大气颗粒物 张永举

环境化学之大气颗粒物报告人：张永举内容提要•大气颗粒物的概念•大气颗粒物的组成和分类•大气颗粒物的表面性质•大气颗粒物的来源和迁移•大气颗粒物的浓度测定•大气颗粒物的危害和消除•环境空气的质量大气颗粒物的概念颗粒物（particulatematter）又称尘，是指大气中的固体或液体颗粒状物质。颗粒物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，例如土壤粒子、海盐粒子、燃烧烟尘等等。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、催化氧化反应或其他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。大气颗粒物组成颗粒物的组成十分复杂，而且变动很大。大致可分为三类：有机成分、水溶性成分和水不溶性成分，后两类主要是无机成分。大气颗粒物的透射电子显微镜有机成分含量可高达50%（重量），其中大部分是不溶于苯、结构复杂的有机碳化合物。可溶于苯的有机物通常只占10%以下。可溶于水的成分主要有硫酸盐、硝酸盐、氯化物等，颗粒物中不溶于水的成分主要来源于地壳,它能反映土壤中成土母质的特征,大气颗粒物分类对颗粒物目前尚无统一的分类方法，按尘在重力作用下的沉降特性可分为飘尘和降尘。习惯上分为：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。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。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。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。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。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0.5m使大气呈淡褐色。总悬浮颗粒物(TotalSuspendedParticulateTSP)：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l0m的悬浮物称为飘尘(Airborneparticle)，大于l0m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）。大气颗粒物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。粒子可以彼此互相紧紧的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。大气颗粒物的来源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。颗粒物的天然来源:地面扬尘，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。颗粒物的人为来源：工业生产排放的固体微粒，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。大气颗粒物的迁移方式？大气颗粒物中国区域分布图大气颗粒物的浓度测定在标准状态下（即压力760毫米汞柱,温度为273K）气体每单位体积含尘重量（克或毫克）数称为含尘浓度。测定方法主要有：重量法、浓度规格表比较法、光度测定法、粒子计算法光度测定法用一定强度的光线通过受测气体，或用水洗涤一定量的受测气体，使气体中的尘粒进入水中，然后用一定强度的光线通过含尘水，气体或水中的尘粒就对光线产生反射和散射现象，用光电器件测定透射光或散射光的强度，并与标准的光度比较，即可换算成含尘浓度。重量法又叫重量浓度法，采用过滤器或其他分离器收集粉尘并称重的方法，是测定含尘量的可靠方法。过滤器可用滤纸、聚苯乙烯的微滤膜等。有多种测定仪器，如静电降尘重量分析仪可测出低达每标准立方米含尘10微克的浓度。若将已知有效表面积的集尘装置放在露天的适当位置，收集足够量的尘粒进行称重，可测定降尘量。大气颗粒物的危害降低大气能见度、影响植物生长、沾污和腐蚀建筑物和衣服、能被吸入人的支气管和肺泡中并沉积下来，引起或加重呼吸系统的疾病、干扰太阳和地面的辐射，影响地区性甚至全球性气候。大气颗粒物的危害和消除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(Rainout)和冲刷(Washout)两种机制。大气颗粒物的消除主要有：湿沉降、干沉降、沉积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：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。另一种是粒径小于0.lm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。沉积主要通过三种作用：(1)碰撞作用：5~30m粒径的颗粒(2)沉降作用：1~5m粒径的颗粒(3)扩散作用：粒径小于0.1m的颗粒环境空气的质量环境空气质量标准国家环境保护局于1996年发布了《环境空气质量标准》(GB3095一1996)。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。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。三极标准:三类质量功能区：各特定工业区。空气污染指数空气污染指数(API)就是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。由于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、氮氧化物和总悬浮颗粒物(TSP)。