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粉塵

粉塵(Dust)是指懸浮在空氣中的固體微粒。習慣上對粉塵有許多名稱,如灰塵、塵埃、煙塵、礦塵、砂塵、粉末等,這些名詞沒有明顯的界限。國際標準化組織規定,粒徑小于75μm的固體懸浮物定義為粉塵。在大氣中粉塵的存在是保持地球溫度的主要原因之一,大氣中過多或過少的粉塵將對環境產生災難性的影響。但在生活和工作中,生產性粉塵是人類健康的天敵,是誘發多種疾病的主要原因。
  • 中文名:粉塵
  • 英文名:Dust
  • 形態:固體微粒
  • 國際定義:粒徑小于75μm的固體懸浮物
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產生原理

粉塵幾乎到處可見。土壤和巖石風化后分裂成許多細小的顆粒,它們伴隨著花粉,孢子以及其他有機顆粒在空中隨風飄蕩。除此之外,許多粉塵乃是工業和交通運輸發展的副產品;煙囪和內燃機排放的廢氣中也含有大量的粉塵,面粉,采石場等的作業引起的,火山爆發的火山灰。

(1)固體物質的機械加工或粉碎,如金屬研磨、切削、鉆孔、爆破、破碎、磨粉、農林產品加工等。

(2)物質加熱時產生的蒸氣在空氣中凝結或被氧化所形成的塵粒,如金屬熔煉,焊接、澆鑄等。

(3)有機物質不完全燃燒所形成的微粒,如木材、油、煤類等燃燒時所產生的煙塵等。

(4)鑄件的翻砂、清砂粉狀物質的混合,過篩、包裝、搬運等操作過程中,以及沉積的粉塵由于振動或氣流運動,使沉積的粉塵重又浮游于空氣中(產生二次揚塵)也是粉塵的來源。

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結構性質

1、粉塵的粒度

粉塵的粒度是指粉塵的大小,又稱粒徑。因粉塵的開關不規則,一般用塵粒的平均直徑或其投影定向長度來表示粒度。

2、粉塵的分散度

分散度是指物質破碎的程度,通常所說的粉塵分散度是指某粒級的粉塵量與粉塵總量的百分比。

3、粉塵中游離二氧化硅的含量

二氧化硅是地殼內最常見的氧化物,它以2種狀態存在,一種是結合狀態的二氧化硅。另一種是游離狀態的。

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主要種類

可以根據許多特征進行分類,在大氣污染控制中,根據大氣中粉塵微粒的大小可分為:

1、飄塵,系指大氣中粒徑小于10μm的固體微粒,它能較長期地在大氣中漂浮,有時也稱為浮游粉塵。也被稱為可吸入顆粒物,英文縮寫為PM10。

2、降塵,系指大氣中粒徑大于10μm的固體微粒,在重力作用下,它可在較短的時間內沉降到地面。

3、總懸浮微粒,系指大氣中粒徑小于100μm的所有固體微粒。也被稱為總懸浮顆粒物,英文縮寫為TSP。

專業術語1、粉體:固體物質的細小顆粒,稱為粒子,而固體粒子的堆集狀態,稱為粉體。

2、粉塵:因機械過程(破碎、篩分、運輸等)而產生的微細粒子,能在氣體中分散(懸。┮欢〞r間的固體粒子,稱為粉塵。粉塵的粒徑范圍很廣,由細至1/10μm到數百微米。

3、煙塵:因物理化學過程而產生的微細固體粒子,稱為煙塵。例如冶煉、燃燒、金屬焊接等過程中,由于升華及冷凝而形成、煙塵的特點是粒度大都比較細,在1μm以下。

4、煙霧:燃燒草料、木柴、油、煤等生成的黑煙,稱為煙霧。煙霧粒徑很細,甚至在0.5μm以下。

5、粉末:工藝生產中的粉料,稱為粉末。

按其性質一般分為以下幾類:

1、無機粉塵:礦物性粉塵,如石英、石棉、滑石、煤等;金屬性粉塵,如鐵、錫、鋁、錳、鉛、鋅等;人工無機粉塵,如金剛砂、水泥、玻璃纖維等。

2、有機粉塵:動物性粉塵,如毛、絲、骨質等;植物性粉塵,如棉、麻、草、甘蔗、谷物、木、茶等;人工有機粉塵,如有機農藥、有機染料、合成樹脂、合成橡膠。合成纖維等。

3、混合性粉塵是上述各類粉塵,以二種以上物質混合形成的粉塵,在生產中這種粉塵最多見。

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基本功能

地面水通過蒸發進入大氣,又經降水返回地面,

從而完成了水的循環。如果空中沒有粉塵,水份再大也無法凝結成水滴。因為水分子很小,由它聚合起來的水滴也很小,再加上飽合水汽壓力很大,所以不易形成降水?諝庵杏辛朔蹓m之后,它能吸附水汽變成溶液并形成水滴,其飽和水汽壓力大大減小,使水汽易于其周圍凝結,變成云,霧,雪等。在這一變化過程中,粉塵起了凝結核的作用。

天空中呈現的蔚藍色盡收眼底也是大氣中粉塵作用的結果。陽光是由紅,橙,黃,綠,青,藍,紫七色組成的。當陽光進入大氣層后,遇到空中懸浮的粉塵和水汽就發生散射,波長越短的光越容易被散射,空氣密度越大散射光越強。而空氣密度是隨海拔高度的增加而減小的,因此在8000 m以下的低空,波長較短的藍色光大量被散射,人類就可以從地面上看到“秋水共藍天一色”的壯麗景觀。隨著海拔高度的增加,大氣對陽光的散射能力越來越弱,8000 m以上天空變為青色,13000 m以上是暗紫色的。在20000 m以上,由于散射作用消失,天空就變成一片暗黑色。

日出和日落也是粉塵之功。當太陽出升在地平線的時候,光線穿過充滿灰塵的大氣,太陽比中午直射時的大得多。這時,粉塵和水汽把陽光中的藍光和綠光散射了,而波長較長的紅光則直接穿過大氣,于是旭日東升或夕陽西下的絢麗便歷歷在目。在特定的條件下,粉塵還會創造出奇特的景觀。1883年,印尼克拉克脫火山爆發,把大量火山灰拋入天空,那時該地區人們看到的太陽總是火紅色的,這種景觀持續了兩年之久。1816年,印尼爪哇火山噴射出的煙塵反射和吸收了大量陽光,結果導致那一年該地區氣溫的降低,出現了罕見的沒有夏天的奇跡,即所謂的陽傘效應?傊,沒有粉塵云,霧,雨,雪將不復出現,火紅的太陽和絢麗的彩虹也要消失,自然景觀大為遜色。

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主要危害

粉塵有功也有過,其過之一是污染大氣,危害人類的健康。飄逸在大氣中的粉塵往往含有許多有毒成分,如鉻,錳,鎘,鉛,汞,砷等。當人體吸入粉塵后,小于5μm的微粒,極易深入肺部,引起中毒性肺炎或矽肺,有時還會引起肺癌。沉積在肺部的污染物一旦被溶解,就會直接侵入血液,引起血液中毒,未被溶解的污染物,也可能被細胞所吸收,導致細胞結構的破壞。此外,粉塵還會沾污建筑物,使有價值的古代建筑遭受腐蝕。降落在植物葉面的粉塵會阻礙光合作用,抑制其生長。

粉塵其過之二是爆炸危害。相傳,早在風車水磨時代,就曾發生過一系列磨坊糧食粉塵爆炸事故。到了20世紀,隨著工業的發展,粉塵爆炸事故更是屢見不鮮,爆炸粉塵的種類也越來越多。據統計,1913~1973年間美國僅工農業方面就發生過72次比較嚴重的粉塵爆炸事故。1919年俄亥俄州一家淀粉廠發生粉塵爆炸,廠房幾乎全部被毀,有43人喪生。日本1952~1975年共發生重大粉塵爆炸事故177次,累計死亡75人,受傷410人。

1977年美國路易斯安那州一座現代化糧庫發生爆炸,造成一半以上糧食簡倉被毀,連辦公大樓也未幸免,36人死亡,直接經濟損失達3000萬美元。英國和加拿大在化工和造紙等行業中也發生過多起粉塵爆炸事故,僅英國就243次,死傷204人。

1987年3月15日,哈爾濱亞麻紡織廠發生的爆炸事故,死亡56人,傷179人,廠房設備嚴遭破壞。

2014年8月2日上午7時37分許,江蘇昆山開發區中榮金屬制品有限公司汽車輪轂拋光車間在生產過程中發生爆炸。目前已造成97人死亡,163人受傷,直接經濟損失3.51億元。事故原因直接原因是:事故車間除塵系統較長時間未按規定清理,鋁粉塵集聚。除塵系統風機開啟后,打磨過程產生的高溫顆粒在集塵桶上方形成粉塵云。1號除塵器集塵桶銹蝕破損,桶內鋁粉受潮,發生氧化放熱反應,達到粉塵云的引燃溫度,引發除塵系統及車間的系列爆炸。

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粉塵爆炸

粉塵和其他物質一樣具有一定能量。由于粉塵的粒徑小,表面積大,從而其表面能也增大。一塊1 g重的煤其表面積只有5~6c㎡,而1 g的煤粉飄塵,其表面積可達2㎡。粉塵與空氣混合,能形成可燃的混合氣體,若遇明火或高溫物體,極易著火,傾刻間完成燃燒過程,釋放大量熱能,使燃燒氣體驟然升高,體積猛烈膨脹,形成很高的膨脹壓力。

燃燒后的粉塵,氧化反應十分迅速,它產生的熱量能很快傳遞給相鄰粉塵,從而引起一系列連鎖反應。粉塵發生爆炸必須具備一定的條件,歸納如下:

(1)粒徑大小——這是影響其反應速度和靈敏度的重要因素。顆粒越小越易燃燒,爆炸也越強烈。粒徑在200 μm以下,且分散度較大時,易于在空中飄浮,吸熱快,容易著火。粒徑超過500μm,其中并含有一定數量的大顆粒則不易起爆。

(2)化學成分——有機物粉塵中若含有COOH,OH,NH2,NO,C=N,C=N和N=N的基團時,發生爆炸的危險性較大;含鹵素和鉀,鈉的粉塵,爆炸趨勢減弱。

(3)爆炸濃度——在一個給定容積中,能夠傳播火焰的懸浮粉塵的最小重量稱為爆炸濃度。通常,達到粉塵爆炸濃度的粉塵才會發生爆炸。面粉的爆炸濃度約為15~20 g/m³,散糧爆炸濃度大約是30~40g/m³。

(4)空氣濕度——當空氣濕度較大時,親水性粉塵會吸附水份,從而使粉塵難以彌散和著火,傳播火焰的速度也會減小。濕度大的粉塵即使著火,其熱量首先消耗在蒸發粉塵中的水份,然后才用于燃燒過程。粉塵濕度超過30%便不易起爆。

(5)有足夠的點火溫度——粉塵爆炸大都起源于外部明火,如機械撞擊,電焊和切割,靜電火花或電火花,摩擦火花,火柴和高溫體傳熱等。這類火源最低點火溫度為300~500 ℃。

(6)足夠的氧氣——粉塵懸浮環境中需含有足夠維持燃燒的氧氣。

(7)粉塵紊動程度——懸浮在空氣中的粉塵,紊動強度越大,越易吸收空氣中的氧氣而加快其反應速率,從而容易爆炸。

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粉塵治理技術

綜合抑塵技術主要包括生物納膜抑塵技術、云霧抑塵技術及濕式收塵技術等關鍵技術。

生物納膜抑塵技術,生物納膜是層間距達到納米級的雙電離層膜,能最大限度增加水分子的延展性, 并具有強電荷吸附性;將生物納膜噴附在物料表面, 能吸引和團聚小顆粒粉塵,使其聚合成大顆粒狀塵 粒,自重增加而沉降;該技術的除塵率最高可達99% 以上,平均運行成本為0.05~0.5元/噸。

云霧抑塵技術是通過高壓離子霧化和超聲波霧化 ,可產生1μm~100μm的超細干霧;超細干霧顆粒細密,充分增加與粉塵顆粒的接觸面積,水霧顆粒與粉塵顆粒碰撞并凝聚,形成團聚物,團聚物不斷變大變重,直至最 后自然沉降,達到消除粉塵的目的;所產生的干霧顆粒,30%~40%粒徑在2.5μm以下,對大氣細微顆粒污染的防治效果明顯。

濕式收塵技術通過壓降來吸收附 著粉塵的空氣,在離心力以及水與粉塵氣體混合的雙 重作用下除塵;獨特的葉輪等關鍵設計可提供更高的 除塵效率。

適用于散料生產、加工、運輸、裝卸等環 節,如礦山、 建筑、采石場、 堆場、港口、 火電廠、鋼鐵 廠、垃圾回收處理等場所。

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預防措施

粉塵雖然會發生爆炸,但若采取可靠的措施還是可以避免的,防范的措施應著眼于發爆的條件:控制粉塵濃度;杜絕起燃點;減低空氣中氧的濃度;采取有效降塵措施;建立預報系統;設置爆炸壓力泄放口等。此外,在管理上建立必要的規章制度,落實管理措施也是非常必要的。

2016年2月25日,國家安全監管總局發布消息稱,將在2016年3月至2017年底組織開展陶瓷生產、耐火材料制造兩類企業粉塵危害專項治理工作,以控制、減少和消除相關危害,嚴防塵肺病發生,切實保護勞動者職業健康權益。

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研究進展

2014年7月18日,由日本熊本大學研究小組,首次確認了細顆粒物“PM2.5”中含有甲醛。甲醛具有致癌性,會導致病屋綜合癥。熊本大學研發了檢測甲醛的新裝置,并成功在PM2.5中檢測出了甲醛。

大部分被吸入人體的甲醛氣體僅能到達氣管,但與PM2.5結合后則容易到達肺部。戶田指出“可以認為對健康造成的風險更大”。

PM2.5中的甲醛含量隨地點和時期有所不同。研究小組從3月到7月左右在熊本市進行測量時,甲醛含量大幅低于國家的標準值。

PM2.5漂浮于大氣中,會提高哮喘等疾病的發病率。日本的中央和地方政府制定了標準值,在PM2.5達到一定濃度時提醒人們注意。

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