氣溶膠與PM25

1、氣溶膠與PM2.5PM2.5氣溶膠與PM2.5目錄1.相關(guān)概念2.氣溶膠的形成與類型3.氣溶膠的性質(zhì)4.氣溶膠的危害與應(yīng)用相關(guān)概念簡介1什么是氣溶膠？氣溶膠：是由固體或液體小質(zhì)點(diǎn)分散并懸浮在氣體介質(zhì)中形成的膠體分散體系其分散質(zhì)點(diǎn)大小為10-3102m。什么是PM2.5?PMPM2.52.5：粒徑2.5m的細(xì)顆粒物，通常用質(zhì)量濃度表示其中粒徑最大的差不多是頭發(fā)絲的二十分之一。概念形成與類型性質(zhì)危害與應(yīng)用被懸浮的的微粒物稱為分散相；承載微粒物的氣體稱為分散介質(zhì)。氣溶膠的分散介質(zhì)一般都是指空氣。霧、煙、霾、輕霧（靄）、微塵和煙霧等都是天然的或人為的原因形成的大氣氣溶膠。概念形成與類型性質(zhì)危害與應(yīng)用氣

2、溶膠的表示方法根據(jù)研究角度和目的的不同，可以用不同的方法加以表征。不過，從氣溶膠的整體角度看，其“濃度”特征和“粒度”特征是人們最關(guān)心的。氣溶膠的濃度：是指單位空氣體積中氣溶膠中分散相的某一物理量的量值的大小。物理量：粒子數(shù)、質(zhì)量、放射性活度、化學(xué)成分等氣 溶膠分散相的粒度分布：是指氣溶膠粒子的某一物理量相對于粒子大小的分布關(guān)系。如：粒數(shù)-粒度分布，質(zhì)量-粒度分布，活度-粒度分布緒論問題的提出概念形成及類型性質(zhì)危害及應(yīng)用v 將粒徑100m的顆粒物稱為總懸浮顆粒物(TSP)將粒徑10m的顆粒物稱為可吸人顆粒物(PM10)，將粒徑1m的顆粒物稱為 PM1，而這些稱謂對應(yīng)的氣溶膠的粒徑的下限，與監(jiān)測

3、和采樣方式有關(guān)，即與儀器的測量原理有關(guān)。2形成與類型粉塵（dust）緒論問題的提出概念形成及類型性質(zhì)危害及應(yīng)用粉塵是最為通常的一種氣溶膠。粉塵是懸浮于空氣中的固體微粒，通常由粉碎、碾磨、爆破等各種機(jī)械作用形成。粉塵是固體微粒，引起形成機(jī)制的原因，一般來說粒徑都較大，約在1100m的范圍。因其粒徑較大，在靜態(tài)空氣條件下，一般不會再懸浮，在空氣中停留時間不長，通常不會發(fā)生擴(kuò)散運(yùn)動。主要存在于各種作業(yè)場所中，例如煤礦中的煤塵、巖塵，核工業(yè)某些工作場所放射性粉塵，都是粉塵存在的典型例子。煙（smoke）緒論問題的提出概念形成及類型性質(zhì)危害及應(yīng)用煙是有機(jī)性的可燃物質(zhì)。例如煤、石油、木材等燃燒而形成的固體

4、粒子云，粒徑一般較小，約在1m以下。因其粒徑小，在空氣中沉降很慢或基本不沉降，故而在空氣中停留時間長。離子濃度高，若與空氣中的蒸氣分子凝結(jié)，形成“炊煙繚繞”的景觀。有機(jī)物燃燒的殘留物中的細(xì)微顆粒形成的氣溶膠，通常稱為飛灰（flyash），粒徑在10m以下。其與煙一起彌散在大氣中，難加以區(qū)分，統(tǒng)稱為煙，這種煙粒徑范圍一般在0.110m，是城市的主要污染來源。煙塵（fume）緒論問題的提出概念形成及類型性質(zhì)危害及應(yīng)用非有機(jī)物的固體或液體物質(zhì)在燃燒過程中，特別是在金屬冶煉、焊接以及液體的升華、溶解等過程中所形成的的固體氣溶膠，常常稱為煙塵。實(shí)際也是一種煙，只是母體物質(zhì)不同而已。粒徑與煙大致相同，在都

5、市地區(qū)尤為突出。霧（fog）緒論問題的提出概念形成及類型性質(zhì)危害及應(yīng)用由液體（主要指水）噴射、蒸發(fā)、霧化、蒸汽冷凝等過程而形成的高濃度的液體氣溶膠稱為霧。霧是一種液滴，其形狀為球形，粒徑在150m以下。這種霧的形成使空氣的能見度大幅度降低。低濃度的、其水平能見度大于1000m的霧，稱為薄霧（mist）,也就是所謂的“靄”?？諝庵幸驊腋〈罅康臒?、塵等微粒而形成的渾濁現(xiàn)象稱為“霾”（haze）。煙霧（smog）緒論問題的提出概念形成及類型性質(zhì)危害及應(yīng)用煙霧是煙（包括煙塵）與霧的混合體，是液體氣溶膠與固體氣溶膠的混合物（“霾”）煙和霧。這種由煙和霧混合而成的大氣懸浮微粒物是大氣污染的主要來源。PM2

6、.5與灰霾、霧的關(guān)系緒論問題的提出概念形成及類型性質(zhì)危害及應(yīng)用PM2.5粒徑小，富含大量的有毒、有害物質(zhì)，且在大氣中的停留時間長、輸送距離遠(yuǎn)，因而對人體健康和大氣環(huán)境質(zhì)量的影響大?；姻蔡鞖饩褪恰凹?xì)粒子氣溶膠粒子在高濕度條件下引發(fā)的低能見度事件”。 我們知道，能見度與大氣粒子和氣體分子的散射、吸收能力有關(guān)，但主要與大氣粒子的散射能力關(guān)系最密切。如果我們簡單地將細(xì)粒子按照瑞利散射來處理，那么散射光強(qiáng)主要與入射光波長的4次方成反比，與粒子體積的平方成正比，而粒子體積與粒子的尺度和濃度有直接關(guān)系。如果入射光波長確定，忽略化學(xué)成分和氣體的作用，影響散射光強(qiáng)的因子就是粒子的尺度和濃度了。3性質(zhì)緒論問題的提

7、出動力學(xué)電學(xué)光學(xué)氣溶膠的性質(zhì)概念形成及類型性質(zhì)危害及應(yīng)用性質(zhì)氣溶膠的動力學(xué)特性緒論問題的提出概念形成及類型性質(zhì)危害與利用l 氣溶膠的動力學(xué)特性主要包括：氣溶膠粒子的沉降、擴(kuò)散、凝并等。l 氣溶膠粒子的沉降運(yùn)動：氣溶膠離子在空氣中不受其他外力作用時， 它只受到自身的重力作用而下降。在下落時，將受到由于氣體的黏 滯特性造成的黏滯力的作用，重力和黏滯力這兩種力作用的結(jié)果， 使氣溶膠粒子在空氣中處于一種很特殊的勻速直線沉降運(yùn)動的狀態(tài)。 氣溶膠粒子只受黏滯力作用的運(yùn)動稱為黏滯運(yùn)動或斯托克斯運(yùn)動。l 氣溶膠的粒子的黏滯運(yùn)動屬于低雷諾數(shù)范圍 的運(yùn)動，在低雷諾數(shù)的空氣流動時，遵從斯 托克斯定律。f6rvf為黏

8、滯阻力，為黏滯系數(shù)，r為半徑，v為速度氣溶膠的動力學(xué)特性緒論問題的提出概念形成及類型性質(zhì)危害與利用l 氣溶膠的動力學(xué)特性主要包括：氣溶膠粒子的沉降、擴(kuò)散、凝并等。l 氣溶膠的擴(kuò)散：由于分子的熱運(yùn)動，氣溶膠粒子受到氣體分子的隨機(jī)碰 撞而每時每刻都在作隨機(jī)的遷移運(yùn)動，這種運(yùn)動現(xiàn)象稱為布朗擴(kuò)散運(yùn)動。 擴(kuò)散運(yùn)動是氣溶膠顆粒在其濃度梯度場中由濃度高的區(qū)域向濃度低的區(qū) 域發(fā)生的凈的輸送作用。擴(kuò)散作用主要發(fā)生在粒徑d1m的粒子中。l 氣溶膠粒子因擴(kuò)散而發(fā)生的這種位置轉(zhuǎn)移的規(guī)律可用Fick第一定律描述。 l 由于擴(kuò)散運(yùn)動，任何一點(diǎn)的粒子濃度還隨時間變化， 粒子隨時間發(fā)生的這種轉(zhuǎn)移規(guī)律用Fick第二定律描述。2

9、22222()ccccDtxyz氣溶膠的破壞緒論問題的提出概念形成及類型性質(zhì)危害與利用l 由于布朗運(yùn)動，使氣溶膠可有兩種途徑被自然移除一種是通過彼此發(fā)生碰撞而凝并，形成足夠大的顆粒發(fā)生重力沉降； 另一種是向各種表面遷移而黏附在物體表面而被移除。氣溶膠的動力學(xué)特性緒論問題的提出概念形成及類型性質(zhì)危害與利用l 氣溶膠的動力學(xué)特性主要包括：氣溶膠粒子的沉降、擴(kuò)散、凝并等。l 氣溶膠的凝并：由不同大小的粒子相互聚結(jié)在一起形成團(tuán)狀或鏈狀等形狀的更大粒子。l 凝并的原因有二：純粹由粒子的隨機(jī)運(yùn)動進(jìn)而相互碰撞引起的（通常稱為熱力凝并）。由湍流運(yùn)動或帶電效應(yīng)等外力作用引起的，這類外力作用通常是加速凝并的形成。

10、氣溶膠的電學(xué)性質(zhì)緒論問題的提出概念形成及類型性質(zhì)危害與利用l 氣溶膠粒子要受到電場的作用力需具備：粒子本身要有一定電 荷量粒子要處于一定電場強(qiáng)度的電場中l(wèi) 氣溶膠中離子環(huán)境不同于液溶膠，沒有擴(kuò)散雙電層，也沒有穩(wěn)定 劑，但它也可帶電。 l 氣溶膠帶電機(jī)理： 直接電離：直接電離成為帶電粒子的原理多，不是十分清楚，可 忽略。靜電帶電 與離子（束）的碰撞 ：吸附上離子而導(dǎo)電，這是氣溶膠帶電的主 要原因。氣溶膠的電學(xué)性質(zhì)緒論問題的提出概念形成及類型性質(zhì)危害與利用l 靜電帶電原因有多種： 電離帶電：具有高介電常數(shù)的液體與金屬表面或其它固體表面接觸 而發(fā)生離子交換。接觸帶電：一種清潔而干燥的金屬粒子表面在另

11、一種金屬粒子表面 接觸時將電子轉(zhuǎn)移到另一種金屬粒子表面上。噴霧起電：具有高介電常數(shù)的液體表面濃縮了較高的電子或負(fù)離子， 這種表面受到高速霧化而破裂時，將要把過多的電子或負(fù)離子轉(zhuǎn)移 給霧化液滴，這些液滴經(jīng)蒸發(fā)或生長形成帶電氣溶膠。摩擦起電：不同物質(zhì)或同種物質(zhì)的粒子表面之間的接觸摩擦，或粒子與 界面之間的接觸摩擦都會使粒子帶電。這種帶電機(jī)制受空氣濕度影響大。燃燒帶電：各種燃燒現(xiàn)象引起的粉塵粒子都是帶電的，特別是碳、氫、 氧燃燒產(chǎn)生的電離子有可能高達(dá)1091012（離子）/cm3。且粒子越 小越易帶電。氣溶膠的光學(xué)性質(zhì)緒論問題的提出概念形成及類型性質(zhì)危害與利用l 氣溶膠的光學(xué)性質(zhì)：散射和 吸收。 散

12、射和吸收的共同作 用稱為消光作用。l 氣溶膠的光學(xué)特性是氣溶膠 的各物理特性中最特殊最重 要的物理特性。云彩、朝霞、 煙霧是由于氣溶膠粒子的光 學(xué)作用的表現(xiàn)。氣溶膠的光學(xué)性質(zhì)緒論問題的提出概念形成及類型性質(zhì)危害與利用l 氣溶膠的消光特性：一束入射光通過某一氣溶膠層（簡稱為介質(zhì) 層），由于受到粒子的散射和吸收，使得通過氣溶膠層以后在 原光路上的出射光受到衰減。l 研究消光特性時，從入射光和反射光為同軸光角度（即從原光路） 出發(fā)。l 光通量F因吸收而引起的減弱遵從指數(shù)規(guī)律，即：0FaLaF el 光通量F因散射而引起的減弱遵從指數(shù)規(guī)律，即：0FbLbF el 式中，F(xiàn)0為通過介質(zhì)層前的光強(qiáng)度，L為

13、介質(zhì)層的厚度，a和b分 別為介質(zhì)層的吸收系數(shù)和散射系數(shù)。氣溶膠的光學(xué)性質(zhì)緒論問題的提出概念形成及類型性質(zhì)危害與利用l 光通量F因散射和吸收而引起的減弱，即：()00Fa b LLFeFe l 該式稱為包格爾公式，式中=(a+b)稱為衰減系數(shù)（或濁度）。 光通量F因散射和吸收而引起的減弱。l 可用來測定氣溶膠中粒子的濃度氣溶膠的光學(xué)性質(zhì)緒論問題的提出概念形成及類型性質(zhì)危害與利用l 角散射特性光：研究光照射到粒子上后散射到各個角度生的散 射光。入射光氣溶膠粒子散射光I1()I2()氣溶膠粒子對光的散射：散射角，當(dāng)=0 時為消光I1()：垂直偏振光 分量I2()：平行偏振光 分量可以利用光的散射特性來測定粒子大小4危害和利用緒論問題的提出以PM2.5為例危害與利用概念形成及類型性質(zhì)危害工廠產(chǎn)生的煙霧、礦井中的粉塵，,酸雨（SO2、NOx）光化學(xué)煙霧1.2.3.緒論問題的提出概念形成及類型性質(zhì)危害與利用危害緒論問題的提出概念形成及類型性質(zhì)危害與利用WHO認(rèn)為PM2.510g/m3是安全值；PM2.580g/m3是重度污染區(qū)。黃淮海