霧霾的形成,在煤的燃燒和車的方面

【專家解說】：一句話問出的問題,不是一兩句話能回答清楚的：
燃煤、生物質(zhì)燃料燃燒時(shí),產(chǎn)生顆粒物,簡(jiǎn)稱霧霾顆粒,其中pm10,pm2.5為可吸入顆粒,后者直接入肺泡.
霾指的是顆粒物,固體；霧指的是液滴,液體,兩種在大氣中都能起到阻擋光線作用,造成混沌的空氣,在冬季北方干燥地區(qū),多數(shù)情況下霧霾其實(shí)專指霾.研究清楚霾有重要意義,有了它形成的機(jī)理就可以有針對(duì)性的從根本上來防止霾產(chǎn)生.
現(xiàn)在一般認(rèn)為霾的一個(gè)基本來源是不完全燃燒產(chǎn)生的.這個(gè)來源和中國(guó)國(guó)情有直接關(guān)系,在
我國(guó)有5.9億居民在室內(nèi)直接使用固體燃料做飯；4.7億居民在室內(nèi)直接使用固體燃料取暖.集中供暖也有為數(shù)極大的小鍋爐,發(fā)電廠也擁有巨量的燃煤鍋爐.鍋爐和普通民居在燃燒產(chǎn)生霾的原因上有一個(gè)重要區(qū)別,低溫燃燒和高溫燃燒可以產(chǎn)生不同種類的霾.
霾的原始來源之一 用火
以木材為例,燃點(diǎn)300度左右（200-290）,起燃后分解為氣體和液體,再被氧氣氧化,火焰溫度升高一倍,水分在干木材中占15%,在燃燒中起到的作用十分可疑：一方面水分使的稀釋作用燃燒溫度受到限制；在高溫時(shí),水分參與反應(yīng)：H2O+C----H2+CO----C+H2O,反復(fù)發(fā)生,其中的碳單質(zhì)極易被氧化,但在低溫缺氧時(shí)也容易聚集,燃料中的雜質(zhì)都會(huì)加速這個(gè)過程,如碳繼續(xù)凝聚,可以產(chǎn)生多層微晶結(jié)構(gòu).在低溫下收集這種凝聚顆粒,就是俗稱的碳黑.空氣中的氣體不燃?xì)怏w如氮?dú)?起到稀釋降溫作用,這就是普通燃燒溫度受限的原因.
純的炭黑具有中空多孔結(jié)構(gòu),表面具有局部氧化的標(biāo)記：形成內(nèi)部吸附力強(qiáng),表面活性高的雙重特點(diǎn),炭黑顆粒繼續(xù)與其他雜質(zhì)或者吸附或者發(fā)生化學(xué)反應(yīng),直徑不斷增大形成霾顆粒的核心.再由于多孔炭的吸附保護(hù)作用,空氣中的有害物質(zhì)：微生物類,如孢子,衣殼類病毒,重金屬氣體都有可能獲得吸附保護(hù).再有,顆粒物可以形成膠體結(jié)構(gòu),穩(wěn)定存在于空氣中,威脅人的呼吸系統(tǒng).
之二 工業(yè)用火
再以熱電廠鍋爐為例.與普通燃燒不同的是,工業(yè)鍋爐經(jīng)過優(yōu)化,燃燒溫度可以達(dá)到千度以上,在大大提高燃煤熱效率的同時(shí),也帶來了副作用.空氣中的氮?dú)庠诟邷叵屡c氧氣反應(yīng),產(chǎn)生氮氧化物,是一種污染氣體.氮氧化物進(jìn)而與水分、其他雜質(zhì)可以產(chǎn)生硝酸鹽,亞硝酸鹽,都可以作為硝酸鹽為主一類霾的核心.燃煤中固有的硫分也被氧化,產(chǎn)生二氧化硫,與氮氧化物互相促進(jìn)產(chǎn)生酸性氧化性氣體,形成硫酸鹽為主一類霾的核心.值得一提的是,這個(gè)過程和汽車發(fā)動(dòng)機(jī)燃油的燃燒反應(yīng)產(chǎn)生的結(jié)果類似,都有氮氧化物和二氧化硫?qū)е碌啮伯a(chǎn)生.與普通民居所涉及燃燒不同的是,工業(yè)鍋爐和汽車發(fā)動(dòng)機(jī),都有尾氣處理工藝來保證回收大部分的顆粒物,熱電廠的除塵設(shè)施可以回收超過99%的顆粒物.但值得痛心的是,個(gè)別不負(fù)責(zé)任的熱電廠其實(shí)并不使用除塵設(shè)施,造成顆粒物嚴(yán)重超排.
對(duì)人的影響
霾一旦產(chǎn)生,就很難清除,除非氣象條件許可,否則霧霾天氣會(huì)在大氣中形成逆溫效應(yīng).比如在北方地面因?yàn)殪F霾而保持低溫,大氣高層則受陽光作用溫度升高,形成底層大密度高層低密度的穩(wěn)定結(jié)構(gòu).正常晴天時(shí),地面吸收熱量多,表層空氣上升可以帶動(dòng)地面污染物向上擴(kuò)散,這種擴(kuò)散被逆溫效應(yīng)打斷,造成連續(xù)不斷的霧霾天.
霧霾天,影響人的心理、身體健康,嚴(yán)重降低幸福指數(shù).在病理方面,霧霾對(duì)人的呼吸系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、孕婦的生理、生殖系統(tǒng),都已經(jīng)有了被證實(shí)的惡劣影響.鐘南山院士關(guān)于霧霾的闡述就十分清楚的表達(dá)了霧霾對(duì)人體具有顯著和慢性影響的特點(diǎn).從統(tǒng)計(jì)意義上來說,嚴(yán)重霧霾會(huì)增加相當(dāng)大的早死現(xiàn)象.
防護(hù)
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在霧霾環(huán)境中,有效防護(hù)pm2.5的口罩為N95級(jí),但是體感憋悶,并非長(zhǎng)時(shí)間可以采用的個(gè)人設(shè)備.對(duì)居室、教室環(huán)境來說,空氣凈化器可以起到過濾pm2.5的作用,其中起作用的就是一層濾網(wǎng).DIY自制空氣凈化器和商用凈化器都采用同樣的濾網(wǎng),起到同樣的作用,在這方面可以預(yù)期空氣凈化器會(huì)有一個(gè)低價(jià)化的趨勢(shì).家用的吸塵器中也采用過濾裝置,可以防止PM0.2-pm1的顆粒物泄露,原理其實(shí)是一樣的通過過濾網(wǎng)這樣的耗材來實(shí)現(xiàn).
對(duì)個(gè)人來說盡可能避免暴露在霧霾中、暴露后及時(shí)洗凈皮膚、沖洗鼻腔都是有用的.
最終解決霧霾問題,需要大力壓減燃煤消耗,提高車輛用油的品質(zhì),盡可能利用其他能源如太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能；另一方面在壓減的同時(shí),對(duì)已有的設(shè)備進(jìn)行嚴(yán)格控制顆粒物排放,才能從源頭上解決霧霾的產(chǎn)生.