大氣顆粒物大氣氣溶膠課件

2023/9/7玉溪師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)系楊艷1第二章大氣環(huán)境化學(xué)大氣顆粒物(大氣氣溶膠)環(huán)境空氣的質(zhì)量及監(jiān)測方法簡介2023/8/3玉溪師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)系楊艷1第二2023/9/7玉溪師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)系楊艷2大氣顆粒物氣溶膠的定義 大氣與懸浮在其中的固體和液體微粒共同組成的多相體系氣溶膠體系中分散的各種粒子稱為大氣顆粒物。2023/8/3玉溪師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)系楊艷2大氣顆2023/9/7玉溪師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)系楊艷3一、大氣顆粒物的來源和消除1、大氣顆粒物的來源大氣顆粒物可分為天然源和人為源兩類。若按顆粒物形成機制，又可分為一次顆粒物和二次顆粒物。一次顆粒物是由天然污染源和人為污染源釋放到大氣中直接造成污染的顆粒物。

二次顆粒物是由大氣中某些污染氣體組分(如二氧化硫、氮氧化物、碳氫化合物等)之間，或這些組分與大氣中的正常組分(如氧氣)之間通過光化學(xué)氧化反應(yīng)、催化氧化反應(yīng)或其它化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化生成的顆粒物。

2023/8/3玉溪師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)系楊艷3一、2023/9/7玉溪師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)系楊艷4一、大氣顆粒物的來源和消除1）顆粒物的天然來源天然源可起因于地面揚塵(風吹灰塵)，和地殼、土壤的成分很相似，海浪濺出的浪沫，火山爆發(fā)的噴出物，森林火災(zāi)的燃燒物，宇宙來源的隕星塵及生物界產(chǎn)生的顆粒物如花粉、袍子等。二次顆粒物的天然來源主要是森林中排出的碳氫化合物(主要是萜烯類)，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H2S、SO2經(jīng)氧化生成的硫酸鹽，由NH3、NO和NO2氧化生成的硝酸等。2023/8/3玉溪師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)系楊艷4一、2023/9/7玉溪師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)系楊艷5一、大氣顆粒物的來源和消除2）顆粒物的人為來源燃料燃燒過程中產(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以及如人為排放SO2在一定條件下轉(zhuǎn)化為硫酸鹽粒子等的二次顆粒物。2023/8/3玉溪師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)系楊艷5一、2023/9/7玉溪師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)系楊艷6一、大氣顆粒物的來源和消除2、大氣顆粒物的消除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)生沉降。

干沉降消除過程存在著兩種機制：一種是通過重力對顆粒物的作用，使它降落在土壤、水體的表面或植物、建筑等物體上，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)。

2023/8/3玉溪師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)系楊艷6一、2023/9/7玉溪師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)系楊艷7一、大氣顆粒物的來源和消除

粒子的沉降速度可應(yīng)用斯托克斯定律求出：V=gd2（

1-

2）/1.8

V表示沉降速度，cm/s；g為重力加速度，cm/s2；d為粒子直徑，cm；

1

，

2為顆粒及空氣的密度，g/cm3；

空氣的粘度，以泊表示。粒徑愈大，則擴散系數(shù)和沉降速率也愈大。2023/8/3玉溪師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)系楊艷7一、2023/9/7玉溪師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)系楊艷8表：不同粒徑顆粒物的沉降速度

2023/8/3玉溪師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)系楊艷8表：不2023/9/7玉溪師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)系楊艷9一、大氣顆粒物的來源和消除

另一種沉降機制是粒徑小于0.l

m的顆粒，即艾根粒子，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面或碰撞而消除。濕沉降濕沉降是指降雨、下雪使顆粒物消除的過程。濕沉降存在雨除(Rainout)和沖刷(Washout)兩種機制。

2023/8/3玉溪師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)系楊艷9一、2023/9/7玉溪師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)系楊艷10二、大氣顆粒物的粒徑分布

1、大氣顆粒物的粒徑

粒度是指顆粒物粒子直徑的大小。

2023/8/3玉溪師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)系楊艷10二、2023/9/7玉溪師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)系楊艷111、大氣顆粒物的粒徑

粉塵（微塵、Dust）

顆粒直徑：1~100

m；物態(tài)：固體；生成機制、現(xiàn)象：機械粉碎的固體微粒，風吹揚塵，風沙。

煙(煙氣，F(xiàn)ume)

顆粒直徑：0.01~1

m；物態(tài)：固體；生成機制、現(xiàn)象：由升華、蒸餾、熔融及化學(xué)反應(yīng)等產(chǎn)生的蒸氣凝結(jié)而成的固體顆粒。如熔融金屬、凝結(jié)的金屬氧化物、汽車排氣、煙草燃煙、硫酸鹽等。

2023/8/3玉溪師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)系楊艷111、2023/9/7玉溪師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)系楊艷12

1、大氣顆粒物的粒徑灰（Ash）顆粒直徑：1~200

m；物態(tài)：固體；生成機制、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。霧（Fog）顆粒直徑：2~200

m；物態(tài)：液體；生成機制、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1km。2023/8/3玉溪師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)系楊艷1212023/9/7玉溪師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)系楊艷131、大氣顆粒物的粒徑

靄（Mist）顆粒直徑：大于10

m；物態(tài)：液體；生成機制、現(xiàn)象：與霧相似，氣象上規(guī)定稱輕霧，水平視程在1~2km之內(nèi)，使大氣呈灰色。

霾（Haze）顆粒直徑：~0.1

m；物態(tài)：固體；生成機制、現(xiàn)象：干的塵或鹽粒懸浮于大氣中形成，使大氣混濁呈淺藍色或微黃色。水平視程小于2km。2023/8/3玉溪師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)系楊艷131、2023/9/7玉溪師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)系楊艷141、大氣顆粒物的粒徑煙塵(熏煙，Smoke)：

0.01~5

m；固體與液體；含碳物質(zhì)，如煤炭燃燒時產(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。煙霧（Smog）：0.001~2

m；固體；粒徑在2

m以下，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

m使大氣呈淡褐色。

2023/8/3玉溪師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)系楊艷141、2023/9/7玉溪師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)系楊艷151、大氣顆粒物的粒徑總懸浮顆粒物(TotalSuspendedParticulateTSP)：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)量作為大氣質(zhì)量評價中的一個通用的重要污染指標。長期飄泊在大氣中顆粒直徑小于l0

m的懸浮物稱為飄塵(Airborneparticle)，大于l0

m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（Dustfall）?？晌肓Ｗ右子谕ㄟ^呼吸過程而進入呼吸道的粒子。目前國際標準化組織(ISO)建議將其定為Dp≤10μm。2023/8/3玉溪師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)系楊艷151、2023/9/7玉溪師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)系楊艷16二、大氣顆粒物的粒徑分布2、大氣顆粒物的三模態(tài)

大氣顆粒物的粒度有三個模：即艾根核模、積聚模和粗粒模（Whitby1978）。由蒸汽凝結(jié)或光化學(xué)反應(yīng)使氣體經(jīng)成核作用而形成的顆粒，粒度為0.005~0.05

m，屬于核模型。粒徑在0.05~2

m范圍的顆粒物是由核模型顆粒凝聚或通過蒸氣凝結(jié)氣而長大的，屬于積聚模型。以上這兩種顆粒物合稱為細粒(小于2

m)。粒徑大于2

m的顆粒物屬粗粒，由機械粉碎、液滴蒸發(fā)等過程形成的，屬于粗粒模。主要是自然界及人類活動的一次污染物。2023/8/3玉溪師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)系楊艷16二、2023/9/7玉溪師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)系楊艷17圖2-48

2023/8/3玉溪師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)系楊艷17圖2023/9/7玉溪師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)系楊艷18二、大氣顆粒物的粒徑分布

細顆粒主要化學(xué)組分為SO42—、NH4+、NO3—、Pb和含有煙炱和凝聚有機物的碳，粗顆?；瘜W(xué)組分為Fe、Ca、Si、Na、Cl、Al等。

城市大氣中顆粒物的分布多數(shù)屬雙模型，即積聚模和粗粒模。2023/8/3玉溪師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)系楊艷18二、2023/9/7玉溪師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)系楊艷19圖2-49

2023/8/3玉溪師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)系楊艷19圖22023/9/7玉溪師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)系楊艷203、大氣顆粒物的表面性質(zhì)

微粒三種最重要的表面性質(zhì):成核作用、粘合和吸著。成核是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。2023/8/3玉溪師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)系楊艷203、2023/9/7玉溪師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)系楊艷21二、大氣顆粒物的粒徑分布

粒子可以彼此互相緊緊的粘合或在固體表面上粘合。粘合或凝聚是小顆粒形成較大的凝聚體并最終達到很快沉降粒徑的過程。吸著是指分子為顆粒物吸著的現(xiàn)象。如果氣體或蒸氣溶解在微粒中，這種現(xiàn)象稱為吸收。若吸著在顆粒物表面上，則定義為吸附。涉及特殊的化學(xué)相互作用的吸著，定義為化學(xué)吸附作用。

2023/8/3玉溪師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)系楊艷21二、2023/9/7玉溪師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)系楊艷22三、大氣中的化學(xué)組成1、無機顆粒物大于3

m(空氣動力學(xué)相應(yīng)的直徑)的金屬顆粒物，將不影響呼吸或不參與大氣間相互作用。重點研究小于2

m的細顆粒物飄塵的天然源來自風傳粉塵，火山爆發(fā)煙氣以及海浪引起的霧靄，其量可十倍于人為源。

人為源

大量的細顆粒物來自電廠(燃煤)、市政焚化、冶金過程、采礦及地面交通運輸?shù)?。其中最重要的是冶金過程，使大量的環(huán)境重要金屬進入大氣，顆粒物直徑小于2

m的占46.6%。

2023/8/3玉溪師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)系楊艷22三、2023/9/7玉溪師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)系楊艷23三、大氣中的化學(xué)組成

天然源顆粒物的天然源一般大于人為源載帶量。由于顆粒物是易消失的粉塵和海浪濺沫，其中大顆粒占優(yōu)勢，沉降迅速，對環(huán)境影響不大，除非在散發(fā)源附近如火山爆發(fā)將大量顆粒物散發(fā)達數(shù)公里之遙。

2023/8/3玉溪師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)系楊艷23三、2023/9/7玉溪師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)系楊艷24三、大氣中的化學(xué)組成2、有機顆粒物大氣顆粒有機污染物是指吸附和沉積在各種大氣顆粒上的有機物，大氣中的另一類有機物為揮發(fā)性有機物。根據(jù)1979年以前公開發(fā)表的文獻報告統(tǒng)計，已經(jīng)確證的顆粒有機污染物，由于燃燒所產(chǎn)生的有109種，因廢物焚燒所產(chǎn)生的235種，煤/油燃燒所產(chǎn)生的69種。按類別分為多環(huán)芳香族化合物、芳香族化合物，含氮、氧、硫、磷類化合物，烴基化合物，脂肪族化合物，羰基化合物和鹵代化合物。

2023/8/3玉溪師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)系楊艷24三、2023/9/7玉溪師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)系楊艷25表：城市顆粒物中已檢出的各類有機化合物2023/8/3玉溪師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)系楊艷25表：2023/9/7玉溪師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)系楊艷262023/8/3玉溪師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)系楊艷262023/9/7玉溪師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)系楊艷27四、大氣顆粒物中的PM2.5

顆粒物通過呼吸道進入人體，較大的粒子可能停留在鼻腔及鼻咽部，很小的顆粒可以進入并停留在肺部。目前，世界上對可吸入粒子的粒徑大小有兩種意見，一種定為l0

m以下，一種定為l5

m以下。目前側(cè)重研究PM2.5

沉積主要通過三種作用：(1)碰撞作用：5~30

m粒徑的顆粒(2)沉降作用：1~5

m粒徑的顆粒(3)擴散作用：粒徑小于0.1

m的顆粒

自學(xué)課本P142-1452023/8/3玉溪師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)系楊艷27四、2023/9/7玉溪師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)系楊艷28環(huán)境空氣的質(zhì)量

1、環(huán)境空氣質(zhì)量標準國家環(huán)境保護局于1996年發(fā)布了《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》(GB3095一1996)。一級標準適用于一類質(zhì)量功能區(qū)，包括自然保護區(qū)、風景名勝區(qū)和其他需要特殊保護的地區(qū)。二級標準適用于二類質(zhì)量功能區(qū)，包括城鎮(zhèn)規(guī)劃中確定的居住區(qū)、商業(yè)交通居民混合區(qū)、文化區(qū)、一般工業(yè)區(qū)和農(nóng)村地區(qū)。三極標準適用于三類質(zhì)量功能區(qū)，包括各特定工業(yè)區(qū)。

2023/8/3玉溪師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)系楊艷28環(huán)境2023/9/7玉溪師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)系楊艷29環(huán)境空氣的質(zhì)量2、空氣污染指數(shù)

空氣污染指數(shù)(API)就是定時通過新聞媒體向社會公眾報告的一種定量反映和評定空氣質(zhì)量狀況的尺度，即把常規(guī)監(jiān)測的幾種空氣污染物濃度簡化成單一的數(shù)值形式，并分級表示空氣受污染程度和空氣質(zhì)量狀況，具有簡明、直觀、通俗易懂的特點。

由于中國城市空氣污染以煤煙型污染為主，目前計入空氣污染指數(shù)的項目暫定為二氧化硫、氮氧化物和總懸浮顆粒物(TSP)。2023/8/3玉溪師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)系楊艷29環(huán)境2023/9/7玉溪師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)系楊艷30環(huán)境空氣的質(zhì)量2023/8/3玉溪師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)系楊艷30環(huán)境2023/9/7玉溪師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)系楊艷31大氣環(huán)境監(jiān)測1、污染調(diào)查（1）方案的制定：污染物排放入大氣后，受到諸多因素的影響，其中污染物在大氣中的時間分布和空間分布十分復(fù)雜且多變，監(jiān)測前必須掌握它們的變化規(guī)律。a.污染物的時間分布：大氣的湍流運動對大氣中的污染物擴散起著重要的作用。由于具有不同能量和體積的氣團在一段時間內(nèi)對空間上某點作來回的周期性運動，導(dǎo)致污染物也產(chǎn)生相同的周期變化。b.污染物得空間分布：根據(jù)監(jiān)測目標和污染的空間范圍，可確定其空間代表性尺度。如小尺度是指一個相當小的氣團，它能使地面空氣污染濃度產(chǎn)生較大變化；大尺度是指空氣污染的“區(qū)域背景”濃度在幾十到幾百千米的直線上，污染濃度相當均勻。202