大氣環(huán)境化學(xué)4大氣顆粒物課件

1、第四章 大氣顆粒物（大氣氣溶膠）大氣顆粒物 _ 大氣中固態(tài)和液態(tài)顆粒狀物質(zhì)的總稱(chēng)。顆粒狀均勻地分散在大氣中，構(gòu)成一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的龐大懸浮體系，即氣溶膠體系，因此大氣顆粒物也稱(chēng)為大氣氣溶膠（Aerosols）。 大氣顆粒物 _ 不是大氣的主要組分，普遍存在于大氣環(huán)境中，是無(wú)恒定化學(xué)組分的聚集體。 大氣顆粒物可能本身是有害物質(zhì)，如致癌、致畸、致突變的物質(zhì)；也可能是有毒物質(zhì)的運(yùn)載體或反應(yīng)床（可使一些氣體污染物轉(zhuǎn)化成有害的顆粒物或使某些污染物的毒性增強(qiáng)）；此外，顆粒物能散射太陽(yáng)光，致使能見(jiàn)度下降。 大氣顆粒物可在全球范圍內(nèi)擴(kuò)散遷移。第1頁(yè)，共20頁(yè)。1第四章 大氣顆粒物-大氣顆粒物分類(lèi) 粉塵（微塵、Du

2、st） 顆粒直徑：1 100 m 物態(tài)：固體 生成機(jī)制、現(xiàn)象：機(jī)械粉碎的固體微粒，風(fēng)吹揚(yáng)塵，風(fēng)沙。 煙（煙氣，F(xiàn)ume） 顆粒直徑：0.01 1 m 物態(tài)：固體 生成機(jī)制、現(xiàn)象：由升華、蒸餾、熔融及化學(xué)反應(yīng)等產(chǎn)生的蒸氣凝結(jié) 而成的固體顆粒。 第2頁(yè)，共20頁(yè)。2第四章 大氣顆粒物-大氣顆粒物分類(lèi)灰（Ash） 顆粒直徑：1 200 m 物態(tài)：固體 生成機(jī)制、現(xiàn)象： 燃燒過(guò)程中產(chǎn)生微粒，如煤、木材燃燒時(shí)產(chǎn)生 硅酸鹽顆粒，粉煤燃燒時(shí)產(chǎn)生的飛灰等。霧（Fog） 顆粒直徑：2 200 m 物態(tài)：液體 生成機(jī)制、現(xiàn)象： 水蒸氣冷凝生成的顆粒小水滴或冰晶。第3頁(yè)，共20頁(yè)。3第四章 大氣顆粒物-大氣顆粒物分

3、類(lèi)靄（Mist） 顆粒直徑：大于10 m 物態(tài)：液體 生成機(jī)制、現(xiàn)象：與霧相似，氣象上規(guī)定稱(chēng)輕霧，水平視程在1 2km之內(nèi)，使大氣呈灰色。 霾（Haze） 顆粒直徑： 0.1 m 物態(tài)：固體 生成機(jī)制、現(xiàn)象：塵或鹽粒懸浮于大氣中形成，使大氣混濁呈淺藍(lán) 色或微黃色。水平視程小于2km。第4頁(yè)，共20頁(yè)。4第四章 大氣顆粒物-大氣顆粒物分類(lèi)煙塵（熏煙，Smoke） 0.01 5 m；固體與液體；含碳物質(zhì)。煙霧（Smog） 0.001 2 m；固體；粒徑在2m以下，現(xiàn)泛指各種妨礙視程（能見(jiàn)度低于2km）的大氣污染現(xiàn)象。 光化學(xué)煙霧產(chǎn)生的顆粒物，粒徑常小于0.5m使大氣呈淡褐色。 第5頁(yè)，共20頁(yè)。5

4、第四章 大氣顆粒物-大氣顆粒物分類(lèi)總懸浮顆粒物（Total Suspended Particulate TSP） 用標(biāo)準(zhǔn)大容量顆粒采樣器在濾膜上所收集的顆粒物的總質(zhì)量作為大氣質(zhì)量評(píng)價(jià)中的一個(gè)通用的重要污染指標(biāo)。 大氣中顆粒直徑小于l0m的懸浮物稱(chēng)為飄塵，大于l0m的懸浮物，由于重力作用而沉降的微粒稱(chēng)為降塵。第6頁(yè)，共20頁(yè)。6第四章 大氣顆粒物-顆粒物的源和匯 大氣顆粒物可分為天然源和人為源兩類(lèi)。 若按顆粒物形成機(jī)制，可分為一次顆粒物和二次顆粒物。一次顆粒物 _ 由天然污染源和人為污染源釋放到大氣中，直接形成污染的顆粒物，例如土壤、海鹽粒子、燃燒煙塵等等。二次顆粒物 _ 由大氣中污染氣體組分(

5、如二氧化硫、氮氧化物、碳?xì)浠衔锏?之間，或這些組分與大氣中的正常組分(如氧氣)之間通過(guò)光化學(xué)氧化反應(yīng)、催化氧化反應(yīng)或其它化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化生成的顆粒物，例如二氧化硫轉(zhuǎn)化生成硫酸鹽。第7頁(yè)，共20頁(yè)。7第四章 大氣顆粒物-顆粒物源和匯 大氣顆粒物的消除與顆粒物的粒度、化學(xué)組成及性質(zhì)均密切相關(guān)；大氣顆粒物消除方式包括干沉降和濕沉降。干沉降 _ 顆粒物通過(guò)重力作用或與其它物體碰撞沉降于地表的現(xiàn)象。通過(guò)重力對(duì)顆粒物的作用，降落于土壤、水體的表面或植物、建筑等物體上，沉降的速率與顆粒的粒徑、密度、空氣運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)等有關(guān)。粒徑小于0.lm的顆粒，即艾根粒子，依靠布朗運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散、互相碰撞而凝集成較大的顆粒，通過(guò)大

6、氣湍流擴(kuò)散到地面或碰撞而消除。第8頁(yè)，共20頁(yè)。8第四章 大氣顆粒物-顆粒物的源和匯濕沉降 _ 雨雪或其它形式降水使顆粒物消除的過(guò)程。 濕沉降存在雨除和沖刷兩種機(jī)制。 雨除對(duì)半徑小于lm的顆粒物效率較高，特別是具有吸濕性和可溶性的顆粒物更為明顯。沖刷對(duì)半徑為45 m以上的顆粒物效率較高。 大氣中消除顆粒物的量一般濕沉降約為8090，干沉降只有1020。第9頁(yè)，共20頁(yè)。9第四章 大氣顆粒物大氣顆粒物粒度分布 大氣顆粒物的粒度三模態(tài)，即艾根核模、積聚模和粗粒模。 （由蒸汽凝結(jié)或光化學(xué)反應(yīng)）氣體經(jīng)成核作用而形成的顆粒，粒度為0.0050.05m，屬于核模型（不穩(wěn)定，在大氣中湍流擴(kuò)散很快被其他物質(zhì)或

7、地面吸著去除）。粒徑在0.052m范圍的顆粒物是由核模型顆粒凝聚或通過(guò)蒸氣凝結(jié)形成，屬于積聚模型（在環(huán)境中不易擴(kuò)散或碰撞而去除，多數(shù)為二次污染物，80%以上的硫酸鹽顆粒屬于此模）。以上這兩種顆粒物合稱(chēng)為細(xì)粒（小于2m），粒徑大于2m的顆粒物屬粗粒（由機(jī)械粉碎、液滴蒸發(fā)等過(guò)程形成，主要是自然界及人類(lèi)活動(dòng)的一次污染物）。 核模型顆粒可以凝聚而轉(zhuǎn)化為積聚型顆粒，但積聚模與粗粒模之間一般不會(huì)相互轉(zhuǎn)換。第10頁(yè)，共20頁(yè)。10第四章 大氣顆粒物無(wú)機(jī)顆粒物來(lái)源天然源 風(fēng)傳粉塵，火山爆發(fā)煙氣以及海浪。人為源 電廠、市政焚化、冶金過(guò)程、采礦及交通運(yùn)輸?shù)?冶金-顆粒物直徑小于2m鎘、鉻、銅和錳等-冶煉廠、冶金工

8、業(yè)鈹、鎳和釩等-動(dòng)力發(fā)電廠（燃煤及燃油）砷、鈹、鎘、鉻、銅、鐵、汞、鎂、錳、鉛和銻等-市政垃圾焚燒第11頁(yè)，共20頁(yè)。11第四章 大氣顆粒物大氣顆粒物中有機(jī)化合物 吸附和沉積 （揮發(fā)性有機(jī)物） 一次污染物，二次污染物 大氣顆粒物中有機(jī)污染物的種類(lèi)和數(shù)量復(fù)雜第12頁(yè)，共20頁(yè)。12第四章 大氣顆粒物大氣中放射性物質(zhì)來(lái)源一、天然放射性核素（1）陸生氣體放射性核素 巖石和土壤中存在放射性核素如鈾-238、鈾-235和釷-232，衰變產(chǎn)生放射性氡-222（半衰期3.8天）和氡-220（半衰期55秒）。（2）宇宙射線 宇宙射線是指來(lái)自太陽(yáng)和外層宇宙空間的高能粒子流（大氣天然放射性的主要來(lái)源）。此外，宇宙

9、射線與大氣中原子核相互作用產(chǎn)生放射性核素。二、人工放射性核素（1）核武器（2）核電站（3）燃煤第13頁(yè)，共20頁(yè)。13第四章 大氣顆粒物大氣顆粒物對(duì)人體健康影響 PM10（可吸入顆粒物） _ 大氣中粒徑在10 m以下的顆粒物。PM2.5 _ 大氣中粒徑小于或等于2.5 m的顆粒物。 （PM2.5粒徑小，含大量有毒、有害物質(zhì)，且在大氣中的停留時(shí)間長(zhǎng)、輸送距離遠(yuǎn)，對(duì)人體健康和大氣環(huán)境質(zhì)量的影響大） 沉積作用（1）碰撞作用：粒徑530m的顆粒（鼻咽部和支氣管上部沉降）（2）沉降作用：粒徑15m 的顆粒（支氣管部位沉降）（3）擴(kuò)散作用：粒徑小于0.1m的顆粒（肺區(qū)沉積 ） 粗顆粒物暴露可侵害呼吸系統(tǒng)，

10、誘發(fā)哮喘病。細(xì)顆粒物可能引發(fā)心臟病、肺病、呼吸道疾病，降低肺功能等。第14頁(yè)，共20頁(yè)。14第四章 大氣顆粒物大氣顆粒物對(duì)人體健康影響 排放標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)格 美國(guó)EPA（環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)）控制大氣顆粒物，經(jīng)歷從TSP到PM10和PM2.5過(guò)程。1985年將原始顆粒物指示物質(zhì)TSP項(xiàng)目修改為PM10，1997年在原有PM10的標(biāo)準(zhǔn)上增加了PM2.5的排放標(biāo)準(zhǔn)。 歐盟于1997年提出了PM2.5標(biāo)準(zhǔn)。 中國(guó)1996年頒布環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB3095-1996）中規(guī)定了PM10的標(biāo)準(zhǔn)，并統(tǒng)一在空氣質(zhì)量日?qǐng)?bào)中取消了TSP質(zhì)量指數(shù)，采用PM10指標(biāo)。第15頁(yè)，共20頁(yè)。15環(huán)境空氣質(zhì)量 國(guó)家環(huán)境保護(hù)局環(huán)境

11、空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB30951996)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn) 一類(lèi)質(zhì)量功能區(qū) （自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)和其他需要特殊保護(hù)的地區(qū)）。二級(jí)標(biāo)準(zhǔn) 二類(lèi)質(zhì)量功能區(qū) （城鎮(zhèn)規(guī)劃中確定的居住區(qū)、商業(yè)交通居民混合區(qū)、文化區(qū)、一般工業(yè)區(qū)和農(nóng)村地區(qū)）三級(jí)標(biāo)準(zhǔn) 三類(lèi)質(zhì)量功能區(qū)（各特定工業(yè)區(qū)） 第16頁(yè)，共20頁(yè)。16環(huán)境空氣質(zhì)量空氣污染指數(shù) （API） 定時(shí)通過(guò)新聞媒體向社會(huì)公眾報(bào)告的一種定量反映和評(píng)定空氣質(zhì)量狀況的尺度，即把常規(guī)監(jiān)測(cè)的幾種空氣污染物濃度簡(jiǎn)化成單一的數(shù)值形式，并分級(jí)表示空氣受污染程度和空氣質(zhì)量狀況，具有簡(jiǎn)明、直觀、通俗易懂的特點(diǎn)。 中國(guó)城市空氣污染以煤煙型污染為主。（目前）計(jì)入空氣污染指數(shù)的項(xiàng)目暫定為二氧化硫、氮氧化物和TSP。 三種污染物各具一個(gè)分指數(shù)，以分段線性函數(shù)形式將該分指數(shù)與其濃度相關(guān)聯(lián)。 第17頁(yè)，共20頁(yè)。17環(huán)境空氣質(zhì)量第18頁(yè)，共20頁(yè)。18環(huán)境空氣質(zhì)量 例: 南方某城市某周的監(jiān)測(cè)結(jié)果：TSP、SO2、NOx全市的平均濃度分別為0.156mg/m3、0.211mg/m3、0.400mg/m3, 計(jì)算該城市空氣污染指數(shù)。 NOx實(shí)測(cè)濃度0.400mg/m3介于0.1500.565mg/m3之間，按表1，此濃度限值C3.3 = 0.150 mg/m3, C3.4 = 0.565mg/