环境科学概论(5)-大气颗粒物 - 副本

5.2 大气颗粒物的粒径分布
大气颗粒物粒径分布 由于粒径对于了解大气颗粒物的化学和物
理作用以及环境健康效应具有非常重要的意 义，因此必须研究粒径分布情况。 数目、表面积及体积分布函数 典型的城市模型颗粒物的分布情况
大气颗粒物粒子可以区分为三种不同粒径特征的粒子组
三模态
大气颗粒物的三模态理论
目前国际标准化组织(ISO)建议将其定为Dp≤10 μm。 我国科学工作者已采用了这个建议。
大气颗粒物的粒度分布及表面性质
微粒的表面性质
微粒三种最重要的表面性质:成核作用、粘合和吸着。 成核是指过饱和蒸汽在微粒上凝结形成液滴的现象，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体表面上粘合。粘合或凝聚是 小颗粒形成较大的凝聚体并最终达到很快沉降粒径的过程。 吸着是指分子为颗粒物吸着的现象。如果气体或蒸气溶解在 微粒中，这种现象称为吸收。 若吸着在颗粒物表面上，则定义为吸附。涉及特殊的化学相 互作用的吸着，定义为化学吸附作用。
二、有机颗粒物的来源及类型
大气颗粒有机污染物是指吸附和沉积在各种大气颗粒上的有机 物，大气中的另一类有机物为挥发性有机物。
按类别分为多环芳香族化合物、芳香族化合物，含氮、氧、硫、 磷类化合物，烃基化合物，脂肪族化合物，羰基化合物和卤代化合物。
U.S Environmental Protection Agency
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。
大气颗粒物的源和汇
2、大气颗粒物的汇
干沉降 干沉降是指颗粒物通过重力作用或与其它物体碰撞后发生沉降。 干沉降消除过程存在着两种机制：
5.3 颗粒物的源和汇
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、袍子等。
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。
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。
大气颗粒物的分类
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。 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水平 视程小于1km。
一种是通过重力对颗粒物的作用，使它降落在土壤、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。
另一种沉降机制是粒径小于0.lm的颗粒，即艾根粒子，靠布朗 运动扩散、互相碰撞而凝集成较大的颗粒，通过大气湍流扩散到地 面或碰撞而消除。
大气颗粒物的源和汇
2、大气颗粒物的汇
大气颗粒物的粒径分类
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。 长期飘泊在大气中 颗粒直径小 于l0m的悬浮物称为 飘 尘
(Airborne particle)，大于l0m的微粒，由于自身的重力作用而 很快沉降下来的这部分微粒称为降尘（Dustfall）。
一级标准 二级标准 三级标准 浓度单位
年平均
0.08
0.20
0.30
日平均 年平均
0.12 0.04
0.30 0.10
0.50 0.15
mg/m3
日平均
0.05
0.15
0.25
中国雾霾发展图
韩国遭遇雾霾天 韩媒指称污染来自北京
焚烧
易挥 发有 机物
半易 挥发 有机 物
烷基
自觉禁烧秸杆光荣!---给全市农民朋友的 一封公开信 (my0511 09-05-18)
颗粒物的环境健康效应
1.对身体健康的危害： 呼吸系统，肺部。沉积，有毒颗粒。 PM2.5 2.对能见度的影响 3. 颗粒物对植被的影响
课后思考
1. 简述大气颗粒物的来源和分类。？ 2.大气颗粒物的粒径分类有哪些？ 3. 描述总悬浮颗粒物？ 4. 简述大气颗粒物的粒度的三个模?
大气颗粒物的分类
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：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。
美国和欧洲TSP和EPA的执行标准
执行标准
美国TSP（<40um） 1971
美国PM10
年平均排放 浓度（ug/m3）
75
50
日平均排放 浓度（ug/m3）
260
150
美国PM2.5
15
65
欧洲PM2.5
20
40
中国颗粒物浓度限制
污染物 名称
总悬浮 颗粒 TSP
可吸入 颗粒物 PM10
取值时 间
浓度限制
5.2 大气颗粒物的粒径分布
大气颗粒物的粒径
大气颗粒物的粒径分类
飘尘：可在大气中长期漂浮的悬浮物称为飘尘。其粒
径主要是小于10 μm的颗粒物。
降尘：能用采样罐采集到的大气颗粒物。在总悬浮颗
粒物中一般直径大于10 μm的粒子由于自身的重力作 用会很快沉降下来。这部分颗粒物称为降尘。
可吸入粒子：易于通过呼吸过程而进入呼吸道的粒子。
过程形成的，属于粗粒模。 主要是自然界及人类活动的一次污染物。
城市大气中颗粒物的分布多数属双模型，即积聚模和粗粒模。大气颗粒物的三模态理论大气颗粒物的三模态理论
粗、细粒子间不能转化 原因：1.形成机理不一样
2.化学组成不一样
大气颗粒物的源和汇
1、大气颗粒物的来源
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，又可分为一次颗粒物和二次颗粒物。 一次颗粒物是由天然污染源和人为污染源释放到大气中直接造 成污染的颗粒物。 二次颗粒物是由大气中某些污染气体组分(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。
大气颗粒物的粒度有三个模：即艾根核模、积聚模和粗粒模 由蒸汽凝结或光化学反应使气体经成核作用而形成的颗粒，
粒度为0.005~0.05m，属于艾根核模型。 粒径在0.05~2m范围的颗粒物是由核模型颗粒凝聚或通过
蒸气凝结气而长大的，属于积聚模型。 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
大气颗粒物也称为大气气溶胶 (Aerosols)
作用： 1. 大气颗粒物是大气的一个组分； 2. 饱和水蒸气以大气颗粒物为核心而形成云、雾、雨、
雪等，它参与了大气降水过程； 3. 大气中的一些有毒物质绝大部分都存在于颗粒物中，
并可通过人的呼吸过程吸入体内而危害人体健康 4. 是大气中一些污染物的载体或反应床，因而对大气
环境科学概论
江苏大学材料学院
第五章 大气颗粒物
基本要求： 1. 掌握大气颗粒物的源和汇、颗粒物分布的基本特征； 2. 了解大气中放射性核素以及颗粒物对人体健康的影
响。
5.1 大气颗粒物概述
大气颗粒物（Atmospheric particulate matters)：大气中存在的各种固态和液态颗 粒状物质的总称
大气颗粒物的分类
烟尘(熏烟，Smoke)： 0.01~ 5 m；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。
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使大气呈淡蓝色。
中污染物的迁移转化过程有明显的影响。
清洁大气中，大气颗粒物很少，而且是无毒的， 在污染大气中，大气颗粒物也属污染物之列，并且 其中许多是有毒的。
大气颗粒物的分类
粉尘（微尘、Dust） 颗粒直径：1 ~ 100μm； 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 ~ 1μm； 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
大量的细颗粒物来自电厂(燃煤)、市政焚化、冶金过程、采矿 及地面交通运输等。其中最重要的是冶金过程，使大量的环境重要金 属进入大气，颗粒物直径小于2m的占46.6%。
大气颗粒物的化学组成
天然源 颗粒物的天然源一般大于人为源载带量。由于颗粒物是易消失的 粉尘和海浪溅沫，其中大颗粒占优势，沉降迅速，对环境影响不大， 除非在散发源附近如火山爆发将大量颗粒物散发达数公里之遥。
湿沉降 湿沉降是指降雨、下雪使颗粒物消除的过程。 湿沉降存在雨除(Rain out)和冲刷(Wash out)两种机制。
大气颗粒物的化学组成
一、无机颗粒物的来源
大于3 m (空气动力学相应的直径)的金属颗粒物，将不影响呼吸 或不参与大气间相互作用 。
重点研究小于2m的细颗粒物 飘尘的天然源来自风传粉尘，火山爆发烟气以及海浪引起的震霭， 其量可十倍于人为源。 人为源