第五章 大气颗粒物

第五章大气颗粒物第1页，共30页，2023年，2月20日，星期三5.1颗粒物的种类及分类按形成机制划分：

一次颗粒物：直接由污染源排放出的颗粒物

二次颗粒物：在大气中发生反应而产生的颗粒物按粒径分（下面介绍）第2页，共30页，2023年，2月20日，星期三5.2、颗粒物的粒度和表面性质

粒度：是颗粒物粒子粒径的大小。粒径通常指颗粒物的直径。目前多用空气动力学直径(Dp)来表示。

空气动力学直径(Dp)：与所研究粒子有相同降落速度的、密度为1g/cm3的球体直径。

Dg——几何直径，K——形状系数，ρp——忽略了浮力效应的粒密度，

ρ0——参考密度(1g/cm3)

第3页，共30页，2023年，2月20日，星期三大气颗粒物的分类1）粉尘（微尘、Dust）

颗粒直径：1~100m；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。第4页，共30页，2023年，2月20日，星期三2）烟(烟气，Fume)

颗粒直径：0.01~1m；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。如熔融金属、凝结的金属氧化物、汽车排气、烟草燃烟、硫酸盐等。第5页，共30页，2023年，2月20日，星期三3）灰（Ash）

颗粒直径：1~200m；物态：固体；生成机制、现象：燃烧过程中产生的不燃性微粒，如煤、木材燃烧时产生的硅酸盐颗粒，粉煤燃烧时产生的飞灰等。第6页，共30页，2023年，2月20日，星期三4）雾（Fog）

颗粒直径：2~200m；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水平视程小于1km。第7页，共30页，2023年，2月20日，星期三5）霭（Mist）

颗粒直径：大于10m；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。第8页，共30页，2023年，2月20日，星期三6）霾（Haze）

颗粒直径：~0.1m；物态：固体；生成机制、现象：干的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9页，共30页，2023年，2月20日，星期三7）烟尘(熏烟，Smoke)：

0.01~5m；固体与液体；含碳物质，如煤炭燃烧时产生的固体碳粒、水、焦油状物质及不完全燃烧的灰分所形成的混合物，如果煤烟中失去了液态颗粒，即成为烟炭。第10页，共30页，2023年，2月20日，星期三8）烟雾（Smog）：

0.001~2m；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11页，共30页，2023年，2月20日，星期三按粒径大小将大气颗粒物分为：

TSP<100μm

飘尘<10μm

降尘>10μm

可吸入粒子Dp≤10μm

粗粒子2.5μm<Dp≤10μm

细粒子Dp≤2.5μm

第12页，共30页，2023年，2月20日，星期三典型城市模型气溶胶的分布情况第13页，共30页，2023年，2月20日，星期三5.3气溶胶粒子的三模态及其特性Whitby等人依据大气颗粒物表面积与粒径分布的关系得到了三种不同类型的粒度模，用以区分三种不同类型的粒子组。爱根核模(Dp<0.05μm)

积聚模(0.05μm≤Dp≤2μm)

粗粒子模(Dp>2μm)第14页，共30页，2023年，2月20日，星期三爱根核模：主要来源于燃烧过程所产生的一次颗粒物，以及气体分子通过化学反应均相成核而生成的二次颗粒物。粒径小，数量多，表面积大而很不稳定，易相互碰撞结成大粒子而转入积聚模。也可在大气湍流扩散过程中很快被其他物质或地面吸收而去除。积聚模主要由核模凝聚或通过热蒸汽冷凝再凝聚长大。多为二次污染物，硫酸盐占80%以上。在大气中不易被干、湿沉降去除（凝聚后可以）。主要的去除途径是扩散。以上两种模的颗粒物合称为细粒子。

第15页，共30页，2023年，2月20日，星期三粗粒子粗粒子模的粒子称为粗粒子，多由机械过程所产生的扬尘、液滴蒸发、海盐溅沫、火山爆发和风沙等一次颗粒物所构成，组成与地面土壤十分相近，这些粒子主要靠干沉降和湿沉降过程而去除。大气颗粒物的表面性质

成核作用指饱和蒸汽在颗粒物表面形成液滴的现象粘合指颗粒彼此粘合或在固体表面粘合吸着指气体或蒸汽吸附在颗粒物表面第16页，共30页，2023年，2月20日，星期三第17页，共30页，2023年，2月20日，星期三第18页，共30页，2023年，2月20日，星期三老化作用对不同粒子的影响老化作用对粗、细粒子的影响很不相同。可以看出，由于气溶胶老化使积聚模的体积浓度有很大增长，对粗粒子体积的影响却很小。第19页，共30页，2023年，2月20日，星期三各种粒子模相互作用的凝聚速率第20页，共30页，2023年，2月20日，星期三各种粒子模相互作用的凝聚速率爱根核模之间或爱根核模与小的积聚模之间作用都能使爱根核模长大从而进入积聚模粒径范围。从表1—21可以看出，核模与积聚模之间的凝聚作用超过核模之间的凝聚作用；粗模与粗模之间的凝聚作用以及积聚模与粗模之间的凝聚作用均可忽略。这进一步证明了粗粒子和细粒子(核模十积聚模)可以认为是彼此相互独立的。第21页，共30页，2023年，2月20日，星期三5.4大气颗粒物的源和汇大气颗粒物的来源1）颗粒物的天然来源

天然源可起因于地面扬尘(风吹灰尘)，和地壳、土壤的成分很相似，海浪溅出的浪沫，火山爆发的喷出物，森林火灾的燃烧物，宇宙来源的陨星尘及生物界产生的颗粒物如花粉、孢子等。二次颗粒物的天然来源主要是森林中排出的碳氢化合物(主要是萜烯类)，进入大气后经光化学反应，产生的微小颗粒，与自然界硫、氮、碳循环有关的转化产物如由H2S、SO2经氧化生成的硫酸盐，由NH3、NO和NO2氧化生成的硝酸等。第22页，共30页，2023年，2月20日，星期三5.4大气颗粒物的源和汇2）颗粒物的人为来源

燃料燃烧过程中产生的固体颗粒物，如煤烟、飞灰等，各种工业生产过程中排放的固体微粒，汽车尾气排出的卤化铅凝聚而形成的颗粒物以及如人为排放SO2在一定条件下转化为硫酸盐粒子等的二次颗粒物。第23页，共30页，2023年，2月20日，星期三大气颗粒物的去除过程干沉降存在两种机制(1)颗粒物在重力作用下沉降(2)颗粒物做布朗运动、与其他物体碰撞后发生沉降第24页，共30页，2023年，2月20日，星期三湿沉降的两种机制(1)雨除指一些颗粒物作为形成云的凝结核，成为云滴的中心，通过凝结过程和碰撞过程使其增大为雨滴，形成降雨，颗粒物从而被去除。对半径小于1μm的颗粒物有效；(2)冲刷降雨时在云下面的颗粒物与降下来的雨滴发生惯性碰撞或扩散、吸附过程，从而使颗粒物去除，对于半径在4μm以上的颗粒物效率较高。半径在2μm左右的很难通过以上两种方式除去。第25页，共30页，2023年，2月20日，星期三5.5大气颗粒物的化学组成无机颗粒物：由颗粒物的形成过程决定。如扬尘的成分主要是该地区的土壤粒子。海洋溅沫成分主要是氯化钠粒子和硫酸盐粒子。有机颗粒物：指大气中的有机物质凝聚而形成的颗粒物，或有机物质吸附在其他颗粒物上面而形成的颗粒物。粒径较小，属于爱根核模或积聚模。第26页，共30页，2023年，2月20日，星期三第27页，共30页，2023年，2月20日，星期三