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　　懸浮在大氣中的顆粒物質(zhì)已成為重要的危害之一。根據(jù)它們的空氣動(dòng)力學(xué)直徑，它們已被分為3類，包括TSP(總懸浮顆粒)，超細(xì)顆粒PM 10和PM 2.5，空氣動(dòng)力學(xué)直徑分別為≤100 μ M，10 μ m和2.5 μ米。其中，PM 10被確認(rèn)為可吸入顆粒，而PM 2.5甚至可以直接進(jìn)入肺泡。由于它們的比表面積都很大，所以PM 10和PM 2.5通常是一些危害物質(zhì)的載體，例如重金屬，多環(huán)芳烴，二惡英等。

　　鐵礦石燒結(jié)是整個(gè)煉鋼鏈中的一個(gè)重要過(guò)程，其目的是將細(xì)粒鐵礦石團(tuán)聚成塊狀，用于高爐煉鐵。然而，這個(gè)過(guò)程是大氣污染物的主要排放源。除了作為SO 2，NOx，COx 等多種氣態(tài)污染物的主要排放源外，燒結(jié)過(guò)程甚至排放出大量超細(xì)顆粒物PM 10和PM 2.5，其排放量占總排放的40%以上。不幸的是，到目前為止還沒有有效的技術(shù)來(lái)解決鐵礦石燒結(jié)排放的這個(gè)問(wèn)題。由于活性炭，其特征在于巨大的比表面積和發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)，它已被廣泛應(yīng)用到凈化燒結(jié)煙氣，其主要集中在減少像SO 2氣態(tài)污染物的排放和NOx。有趣的是，還發(fā)現(xiàn)活性炭還具有從煙道氣中過(guò)濾顆粒物質(zhì)的功能。然而，沒有關(guān)于活性炭對(duì)PM10的性能研究和PM 2.5去除。所以本期我們實(shí)驗(yàn)用活性炭去除PM10個(gè)PM2.5。

　　燒結(jié)煙氣是由混合鐵礦石，助熔劑(石灰石，白云石和生石灰)，固體燃料(焦粉)和返回細(xì)粉(燒結(jié)<5 mm)等原料產(chǎn)生的。活性炭在測(cè)試過(guò)程中，用去離子水洗滌活性炭并在使用前進(jìn)行干燥。

　　實(shí)驗(yàn)方法采用實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的燒結(jié)罐來(lái)模擬真實(shí)的燒結(jié)礦生產(chǎn)過(guò)程，如圖1所示。對(duì)于燒結(jié)的產(chǎn)生，首先將原材料進(jìn)行混合，在此期間加入規(guī)定的水。其次，將原料混合物在水平安裝的長(zhǎng)度為1400mm，直徑為600mm的轉(zhuǎn)鼓中進(jìn)行造粒過(guò)程，轉(zhuǎn)速和造粒時(shí)間分別為15rpm和4min。之后，將粒化的混合物加入燒結(jié)罐中。在進(jìn)料之后，表面原料混合物層中的焦炭被點(diǎn)火罩點(diǎn)燃，然后燃燒前沿在下降系統(tǒng)的支撐下向下移動(dòng)。點(diǎn)火時(shí)間在1050±50℃下為1分鐘，壓降為5kPa。然而，壓降變?yōu)?0kPa用于燒結(jié)，然后變?yōu)?kPa用于冷卻。

　　圖1、超細(xì)顆粒去除和取樣設(shè)備示意圖。

　　為了研究活性炭對(duì)顆粒物排放的影響，使用內(nèi)徑為100 mm的不銹鋼管來(lái)模擬進(jìn)料活性炭后的實(shí)際吸收器(圖1)。在測(cè)試過(guò)程中，含有煙道氣的顆粒物質(zhì)在真空泵的幫助下通過(guò)活性炭床。使用低壓級(jí)聯(lián)撞擊器(通過(guò)玻璃纖維過(guò)濾器從煙道氣中收集顆粒物質(zhì)，用來(lái)計(jì)算活性炭的去除率。

　　排放濃度的影響

　　圖2說(shuō)明了活性炭床厚度對(duì)超細(xì)顆粒物排放特性的影響。從圖2(a)可以看出，隨著活性炭床厚度的增加，具有各種空氣動(dòng)力學(xué)直徑的顆粒物質(zhì)的排放濃度呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。當(dāng)厚度為300 mm時(shí)，圖2(b)所示的PM 10和PM 2.5的排放濃度從72.5 mg/m 3和41.6 mg / m 3顯著下降到31.5 mg/m 3和21.4 mg/m 3， 分別。圖2(c)表明增加活性炭床的厚度可以提高顆粒物的去除率。此外，活性炭對(duì)直徑較大的顆粒物質(zhì)表現(xiàn)出較高的去除率。當(dāng)床層厚度為300 mm時(shí)，當(dāng)床層厚度從100 mm增加到300 mm時(shí)，PM 10和PM 2.5的去除率分別從30.5%和21.3%增加到56.6%和48.5%(圖2(d))。

　　圖2、活性炭的用量對(duì)PM 10和PM 2.5排放的影響。

　　物理化學(xué)性質(zhì)的影響

　　圖4顯示了煙氣通過(guò)活性炭之前和之后的化學(xué)組成?？梢园l(fā)現(xiàn)PM 2.5中的+ Fe，Ca，Si，Al和Mg的含量在煙氣通過(guò)活性床時(shí)比基礎(chǔ)情況下都有所增加，而K，Na，Pb的含量， PM 2.5中的 Zn和Cl都出現(xiàn)了下降。圖5給出了煙氣經(jīng)過(guò)活性炭層后在過(guò)濾器中收集的PM 2.5的SEM圖像，觀察到經(jīng)活性炭去除后，較大顆粒的數(shù)量主要由K和Cl組成減少(圖5)(b)-5(d))與基本情況比較(圖5(a))雖然有許多較小的顆粒，如球形顆粒(圖5(d))，主要包含F(xiàn)e和Ca這種現(xiàn)象與PM 2.5的化學(xué)成分變化非常一致。此外，與使用厚度為200毫米，粒度為8-12毫米的活性炭床的情況相比(圖5(b))，出現(xiàn)了較少的大的富含K-Cl的顆粒，并且出現(xiàn)了許多較小的球形富含F(xiàn)e-Ca的顆粒。

　　圖3、活性炭對(duì)PM 2.5化學(xué)成分的影響。

　　圖4、活性炭對(duì)PM 2.5形態(tài)的影響。

　　圖5顯示了粘附顆粒物質(zhì)后活性炭的形態(tài)，其中可以發(fā)現(xiàn)許多顆粒分布在活性炭的孔隙或表面上。圖5(a)-5(c)中示出了分布在孔隙尺寸約20顆粒 μ米，5-10 μm和1 μ米。圖5(d)示出了分布式活性炭的表面上的顆粒，其直徑幾乎小于1 μ微米。圖6給出了分布在孔隙中的顆粒的SEM映射，表明大量顆粒富含K，并且它們主要以氯化物或硫酸鹽的形式存在。這些顆粒的出現(xiàn)對(duì)應(yīng)于PM 2.5中K和Cl含量的降低。

　　圖5、粘附超細(xì)顆粒物后活性炭的形態(tài)特征。

　　圖6、在活性炭表面上收集的超細(xì)顆粒物的SEM繪圖。

　　得出結(jié)論對(duì)于活性炭過(guò)濾器，粘附顆粒物質(zhì)的典型機(jī)制包括重力沉降，靜電力和慣性碰撞和擴(kuò)散。由于實(shí)驗(yàn)主要集中在活性炭去除超細(xì)顆粒物PM 10和PM 2.5，因此可以忽略重力效應(yīng)。

　　(1)活性炭去除PM 10比去除PM 2.5更有效，并且增加活性炭的吸附厚度或減小活性炭粒度有助于去除超細(xì)顆粒。除去率到PM 10和PM 2.5達(dá)到67.3%，并且當(dāng)活性炭厚度和顆粒尺寸分別為200mm至3-5毫米，吸附效果能達(dá)到58.7%。

　　(2)活性炭的特征是分布廣泛的孔隙結(jié)構(gòu)，具有不同的直徑和豐富的表面積，可作為容納超細(xì)顆粒的場(chǎng)所。

　　(3)超細(xì)顆粒中較大的顆粒更易受慣性影響，使其更容易去除，去除率更高?；钚蕴康暮穸群腕w積孔隙率(與活性炭顆粒尺寸呈負(fù)相關(guān))與PM 10和PM 2.5的去除效率呈正相關(guān)，這解釋了它們隨著活性炭厚度增加和顆粒尺寸減小而去除率越高。