環(huán)境科學(xué)概論(5)-大氣顆粒物 - 副本

環(huán)境科學(xué)概論江蘇大學(xué)材料學(xué)院第五章大氣顆粒物基本要求：1.掌握大氣顆粒物的源和匯、顆粒物分布的基本特征；2.了解大氣中放射性核素以及顆粒物對人體健康的影響。5.1大氣顆粒物概述大氣顆粒物（Atmosphericparticulatematters)：大氣中存在的各種固態(tài)和液態(tài)顆粒狀物質(zhì)的總稱大氣顆粒物也稱為大氣氣溶膠(Aerosols)作用：

1.大氣顆粒物是大氣的一個組分；

2.飽和水蒸氣以大氣顆粒物為核心而形成云、霧、雨、雪等，它參與了大氣降水過程；

3.大氣中的一些有毒物質(zhì)絕大部分都存在于顆粒物中，并可通過人的呼吸過程吸入體內(nèi)而危害人體健康

4.是大氣中一些污染物的載體或反應(yīng)床，因而對大氣中污染物的遷移轉(zhuǎn)化過程有明顯的影響。

清潔大氣中，大氣顆粒物很少，而且是無毒的，在污染大氣中，大氣顆粒物也屬污染物之列，并且其中許多是有毒的。大氣顆粒物的分類粉塵（微塵、Dust）

顆粒直徑：1~100μm；物態(tài)：固體；生成機制、現(xiàn)象：機械粉碎的固體微粒，風(fēng)吹揚塵，風(fēng)沙。煙(煙氣，F(xiàn)ume)

顆粒直徑：0.01~1μm；物態(tài)：固體；生成機制、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。如熔融金屬、凝結(jié)的金屬氧化物、汽車排氣、煙草燃煙、硫酸鹽等。大氣顆粒物的分類灰（Ash）顆粒直徑：1~200m；物態(tài)：固體；生成機制、現(xiàn)象：燃燒過程中產(chǎn)生的不燃性微粒，如煤、木材燃燒時產(chǎn)生的硅酸鹽顆粒，粉煤燃燒時產(chǎn)生的飛灰等。霧（Fog）顆粒直徑：2~200m；物態(tài)：液體；生成機制、現(xiàn)象：水蒸氣冷凝生成的顆粒小水滴或冰晶水平視程小于1km。大氣顆粒物的分類

靄（Mist）顆粒直徑：大于10m；物態(tài)：液體；生成機制、現(xiàn)象：與霧相似，氣象上規(guī)定稱輕霧，水平視程在1~2km之內(nèi)，使大氣呈灰色。霾（Haze）顆粒直徑：~0.1m；物態(tài)：固體；生成機制、現(xiàn)象：干的塵或鹽粒懸浮于大氣中形成，使大氣混濁呈淺藍色或微黃色。水平視程小于2km。大氣顆粒物的分類煙塵(熏煙，Smoke)：

0.01~5m；固體與液體；含碳物質(zhì)，如煤炭燃燒時產(chǎn)生的固體碳粒、水、焦油狀物質(zhì)及不完全燃燒的灰分所形成的混合物，如果煤煙中失去了液態(tài)顆粒，即成為煙炭。煙霧（Smog）：

0.001~2m；固體；粒徑在2m以下，現(xiàn)泛指各種妨礙視程(能見度低于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使大氣呈淡藍色。大氣顆粒物的粒徑分類總懸浮顆粒物(TotalSuspendedParticulateTSP)：

用標準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)量評價中的一個通用的重要污染指標。長期飄泊在大氣中顆粒直徑小于l0m的懸浮物稱為飄塵(Airborneparticle)，大于l0m的微粒，由于自身的重力作用而很快沉降下來的這部分微粒稱為降塵（Dustfall）。5.2大氣顆粒物的粒徑分布大氣顆粒物的粒徑大氣顆粒物的粒徑分類飄塵：可在大氣中長期漂浮的懸浮物稱為飄塵。其粒徑主要是小于10μm的顆粒物。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大于10μm的粒子由于自身的重力作用會很快沉降下來。這部分顆粒物稱為降塵?？晌肓Ｗ樱阂子谕ㄟ^呼吸過程而進入呼吸道的粒子。目前國際標準化組織(ISO)建議將其定為Dp≤10μm。我國科學(xué)工作者已采用了這個建議。大氣顆粒物的粒度分布及表面性質(zhì)微粒的表面性質(zhì)

微粒三種最重要的表面性質(zhì):成核作用、粘合和吸著。

成核是指過飽和蒸汽在微粒上凝結(jié)形成液滴的現(xiàn)象，雨滴的形成也涉及成核作用。粒子可以彼此互相粘合或在固體表面上粘合。粘合或凝聚是小顆粒形成較大的凝聚體并最終達到很快沉降粒徑的過程。

吸著是指分子為顆粒物吸著的現(xiàn)象。如果氣體或蒸氣溶解在微粒中，這種現(xiàn)象稱為吸收。若吸著在顆粒物表面上，則定義為吸附。涉及特殊的化學(xué)相互作用的吸著，定義為化學(xué)吸附作用。5.2大氣顆粒物的粒徑分布大氣顆粒物粒徑分布

由于粒徑對于了解大氣顆粒物的化學(xué)和物理作用以及環(huán)境健康效應(yīng)具有非常重要的意義，因此必須研究粒徑分布情況。數(shù)目、表面積及體積分布函數(shù)典型的城市模型顆粒物的分布情況大氣顆粒物粒子可以區(qū)分為三種不同粒徑特征的粒子組三模態(tài)大氣顆粒物的三模態(tài)理論大氣顆粒物的粒度有三個模：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)使氣體經(jīng)成核作用而形成的顆粒，粒度為0.005~0.05m，屬于艾根核模型。粒徑在0.05~2m范圍的顆粒物是由核模型顆粒凝聚或通過蒸氣凝結(jié)氣而長大的，屬于積聚模型。

以上這兩種顆粒物合稱為細粒(小于2m)。粒徑大于2m的顆粒物屬粗粒，由機械粉碎、液滴蒸發(fā)等過程形成的，屬于粗粒模。主要是自然界及人類活動的一次污染物。

城市大氣中顆粒物的分布多數(shù)屬雙模型，即積聚模和粗粒模。大氣顆粒物的三模態(tài)理論大氣顆粒物的三模態(tài)理論粗、細粒子間不能轉(zhuǎn)化原因：1.形成機理不一樣

2.化學(xué)組成不一樣大氣顆粒物的源和匯1、大氣顆粒物的來源

大氣顆粒物可分為天然源和人為源兩類。

若按顆粒物形成機制，又可分為一次顆粒物和二次顆粒物。

一次顆粒物是由天然污染源和人為污染源釋放到大氣中直接造成污染的顆粒物。

二次顆粒物是由大氣中某些污染氣體組分(如二氧化硫、氮氧化物、碳氫化合物等)之間，或這些組分與大氣中的正常組分(如氧氣)之間通過光化學(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。5.3顆粒物的源和匯1）顆粒物的天然來源

天然源可起因于地面揚塵(風(fēng)吹灰塵)，和地殼、土壤的成分很相似，海浪濺出的浪沫，火山爆發(fā)的噴出物，森林火災(zāi)的燃燒物，宇宙來源的隕星塵及生物界產(chǎn)生的顆粒物如花粉、袍子等。二次顆粒物的天然來源主要是森林中排出的碳氫化合物(主要是萜烯類)，進入大氣后經(jīng)光化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生的微小顆粒，與自然界硫、氮、碳循環(huán)有關(guān)的轉(zhuǎn)化產(chǎn)物如由H2S、SO2經(jīng)氧化生成的硫酸鹽，由NH3、NO和NO2氧化生成的硝酸等。2）顆粒物的人為來源燃料燃燒過程中產(chǎn)生的固體顆粒物，如煤煙、飛灰等，各種工業(yè)生產(chǎn)過程中排放的固體微粒，汽車尾氣排出的鹵化鉛凝聚而形成的顆粒物以及如人為排放SO2在一定條件下轉(zhuǎn)化為硫酸鹽粒子等的二次顆粒物。大氣顆粒物的源和匯2、大氣顆粒物的匯干沉降干沉降是指顆粒物通過重力作用或與其它物體碰撞后發(fā)生沉降。

干沉降消除過程存在著兩種機制：一種是通過重力對顆粒物的作用，使它降落在土壤、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、空氣運動粘滯系數(shù)等有關(guān)。另一種沉降機制是粒徑小于0.lm的顆粒，即艾根粒子，靠布朗運動擴散、互相碰撞而凝集成較大的顆粒，通過大氣湍流擴散到地面或碰撞而消除。

大氣顆粒物的源和匯2、大氣顆粒物的匯濕沉降

濕沉降是指降雨、下雪使顆粒物消除的過程。濕沉降存在雨除(Rainout)和沖刷(Washout)兩種機制。大氣顆粒物的化學(xué)組成一、無機顆粒物的來源大于3m(空氣動力學(xué)相應(yīng)的直徑)的金屬顆粒物，將不影響呼吸或不參與大氣間相互作用。重點研究小于2m的細顆粒物飄塵的天然源來自風(fēng)傳粉塵，火山爆發(fā)煙氣以及海浪引起的震靄，其量可十倍于人為源。人為源

大量的細顆粒物來自電廠(燃煤)、市政焚化、冶金過程、采礦及地面交通運輸?shù)取Ｆ渲凶钪匾氖且苯疬^程，使大量的環(huán)境重要金屬進入大氣，顆粒物直徑小于2m的占46.6%。大氣顆粒物的化學(xué)組成

天然源顆粒物的天然源一般大于人為源載帶量。由于顆粒物是易消失的粉塵和海浪濺沫，其中大顆粒占優(yōu)勢，沉降迅速，對環(huán)境影響不大，除非在散發(fā)源附近如火山爆發(fā)將大量顆粒物散發(fā)達數(shù)公里之遙。二、有機顆粒物的來源及類型大氣顆粒有機污染物是指吸附和沉積在各種大氣顆粒上的有機物，大氣中的另一類有機物為揮發(fā)性有機物。按類別分為多環(huán)芳香族化合物、芳香族化合物，含氮、氧、硫、磷類化合物，烴基化合物，脂肪族化合物，羰基化合物和鹵代化合物。美國和歐洲TSP和EPA的執(zhí)行標準

執(zhí)行標準年平均排放濃度（ug/m3）日平均排放濃度（ug/m3）美國TSP（<40um）197175260美國PM1050150美國PM2.51565歐洲PM2.52040U.SEnvironmentalProtectionAgency

中國顆粒物濃度限制

污染物名稱取值時間濃度限制一級標準二級標準三級標準濃度單位總懸浮顆粒TSP年平均0.080.200.30mg/m3日平均0.120.300.50可吸入顆粒物PM10年平均0.040.100.15日平均0.050.150.25中國霧霾發(fā)展圖韓國遭遇霧霾