的推移,总数量浓度呈指数规律衰减,CMD先增大后逐渐趋于稳定.排放因子的计算结果显示,在室温条件下,燃煤颗粒的排放因子达到(5.54×1012±2.18×1012)个·g-1.     

多场条件下低低温电除尘系统全流程数值模拟

文章基于商业计算流体力学(CFD)软件,对某低低温电除尘系统进行了多场条件下的数值模拟。采用k-ε模型来模拟湍流场,用离散相模型(DPM)来模拟飞灰颗粒的运动,用换热器模型和多孔跳跃模型模拟烟冷器内温度场,用电磁流体模型(MHD)模拟电场,用颗粒群平衡模型(PBM)模拟颗粒团聚规律。结果表明:烟道内布置导流板及阻流板后,电除尘器各分室进口流量偏差均在±1%以内,出口不超过±0.5%。颗粒相质量流量分配偏差也均未超过±5%。各室入口截面烟气流速相对均方根差均不超过0.25。模拟烟冷器内各截面的温度、密度及流速变化规律与实际相符。电场内电势分布由放电极向收尘极呈不均等环状分布,粒径越大的颗粒越容易被收集,小颗粒易发生逃逸。随着时间的推移,烟冷器内颗粒平均粒径逐渐增大,当t=0.8 s以后,颗粒平均粒径趋于平稳。     

燃煤电厂脱硫粉煤灰理化特性及排放特征

以徐州某电厂脱硫粉煤灰为研究对象,分别研究了脱硫粉煤灰的粒径分布、微观形态、矿物组成和元素含量4方面的物理化学特性,并在此基础上研究了该电厂脱硫粉煤灰颗粒及其中所含元素的排放特征.结果显示,该电厂粉煤灰颗粒物以拉径在3～45 μm的颗粒为主,数量占80％以上,并以表面光滑的球形颗粒居多,并含有少量表面附着小颗粒晶体的球形颗粒和表面有孔的球形颗粒,以及一些不规则颗粒,其主要的矿物组成是莫来石和石英.该电厂粉煤灰颗粒物的排放因子达到了1.95 kgt.粉煤灰的元素组成选取了Mn,Zn,Cr,Cu,Pb,Ni,Cd 7种元素,其中Mn在粉煤灰中的含量最高,相对应的Mn元素的排放因子也高,达到了125.04 g/t.由于该厂粉煤灰含有一定量的重金属元素,随意堆放和处理会对人体和环境产生一定的影响,因此必须做好粉煤灰的处理与处置,降低粉煤灰对人体和环境的危害作用.     

栅条絮凝池内部流场及颗粒运动状态模拟分析

利用数值模拟方法对栅条絮凝池前段内部流场进行模拟分析,以涡旋速度梯度和湍动能作为综合评价指标,对其结构设计的合理性进行了验证。在流场中加入了11组不同粒径和有效密度的絮凝颗粒,每组在流场入口处随机释放98560个粒子,利用DPM模型对粒子运动轨迹进行追踪统计。结果表明:随着絮凝颗粒的增大,其有效密度呈相应下降趋势。絮凝颗粒直径为1~1000 μm,沉积率<10%,且在各竖井内沉积均匀,能够很好地满足絮凝要求。当颗粒粒径为1000~5000 μm时,沉积率呈急剧上升趋势,但在各竖井内沉积较为均匀。当颗粒粒径进一步增大至10000 μm时,大量粒子在第1段竖井内沉积,不利于排泥的均匀性。综合考虑沉积率和排泥均匀性,实际工程中应尽量避免出现1000 μm以上的大粒径絮凝体。     

基于非圆球模式的大气超细颗粒物在沉积和凝并共同作用下的动力学模型研究

数值模拟了封闭环境内非球形超细颗粒物的动力学演化,以探讨颗粒物的沉积和凝并行为.采用泰勒展开方法导出了描述颗粒物动力学这两种行为共同作用的矩方程.通过与实验结果对比表明:本文得出的矩方程相对于传统的矩方程模型更适于刻画颗粒物的扩散和重力沉积,能够精确地预测它们的动力学演变过程.通过将颗粒形状参数(分形维数,Df)纳入原始动力学方程,使得颗粒物凝并模型可以较为准确地描述真实情况下非球形颗粒的凝并行为.此外在高颗粒物浓度条件下,得出颗粒物的演变主要受到凝并作用的影响,沉积作用则相对较弱.     

柴油机EGR氛围颗粒的空间结构与表面形态分析

为揭示EGR(废气再循环)对柴油机颗粒表面形态以及空间结构的影响,针对不同EGR率下产生的柴油机颗粒,采用颗粒粒径分析仪以及X射线小角散射等分析手段,研究了EGR对柴油机排气颗粒粒径、数浓度和质量浓度的影响,分析了颗粒团聚程度、团粒间隙尺寸以及表面形态等参数随EGR率的变化规律.结果表明:随着EGR率从10%增至30%,颗粒数浓度峰值粒径向大粒径方向偏移,粒径在10～50 nm的核模态颗粒数浓度分别降低了14.7%和29.4%;粒径在50～500 nm的积聚态颗粒数浓度分别增加了17.1%和139.4%;总颗粒数浓度也有较大幅度增加,分别增加了4.5%和72.1%.采用EGR后,颗粒的质量分形维数和表面分形维数分别增加了12.1%和18.2%,表明EGR会使颗粒的质量分布不均匀,表面粗糙程度增加.随着EGR率的增加,颗粒的团粒间隙分布有明显差异,EGR率为0时的团粒间隙尺寸主要分布在8～11 nm,EGR率为30%时的团粒间隙尺寸主要分布在4～6 nm,表明EGR可在总体上降低团粒间隙尺寸和数浓度,增加了颗粒的团聚程度和空间结构的紧密程度.研究结果对于拓宽EGR的工况使用范围、提高DPF等后处理装置的工作效率、进一步降低柴油机的NO_x和颗粒排放具有重要意义.