環(huán)境化學第2章大氣環(huán)境化學-5-轉(zhuǎn)化

1、3.5 光化學煙霧光化學煙霧3.6 硫氧化物的轉(zhuǎn)化及硫酸煙霧型污染硫氧化物的轉(zhuǎn)化及硫酸煙霧型污染3.7 大氣顆粒物大氣顆粒物第三節(jié)第三節(jié) 大氣中污染物的轉(zhuǎn)化大氣中污染物的轉(zhuǎn)化 思考題：思考題：1. 說明光化學煙霧現(xiàn)象，解釋污染物與產(chǎn)物的日變說明光化學煙霧現(xiàn)象，解釋污染物與產(chǎn)物的日變化曲線，并說明光化學煙霧產(chǎn)物的性質(zhì)與特征?；€，并說明光化學煙霧產(chǎn)物的性質(zhì)與特征。 2. 說明烴類在光化學煙霧形成過程中的重要作用和說明烴類在光化學煙霧形成過程中的重要作用和有機物在光化學反應中活性順序。有機物在光化學反應中活性順序。3. 簡述簡述SO2氧化的幾種途徑。氧化的幾種途徑。4. 什么是總懸浮顆粒物、可吸

2、入粒子、漂塵？大氣什么是總懸浮顆粒物、可吸入粒子、漂塵？大氣顆粒物有哪些表面性質(zhì)？顆粒物有哪些表面性質(zhì)？3.5.13.5.1光化學煙霧現(xiàn)象光化學煙霧現(xiàn)象 含有含有NOX和碳氫化物和碳氫化物等一次污染等一次污染物的大氣，在陽光照射下發(fā)生光化物的大氣，在陽光照射下發(fā)生光化學反應而產(chǎn)生二次污染物，這種由學反應而產(chǎn)生二次污染物，這種由一次污染物和二次污染物一次污染物和二次污染物的混合物的混合物所形成的煙霧污染現(xiàn)象所形成的煙霧污染現(xiàn)象。 最早在最早在1943年的美國洛杉磯首先年的美國洛杉磯首先發(fā)現(xiàn)，因此又稱為洛杉磯煙霧。發(fā)現(xiàn)，因此又稱為洛杉磯煙霧。 3.53.5光化學煙霧光化學煙霧特征：特征：煙霧呈藍色

3、，具有強氧化性能使橡膠煙霧呈藍色，具有強氧化性能使橡膠開裂，刺激人的眼睛，傷害植物的葉子，并開裂，刺激人的眼睛，傷害植物的葉子，并使大氣能見度降低。其刺激物濃度的高峰在使大氣能見度降低。其刺激物濃度的高峰在中午和午后，污染區(qū)域在污染源的下風向。中午和午后，污染區(qū)域在污染源的下風向。 形成條件：形成條件：氮氧化物氮氧化物和和碳氫化物碳氫化物存在；存在；低溫；強的日光照射（低溫；強的日光照射（紫外光紫外光）烴和烴和NO最大值發(fā)生在早晨最大值發(fā)生在早晨交通繁忙時刻，這時交通繁忙時刻，這時NO2濃濃度很低。度很低。隨著太陽輻射的增強，隨著太陽輻射的增強，NO2、O3的濃度迅速增大，中午時的濃度迅速增大

4、，中午時已達到較高濃度，它們的峰已達到較高濃度，它們的峰值通常比值通常比NO峰值晚出現(xiàn)峰值晚出現(xiàn)45h。 ）光化學煙霧的日變化曲線：）光化學煙霧的日變化曲線：2.） 煙霧箱模擬曲線煙霧箱模擬曲線研究條件研究條件：封閉的容器：封閉的容器+反應氣體（丙烯、反應氣體（丙烯、NOx、空氣）、空氣）+模擬太陽模擬太陽光照射光照射觀察結(jié)果觀察結(jié)果： 隨時間增加，隨時間增加，NO向向NO2轉(zhuǎn)化。（轉(zhuǎn)化。（NO消耗）消耗） 由于氧化而大量消耗丙烯（碳氫化合物消耗）。由于氧化而大量消耗丙烯（碳氫化合物消耗）。 臭氧、臭氧、PAN、HCHO、NO2等二次污染物生成。等二次污染物生成。關鍵反應關鍵反應： NO2光解

5、導致光解導致O3的生成（誘因）的生成（誘因） 丙烯氧化得到活性自由基，丙烯氧化得到活性自由基，HO、HO2 、RO2 等（強化）等（強化） 活性自由基促進活性自由基促進NO向向NO2轉(zhuǎn)化，提供了更多的生成轉(zhuǎn)化，提供了更多的生成O3的的NO2源源（結(jié)果）（結(jié)果）NO向向NO2轉(zhuǎn)化；轉(zhuǎn)化；由于氧化過程而使丙烯消由于氧化過程而使丙烯消耗；耗；臭氧及其他二次污染物，臭氧及其他二次污染物，如如PAN、H2CO等生成。等生成。NO2光解導致光解導致O3的生成；的生成；丙烯氧化生成了具有活性丙烯氧化生成了具有活性的自由基；的自由基；生成的自由基促進了生成的自由基促進了NO向向NO2轉(zhuǎn)化，提供了更多的轉(zhuǎn)化，提

6、供了更多的生成生成O3的的NO2源。源。 3.5.2 3.5.2光化學煙霧形成的機制光化學煙霧形成的機制NO2 + hv NO + OO + O2 + M O3 + MO3 + NO NO2 +O2R-H+HO R+H2ONO + RO2 NO2+ RORO + O2 HO2 + R CHO NO + HO2 HO + NO2R+O2 RO2 RCHO + hv H + RCO RCO +O2 RC(O)O2 RC(O)O2+NO RC(O)O RC(O)O R + CO2光化學煙霧形成的簡化機制光化學煙霧形成的簡化機制引發(fā)引發(fā)：q NO2+hvNO+O q O +O2+MO3 q O3+NO

7、NO2+O2 自由基傳遞：自由基傳遞：q RH + HO + O2RO2 + H2Oq RCHO + HO +O2RC(O)O2 + H2Oq RCHO + 2O2 + hv RO2 + HO2 + COq HO2 + NONO2 + HOq RO2 + NO + O2NO2 + RCHO + HO2q RC(O)OO + NO + O2NO2 + RO2 + CO2 終止：終止：q NO2 + HOHNO3q NO2 + RC(O)OORC(O)OONO2(PAN)q RC(O)OONO2RC(O)OO + NO212 光化學煙霧的形成定性表述：光化學煙霧的形成定性表述：清晨大量的碳氫化合物

8、和清晨大量的碳氫化合物和NO由汽車尾氣及其他源排入大氣。由于晚間由汽車尾氣及其他源排入大氣。由于晚間NO氧化的結(jié)果，氧化的結(jié)果，已有少量已有少量NO2存在。當日出時，存在。當日出時，NO2光解離提供原子氧，然光解離提供原子氧，然 后后NO2光解反應及一系列次級反應發(fā)生，光解反應及一系列次級反應發(fā)生，OH基開始氧化碳基開始氧化碳氫化合物，并生成一批自由基，它們有效地將氫化合物，并生成一批自由基，它們有效地將NO轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為NO2，使，使 NO2濃度上升，碳氫化合物及濃度上升，碳氫化合物及NO濃度下降；當濃度下降；當NO2達到一定值時，達到一定值時，O3開始積累，而自由基與開始積累，而自由基與NO

9、2的反應又使的反應又使NO2的增長受到限制；當?shù)脑鲩L受到限制；當NO向向NO2轉(zhuǎn)化速率等于自由基與轉(zhuǎn)化速率等于自由基與NO2的反應速率時，的反應速率時，NO2濃度達到極大，此時濃度達到極大，此時O3仍在積累之仍在積累之中；中； 當當NO2下降到一定程度時，就影響下降到一定程度時，就影響O3的生成量；當?shù)纳闪?；當O3的積累與消耗達成平衡時，的積累與消耗達成平衡時，O3達到極大，達到極大，光化學煙霧的形成光化學煙霧的形成 如下圖所示。如下圖所示。13主要污染源：汽車尾氣NOx CHUV淺藍色混和煙霧O3(85%) 過氧?；跛狨?10%) 其它（5）主要為過氧主要為過氧乙酰硝酸酯乙酰硝酸酯 醛類

10、、酮類、醛類、酮類、過氧化氫等過氧化氫等 1）控制反應活性高的有機物的排放：）控制反應活性高的有機物的排放： 有機物反應活性表示某有機物通過反應生成產(chǎn)物的能有機物反應活性表示某有機物通過反應生成產(chǎn)物的能力。碳氫化合物是光化學煙霧形成過程中必不可少的重力。碳氫化合物是光化學煙霧形成過程中必不可少的重要組分。因此，控制那些反應活性高的有機物的排放，要組分。因此，控制那些反應活性高的有機物的排放，能有效地控制光化學煙霧的形成和發(fā)展。能有效地控制光化學煙霧的形成和發(fā)展。反應活性大致有如下順序：反應活性大致有如下順序：有內(nèi)雙鍵的烯烴二烷基或三烷基芳烴和有外雙鍵的烯有內(nèi)雙鍵的烯烴二烷基或三烷基芳烴和有外雙

11、鍵的烯烴乙烯單烷基芳烴烴乙烯單烷基芳烴C5以上的烷烴以上的烷烴C2-C5的烷烴。的烷烴。3.5.3 3.5.3 光化學煙霧的控制對策光化學煙霧的控制對策洛杉磯的大氣治理情況：洛杉磯的大氣治理情況： 洛杉磯西臨太平洋，東、南、北三面為群山環(huán)抱，處于氣洛杉磯西臨太平洋，東、南、北三面為群山環(huán)抱，處于氣象學中西海岸氣候盆地之中，大氣狀態(tài)以下沉氣流為主，極不象學中西海岸氣候盆地之中，大氣狀態(tài)以下沉氣流為主，極不利于污染物的擴散；而且常年高溫、少雨，日照強烈，給光化利于污染物的擴散；而且常年高溫、少雨，日照強烈，給光化學煙霧的形成創(chuàng)造了條件。各方面的不利因素是洛杉磯成為了學煙霧的形成創(chuàng)造了條件。各方面的

12、不利因素是洛杉磯成為了美國的美國的“霧都霧都”。 洛杉磯洛杉磯44%的有機物，的有機物，55%的的NOX，77%的的CO是機動車是機動車尾氣排放造成的。全城尾氣排放造成的。全城70%的地區(qū)經(jīng)常浸泡在高濃度的尾氣中。的地區(qū)經(jīng)常浸泡在高濃度的尾氣中。20世紀世紀90年初，年初， NOX、CO、O3均有不同程度的超標。均有不同程度的超標。措施：措施：在洛杉磯市出售的汽車必須是在洛杉磯市出售的汽車必須是“清潔的清潔的”，要求，要求94年后年后出售的汽車全部安裝出售的汽車全部安裝“行駛診斷系統(tǒng)行駛診斷系統(tǒng)”，即時監(jiān)測機動車，即時監(jiān)測機動車的工作狀態(tài)，讓超標車輛即時脫離排污狀態(tài)和接受維修。的工作狀態(tài)，讓超

13、標車輛即時脫離排污狀態(tài)和接受維修。 鼓勵人們乘公共汽車上班，以減少汽車尾氣。鼓勵人們乘公共汽車上班，以減少汽車尾氣。是世界上利用風能和太陽能發(fā)電最多的地方，在替代清是世界上利用風能和太陽能發(fā)電最多的地方，在替代清潔燃料的研究方面也處于領先地位。政府通過低息貸款和潔燃料的研究方面也處于領先地位。政府通過低息貸款和補貼的方式鼓勵人們嘗試使用清潔燃料汽車。補貼的方式鼓勵人們嘗試使用清潔燃料汽車。 2）控制臭氧的濃度）控制臭氧的濃度 氮氧化合物和碳氫化合物初始體積分數(shù)的大氮氧化合物和碳氫化合物初始體積分數(shù)的大小會影響臭氧的生成量和生成速率。小會影響臭氧的生成量和生成速率。3.6 3.6 硫氧化物的轉(zhuǎn)化

14、及硫酸煙霧型污染硫氧化物的轉(zhuǎn)化及硫酸煙霧型污染 由污染源直接排放到大氣中的主要硫氧化物是由污染源直接排放到大氣中的主要硫氧化物是SO2 ，人為污染源主要是含硫礦物燃料的燃燒過程。煤含硫人為污染源主要是含硫礦物燃料的燃燒過程。煤含硫 0.5-0.6%，石油含硫，石油含硫 0.5 - 3%。 SO2的天然來源主要的天然來源主要是火山噴發(fā)。是火山噴發(fā)。3.6.1二氧化硫的氣相氧化二氧化硫的氣相氧化 大氣中大氣中SO2的轉(zhuǎn)化首先是的轉(zhuǎn)化首先是SO2氧化成氧化成SO3，隨后被水，隨后被水吸收生成硫酸，從而形成酸雨或硫酸煙霧。硫酸與大吸收生成硫酸，從而形成酸雨或硫酸煙霧。硫酸與大氣中的氣中的NH4+等陽離

15、子結(jié)合生成硫酸鹽氣溶膠。等陽離子結(jié)合生成硫酸鹽氣溶膠。 1）SO2的直接光氧化的直接光氧化 SO2 hv（290340nm）1SO2（單重態(tài)）（單重態(tài)） SO2 + hv（340400nm）3SO2（三重態(tài)）（三重態(tài)）能量較高的單重態(tài)分子可按以下過程躍遷到三重態(tài)或基態(tài)能量較高的單重態(tài)分子可按以下過程躍遷到三重態(tài)或基態(tài): 1SO2 + M3SO2 + M 1SO2 + M SO2 + M 在環(huán)境大氣條件下，在環(huán)境大氣條件下，激發(fā)態(tài)的激發(fā)態(tài)的SO2主要以三重態(tài)的形式存在主要以三重態(tài)的形式存在。 大氣中大氣中SO2直接氧化成直接氧化成SO3的機理為：的機理為： 3SO2 O2 SO4SO3 O 或或

16、 SO4 + SO22SO32）SO2被自由基氧化：被自由基氧化：SO2與與HO的反應：的反應： 這是這是大氣中大氣中SO2轉(zhuǎn)化的重要反應轉(zhuǎn)化的重要反應： HO + SO2 HOSO2 （控速控速） HOSO2 O2 HO2 + SO3 SO3 H2O H2SO4 反應過程中所生成的反應過程中所生成的HO2 ，通過反應：，通過反應： HO2 NO HO NO2使得使得HO又再生。又再生。SO2與其它自由基的反應與其它自由基的反應二元活性自由基、二元活性自由基、 HO2 、CH3O2以及以及CH3(O)O2。 CH3CHOO + SO2 CH3CHO + SO3 HO2 + SO2 HO + S

17、O3 CH3O2 + SO2 CH3O + SO3 CH3C(O) O2 + SO2 CH3C(O) O + SO33）SO2被氧原子氧化被氧原子氧化 O + SO2 SO3SO2可溶于大氣中的水，也可被大氣中的顆粒物所吸附，可溶于大氣中的水，也可被大氣中的顆粒物所吸附，并溶解在顆粒物表面所吸附的水中，并溶解在顆粒物表面所吸附的水中，SO2可發(fā)生液相反應?？砂l(fā)生液相反應。1）SO2的液相平衡的液相平衡 3.6.2二氧化硫的液相氧化二氧化硫的液相氧化溶液中可溶性總四價硫濃度為：溶液中可溶性總四價硫濃度為： S()=SO2H2O+HSO3-+SO32- 1 22112HKKHKpKSSSSOHS(

18、) =2*SOHpK 1 ：2211*HKKHKKKSSSHH修正的亨利系數(shù)三種形態(tài)三種形態(tài)S()的摩爾分數(shù)與的摩爾分數(shù)與pH之間的關系為：之間的關系為：-12s2s1s1220HKKHK1COHSO總-1s2s1-31HKKH1CHSO總-1s2s12s2-232KKHKH1CSO總高高pH低低pH2）O3對對SO2的氧化：的氧化：O3 SO2H2O 2H+ + SO42- + O2 K0 = 2.4104 L/(mols）O3 + HSO3- HSO-4 O2 K1 = 3.7105 L/(mols）O3 + SO32- SO42- O2 K2 = 1.5109 L/(mols）3）H2O

19、2對對SO2的氧化：的氧化： 在在pH為為0-8范圍內(nèi)均可發(fā)生氧化反應，通常氧化反應范圍內(nèi)均可發(fā)生氧化反應，通常氧化反應式可表示為：式可表示為： HSO3- + H2O2 SO2OOH- + H2O SO2OOH- + H+ H2SO4 4）金屬離子對）金屬離子對SO2液相氧化的催化作用：液相氧化的催化作用： Mn()的催化氧化反應：的催化氧化反應：在在SO2催化氧化中，通常認催化氧化中，通常認為為Mn2+的催化作用較大。有人對此提出的反應機理如下：的催化作用較大。有人對此提出的反應機理如下： Mn2+SO2 MnSO22+ 2MnSO22+O2 2MnSO32+ MnSO32+H2OMn2+

20、 + H2SO4 總反應為：總反應為：2 SO2 + 2 H2O +O2 2 H2SO4 （Mn2+）硫酸煙霧也稱倫敦煙霧，最早發(fā)生在英國倫敦。它主硫酸煙霧也稱倫敦煙霧，最早發(fā)生在英國倫敦。它主要是由于燃煤而排放出來的要是由于燃煤而排放出來的SO2、顆粒物以及由、顆粒物以及由SO2氧氧化所形成的硫酸鹽顆粒物所造成的大氣污染現(xiàn)象化所形成的硫酸鹽顆粒物所造成的大氣污染現(xiàn)象。這這種污染多發(fā)生在冬季、氣溫較低、濕度較高和日光較種污染多發(fā)生在冬季、氣溫較低、濕度較高和日光較弱的氣象條件下。弱的氣象條件下。在硫酸型煙霧的形成過程中，在硫酸型煙霧的形成過程中，SO2轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)樽優(yōu)镾O3的氧化反應主要靠霧滴中的

21、氧化反應主要靠霧滴中錳、鐵及氨錳、鐵及氨的催化作的催化作用而加速完成。硫酸煙霧型污染物，從化學上看是屬用而加速完成。硫酸煙霧型污染物，從化學上看是屬于還原性混合物，故稱為于還原性混合物，故稱為還原煙霧還原煙霧；光化學煙霧光化學煙霧是高是高濃度氧化劑的混合物，稱為濃度氧化劑的混合物，稱為氧化煙霧氧化煙霧。3.6.3 硫酸煙霧型污染硫酸煙霧型污染 倫敦對硫酸煙霧污染的治理及現(xiàn)狀：倫敦對硫酸煙霧污染的治理及現(xiàn)狀： 1952年煙霧事件后，政府在年煙霧事件后，政府在1956年頒布了清潔空氣法，年頒布了清潔空氣法，1972年政府年政府還規(guī)定不準使用含硫量超過還規(guī)定不準使用含硫量超過1的煤。的煤。 近半個世

22、紀以來，倫敦近半個世紀以來，倫敦SO2的排放量大幅度降低，市區(qū)內(nèi)的排放量大幅度降低，市區(qū)內(nèi)SO2濃度已濃度已經(jīng)很好地控制在經(jīng)很好地控制在2030g/m3 ，TSP濃度也在濃度也在30 g/m3左右。基本達到左右?；具_到空氣質(zhì)量標準?？諝赓|(zhì)量標準。 但與此同時但與此同時汽車尾氣汽車尾氣已經(jīng)逐漸成為影響倫敦空氣質(zhì)量的最主要因素。已經(jīng)逐漸成為影響倫敦空氣質(zhì)量的最主要因素。 據(jù)統(tǒng)計倫敦道路交通比據(jù)統(tǒng)計倫敦道路交通比20年前增加了年前增加了70%，然而同期道路面積僅增加，然而同期道路面積僅增加10%，快速的交通增長不僅引起了大氣快速的交通增長不僅引起了大氣CO和和NO濃度增加，還導致了二濃度增加，還導

23、致了二次污染物如次污染物如NO2和和O3濃度的增加，濃度的增加，尤其在高溫、陽光充足的天氣里，在尤其在高溫、陽光充足的天氣里，在倫敦市中心臭氧濃度遠遠超過世界衛(wèi)生組織所制定的標準。倫敦市中心臭氧濃度遠遠超過世界衛(wèi)生組織所制定的標準。具體措施如下：具體措施如下： 監(jiān)測措施：監(jiān)測措施：1993年年2月倫敦建立了大氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡。從而更好月倫敦建立了大氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡。從而更好地對各部門的數(shù)據(jù)、信息進行統(tǒng)一管理和綜合分析。地對各部門的數(shù)據(jù)、信息進行統(tǒng)一管理和綜合分析。工業(yè)、生活污染治理：工業(yè)、生活污染治理：主要通過對這些污染源的持續(xù)控制，保主要通過對這些污染源的持續(xù)控制，保證其減少排放污染氣體。對燃煤

24、和燃油的工證其減少排放污染氣體。對燃煤和燃油的工 廠一律采用防塵、脫廠一律采用防塵、脫硫裝置；而對使用替代清潔燃料的居硫裝置；而對使用替代清潔燃料的居 民采取補貼政策予以鼓勵。民采取補貼政策予以鼓勵。政府通過逐步提高的排放標準來加強對這些污染源的控制。政府通過逐步提高的排放標準來加強對這些污染源的控制。交通污染治理：交通污染治理：改革公共運改革公共運 輸系統(tǒng)，包括增加地鐵和公共汽車，輸系統(tǒng)，包括增加地鐵和公共汽車，鼓勵騎自行車和步鼓勵騎自行車和步 行。同時對機動車采取防治措施，如使用無鉛行。同時對機動車采取防治措施，如使用無鉛汽油，對汽車尾氣進行監(jiān)測等等。汽油，對汽車尾氣進行監(jiān)測等等。3.7

25、3.7 大氣顆粒物大氣顆粒物大氣是一個氣溶膠體系，體系中分散的各種粒子稱為大氣是一個氣溶膠體系，體系中分散的各種粒子稱為大氣顆粒物。大氣顆粒物是大氣的一個重要組分。大氣顆粒物。大氣顆粒物是大氣的一個重要組分。 3.7.1 大氣顆粒物的來源大氣顆粒物的來源 天然來源：天然來源：地面揚塵（組成和土壤相似）、海浪濺出地面揚塵（組成和土壤相似）、海浪濺出的浪沫（鹽類）、自然界（火山、森林火災、生物）的浪沫（鹽類）、自然界（火山、森林火災、生物） 人為來源：人為來源：煤煙、粉塵、工業(yè)排放、汽車尾氣等。煤煙、粉塵、工業(yè)排放、汽車尾氣等。 大氣顆粒物具有大氣顆粒物具有： 分散性分散性: 氣溶膠中固體粉末，液

26、體泡沫分散在氣溶膠中固體粉末，液體泡沫分散在大氣中，如硫酸霧、堿霧、農(nóng)藥、粒塵等，分散大氣中，如硫酸霧、堿霧、農(nóng)藥、粒塵等，分散度大。度大。 凝聚性凝聚性: 飽和蒸氣、金屬煙塵冷凝聚成霧。飽和蒸氣、金屬煙塵冷凝聚成霧。 形成氣溶膠：形成氣溶膠：一次污染物在大氣（液相）中發(fā)一次污染物在大氣（液相）中發(fā)生一系列化學反應，產(chǎn)生新物質(zhì)，漂浮在大氣中。生一系列化學反應，產(chǎn)生新物質(zhì)，漂浮在大氣中。 1）顆粒物的粒度分布：）顆粒物的粒度分布： 粒度是顆粒物粒子粒徑的大小。目前普遍采用有效直徑來粒度是顆粒物粒子粒徑的大小。目前普遍采用有效直徑來表示。最常用的是表示。最常用的是空氣動力學直徑（空氣動力學直徑（D

27、P）。其定義為。其定義為與所研與所研究粒子有相同終端降落速度的、密度為究粒子有相同終端降落速度的、密度為1g/cm3的球體直徑的球體直徑：3.7.2 顆粒物的粒度及表面性質(zhì)顆粒物的粒度及表面性質(zhì)0 PgPKDD 式中：式中：Dg：幾何直徑；：幾何直徑； P：忽略了浮力效應的粒密度；：忽略了浮力效應的粒密度； 0：參考密度（：參考密度（01g/cm3）；）； K：形狀系數(shù)，對球狀粒子，：形狀系數(shù)，對球狀粒子，K1.0?？倯腋☆w粒物總懸浮顆粒物 D Dp p100 m total suspended particulates TSP 可吸入顆粒物可吸入顆粒物 D Dp p10 m inhalaba

28、l particulates IP particulate matter PM10 細粒子細粒子 D Dp p2.5mfine particle particulate matter PM2.5 包括液體、固體或者液體和固體結(jié)合 存在的，并懸浮在空氣介質(zhì)中的顆粒。 能進入人體呼吸道 ，且能長期漂浮于空氣中， 也稱飄塵（suspended dusts）。 在空氣中懸浮的時間更長。 對健康的危害極大。 （1）易進入深部呼吸道；（2）易進入血液；（3）易吸附其他毒物。大氣顆粒物按其粒徑大小可分為如下幾類大氣顆粒物按其粒徑大小可分為如下幾類總懸浮顆粒物：總懸浮顆粒物： 用標準大容量顆粒采樣器在濾膜上所

29、收集到的顆粒物用標準大容量顆粒采樣器在濾膜上所收集到的顆粒物的總質(zhì)量，通常稱為總懸浮顆粒物。的總質(zhì)量，通常稱為總懸浮顆粒物。用用TSP表示。其粒徑多在表示。其粒徑多在100m以以下，尤以下，尤以10m 以下的為最多。以下的為最多。飄塵：飄塵：可在大氣中長期飄浮的懸浮物稱為飄塵。其粒徑主要是小于可在大氣中長期飄浮的懸浮物稱為飄塵。其粒徑主要是小于10m的顆粒物。的顆粒物。降塵：降塵：能用采樣罐采集到的大氣顆粒物。在總懸浮顆粒物中一般直徑能用采樣罐采集到的大氣顆粒物。在總懸浮顆粒物中一般直徑大于大于10m的粒子由于自身的重力作用會很快沉降下來。這部分顆粒物稱的粒子由于自身的重力作用會很快沉降下來。

30、這部分顆粒物稱為降塵。為降塵?？晌肓Ｗ樱嚎晌肓Ｗ樱阂子谕ㄟ^呼吸過程而進入呼吸道的粒子。目前國際標準易于通過呼吸過程而進入呼吸道的粒子。目前國際標準化組織（化組織（ISO）建議將其定為）建議將其定為Dp10m。在城市空氣質(zhì)量日報或在城市空氣質(zhì)量日報或周報中的周報中的可吸入顆粒物可吸入顆粒物和總懸浮顆粒物是人們和總懸浮顆粒物是人們較為熟悉的兩種大氣污較為熟悉的兩種大氣污染物。染物。 PM2.5是指大氣中直徑小于或等于是指大氣中直徑小于或等于2.5微米的顆粒物，微米的顆粒物，也稱為可入肺顆粒物。也稱為可入肺顆粒物。雖然雖然PM2.5只是地球大氣成分中只是地球大氣成分中含量很少的組分，但它對含量很

31、少的組分，但它對空氣質(zhì)量和能見度空氣質(zhì)量和能見度等有重要的等有重要的影響。與較粗的大氣顆粒物相比，影響。與較粗的大氣顆粒物相比，PM2.5粒徑小，富含粒徑小，富含大量的有毒、有害物質(zhì)且在大量的有毒、有害物質(zhì)且在大氣中的停留時間長、輸送大氣中的停留時間長、輸送距離遠，因而對人體健康和大氣環(huán)境質(zhì)量的影響更大。距離遠，因而對人體健康和大氣環(huán)境質(zhì)量的影響更大。 Whitby等人依據(jù)大氣顆等人依據(jù)大氣顆粒物按表面積與粒徑分布的粒物按表面積與粒徑分布的關系得到了三種不同類型的關系得到了三種不同類型的粒度模，并用它來解釋大氣粒度模，并用它來解釋大氣顆粒物的來源與歸宿。按這顆粒物的來源與歸宿。按這個模型，可把

32、大氣顆粒物表個模型，可把大氣顆粒物表示成三種模結(jié)構(gòu)：示成三種模結(jié)構(gòu)：愛根核模：愛根核模：Dp0.05m積聚模：積聚模：0.05mDp2m粗粒子模：粗粒子模：Dp2m2）大氣顆粒物的三模態(tài)）大氣顆粒物的三模態(tài)愛根核模愛根核模主要來源于燃燒過程所主要來源于燃燒過程所產(chǎn)生的一次顆粒物，以及氣體分產(chǎn)生的一次顆粒物，以及氣體分子通過化學反應均相成核而生成子通過化學反應均相成核而生成的二次顆粒物。由于它們的粒徑的二次顆粒物。由于它們的粒徑小，數(shù)量多，表面積大而很不穩(wěn)小，數(shù)量多，表面積大而很不穩(wěn)定，易于相互碰撞凝結(jié)成大粒子定，易于相互碰撞凝結(jié)成大粒子而轉(zhuǎn)入積聚模。也可在大氣湍流而轉(zhuǎn)入積聚模。也可在大氣湍流擴

33、散過程中很快被其他物質(zhì)或地擴散過程中很快被其他物質(zhì)或地面吸收而去除。面吸收而去除。積聚模積聚模主要由核模凝聚或主要由核模凝聚或通過熱蒸汽冷凝再凝聚而通過熱蒸汽冷凝再凝聚而長大。這些顆粒物多為二長大。這些顆粒物多為二次污染物，其中硫酸鹽占次污染物，其中硫酸鹽占80以上。它們在大氣中以上。它們在大氣中不易由擴散或碰撞而去除。不易由擴散或碰撞而去除。愛根核模和積聚模的顆粒愛根核模和積聚模的顆粒物合稱為細粒子。物合稱為細粒子。粗粒子模粗粒子模：它們多由機：它們多由機械過程所產(chǎn)生的揚塵、械過程所產(chǎn)生的揚塵、液滴蒸發(fā)、海鹽濺沫、液滴蒸發(fā)、海鹽濺沫、火山爆發(fā)和風沙等一次火山爆發(fā)和風沙等一次顆粒物所構(gòu)成，因而

34、它顆粒物所構(gòu)成，因而它的組成與地面土壤十分的組成與地面土壤十分相近，這些粒子主要靠相近，這些粒子主要靠干沉降和濕沉降過程而干沉降和濕沉降過程而去除。去除。細粒子與粗粒子之間一般不會相互轉(zhuǎn)化細粒子與粗粒子之間一般不會相互轉(zhuǎn)化。圖。圖2-24顯示了這顯示了這兩種粒子的化學組分完全不同，就充分證明了這一點兩種粒子的化學組分完全不同，就充分證明了這一點圖圖2-24在粗顆粒和細顆粒中化學形態(tài)分布在粗顆粒和細顆粒中化學形態(tài)分布成核作用：成核作用：是指過飽和蒸汽在顆粒物表面上形成是指過飽和蒸汽在顆粒物表面上形成液滴的現(xiàn)象。如水蒸汽在空氣易凝結(jié)成水滴。液滴的現(xiàn)象。如水蒸汽在空氣易凝結(jié)成水滴。粘合：粘合：粒子可

35、以彼此相互緊緊地粘合或在固體表粒子可以彼此相互緊緊地粘合或在固體表面上粘合。粘合是小顆粒形成大的凝聚體并最終達面上粘合。粘合是小顆粒形成大的凝聚體并最終達到很快沉降的過程。到很快沉降的過程。吸著：吸著：氣體或蒸汽吸附在顆粒物表面上，就稱為氣體或蒸汽吸附在顆粒物表面上，就稱為吸著。吸著。 3）大氣顆粒物的表面性質(zhì)）大氣顆粒物的表面性質(zhì)3.7.3 大氣顆粒物的化學組成大氣顆粒物的化學組成1）無機顆粒物：）無機顆粒物：無機顆粒物的成分是由顆粒物無機顆粒物的成分是由顆粒物形成過程形成過程中決定的。天然來中決定的。天然來源（揚塵、火山灰、海鹽濺沫）、人為來源（發(fā)電廠、市源（揚塵、火山灰、海鹽濺沫）、人為

36、來源（發(fā)電廠、市政焚燒爐、汽車尾氣）政焚燒爐、汽車尾氣）硫酸及硫酸鹽顆粒物：硫酸及硫酸鹽顆粒物： 硫酸鹽顆粒物主要是硫酸鹽顆粒物主要是(NH4)2SO4，由硫酸與，由硫酸與NH3化合生成?；仙?。硫酸鹽粒子對光吸收和散射的能力較強，從而硫酸鹽粒子對光吸收和散射的能力較強，從而降低大氣的降低大氣的能見度能見度。硫酸顆粒物是屬于核模范圍，十分穩(wěn)定的，在沉。硫酸顆粒物是屬于核模范圍，十分穩(wěn)定的，在沉降過程中，半衰期可達數(shù)月。降過程中，半衰期可達數(shù)月。 HNO3和硝酸鹽顆粒和硝酸鹽顆粒 通常情況下，在相對濕度不太大時，通常情況下，在相對濕度不太大時，HNO3多以氣態(tài)形式多以氣態(tài)形式存在。存在。 如果

37、如果HNO3一開始能形成愛根核，并能迅速長大，則一開始能形成愛根核，并能迅速長大，則HNO3及其及其鹽粒子也可能存在于積聚模中。鹽粒子也可能存在于積聚模中。 NH3 + HNO3 NH4NO3(s) H2SO4(l) + NH4NO3(s) NH4HSO4(s) +HNO3(g) NaCl顆粒顆粒3NO2 + H2O 2HNO3 + NO 3NO2 + H2O + 2NaCl 2NaNO3 + 2HCl(g) + NO 2）有機顆粒物：）有機顆粒物： 有機顆粒物是指大氣中的有機物質(zhì)凝聚而形成的顆粒物，有機顆粒物是指大氣中的有機物質(zhì)凝聚而形成的顆粒物，或有機物質(zhì)吸附在其他顆粒物上面而形成的顆粒物

38、。大氣顆或有機物質(zhì)吸附在其他顆粒物上面而形成的顆粒物。大氣顆粒污染物主要是這些有毒或有害的有機顆粒物。粒污染物主要是這些有毒或有害的有機顆粒物。 主要有主要有烷烴、烯烴、芳烴和多環(huán)芳烴烷烴、烯烴、芳烴和多環(huán)芳烴(PAH)等各種烴類。等各種烴類。另外還有少量的另外還有少量的亞硝胺、雜氮環(huán)化合物、環(huán)酮、酮類、酚類亞硝胺、雜氮環(huán)化合物、環(huán)酮、酮類、酚類和有機酸和有機酸等。等。 有機顆粒物主要是由有機顆粒物主要是由礦物燃料燃燒、廢棄物焚化礦物燃料燃燒、廢棄物焚化等各種高等各種高溫燃燒過程所形成的。在各類燃燒過程中已鑒定出來的化合溫燃燒過程所形成的。在各類燃燒過程中已鑒定出來的化合物有物有300多種多種

39、。大氣顆粒物的去除與顆粒物的粒度、化學組成及性質(zhì)密切相關。大氣顆粒物的去除與顆粒物的粒度、化學組成及性質(zhì)密切相關。通常有兩種去除方式：通常有兩種去除方式：1）干沉降：）干沉降：干沉降是指顆粒物在重力作用下的沉降，或與其干沉降是指顆粒物在重力作用下的沉降，或與其他物體碰撞后發(fā)生的沉降。他物體碰撞后發(fā)生的沉降。 重力：重力：一種是通過重力對顆粒物的作用，使其降落在土壤、一種是通過重力對顆粒物的作用，使其降落在土壤、水體的表面或植物、建筑物等物體上。沉降的速度與顆粒物的水體的表面或植物、建筑物等物體上。沉降的速度與顆粒物的粒徑、密度、空氣運動粘滯系數(shù)等有關。粒子的沉降速度可應粒徑、密度、空氣運動粘滯