2-1大氣顆粒物的基本概念

1、大氣顆粒物的形成與控制 大氣顆粒物的基本概念南京理工大學(xué)環(huán)境與生物工程學(xué)院2012-8-24大氣顆粒物由各種體或液體微粒均勻地分散在空氣中形成的一個龐大的分散體系，稱為氣溶膠體系。*氣溶膠體系中分散的各種粒子稱為大氣顆粒物。大氣顆粒物的分類A二.大氣顆粒物的源和匯三、大氣顆粒物的物理和化學(xué)性質(zhì)一、大氣顆粒物的分類（一）按粒徑、狀態(tài)及來源劃分（8種）* 1、粉塵（微塵、Dust）顆粒直徑：1100|nm，固體。機械粉碎的固體微粒，風(fēng)吹揚塵，風(fēng)沙。* 2、煙（煙氣，F(xiàn)ume)顆粒直徑：0.01gm,固體。生成、現(xiàn)象:而成的固體顆粒。由升華、蒸餡.熔融及化學(xué)反應(yīng)等產(chǎn)生的蒸氣凝結(jié)如熔融金屬、凝結(jié)的金屬

2、氧化物、汽車排氣、煙草燃煙、硫酸鹽 等。未 3、灰（Ash ）顆粒直徑：l200|Lim;物態(tài)：固體；生成、現(xiàn)象：燃燒過程中產(chǎn)生的不燃性微粒，如煤、木材燃燒時 產(chǎn)生的硅酸鹽顆粒，粉煤燃燒時產(chǎn)生的飛灰等。* 4、霧（Fog ）顆粒直徑：2- 200 gm ; 物態(tài)：液體；生成、現(xiàn)象：水蒸氣冷凝生成的顆粒小水滴或冰晶，水平視程小 于 lkm。* 5、靄面（Mist）顆粒直徑：大于10 gm ;物態(tài)：液體；生成、現(xiàn)象：與霧相似，氣象上規(guī)定稱輕霧，水平視程在12km 之內(nèi)，使大氣呈灰色。* 6> 霾問五（Haze ）>顆粒直徑01 Jim左右固 >生成、現(xiàn)象：干的塵或鹽粒懸浮于大氣中

3、形成，使大氣混濁呈淺 藍色或微黃色。水平視程小于2kmo* 7、Smoke）>包含0015 jim的固體或液體。注意與第2點中煙氣Fume（固體，蒸氣凝結(jié)）的區(qū)別> 一般為含碳物質(zhì)，如煤燃燒時產(chǎn)生的固體碳粒、水、焦油狀物質(zhì) 及不完全燃燒的灰分所形成的混合物。如果煤煙中失去了液態(tài)顆 粒，即成為煙炭。8> 煙霧（Smog ）> 0.001-2 pm的固體。>現(xiàn)泛指各種妨礙視程（能見度低于2km）的大氣污染現(xiàn)象。光化學(xué)煙 霧產(chǎn)生的顆粒物，粒徑常小于0.5 gm使大氣呈淡褐色。(二)按監(jiān)測和粒徑劃分1> 總懸浮顆粒物(Total Suspended Particul

4、ate, TSP)用標準大容量顆粒采樣器，在濾膜上所收集的顆粒物的總質(zhì)量， 是大氣質(zhì)量評價中的一個通用的重要污染指標。2飄塵和降塵長期飄泊在大氣中顆粒直徑小于10pm的懸浮物稱為飄塵(Airborne particle);PM10大于10pm的微粒，由于自身的重力作用而很快沉降下來的這部分 微粒稱為降塵(Dustfall) o3、可吸入顆粒物(Inhalable Particulate,易于通過呼吸過程而進入呼吸道的粒子，小于10微米：二，大氣顆粒物的源和匯（一）大氣顆粒物的來源1、天然來源* 1 ） 一次顆粒物可起因于地面揚塵（風(fēng)吹灰塵），與地殼、土壤的成分相似；海浪濺出的浪沫，火山爆發(fā)的噴

5、出物，森林火災(zāi)的燃燒物，宇宙 來源的隕星塵，生物界產(chǎn)生的顆粒物如花粉、孑包子等。* 2）二次顆粒物森林中排出的碳氫化合物（主要是菇烯類）進入大氣后經(jīng)光化學(xué)反應(yīng)， 產(chǎn)生的微小顆粒；與自然界硫、氮、碳循環(huán)有關(guān)的轉(zhuǎn)化產(chǎn)物，如由HgS、SO?氧化生 成的硫酸鹽，由NH3、NO和NO?氧化生成的硝酸等。2、人為來源A燃料燃燒過程中產(chǎn)生的固體顆粒物，如煤煙、飛灰等。各種工業(yè)生產(chǎn)過程中排放的固體微粒，汽車尾氣排出 的鹵化鉛凝聚而形成的顆粒物。人為排放SO?在一定條件下轉(zhuǎn)化為硫酸鹽粒子等的二次 顆粒物。（二）大氣顆粒物的匯（匯集干沉降和濕沉降）* 1.干沉降：干沉降是指顆粒物通過重力作用或與其它物體碰撞后發(fā)生

6、沉降OA沉降機制1： 一種通過重力對顆粒物的作用。沉降的速 率與顆粒的粒徑、密度、空氣運動粘滯系數(shù)等有關(guān)。粒子的沉降速度可應(yīng)用斯托克斯定律求出:/其中，V表示沉降速度；g為重力加速度；為粒子直徑；Q和Qo 分別為顆粒及空氣的密度；"空氣的粘度，以泊（Pas）表示。A結(jié)論：粒徑和密度愈大，則沉降速率也愈大。A沉降機制2:另一種是粒徑小于0.1pm的顆粒，靠布朗運動擴散、互相碰撞而凝集成較大的顆粒，通過大氣湍流擴散到地或碰撞而消除。干沉降對粒徑小于lpim的顆粒物去除效率較高。* 2、濕沉降：指降雨、下雪使顆粒物消除的過程。存在雨除和沖刷兩種機制;對粒徑為4屮115屮n的顆粒物去除效率較

7、高。三、大氣顆粒物的物理和化學(xué)性質(zhì)(_)物理性質(zhì)* 1、大氣顆粒物的粒度分布>用有效直徑來表示，即空氣動力學(xué)直徑(Dp)> Dp表示與所研究的粒子有相同終端降落速度的密度為1的球體直徑。> Dg一幾何直徑；> K形狀系數(shù)(球形K二1.0);> 忽略了浮力效應(yīng)的粒密度；> Po一參考密度(1.0 g/cm3)。2、大氣顆粒物的四模態(tài)I. 成核模態(tài)<10nmII. 艾根模態(tài)10-100nmIIL積聚模態(tài)0l2pmIV.粗粒模態(tài)too愛10-積酸模一-4>2jim* 1）艾根核模（成核模+艾根模）:PM2.5由蒸汽凝結(jié)或光化學(xué)反應(yīng)使氣體形成核作用而形成

8、的顆 粒，粒度為 0.005-O.ljLim （ 0.05 ）。2）積聚模：艮核模型顆粒凝聚A粒徑在0.1 - 2pm范圍的顆粒物是 或通過蒸氣凝結(jié)氣體而長大砂以上兩種合稱為細粒（2|Lim）,靠冷凝和凝聚形成o* 3）粗«:粒徑大于2屮11的顆粒物。由機械粉碎、液滴蒸發(fā)等過程形成;由自然界（表面崩解和風(fēng)化）及人類活動的一次污染物。城市大氣中顆粒物的分布多數(shù)屬雙模型, 即(2)積聚模和(3)粗粒模。3.微粒的表面性質(zhì)三種:成核作用、粘合和吸著* 1）成核指過飽和蒸汽在微粒上凝結(jié)形成液滴的現(xiàn)象，雨滴的形成也涉及 成核作用。* 2）粘合粒子間可以彼此互相緊緊的粘合或在固體表面上粘合，是小

9、顆粒 形成較大的凝聚體并最終達到很快沉降粒徑的過程。3）吸著（吸附）指氣體分子被顆粒物吸著的現(xiàn)象。如果氣體或蒸氣溶解在微粒中（化學(xué)反應(yīng)），這種現(xiàn)象稱為吸收。（二）天氣顆粒物的化學(xué)組成1.大氣中的無機顆粒物*重點研究小于2ym的細顆粒物;1）來源：*人為源：電廠（燃煤）、市政焚化、冶金過程、采礦及地面交通運輸（鉛）等, 其中最重要的是冶金過程。*天然源:由于顆粒物是易消失的粉塵（可自然降解或轉(zhuǎn)化）和海浪濺沫, 其中大顆粒占優(yōu)勢，沉降迅速，對環(huán)境影響不大。2）按粒徑分*粗粒子主要是土壤及污染物排出來的塵粒，化學(xué)組分為Fe、Ca、Si、Na 、Cl、Al,大多是一次粒子。*細粒子主要是硫酸鹽、硝酸鹽、餃鹽、痕量金屬和炭黑（黑碳）等。 _ 丄一O. 1110在祖贛粒和細顆粒中化學(xué)形裔分布在粗顆粒和細顆粒 中，物質(zhì)化學(xué)組成 分布情況。2 有力顆來物*是指大氣中的有機物質(zhì)凝聚而形成的顆粒物，或有機物質(zhì) 吸附于其他顆粒。*是主要的大氣顆粒污染物。!）種類: