大气环境化学4大气颗粒物课件

1、第四章 大气颗粒物（大气气溶胶）大气颗粒物 _ 大气中固态和液态颗粒状物质的总称。颗粒状均匀地分散在大气中，构成一个相对稳定的庞大悬浮体系，即气溶胶体系，因此大气颗粒物也称为大气气溶胶（Aerosols）。 大气颗粒物 _ 不是大气的主要组分，普遍存在于大气环境中，是无恒定化学组分的聚集体。 大气颗粒物可能本身是有害物质，如致癌、致畸、致突变的物质；也可能是有毒物质的运载体或反应床（可使一些气体污染物转化成有害的颗粒物或使某些污染物的毒性增强）；此外，颗粒物能散射太阳光，致使能见度下降。 大气颗粒物可在全球范围内扩散迁移。第1页，共20页。1第四章 大气颗粒物-大气颗粒物分类 粉尘（微尘、Du

2、st） 颗粒直径：1 100 m 物态：固体 生成机制、现象：机械粉碎的固体微粒，风吹扬尘，风沙。 烟（烟气，Fume） 颗粒直径：0.01 1 m 物态：固体 生成机制、现象：由升华、蒸馏、熔融及化学反应等产生的蒸气凝结 而成的固体颗粒。 第2页，共20页。2第四章 大气颗粒物-大气颗粒物分类灰（Ash） 颗粒直径：1 200 m 物态：固体 生成机制、现象： 燃烧过程中产生微粒，如煤、木材燃烧时产生 硅酸盐颗粒，粉煤燃烧时产生的飞灰等。雾（Fog） 颗粒直径：2 200 m 物态：液体 生成机制、现象： 水蒸气冷凝生成的颗粒小水滴或冰晶。第3页，共20页。3第四章 大气颗粒物-大气颗粒物分

3、类霭（Mist） 颗粒直径：大于10 m 物态：液体 生成机制、现象：与雾相似，气象上规定称轻雾，水平视程在1 2km之内，使大气呈灰色。 霾（Haze） 颗粒直径： 0.1 m 物态：固体 生成机制、现象：尘或盐粒悬浮于大气中形成，使大气混浊呈浅蓝 色或微黄色。水平视程小于2km。第4页，共20页。4第四章 大气颗粒物-大气颗粒物分类烟尘（熏烟，Smoke） 0.01 5 m；固体与液体；含碳物质。烟雾（Smog） 0.001 2 m；固体；粒径在2m以下，现泛指各种妨碍视程（能见度低于2km）的大气污染现象。 光化学烟雾产生的颗粒物，粒径常小于0.5m使大气呈淡褐色。 第5页，共20页。5

4、第四章 大气颗粒物-大气颗粒物分类总悬浮颗粒物（Total Suspended Particulate TSP） 用标准大容量颗粒采样器在滤膜上所收集的颗粒物的总质量作为大气质量评价中的一个通用的重要污染指标。 大气中颗粒直径小于l0m的悬浮物称为飘尘，大于l0m的悬浮物，由于重力作用而沉降的微粒称为降尘。第6页，共20页。6第四章 大气颗粒物-颗粒物的源和汇 大气颗粒物可分为天然源和人为源两类。 若按颗粒物形成机制，可分为一次颗粒物和二次颗粒物。一次颗粒物 _ 由天然污染源和人为污染源释放到大气中，直接形成污染的颗粒物，例如土壤、海盐粒子、燃烧烟尘等等。二次颗粒物 _ 由大气中污染气体组分(

5、如二氧化硫、氮氧化物、碳氢化合物等)之间，或这些组分与大气中的正常组分(如氧气)之间通过光化学氧化反应、催化氧化反应或其它化学反应转化生成的颗粒物，例如二氧化硫转化生成硫酸盐。第7页，共20页。7第四章 大气颗粒物-颗粒物源和汇 大气颗粒物的消除与颗粒物的粒度、化学组成及性质均密切相关；大气颗粒物消除方式包括干沉降和湿沉降。干沉降 _ 颗粒物通过重力作用或与其它物体碰撞沉降于地表的现象。通过重力对颗粒物的作用，降落于土壤、水体的表面或植物、建筑等物体上，沉降的速率与颗粒的粒径、密度、空气运动粘滞系数等有关。粒径小于0.lm的颗粒，即艾根粒子，依靠布朗运动扩散、互相碰撞而凝集成较大的颗粒，通过大

6、气湍流扩散到地面或碰撞而消除。第8页，共20页。8第四章 大气颗粒物-颗粒物的源和汇湿沉降 _ 雨雪或其它形式降水使颗粒物消除的过程。 湿沉降存在雨除和冲刷两种机制。 雨除对半径小于lm的颗粒物效率较高，特别是具有吸湿性和可溶性的颗粒物更为明显。冲刷对半径为45 m以上的颗粒物效率较高。 大气中消除颗粒物的量一般湿沉降约为8090，干沉降只有1020。第9页，共20页。9第四章 大气颗粒物大气颗粒物粒度分布 大气颗粒物的粒度三模态，即艾根核模、积聚模和粗粒模。 （由蒸汽凝结或光化学反应）气体经成核作用而形成的颗粒，粒度为0.0050.05m，属于核模型（不稳定，在大气中湍流扩散很快被其他物质或

7、地面吸着去除）。粒径在0.052m范围的颗粒物是由核模型颗粒凝聚或通过蒸气凝结形成，属于积聚模型（在环境中不易扩散或碰撞而去除，多数为二次污染物，80%以上的硫酸盐颗粒属于此模）。以上这两种颗粒物合称为细粒（小于2m），粒径大于2m的颗粒物属粗粒（由机械粉碎、液滴蒸发等过程形成，主要是自然界及人类活动的一次污染物）。 核模型颗粒可以凝聚而转化为积聚型颗粒，但积聚模与粗粒模之间一般不会相互转换。第10页，共20页。10第四章 大气颗粒物无机颗粒物来源天然源 风传粉尘，火山爆发烟气以及海浪。人为源 电厂、市政焚化、冶金过程、采矿及交通运输等 冶金-颗粒物直径小于2m镉、铬、铜和锰等-冶炼厂、冶金工

8、业铍、镍和钒等-动力发电厂（燃煤及燃油）砷、铍、镉、铬、铜、铁、汞、镁、锰、铅和锑等-市政垃圾焚烧第11页，共20页。11第四章 大气颗粒物大气颗粒物中有机化合物 吸附和沉积 （挥发性有机物） 一次污染物，二次污染物 大气颗粒物中有机污染物的种类和数量复杂第12页，共20页。12第四章 大气颗粒物大气中放射性物质来源一、天然放射性核素（1）陆生气体放射性核素 岩石和土壤中存在放射性核素如铀-238、铀-235和钍-232，衰变产生放射性氡-222（半衰期3.8天）和氡-220（半衰期55秒）。（2）宇宙射线 宇宙射线是指来自太阳和外层宇宙空间的高能粒子流（大气天然放射性的主要来源）。此外，宇宙

9、射线与大气中原子核相互作用产生放射性核素。二、人工放射性核素（1）核武器（2）核电站（3）燃煤第13页，共20页。13第四章 大气颗粒物大气颗粒物对人体健康影响 PM10（可吸入颗粒物） _ 大气中粒径在10 m以下的颗粒物。PM2.5 _ 大气中粒径小于或等于2.5 m的颗粒物。 （PM2.5粒径小，含大量有毒、有害物质，且在大气中的停留时间长、输送距离远，对人体健康和大气环境质量的影响大） 沉积作用（1）碰撞作用：粒径530m的颗粒（鼻咽部和支气管上部沉降）（2）沉降作用：粒径15m 的颗粒（支气管部位沉降）（3）扩散作用：粒径小于0.1m的颗粒（肺区沉积 ） 粗颗粒物暴露可侵害呼吸系统，

10、诱发哮喘病。细颗粒物可能引发心脏病、肺病、呼吸道疾病，降低肺功能等。第14页，共20页。14第四章 大气颗粒物大气颗粒物对人体健康影响 排放标准日趋严格 美国EPA（环境空气质量标准）控制大气颗粒物，经历从TSP到PM10和PM2.5过程。1985年将原始颗粒物指示物质TSP项目修改为PM10，1997年在原有PM10的标准上增加了PM2.5的排放标准。 欧盟于1997年提出了PM2.5标准。 中国1996年颁布环境空气质量标准（GB3095-1996）中规定了PM10的标准，并统一在空气质量日报中取消了TSP质量指数，采用PM10指标。第15页，共20页。15环境空气质量 国家环境保护局环境

11、空气质量标准(GB30951996)一级标准 一类质量功能区 （自然保护区、风景名胜区和其他需要特殊保护的地区）。二级标准 二类质量功能区 （城镇规划中确定的居住区、商业交通居民混合区、文化区、一般工业区和农村地区）三级标准 三类质量功能区（各特定工业区） 第16页，共20页。16环境空气质量空气污染指数 （API） 定时通过新闻媒体向社会公众报告的一种定量反映和评定空气质量状况的尺度，即把常规监测的几种空气污染物浓度简化成单一的数值形式，并分级表示空气受污染程度和空气质量状况，具有简明、直观、通俗易懂的特点。 中国城市空气污染以煤烟型污染为主。（目前）计入空气污染指数的项目暂定为二氧化硫、氮氧化物和TSP。 三种污染物各具一个分指数，以分段线性函数形式将该分指数与其浓度相关联。 第17页，共20页。17环境空气质量第18页，共20页。18环境空气质量 例: 南方某城市某周的监测结果：TSP、SO2、NOx全市的平均浓度分别为0.156mg/m3、0.211mg/m3、0.400mg/m3, 计算该城市空气污染指数。 NOx实测浓度0.400mg/m3介于0.1500.565mg/m3之间，按表1，此浓度限值C3.3 = 0.150 mg/m3, C3.4 = 0.565mg/