大气颗粒物污染

1第二章大气环境化学(AtmosphereEnvironmentalChemistry)第四节大气颗粒物(大气气溶胶）（AtmosphereParticulate)2大气能见度是大气质量最直接指标之一34大气气溶胶影响能见度名古屋汉城北京5一级标准二级标准三级标准二氧化硫年平均0.020.060.1毫克/立方米SO2日平均0.050.150.25(标准状态)1小时平均0.150.50.7总悬浮颗粒物年平均0.080.20.3TSP日平均0.120.30.5可吸入颗粒物年平均0.040.10.15PM10日平均0.050.150.25氮氧化物年平均0.050.050.1NOx日平均0.10.10.151小时平均0.150.150.3二氧化氮年平均0.040.040.08NO2日平均0.080.080.121小时平均0.120.120.24一氧化碳日平均446CO1小时平均101020臭氧O3铅季平均1.5微克/立方米Pb年平均1(标准状态)苯并[a]芘B[a]P氟化物日平均7①F1小时平均20①月平均1.8②3.0③植物生长季平均1.2②2.0③微克/(平方分米.日日平均0.011小时平均0.120.160.2污染物名称取值时间浓度限值浓度单位《环境空气质量标准》(GB3095一1996)6国家环境保护局于1996年发布了《环境空气质量标准》(GB3095一1996)。一级标准适用于一类质量功能区，包括自然保护区、风景名胜区和其他需要特殊保护的地区。二级标准适用于二类质量功能区，包括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。三极标准适用于三类质量功能区，包括各特定工业区。环境空气质量标准7气溶胶(aerosol)：指液体或固体微粒均匀地分散在气体中形成的庞大的分散体系。其中颗粒物的直径为0.001～100μm。大气颗粒物：气溶胶体系中分散的各种粒子，称为大气颗粒物。大气颗粒物是大气的一个组成部分，参与大气降水过程，大气中有毒物质可以是无机物也可以是有机物，主要分布在气溶胶中形成污染源。一、气溶胶的定义和分类1.气溶胶的定义8胶体的丁达尔现象92.大气颗粒物的性质有机物、无机物，固态、液态形成云、雾、雨、雪等天气，参与大气降水有害物质通过呼吸进入到人体，危害健康大气中污染物的载体和反应床影响臭氧层的破坏、酸雨形成和烟雾事件的发生103.大气颗粒物的来源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成分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。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113.大气颗粒物的来源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生物界产生的颗粒物1）天然来源12燃料燃烧过程中产生的固体颗粒物，如煤烟、飞灰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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。3.大气颗粒物的来源2）颗粒物的人为来源13二、大气中颗粒物的粒度空气动力学直径（Dp）opDgKDpDg—几何直径K—形状系数ρp—忽略了浮力效应的粒密度ρo—参考密度（ρo=1g/cm3）141)同一空气动力学直径的尘粒趋向于沉降在人体呼吸道内的相同区域。2)同一空气动力学直径的尘粒在大气中具有相同的沉降速度和悬浮时间。15大气颗粒物实际上并不是球体，多为不规则的粒子，因此颗粒物的粒径不能仅指其直径，需用有效直径来表示。即空气动力学直径（Dp）。Dp是指在通常温度压力和相对湿度下，在静止的空气中,与实际颗粒物具有相同重力末速度的密度为1g/cm3的球体直径。Dp是一种假想的球体颗粒直径，与实际颗粒物粒径不同。实际颗粒物粒径与颗粒物的组成、相对密度和颗粒物形状有关。空气动力学直径（Dp）16总悬浮颗粒物：用标准大容器颗粒采样器在滤膜上所收集到的颗粒物的总质量。用TSP表示，其粒径多在100µm以下，尤其以10µm以下的为最多。降尘：大于10μm的颗粒能够依其自身重力作用降落到地面；飘尘：小于10μm的颗粒，在大气中可较长时间飘游。可吸入粒子：易于通过呼吸过程而进入呼吸道的粒子。其粒径小于10µm以下的颗粒物。1、大气颗粒物的粒度分布Page17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：1~200μm；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。Page18雾（Fog）颗粒直径：2~200μm；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10μm；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：~0.1μm；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。Page19霾Page20烟尘(熏烟，Smoke)颗粒直径：0.01~5μm；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）：0.001~2μm；固体；粒径在2μm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0.5μm使大气呈淡褐色。Page21飘尘（Airborneparticle）：可在大气中长期漂浮的悬浮物，其粒径小于10µm。降尘（Dustfall）：能采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10µm的粒子由于自身的重力作用会很快沉降下来。这部分就称为降尘。可吸入粒子（PM10和PM2.5）：易于通过呼吸过程进入呼吸道的粒子。Dp≤10μm22大气中总悬浮颗粒物的测定(1)（TSP,TotalSuspendedParticulates）测定方法：大流量采样-重量法仪器：大流量采样器操作：保持气体流量为1.1-17m3/min集粒范围：0.1-100µm采样时间：8-24h23称重：计算：大气中总悬浮颗粒物的测定(2)（TSP,TotalSuspendedParticulates）0011000)()/(VWWLmgTSPW1—尘膜重量（g）W0—空白滤膜重量（g）V0—标准状态下的累积采样体积(L)24V0—标准状态下的累积采样体积6010010tQTPTPVQ—采样器采气流量P1—采样期间测试现场平均大气压力KPaT0—标准状态下的绝对温度273Kt—累积采样时间hP0—标准状态下的大气压力1.10×105KPaT1—采样期间测试现场平均环境温度K25大气采样器26大气采样器27三、大气颗粒物的表面性质成核作用过饱和蒸汽在微粒上凝结形成液滴的现象，形成了雨滴粘合作用与颗粒物的粗糙程度、表面电荷、表面膜（水膜或油膜）有关吸着作用气体或蒸汽溶解在微粒中CO2+Ca（OH）2CaCO328扬尘：成分主要是该地区的土壤粒子。火山灰：除主要由硅和氧组成的岩石粉末外，还含有一些如锌、锑、硒、锰和铁等金属元素的化合物。海洋溅沫：主要是氯化钠粒子、硫酸盐粒子和一些镁化合物。四、大气颗粒物的化学组成1.无机颗粒物只含有无机物成分的颗粒物天然源的无机颗粒物29燃煤和石油排放的颗粒物：除含有大量的烟尘外，还含有铍、镍、钒等元素的化合物。焚烧炉排放的颗粒物：含有砷、铍、镉、铬、铜、铁、汞、镁、锰、镍、钒、铅、锑、钛和锌等元素的化合物。汽车尾气：含有大量的铅。1.无机颗粒物人为源释放出的无机颗粒物30已检测到的主要有：烷烃、烯烃、芳烃和多环芳烃等各种烃类。另外还含有少量的亚硝胺、杂氮环化合物、环酮、醌类、酚类和有机酸等。这些有机颗粒物主要由矿物燃料燃烧、废弃物焚烧等各种高温燃烧过程所形成的。2.有机颗粒物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。有机颗粒物种类繁多、结构极其复杂。313.大气颗粒物来源识别富集因子法地壳颗粒物)()(SiiSiiXXXXEF元素CrCoMnCdPbCuZnEF1.22.91.261269.321.5某市大气飘尘中元素的富集系数32五、大气颗粒物的去除过程1.干沉降ηρρ8.1)(212gdv颗粒物在重力作用下或与其他物体碰撞后发生的沉降。粒子的沉降速度由斯托克斯定律求出：v——沉降速度d——粒径ρ1，ρ2——分别为颗粒物和空气的密度η——空气的粘度。33颗粒物直径/μm沉降速率(cm/s)到达地面所需的时间0.10.000052—13年10.00413—98年100.34—9h100303—18min不同粒径颗粒物的沉降速度34五、大气颗粒物的去除过程2.湿沉降通过降雨、降雪等使颗粒物从大气中去除的过程。去除效果干沉降：10—20%湿沉降：80—90%35六、大气中的PM2.51.大气颗粒物的研究发展一次颗粒物二次颗粒物TSPPM10PM2.5纳米级颗粒人为源天然源、生物源362.大气中PM2.5的来源土壤扬尘海洋气溶胶车辆尾气373.大气中PM2.5的危害污染物的主要载体，携带大量的重金属和有机污染物深入到细胞中，长期存留于人体，引起气管炎、肺炎、哮喘等疾病造成大气能见度的大幅度下降38污染物健康、能见度、精密设备影响大气辐射过程能见度、气候影响云雨过程天气气候大气化学循环气粒转化、多相反应物质在不同环境圈黄土高原、海床沉积层中的迁移七、气溶胶的科研进展它是大气的重要组成部分39气溶胶的研究方向1.气溶胶的基本特征2.气溶胶的气候效应3.沙尘气溶胶4.气溶胶对环境和健康的影响40粒子的大小粒子的形状粒子的数浓度化学性质（化学成分）光学特性（折射指数）单个气溶胶颗粒气溶胶粒子群的研究1.气溶胶的基本特征气溶胶422.气溶胶的气候效应气溶胶的气候效应——使地表降温硫酸盐气溶胶的研究成为重要课题直接影响间接影响通过散射和吸收太阳辐射和地面长波辐射改变地气系统的辐射平衡直接影响气候作为云凝结核通过改变云的宏、微观特性,特别是改变云的生命期和光学特性来间接影响气候DiffusionNucleationCoalescence**CrystalcollectionSO2SO4-Evaporation****CrystalshatteringCollectionModifiedafterHegg2001Aerosols,cloudcondensationnucleiparticles,cloudsandprecipitationCycle:Vegetation(VOCs)–aerosols-CCN-clouds-precipitation443.沙尘气溶胶对酸雨的中和作用改变太阳辐射通量反应土地利用、城市化、沙漠化的变化情况对硫酸盐气溶胶形成的影响海洋微量成分的循环454.气溶胶对环境和健康的影响与光化学烟雾间的关系污染物气/液/固的多相反应对酸雨形成、硫酸盐气溶胶的影响生物气溶胶（病毒、立克次体、衣原体、细菌和放线菌、真菌和苔藓）4647参考书目方精云.全球生态学气候变化与生态响应.北京：高等教育出版社，2000唐孝炎.大气环境化学.北京：高等教育出版社，199048作业大气颗粒物的化学组成以及污染物对大气颗粒物组成的影响。大气颗粒物对环境质量以及气候所产生的影响。