关于研究粉笔灰扩散与粉尘污染的研究报告

摘要：基于粉尘污染日益严重,粉尘污染越来越受到人们的关注,我们进行粉笔灰扩散与粉尘污染的研究有关研究,并对粉尘污染的危害和治理讨论.

关键词: 粉尘污染; 粉笔灰扩散;粉尘来源;环境保护;

引 言

环境是人类生存和活动的场所.环境污染的类型形形色色.按照环境要素分,有大气污染、水体污染和土壤污染;按污染物的性质分,有生物污染、物理污染和化学污染;按污染物的形态分,有废气污染、废水污染 、固体废弃物污染、噪音污染、辐射污染、光污染等；按污染产生的原因分,有生活污染源、工业污染源、农业污染源、交通污染源污染等;按影响的范围来分则有全球性污染、区域性污染和局部污染.

那么粉尘污染是什么呢?我从生活说起吧.不知同学们是否注意过身边的事物,又是否曾经注意老师的手中的粉笔.大多数的粉笔都标上“无尘”二字.那么实际上呢?粉笔真的没有粉尘么?不,当擦黑板时,我们就可以看到很明显的粉笔灰.原因其实很简单,“无尘”粉笔灰因为颗粒较大所以几分钟就可以沉淀下来,但飘尘却依然存在. 自从无尘粉笔在学校大量使用后,学生与老师告别漫天尘灰的年代,进入一个基本无尘的年代, 降尘因为颗粒较大所以几分钟就可以沉淀下来,但是粉笔灰对人体的危害依然不可忽视.因此,我们进行了粉尘扩散的有关研究,希望通过研究了解粉尘扩散的一般性质.

1 试 验 与 分 析

试验器材:(如图)

试验原理:

将粉笔灰槽制作成梯形可以阻止粉笔灰的上升运动,并使粉笔灰的初速度方向尽量水平.通过滑轮端的重物下落和滑轮卡控制粉笔灰的初速度,粉笔灰的初速度可由自由落体公式v=2h/g求得.粉笔灰的位移由s=vt求得.最后,将记录的试验数据和理论数据对比与分析.

数据记录方法:

把粉笔灰的下落时间分为两次,第一次是粉笔灰刚到的时间,第二次是粉笔灰落完的时间.粉笔灰的位移分为三段,每一个测量点都是粉笔灰分布较多的点.除了测量位移外,还需测量扩散宽度(以最宽的计).

试验现象:

由于粉笔灰的质量太小,气流的作用就不可以忽略.我们通过对粉笔灰扩散的研究得出以下四条现象:

1. 当粉笔灰初速度、高度一定时,气流阻力使粉笔灰扩散距离的减少量与粉笔灰的质量成反比,即质量越大,落地点越远.但如果其质量太小且被上升气流抬升,则不适用于以上结论.

2. 由下落时间可以发现,理论值与实际值相差很大.经多次试验排除数据差值因误差引起,差值因高度的变化而变化并随着高度的增加有着增加趋势.

3. 由三列位移可以发现,虽然使用的是同样的粉笔灰进行试验,但是粉笔灰的扩散距离却不同,相邻位移间的位移差也不同.位移最大的粉笔灰基本都是聚集在一起,形成一个较密集的粉笔灰落点,但大部分粉笔灰集中分散在中间位移部分.

4. 该试验的方法所形成的粉笔灰落地图像呈类椭圆形,即粉笔灰扩散的最宽处大部分都在中间位移处,而最近处的粉笔灰滞留比最远处略多.虽然最近处的粉笔灰滞留范围比最远处略大,但是粉笔灰的量基本相等.

试验分析:

由于粉笔灰的质量太小,空气的作用就不可以忽略,因此导致了以上四条现象.当粉笔灰的质量一定,初速度大时,每个粉笔灰所具有的动能就大.虽然空气阻力随着速度的增大而增大,但是仍然可以从落地位移和平均速度的关系上得出初动能大的位移大的结论.中间部分的粉笔灰最多的影响因素有:(1)这一部分的粉笔灰的本身特点趋于一致,如质量相近、初速度相似、粗细程度相同等.(2)受到前后的粉笔灰影响,使其在空中的滞留时间与速度被迫趋于一致.扩散的最远的粉笔灰大多都是以集群的方式运动,粉笔灰之间相互碰撞使整体平均质量变大减小了阻力的影响,并通过这种方式在周围形成有利的气流又减小阻力.因此,整体的动能变化量变小,位移变大.由此可见,粉笔灰的扩散形式也是影响扩散范围的因素之一.

2 了 解 粉 尘

粉尘来源和性质:

粉尘主要来源是汽车排放的废气和燃料不完全燃烧所形成的烟雾,还有家庭厨房油垢,吸烟及某些建筑材料释放出的污染物以及北方干燥季节的沙尘天气, 生产性粉尘业源甚广，几乎所有矿山和厂矿在生产过程中均可产生粉尘.如采矿和隧道的打钻、爆破、搬运等，矿石的破碎、磨粉、包装等;机械工业的铸造、翻砂、清砂等；以及玻璃、耐火材料等工业,均可接触大量粉尘、煤尘;目前,汽车废气的污染相当严重,约占总污染物的40％-60％.许多柴油车、机动车、摩托车的排出物内也含有大量颗粒物.粉尘是以颗粒形式分散在气流和大气中的污染物质,是总悬浮颗粒物中,空气动力学当量直径≤ 10 微米的,易被鼻和嘴吸入的那部分颗粒物,此部分颗粒物可表示为PM10.另一部分空气动力学当量直径更小（≤ 2.5微米）的颗粒物也表示为PM2.5.可吸入颗粒物能经鼻和口腔吸入人体,它可通过人的呼吸按粒径大小沉积于呼吸道的各个部位.粒径大于10微米以上的颗粒物大部分能被鼻腔和咽喉部阻挡,粒径小于10微米的颗粒物则可穿过鼻、咽进入肺部,其中只有粒径小于5微米的颗粒物才能沉积于呼吸道深部的肺泡内.所以,我们研究的成果只适用于颗粒较大的粉尘扩散,对于粉尘颗粒小的扩散则显得无力.

粉尘危害的和治理:

粉尘污染直接威胁着人们的生命,尤其身处粉尘污染的环境会引起多种心血管、呼吸道疾病等.哮喘病、支气管炎发病率在今年的不断地快速提高就是粉尘污染加剧的一个典型表现,粉尘污染对于老人、小孩的影响最大. 粉尘的化学成分,可直接决定粉尘对人体的危害程度.例如,含游离二氧化硅的粉尘,又叫矽尘,可引起矽肺,含矽量越高,对个体危害越大;而含铅、锰有毒物质粉尘可引起相应类别的中毒;若是棉、麻、谷物等有机粉尘,可引起鼻炎、咽炎、气管炎和过敏反应等.粉尘颗粒越小,在空气中飘浮的时间越长,被人吸入的机会越多.一般粉尘颗粒在5微米以下的,才能到达肺的深部,引起肺部疾患即尘肺.

为了弄清粉尘污染对环境的危害究竟有多大,我们向市环保局的有关工作人员进行了详细的咨询.我们了解到目前的法律、法规主要规定工业上的粉尘排放标准,但对于城市间的汽车尾气、建筑施工等的管理条例较少.虽然工业生产是非自然的粉尘污染的组要来源,但是城市的粉尘排放仍不可忽视.从人们意识到工业生产的环境影响并把工厂迁出市区后,城市中的粉尘污染来源就变成人们的日常生活.美国有一个调查显示,美国的很多城市的降雨日期常是星期日,而星期日降雨很大程度上干扰人们的正常活动范围.因为汽车在美国大量普及,汽车尾气排放的悬浮物在六个工作日中累积在星期日达到最多,由于空气含有杂质是成云降雨的必要条件,所以常常星期日降雨.因此,如果不立即采取有效的措施,城市的粉尘污染依然会加重. 另外,扬尘也是粉尘来源之一,是由于地面上的尘土在风力、人为带动及其他带动飞扬而进入大气的开放性污染源,是环境空气中总悬浮颗粒物的组成部分.粉尘的来源之广、影响之大, 这就显得粉尘的研究与治理迫在眉睫,粉尘污染也越来越受到人们的关注.

3 意 义

作为一名高中生,虽然还不能有专业的方法控制污染,然而我们可以利用我们的学习生活利用我们的每一次的机会来了解粉尘污染、宣传粉尘污染的危害,让大家知道它粉尘污染,进而自主的改善环境,阻止污染阻截源头,使得每一项的环保成果运用到实处,被人理解、支持.让人们自主地环保,这就是我的研究的意义所在.