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粉尘基础知识(二)

4.粉尘是如何产生的?

      在生产过程中,固体物料的破碎、研磨、熔融,粉料的装卸、运输、搅拌,液态物质的升华,物质的氧化等,均会产生粉尘。如防护措施不健全,会有大量粉尘逸散到作业环境空气中,危害人体健康。
      产生粉尘的主要作业有:采矿业的凿岩、爆破、采矿、运输;基建业的隧道开凿、采石、筑路;金属冶炼业的原料破碎筛分、选矿、冶炼;耐火材料、玻璃、陶瓷、水泥业的原料准备、加工;机器制造业的铸造、清砂、表面处理;化工、轻纺业的原料加工、包装等。
      按粉尘的来源,还可分为机械过程产尘和物理化学过程产尘两类。
    (1)机械过程产尘  主要包括以下几个方面。
       ① 固体的机械破碎如矿石经颚式破碎机、干碾机等进行破碎和碾碎时产生的粉尘。
       ② 固体的表面加工如工件经砂轮机、抛光机等进行研磨时产生的粉尘。
       ③ 物料的筛分碎物料在筛分过程中产生粉尘。
       ④ 物料的转运和装卸细碎物料经皮带机、提升机等进行运输和装卸转动过程中产生的粉尘。
       ⑤ 容器装料如各种细碎物料的储料槽、料仓、料斗等在进料时产生的粉尘。
       ⑥ 细碎物料的散放和清扫如干燥坑的垫砂、窑砂清理以及打扫卫生等发生的粉尘。

矿石破碎
谷物装仓
煤矿筛分
地面抛光
物料清扫
皮带运输

    (2)物理化学过程产尘  即物料在发生物理、化学变化过程中产生的粉尘。例如,冶炼过程、燃料燃烧过程、金属焊接过程等。这些过程产生的粉尘,直径一般在 3μm 以下。

金属冶炼
焊接
石油燃烧
CNC加工

5.粉尘为什么会飞扬?

        粉尘按照颗粒直径大小可分为降尘、总悬浮颗粒物、飘尘(<10μm);从劳动卫生角度来看,可分为总粉尘、呼吸性粉尘(<7μm 或 10μm)。其中,1.0~10μm 的粉尘对人的健康危害较大。
        绝大多数场合都可以看到粉尘的飞扬。如果我们做这样一个动作:在室内用铁铲将一堆粉料从一处铲动至另一处,即使室内空气基本上处于静止状态,但是由于铁铲的上下移动和粉料的下落运动而产生一股“携带气流”,粉尘就会随这股气流而运动,造成局部环境的粉尘飞扬。也就是说,粉尘总会随周围的气流而运动。
        根据这一现象可知,要控制粉尘的运动,首先要控制空气运动。换句话说,控制了空气运动也就控制了它所携带的粉尘(或其他有害物质)。

6. 什么是总粉尘浓度和呼吸性粉尘浓度?

        通常把粉尘环境中所有粉尘的浓度之和称为总粉尘浓度,粒径在10μm或7μm以下(各国标准不同)的细尘粒部分的浓度称为呼吸性粉尘浓度
        为了衡量生产环境的粉尘污染程度,评价预防效果,制订预防尘肺的各种措施,保护粉尘作业工人的身体健康,一些国家对生产性粉尘的总粉尘浓度和呼吸性粉尘浓度标准还在进行不断的研究、修订和完善,以更切合实际需要。研究结果表明,呼吸性粉尘不仅污染环境,对人体健康的危害更大,其卫生学意义更加明显。但是不能就此忽视总粉尘浓度,因为其中大粒径的粉尘同样会对环境造成危害。

严重的粉尘污染

7.为什么说下落的粉料落差越大产生的粉尘污染就越严重?

        粉料下落产生的速率,会使粉料团的尾部产生一个小的局部真空区,把周围的空气吸进来。当无数个粉料团一起运动时,就会在物料尾部形成一股较大的气流。落差越大,粉料下落时的速率越大,携带的气流量也就越大。
        另外,粉料在下落时,还会和周围的空气产生相对运动,造成剪切作用,使一部分粉料在下落时就被吹散带走。当粉料落到地面时,因受到突然挤压而猛烈地向四周逃逸,从而造成粉尘的飞扬。
        在工矿企业生产中,粉料的输送、转运、溜槽以及由输送装置向其他设备加料的过程中,都有粉尘飞扬现象。要防止这种现象的发生,一是尽量降低落料差,二是在粉料下落过程中增设缓冲装置,以减缓其下落速率。

谷物输送过程中产生的粉尘

8.为何要除尘? 粉尘对人体健康有哪些影响?

        颗粒物对人体健康会产生一定的影响,其影响程度取决于颗粒物的浓度和在其中暴露的时间。研究数据表明,因上呼吸道感染、心脏病、支气管炎、气喘、肺炎、肺气肿等疾病而到医院就诊的人数的增加与大气中颗粒物浓度的增加是相关的。对患呼吸道疾病和心脏病的老人的死亡率研究也表明,在颗粒物浓度一连几天异常高的时期内,死亡率就有所增加。暴露在合并有其他污染物(如二氧化硫)的颗粒物中所造成的健康伤害,要比分别暴露在单一污染物中严重得多。
        颗粒的粒径大小也是造成人体健康伤害的另一个重要因素。它的危害性主要表现在以下两个方面:
        ① 粒径越小,越难沉积,因此会长时间飘浮在大气中,易被吸入体内,并深入肺部。一般,粒径在100μm以上的尘粒会很快在大气中沉降;10~100μm的尘粒可以滞留在呼吸道中、5~10μm的尘粒大部分会在呼吸道沉积,被分泌的黏液吸附,可以随痰排出;小于 5μm 的微粒则能深人肺部;对于0.01~0.1μm的尘粒,50%以上将沉积在肺腔中,引起各种尘肺病。
       ② 粒径越小,粉尘的比表面积越大,物理和化学活性越高,从而越易引发各种生理反应。
       此外,尘粒的表面可以吸附空气中的各种有害气体及其他污染物,而成为它们的载体,如可以承载致癌物质苯并[a]芘及细菌等。

不同粒径的粉尘对人体的影响
粉尘表面携带的病毒和细菌
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粉尘基础知识(一)

1.空气污染物和粉尘的来源

        空气污染的来源主要有两个方面,即自然因素和人为因素。自然原因主要是由火山、森林火灾等产生的粉尘、烟、含硫气体等空气污染物。
        由人类活动产生的空气污染物的主要来源见图 1。

图 1 人为空气污染物的主要来源

2.“除尘技术”中的“尘”是指什么?

       “除尘”所涉及的多相混合物也称气相悬浮体系或气溶胶,即通常所说的“粉尘”。它们是沉降速率可以忽略的微小固体粒子、液体粒子或这些粒子在气体介质中的悬浮体系。
        粉尘是生产环境中有害物质存在的一种主要形态,它会导致尘肺的发生。生产性粉尘是指在生产过程中形成并能较长时间飘浮在空气中的固体微粒。分散于其中的细小颗粒叫做尘粒或微粒,而尘粒的堆积状态叫做粉体。
        根据成因的不同,气相悬浮系可分为两大类:分散性的和凝聚性的。
        分散性的尘粒一般称为粉尘或尘灰,是将固体破碎或研磨成粉末或液体喷成雾沫而成,或由于其他机械原因,致使固体或液体成为微粒,飞扬而悬浮于气体中。粉尘微粒大小通常大于 1μm。
        凝聚性的尘粒是气体或蒸气质点的凝聚,或由两种气体或蒸气经过化学反应而得。凝聚所得微粒,固体的称为,液体的称为。烟与雾的尘粒大小通常在 10~0.01μm 之间。

Coal_Mining
图 2 采矿活动产生的粉尘
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图 3 机器人焊接产生的烟尘
Steel Smelting
图 4 钢铁冶炼产生的烟气
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图 5 机加工过程产生的切削油雾

3.“尘”通常有哪些种类?

        在某些情况下,通常很难区分粉尘、烟、飞灰、黑烟等微小固体颗粒气溶胶的界限。根据我国的习惯,一般将冶金过程和化学过程中形成的固体颗粒气溶胶称为烟尘;将燃料燃烧过程中产生的飞灰和黑烟在不需区分时也称为烟尘。其他情况以及泛指小固体颗粒的气溶胶时,通称为粉尘。
        从大气污染控制的角度来讲,按照气溶胶的来源和物理性质,可将其分为如下几种。
     (1)粉尘dust)一般指悬浮于气体介质中的微小固体颗粒,在重力作用下沉降,但在一段时间(甚至相当长时间)内能保持悬浮状态。它通常是由固体物质的破碎、研磨、分级、输送等机械过程,或土壤、岩石的风化等自然过程形成的。颗粒的形状往往不规则。颗粒的尺寸范围一般为 1~200μm左右。属于粉尘类的大气污染物种类很多,例如黏土粉尘、石英粉尘、煤粉、水泥粉尘、各种金属粉尘等。

图 6 木材加工产生的粉尘

     (2)fume)一般指由冶金过程形成的固体颗粒的气溶胶。它是由熔融物质挥发后生成的气态物质在冷凝后产生的,在生成过程中总是伴有如氧化反应之类的化学反应。烟颗粒的尺寸很小,一般为 0.01~1μm 左右。烟的产生较为普遍,如有色金属冶炼过程中产生的氧化铅烟、氧化锌烟,在核燃料后处理厂中的氧化钙烟等都属于此类情况。

图 7 金属冶炼产生的烟

     (3)飞灰fly ash))一般指随燃料燃烧产生的烟气所排出的分散较细的灰。
     (4)黑烟smoke)一般指由燃料燃烧产生的能见气溶胶。

图 8 石油燃烧产生的飞灰和黑烟

     (5)fog)指气体中液滴悬浮体的总称。在气象中指造成能见度小于 1km 的小水滴悬浮体。在工程中,雾一般泛指小液体粒子悬浮体,它可能是由于液体蒸气的凝结、液体的雾化及化学反应等过程形成的,如水雾、酸雾等。

图 9 火山活动产生的酸雾

    在我国的《环境空气质量标准》(GB 3095-2012)中,还根据粉尘颗粒的大小分为总悬浮颗粒物(total suspend particles。能悬浮于空中,空气动力学当量直径≤100μm 的颗粒物)、可吸入颗粒物(inhalable particles,能悬浮于空中,空气动力学当量直径≤10μm的颗粒物)和细颗粒物(fine particles,能悬浮于空中,空气动力学当量直径≤2.5um 的颗粒物)。

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