第二篇++大气环境化学（4）大气颗粒物.ppt

1 第四章大气颗粒物 大气气溶胶 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 2 4 1大气颗粒物的分类 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 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 3 4 1大气颗粒物的分类 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 4 4 1大气颗粒物的分类 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 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 5 4 1大气颗粒物的分类 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 6 4 1大气颗粒物的分类 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 7 4 2大气颗粒物的源和汇 1 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 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 催化氧化反应或其它化学反应转化生成的颗粒物 8 4 2大气颗粒物的源和汇 1 颗粒物的天然来源天然源可起因于地面扬尘 风吹灰尘 和地壳 土壤的成分很相似 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 9 4 2大气颗粒物的源和汇 2 颗粒物的人为来源燃料燃烧过程中产生的固体颗粒物 如煤烟 飞灰等 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以及如人为排放SO2在一定条件下转化为硫酸盐粒子等的二次颗粒物 10 4 2大气颗粒物的源和汇 2 大气颗粒物的汇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 11 4 2大气颗粒物的源和汇 粒子的沉降速度可应用斯托克斯定律求出 V gd2 1 2 18 V表示沉降速度 cm s g为重力加速度 cm s2 d为粒子直径 cm 1 2为颗粒及空气的密度 g cm3 空气的粘度 以泊表示 粒径愈大 则扩散系数和沉降速率也愈大 12 4 2大气颗粒物的源和汇 另一种沉降机制是粒径小于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 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 13 4 3大气颗粒物的粒度分布及表面性质 粒度是指颗粒物粒子直径的大小 城市大气中的典型情况是直径小于0 1 m的颗粒居多数 按体积或质量分布出现两个峰值 前一个峰约在0 5 m处 后一个峰约在10 m处 这两个峰是两种不同的气溶胶形成过程所造成的 表面积分布曲线在0 25 m处有一峰值 14 4 3大气颗粒物的粒度分布及表面性质 大气颗粒物的粒度有三个模 即艾根核模 积聚模和粗粒模 Whitby1978 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 05 m 属于核模型 粒径在0 05 2 m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 以上这两种颗粒物合称为细粒 小于2 m 粒径大于2 m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 主要是自然界及人类活动的一次污染物 15 4 3大气颗粒物的粒度分布及表面性质 细颗粒主要化学组分为SO42 NH4 NO3 Pb和含有烟炱和凝聚有机物的碳 粗颗粒化学组分为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 二 微粒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 16 4 3大气颗粒物的粒度分布及表面性质 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 17 4 4大气中的无机颗粒物 一 无机颗粒物的来源大于3 m 空气动力学相应的直径 的金属颗粒物 将不影响呼吸或不参与大气间相互作用 重点研究小于2 m的细颗粒物飘尘的天然源来自风传粉尘 火山爆发烟气以及海浪引起的震霭 其量可十倍于人为源 人为源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 其中最重要的是冶金过程 使大量的环境重要金属进入大气 颗粒物直径小于2 m的占46 6 18 4 4大气中的无机颗粒物 天然源颗粒物的天然源一般大于人为源载带量 由于颗粒物是易消失的粉尘和海浪溅沫 其中大颗粒占优势 沉降迅速 对环境影响不大 除非在散发源附近如火山爆发将大量颗粒物散发达数公里之遥 19 4 5大气颗粒物中的有机化合物 大气有机颗粒物的来源及类型大气颗粒有机污染物是指吸附和沉积在各种大气颗粒上的有机物 大气中的另一类有机物为挥发性有机物 根据1979年以前公开发表的文献报告统计 已经确证的颗粒有机污染物 由于燃烧所产生的有109种 因废物焚烧所产生的235种 煤 油燃烧所产生的69种 按类别分为多环芳香族化合物 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 20 4 6大气中的放射性核素 大气中放射性物质来源1 大气中天然放射性陆生气体放射性核素在岩石和土壤中存在着铀 238 钍 232和铀 235等衰变系 每一衰变系都含有一种氡的同位素 氡是一种稀有气体 能从岩石 土壤中逸出 宇宙射线宇宙射线是指来自太阳和外层宇宙空间的高能粒子流 它本身就是大气天然放射性的主要来源 此外 宇宙射线与大气中原子核相互作用产生许多放射性核素 主要通过降水去除 21 4 6大气中的放射性核素 2 人工产生的放射性核素 1 核武器 2 核电站 3 燃煤的排放物二 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 22 4 7颗粒物对人体健康的影响 颗粒物通过呼吸道进入人体 较大的粒子可能停留在鼻腔及鼻咽部 很小的颗粒可以进入并停留在肺部 目前 世界上对可吸入粒子的粒径大小有两种意见 一种定为l0 m以下 一种定为l5 m以下 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 23 4 8环境空气的质量 一 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 24 4 8环境空气的质量 二 空气污染指数空气污染指数 API 就