第二篇大氣環(huán)境化學(xué)4大氣顆粒物

1、 第四章 大氣顆粒物(大氣氣溶膠) 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。1 4.1 大氣顆粒物的分類 粉塵（微塵、Dust） 顆粒直徑：1 100 m； 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 1 m； 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。 2 4.1 大氣顆粒物的分類 灰（Ash） 顆粒直徑：1 200 m； 物態(tài)：固體； 生成機制、

2、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：2 200 m； 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。34.1 大氣顆粒物的分類 靄（Mist） 顆粒直徑：大于10 m； 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： 0.1 m； 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。4 4.1 大氣顆粒物的分類 煙塵(熏煙，Smoke)： 0.0

3、1 5 m；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 2 m；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使大氣呈淡褐色。 5 4.1 大氣顆粒物的分類 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)量評價中的一個通用的重要污染指標(biāo)。 長期飄泊在大氣中顆粒直徑小于l0m的懸浮物稱為飄塵(Airborn

4、e particle)，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）。64.2 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。 74.2 大氣顆粒物的源和匯1）顆粒物的天然來源 天然源可起因于地面揚塵(風(fēng)吹灰

5、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。84.2 大氣顆粒物的源和匯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。94.2

6、 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)。 104.2 大氣顆粒物的源和匯 粒子的沉降速度可應(yīng)用斯托克斯定律求出： V = gd2（1 - 2）/ 18 V表示沉降速度，cm/s； g為重力加速度，cm/s2； d為粒子直徑，cm； 1 ，2為顆粒及空氣的密度，g/cm3； 空氣的粘度，以泊表示。 粒徑愈大，則擴散系數(shù)和沉降速率也愈大。114.2 大氣顆粒物的源和匯 另

7、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。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(Rain out)和沖刷(Wash out)兩種機制。 124.3 大氣顆粒物的粒度分布及表面性質(zhì) 粒度是指顆粒物粒子直徑的大小。 城市大氣中的典型情況是直徑小于0.1m的顆粒居多數(shù)。 按體積或質(zhì)量分布出現(xiàn)兩個峰值，前一個峰約在0.5m處，后一個峰約在10m處，這兩個峰是兩種不同的氣溶膠形成過程所造成的。 表面積分布曲線在0.25m處有一峰值。134.3 大氣顆粒物的粒度分布及表面性質(zhì) 大氣顆粒物的粒

8、度有三個模：即艾根核模、積聚模和粗粒模（Whitby 1978）。 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0.0050.05m，屬于核模型。 粒徑在0.052m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。 144.3 大氣顆粒物的粒度分布及表面性質(zhì) 細顆粒主要化學(xué)組分為SO42、NH4+、NO3、Pb和含有煙炱和凝聚有機物的碳，粗顆?；瘜W(xué)組分為Fe、Ca、Si、Na、Cl、Al等。 城市大氣中顆粒

9、物的分布多數(shù)屬雙模型，即積聚模和粗粒模。二、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。 154.3 大氣顆粒物的粒度分布及表面性質(zhì) 粒子可以彼此互相緊緊的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。 164.4 大氣中的無機顆粒物 一、無機顆粒物的來源 大于3 m (空氣動力學(xué)相應(yīng)的直徑)的

10、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%。 174.4 大氣中的無機顆粒物 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。 184.5 大氣顆粒物中的有機化合物 大氣有機顆粒物的

11、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。 根據(jù)1979年以前公開發(fā)表的文獻報告統(tǒng)計，已經(jīng)確證的顆粒有機污染物，由于燃燒所產(chǎn)生的有109種，因廢物焚燒所產(chǎn)生的235種，煤/油燃燒所產(chǎn)生的69種。 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。 194.6 大氣中的放射性核素 大氣中放射性物質(zhì)來源1、大氣中天然放射性 陸生氣體放射性核素 在巖石和土壤中存在著鈾-238、釷-232和鈾-235等衰變系，每一衰變系都含有一種氡的同位素，氡是一種稀有氣體，能從巖石、土

12、壤中逸出。 宇宙射線 宇宙射線是指來自太陽和外層宇宙空間的高能粒子流，它本身就是大氣天然放射性的主要來源。此外，宇宙射線與大氣中原子核相互作用產(chǎn)生許多放射性核素。主要通過降水去除。 204.6 大氣中的放射性核素2、人工產(chǎn)生的放射性核素（1）核武器（2）核電站（3）燃煤的排放物二、放射性核素對健康的效應(yīng) 具中等半衰期的放射性核素危害最大 。 214.7 顆粒物對人體健康的影響 顆粒物通過呼吸道進入人體，較大的粒子可能停留在鼻腔及鼻咽部，很小的顆?？梢赃M入并停留在肺部。 目前，世界上對可吸入粒子的粒徑大小有兩種意見，一種定為l0m以下，一種定為l5m以下。 沉積主要通過三種作用：(1)碰撞作用：530m粒徑的顆粒 (2)沉降作用：15m 粒徑的顆粒 (3)擴散作用：粒徑小于0.1m的顆粒 224.8 環(huán)境空氣的質(zhì)量 一、環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 國家環(huán)境保護局于1996年發(fā)布了環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB3095一1996)。一級標(biāo)準(zhǔn) 適用于一類質(zhì)量功能區(qū)，包括自然保護區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)和其他需要特殊保護的地區(qū)。二級標(biāo)準(zhǔn) 適用于二類質(zhì)量功能區(qū)，包括城鎮(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)。三極標(biāo)準(zhǔn) 適用于三類質(zhì)量功能區(qū)，包括各特定工業(yè)區(qū)。 234.8 環(huán)境空氣的質(zhì)量二、空氣污染指數(shù) 空氣污染指數(shù)(API)就