第三篇 大气环境化学 第4章 大气颗粒物

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大气颗粒物源和汇 --大气颗粒物来源
天然源、人为源
（按颗粒物形成机制）大气颗粒物
一次颗粒物、二次颗粒物 一次颗粒物
天然污染源和人为污染源释放。
二次颗粒物
大气污染气体组分(如二氧化硫、氮氧化物、碳氢化合物等)之间， 或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。
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大气颗粒物粒度分布及表面性质
细颗粒化学组分
SO42－、NH4+、NO3－、Pb和含有烟炱和凝聚有机物的碳
粗颗粒化学组分
Fe、Ca、 Si、Na、Cl－、Al等。 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
微粒的表面性质
成核作用、粘合和吸着（吸收 、吸附 ）
气体或蒸气溶解于微粒---吸收 气体或蒸气吸着于颗粒物表面---吸附
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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 2 m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。
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大气颗粒物分类
总悬浮颗粒物(Total Suspended Particulate TSP)：
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颗粒物对人体健康影响
颗粒物---呼吸道---人体，大粒子可能停留在鼻腔及鼻咽部，小颗 粒可以进入并停留在肺部。 可吸入粒子的粒径规定：l0m以下或l5m以下。 PM2.5 、PM10 国际辐射防护委员会(ICRP)的肺动力特性试验工作组： 粒子在呼吸道中准确的吸收模式 呼吸道：鼻咽区、支气管区和肺区。
Ii
Ci Ci , j Ci , j 1 Ci , j
(Ii, j 1 Ii, j ) Ii, j
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环境空气的质量
Ii Ci C3,3 C3,4 C3,3
(I3,4 I3,3) I3,3
0.400 0.150 Ii (300 200) 200 0.565 0.150
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大气颗粒物粒度分布及表面性质
大气颗粒物的粒度：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 成的，属于粗粒模。
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环境空气的质量
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环境空气的质量
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, NOx 实测浓度 0.400mg/m3 介于 0.150 ～ 0.565mg/m3 之间 , 按照表 1, 此处浓度限值 C3.3 = 0.150 mg/m3, C3.4 = 0.565mg/m3而相应的分指数值I3.3 = 200， I3.4 = 300（表1 ），则NOx的污染分指数为:
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。
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大气颗粒物分类
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：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。
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）
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环境空气的质量
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 （最早）计入空气污染指数的项目暂定为二氧化硫、氮氧化物和总 悬浮颗粒物(TSP)。 （后来）修改为PM10、二氧化硫、氮氧化物（以二氧化氮记）、 一氧化碳、臭氧五项 （现在）又增加了PM2.5指标，同时改称为空气质量指数（AQI） 各种污染物各具一个分指数，并以分段线性函数形式将该分指数 与其浓度相关联。
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。
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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。
岩石和土壤---铀-238、钍-232和铀-235等
宇宙射线
太阳和外层宇宙空间高能粒子流（大气天然放射性主要来源）。 宇宙射线与大气中原子核相互作用产生许多放射性核素。
降水去除
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放射性核素
人工产生的放射性核素
（1）核武器 （2）核电站 （3）燃煤的排放物
放射性核素对健康的效应
具中等半衰期的放射性核素危害最大
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 ( Airborne particle)， 大 于 l0m 的 悬 浮 物 ， 由 于 重 力 作 用 而 沉 降 的 微 粒 称 为 降 尘 （Dustfall）。
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颗粒物--无机化合物
重点 小于2m的细颗粒物 天然源 风传粉尘，火山爆发烟气以及海浪。
人为源 细颗粒物→
电厂（燃煤）、市政焚化、冶金过程、采矿及地面交通运输等。 冶金-----颗粒物直径小于2m，占46.6%。 镉、铬、铜和锰飘尘-----冶炼厂、冶金工业。 铍、镍和钒----动力发电厂(燃煤及燃油)。 飘尘镉----焚烧。
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大气颗粒物源和汇--颗粒物人为源
颗粒物人为源
燃料燃烧过程中产生的固体颗粒物，如煤烟、飞灰等 工业生产排放的固体微粒 汽车尾气排出的卤化铅凝聚而形成的颗粒物 人为排放SO2（一定条件下）-----硫酸盐粒子
大气颗粒物消除（汇）
干、湿沉降
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大气颗粒物粒度分布及表面性质
城市大气
直径小于0.1m颗粒（居多 ） 体积或质量分布（峰值 ） 0.5m，10m 细颗粒--蒸汽凝结 粗颗粒---灰尘、飘尘及小粒径气溶胶长大而成的颗粒 表面积分布曲线（峰值 ） 0.25m（平均）
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颗粒物ห้องสมุดไป่ตู้-有机化合物
吸附和沉积于大气颗粒
（挥发性有机物）
一次污染物，二次污染物
1979年 --燃烧（109种）、废物焚烧（235种）、煤/油燃烧（69种）
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。
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放射性核素
天然放射性 陆生气体放射性核素
第四章
大气颗粒物（大气气溶胶）
悬浮在大气中的微粒（气溶胶 ）
----有害物质，如致癌、致畸、致突变的物质。 ----有毒物质的运载体或反应床
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。
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大气颗粒物分类
粉尘（微尘、Dust）
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。
沉积作用
（1）碰撞作用：5~30m粒径的颗粒---鼻咽部和支气管上部沉降 （2）沉降作用：1~5m 粒径的颗粒---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
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环境空气质量
国家环境保护局（1996年） 《环境空气质量标准》(GB3095－1996) 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）。
Ii 260
用类似的方法可计算出 TSP 、SO2 的分指数分别为 60(TSP) 和 161 (SO2)。则总体上只取污染指数最大者报告该城市的空气污染 指数。 API=max(60、161、260)=260 首要污染物为NO 。
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大气颗粒物源和汇--颗粒物天然来源
一次颗粒物天然源
地面扬尘（风吹灰尘）、海浪浪沫、火山爆发喷出物、森林火灾 燃烧物、陨星尘及生物界产生的颗粒物，如花粉、袍子等。
二次颗粒物天然源
森林排出碳氢化合物（主要是萜烯类）--光化学反应--产生微小 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。