艾草燃燒組分及煙氣顆粒物分布測量

艾草燃燒組分及煙氣顆粒物分布測量魯松林;張巍【摘要】艾草燃燒后形成各種氧化氣體和顆粒物,會對密閉空間內(nèi)的人群形成影響.實(shí)驗(yàn)采用空氣動力學(xué)粒徑譜儀(APS)及掃描電遷移率粒徑譜儀(SMPS)測量2種艾草樣本燃燒后散發(fā)的煙氣組分及煙氣顆粒物的分布特征，煙氣組分為CO、CO2和NOx,采用實(shí)時(shí)測量求平均值的方法.結(jié)果表明:艾草根莖部燃燒煙氣組分中,CO體積濃度為840x10-6;NOx體積濃度為5x10-6:艾草枝葉部燃燒煙氣組分中,CO體積濃度為4019x10-6;CO2體積濃度為1.11%;NOx體積濃度為9x10-6；艾草燃燒后散發(fā)煙氣粒徑多為10pm以下小顆粒，艾草根莖部燃燒后煙氣中0.5pm以上顆粒粒徑分布有明顯峰值,峰值為1.4pm,艾草枝葉部燃燒后煙氣在0.5pm以上粒徑分布較為平均,也在1.4pm出現(xiàn)峰值,2個樣品峰值粒徑對應(yīng)濃度亦相當(dāng).艾灸過程中，建議保持空氣流通或醫(yī)患人員配制較好的防PM2.5口罩,以減少對顆粒物的吸入.【期刊名稱】《能源與環(huán)境》【年(卷)，期】2018(000)006【總頁數(shù)】3頁(P68-69,72)【關(guān)鍵詞】艾草;艾灸;煙氣組分;粒徑分布;粒徑測量【作者】魯松林;張巍【作者單位】江蘇方天電力技術(shù)有限公司;大唐環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團(tuán)股份有限公司特許經(jīng)營分公司江蘇南京211102【正文語種】中文【中圖分類】X5130前言艾草（學(xué)名：ArtemisiaargyiH.Lev.&Vaniot），別名：冰臺、香艾等，是1種具有特殊馨香味的植物，多生于低海拔至中海拔地區(qū)的荒地、路旁河邊及山坡等地［1］。有驅(qū)蚊蠅、滅菌消毒、預(yù)防疾病的功效。由于它具有治病保健的功能，所以人們多煮艾草水泡腳，以增強(qiáng)人體對疾病的抵抗能力［2］。另外，用干艾制成艾餅或艾柱、艾條熏蒸疼痛處或者身體的傷患處有很好的治療效果。中醫(yī)用艾灸，就是用干艾治成的艾柱點(diǎn)燃后對準(zhǔn)穴位，用艾火熏烤，成為理想的副作用很小的治療方法［3］。但在進(jìn)行艾灸的過程中，艾的燃燒會在小空間內(nèi)產(chǎn)生大量煙氣氧化物和煙氣顆粒，使小空間內(nèi)形成一定的“PM10、PM2.5”效應(yīng)。PM2.5指當(dāng)量直徑小于2.5pm的顆粒［4］。這些顆粒能夠長時(shí)間懸浮在空中，攜帶有毒物質(zhì)，進(jìn)入人體，到達(dá)肺部，進(jìn)入肺泡，其攜帶的有害物質(zhì)甚至能夠進(jìn)入人體內(nèi)循環(huán)，危害人體健康［5-8］。所以，用艾草引燃治療時(shí)，對長時(shí)間處于這種環(huán)境下的病患或者醫(yī)生會產(chǎn)生一定的影響。因此，有必要對艾草燃燒散發(fā)的物質(zhì)進(jìn)行充分研究，獲得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而對可能產(chǎn)生的影響進(jìn)行評估和控制。1實(shí)驗(yàn)方案實(shí)驗(yàn)采用先進(jìn)的煙氣分析儀、空氣動力學(xué)粒徑譜儀（APS）及掃描電遷移率粒徑譜儀（SMPS）測量2種艾草樣本燃燒后散發(fā)的煙氣組分及煙氣顆粒物獲得各種氧化氣體及顆粒物的生成、組分、各組分占比、顆粒物粒徑分布規(guī)律等，分析形成各種不同結(jié)果的影響因素、相關(guān)機(jī)理，從而對艾草燃燒機(jī)理、氧化物生成機(jī)理進(jìn)行探究。1.1工業(yè)分析艾草的工業(yè)、元素分析見表1。分析結(jié)果顯示，艾草富含碳元素，也含有部分氫元素。氫是可燃元素，其發(fā)熱量遠(yuǎn)高于碳，且易著火燃燒，是燃料中最有利的元素。艾草中氫的含量較少，但在樣本中多與碳結(jié)合在一起，當(dāng)燃料溫度升高時(shí)，這種碳?xì)浠衔锖芸鞊]發(fā)出來成為氣態(tài)的揮發(fā)分［9］,揮發(fā)性的碳?xì)浠衔餁怏w很容易著火，因此艾草很容易著火燃燒。艾草在燃燒過程中容易析出炭黑并冒黑煙，造成一定程度的空氣污染［10］。表1搖艾草的工業(yè)分析組分/%MtAarVarFCarStCarHarNarOar數(shù)值6.812.41.2079.60.5857.320.691.030.821.2實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)設(shè)置2個艾草樣本，分別采用艾草的根莖部和枝葉部（圖1）,在使用研磨機(jī)經(jīng)過等時(shí)等量的破碎和研磨篩選處理后，進(jìn)行明火直接燃燒，同時(shí)采用先進(jìn)的煙氣分析儀、空氣動力學(xué)粒徑譜儀（APS）、及掃描電遷移率粒徑譜儀（SMPS）對各個樣本燃燒后的散發(fā)物質(zhì)進(jìn)行取樣檢測。圖1試驗(yàn)樣品1.3實(shí)驗(yàn)設(shè)備（1）空氣動力學(xué)粒徑譜儀。空氣動力學(xué)粒徑譜儀（APS）（圖2）是1種能提供真實(shí)粒子濃度的單粒子計(jì)數(shù)裝置，可提供2種測量數(shù)據(jù)：空氣動力學(xué)粒徑和光散射強(qiáng)度。該儀器可精確、實(shí)時(shí)對空氣動力學(xué)粒徑在0.5~20pm的粒子進(jìn)行測定，也可測量相應(yīng)光學(xué)粒徑范圍（0.37-20pm）的光散射強(qiáng)度。配套的AIM軟件可在Windows環(huán)境下提供數(shù)據(jù)分析。圖2空氣動力學(xué)粒徑譜儀（2）掃描電遷移率粒徑譜儀。ScanningMobilityParticleSizers（SMPS）（圖3）是用來測量粒徑在3~1000nm范圍內(nèi)的超細(xì)顆粒的高科技產(chǎn)品。它采用1種靜電分級器來測量顆粒物尺寸，并采用凝聚粒子計(jì)數(shù)器（CPC）來測定顆粒物的濃度，具有快速掃描結(jié)果、高分辨數(shù)據(jù)、寬粒徑檢測范圍、較寬的濃度檢測范圍、操作簡單、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示等優(yōu)點(diǎn)，其監(jiān)測過程如圖4所示。（3）煙氣分析儀。煙氣分析儀為德圖testo350pro煙氣分析儀。它是一款用于節(jié)能和環(huán)保的專業(yè)儀器。配有各種傳感器，可測量O2、CO、CO2（紅外）、NO、NO2、NOx、SO2、HC、H2S等煙氣參數(shù)，最多可同時(shí)測量6種參數(shù)，也可測量差壓，計(jì)算煙氣流速和流量。圖3掃描電遷移率粒徑譜儀圖4掃描電遷移率粒徑譜儀（SMPS）實(shí)驗(yàn)示意圖2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析2.1煙氣成分測量結(jié)果煙氣成分測量主要針對艾草燃燒生成物中的CO、CO2、NOx，采用實(shí)時(shí)測量求平均值的方法。經(jīng)過4次檢測試驗(yàn)及統(tǒng)計(jì)計(jì)算處理后，結(jié)果如下：樣品一（艾草根莖部），CO體積分?jǐn)?shù)840x10-6、NOx體積分?jǐn)?shù)5x10-6;樣品二（艾草枝葉部），CO體積分?jǐn)?shù)4019x10-6、CO2體積分?jǐn)?shù)1.11%、NOx體積分?jǐn)?shù)9x10-6。2.2煙氣粒徑測量結(jié)果通常艾草燃燒煙氣粒徑多為10pm以下小顆粒，實(shí)驗(yàn)采用空氣動力學(xué)粒徑譜儀（APS）對艾草燃燒后生成的煙氣顆粒進(jìn)行測量，得到經(jīng)過0.5pm~20pm范圍內(nèi)顆粒粒徑分布（如圖5、6所示）。測量結(jié)果顯示，在粒徑0.5pm以上范圍，樣品一的燃燒顆粒物粒徑在1.4pm出現(xiàn)明顯峰值，樣品二的燃燒顆粒物粒徑分布較為平緩，峰值粒徑最高值在1.4pm,且二者峰值粒徑附近對應(yīng)濃度亦相當(dāng)。為了進(jìn)一步得到粒徑在0.5pm以下顆粒粒徑分布情況，采用掃描電遷移率粒徑譜儀（SMPS）對樣品燃燒后發(fā)散物進(jìn)行檢測。樣品一燃燒發(fā)散顆粒物粒徑峰值在100nm附近，樣品二峰值粒徑在100nm附近（如圖7、8所示）圖5樣品一燃燒后的顆粒粒徑分布（0.5pm以上）圖6樣品二燃燒后的顆粒粒徑分布（0.5pm以上）圖7樣品一燃燒后的顆粒粒徑分布（0.5pm以下）圖8樣品二燃燒后的顆粒粒徑分布（0.5pm以下）測量數(shù)據(jù)顯示，在經(jīng)過燃燒后散發(fā)的顆粒物粒徑（0.5pm以下）分布呈現(xiàn)比較明顯分布趨勢，樣品一和樣品二（0.5pm以下）粒徑分布峰值都出現(xiàn)在100nm左右，不同的是樣品二在0.5pm以下的燃燒顆粒分布較樣品一多，這可能與樣品二的生物質(zhì)纖維組成和性質(zhì)有關(guān)。其次，對比前后兩次實(shí)驗(yàn)結(jié)果，艾草經(jīng)過燃燒后散發(fā)的顆粒物大部分處于1pm以下，且在粒徑在100nm附近的顆粒呈現(xiàn)出明顯的高濃度分布，該粒徑范圍內(nèi)的顆粒遠(yuǎn)低于PM2.5的標(biāo)準(zhǔn)值（2.5pm），因此，很容易被人體吸入，產(chǎn)生危害健康的影響。3結(jié)語艾草作為中醫(yī)學(xué)中較重要的藥用物質(zhì)，有很好的治療功效，但在使用的過程中，特別是用艾灸的方法治療的過程中會產(chǎn)生一定的空氣污染物，會影響醫(yī)、患的健康，所以探究其燃燒發(fā)散物的類別、組分、組分占比，從數(shù)據(jù)上分析其影響的大小，對于明確其產(chǎn)生影響的因素、產(chǎn)生機(jī)理、對影響因素的控制、對出現(xiàn)較大影響的預(yù)防是十分重要的。在日常的艾灸治療中，建議選擇在開闊、通風(fēng)、人員較少的空間內(nèi)進(jìn)行理療，并進(jìn)行開窗換氣，稀釋燃燒發(fā)散物，或醫(yī)患人員應(yīng)配制較好的防PM2.5口罩，以減少對顆粒物的吸入。參考文獻(xiàn)【相關(guān)文獻(xiàn)】1孫鋒，張寬朝.野生艾草黃酮的含量及抗氧化性研究[J].中國野生植物資源，2009,28(3),58-61.2張梅，劉珍珍，楊佳敏，等.艾灸的研究進(jìn)展[J].中醫(yī)藥學(xué)報(bào)，2015,43(1),73-77.3劉繼英.艾灸神闕穴配合溫針灸治療原發(fā)性痛經(jīng)的臨床效果[J].臨床合理用藥雜志，2015,5(15),137-138.4朱春，李景廣，姚小龍，等.蚊香類散發(fā)污染物排放因子及顆粒物分布特征研究[J].環(huán)境污染與防治，2014,36(4),38-42.5方圓，茅清希，邱濟(jì)夫.盤式蚊香對室內(nèi)空氣品質(zhì)的影響[J].建筑熱能通風(fēng)空調(diào)，2006,25(1),80-83.6Bao,C.,Zhang,J.,Liu,J.,etal.Moxibustiontreatmentfordiarrheapredominantirritablebowelsyndrome:studyprotocolforarandomizedcontrolledtrial[J].BmcComplementary&AlternativeMedicine,2016,16(1),408.7梁銳明，殷鵬，周脈耕.大氣PM2.5長期暴露對健康影響的隊(duì)列研