第二章 大气环境化学(2)

1、3 大气污染 大气气体的组成：氮（78.09%）、氧（20.95%）、氩（0.9%）CO2（0.03%）CH4、SO2、NH3、CO、O310um。可吸入粒子（IP）：美国环保局1978年引用密勒等人所定的可进入呼吸道的粒径范围，把粒径Dp15m的粒子称为可吸入粒子。ISO定为Dp10um，已为我国所采用. (5)细颗粒物 2.5m 。2001年至2006年PM 2.5平均值的地图PM2.5密度最高出现在北非、东亚和中国。中国华北、华东和华中PM2.5的密度，指数甚至接近每立方米80微克气溶胶的粒径分布气溶胶的粒径分布:多数颗粒的粒径约为0.01m；表面积主要决定于0.2m的颗粒；体积或质量浓

2、度分布呈双峰型，其中一个峰在0.3m左右，另一个峰在10m附近某城市大气颗粒物的数浓度 图气溶胶的粒径分布图气溶胶的粒径分布 0.0050.05m; 0.052m;2m2)大气颗粒物的三模态 大气颗粒物的粒度有三个模：即艾根核模、积聚模和粗粒模（Whitby 1978）。 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0.0050.05m，属于核核模型模型。 粒径在0.052m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，属于积聚积聚模型模型。 以上这两种颗粒物合称为细粒(小于2m)。 粒径大于2m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

3、及人类活动的一次污染物气溶胶的粒径分布及来源和汇气溶胶的粒径分布及来源和汇4)化学组成无机颗粒物无机颗粒物 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2.5m的细颗粒物 大气有机颗粒物的来源及类型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，

4、烃基化合物，脂肪族化合物，羰基化合物和卤代化合物。 细颗粒主要化学组分为SO42、NH4+、NO3、Pb和凝聚的有机物碳，粗颗粒化学组分为Fe、Ca、Si、Na、Cl、Al等。气溶胶的危害气溶胶的危害 人体呼吸道吸入颗粒物的粒径及份额人体呼吸道吸入颗粒物的粒径及份额 降尘:在空中停留时间短，不易吸入，故危害不大。飘尘: 大于5m的飘尘，多滞留在上呼吸道，小于5m的多滞留在细支气管和肺泡。进入呼吸道的飘尘往往和二氧化硫、二氧化氮产生联合作用，损伤粘膜、肺泡， 引起支气管和肺部炎症，长期作用导致肺心病，死亡率增高。 5).大气颗粒物的去除过程干沉降干沉降 干沉降是指颗粒物通过重力作用或与其它物体碰

5、撞后发生沉降。 干沉降消除过程存在着两种机制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。 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。 0.1(m) 8105 (cm.s-1) 213年 1 (m) 4109 (cm.s-1) 1398小时 10 (m) 0.3

6、 (cm.s-1) 49小时 100 (m) 30 (cm.s-1) 318分钟 另一种沉降机制是粒径小于0.lm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。湿沉降湿沉降湿沉降是指降雨、下雪使颗粒物消除的过程。大气中消除颗粒物的量一般湿沉降占8090，而干沉降只有1020。三、环境空气的质量1 1、环境空气质量标标准（、环境空气质量标标准（GB 30952012)GB 30952012) 2 2、空气污染指数、空气污染指数(AIR POLLUTION INDEX) 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

7、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)。API的分级标准: 我国目前（API）分为五级，u 0-50 优 可正常活动 自然保护区、风景名胜区和其它 需要特殊保护的地区 u51-100 良 可正常活动 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u 101-200 轻度污染 长期接触，易感人群症有轻度加剧，健康人群出现刺激症状u201-300 中度

8、污染 一定时间接触，心脏病和肺病患者症状显著加剧，运动耐受力降低，健康人群中普遍出现症状u 300 重度污染 健康人运动耐受力降低，有明显强烈症状，提前出现某些疾病； In50100200300400500TSP0.120 0.300 0.5000.650 0.875 1.00SO20.050 0.150 0.2501.600 2.100 2.620NOx0.050 0.100 0.1500.565 0.750 0.940APImax(I1,I2Ii,In) 该指数所对应的污染物即为该区域或城市的首要污染物,当污染指数API值小于50时，不报告首要污染物。 四、大气污染物的扩散模型1.污染物在

9、大气中的运动规律根据物质守恒原理和梯度传输规律：NppzyxSzcKzycKyxcKxzcwycvxcutc1)()()(C：平均浓度；u,v,w：速度分量；K：扩散系数；Sp:污染物源和汇的强度2、连续点源的高斯模式假定：大气的流动是稳定的，有主导方向 只有物理运动，没有化学和生物运动 源强是均匀的，过程中污染物质量守恒), 2 , 1( 0S0puutp常数)()()(zcKzycKyxcKxxcuzyxp 主导方向输送远大于扩散:p 规定Ky与y无关，Kz与z无关：p 定解条件：x=y=z=0时，c=; x、y、z,c=0p 质量守恒：)(xcKxxcux)()(zcKzycKyxcuz

10、y2222zcKycKxcuzy QcdydzuQ：连续点源的源强解方程：令：高斯公式的标准形式:)(4exp)(2),(2221zyzyKZKyxuKKxQzyxctKtKtuxzzyy2,2,22)(21exp2),(2222zyzyzyuQzyxc3)高架连续点源)2H)(z2yexp-(u2Q )2H)-(z2yexp-(u2Q 2z22y2yz2z22y2yz虚实虚源：实源：CCpHzH-ZH+ZP点的实际浓度： )2H)(zexp(-)2H)-(zexp(-)2yexp(-u2Q CCH) zy C(x 2z22z22y2yz虚实简化： 地面一点的浓度 Z=0:地面轴线的浓度 y=

11、0:)2Hexp(-uQH) 0 0 ()2H2yexp-(uQ) 0 (2z2yz2z22y2yzxCHyxC最大地面浓度及位置表示为经验形式：y=axb; z=cxd代入求极值：a,b,c,d:气象条件和地面特点的常数参数源强和气象条件确定下，H起决定作用ddddbdbddbdbdcHxddbddbacHuQc2/1/1max2)(/ )(max)()()2exp()(3)有效源高(H)H=Hs+H H：抬升高度Holland 公式(经验公式) ：KwheredTTTpdHssass, :TT(m) :d (m/s); p :p (m/s);:)1068. 25 . 1 (a sa5大气环境温度分别是烟气出口温度和烟囱出口直径烟囱高度处的风速：大气压烟流出口速度、大气不稳定时, H应增加10%20%大气稳定时， H应减少10%20%4)的确定P-G扩散曲线法：确定稳定度根据下风向距离(x)查图：例题解：1)21(m) )4589283589101001068. 25 .