【教学课件】第四章大气颗粒物(大气气溶胶).ppt

第四章第四章 大气颗粒物大气颗粒物（大气气溶胶大气气溶胶）悬浮在大气中的微粒（气溶胶悬浮在大气中的微粒（气溶胶 ）-有害物质，如致癌、致畸、致突变的物质。-有毒物质的运载体或反应床 基本要求基本要求1.掌握大气颗粒物的源和汇、颗粒物分布的基本特征。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。了解大气中放射性核素以及颗粒物对人体健康的影响。1大气颗粒物分类大气颗粒物分类 粉尘（微尘、粉尘（微尘、DustDust）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，烟（烟气，FumeFume）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。2大气颗粒物分类大气颗粒物分类 灰（灰（Ash）颗粒直径：1 200 m；物态：固体；生成机制、现象：燃烧过程中产生微粒，如煤、木材燃烧时产生 硅酸盐颗粒，粉煤燃烧时产生的飞灰等。雾（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。3大气颗粒物分类大气颗粒物分类霭（霭（MistMist）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（霾（HazeHaze）颗粒直径：0.1 m；物态：固体；生成机制、现象：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。4大气颗粒物分类大气颗粒物分类烟尘（熏烟，烟尘（熏烟，SmokeSmoke）0.01 5 m；固体与液体；含碳物质。烟雾（烟雾（SmogSmog）0.001 2 m；固体；粒径在2m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0.5m使大气呈淡褐色。5大气颗粒物分类大气颗粒物分类总悬浮颗粒物总悬浮颗粒物(Total Suspended Particulate TSP)Total Suspended Particulate TSP)：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。大 气 中 颗 粒 直 径 小 于 l0m的 悬 浮 物 称 为 飘飘 尘尘(Airborne particle)，大于l0m的悬浮物，由于重力作用而沉降的微粒称为降降尘尘（Dustfall）。6大气颗粒物源和汇大气颗粒物源和汇 -大气颗粒物来源 天然源、人为源天然源、人为源 （按颗粒物形成机制）大气颗粒物 一次颗粒物、二次颗粒物一次颗粒物、二次颗粒物一次颗粒物一次颗粒物 天然污染源和人为污染源释放。二次颗粒物二次颗粒物 大气污染气体组分(如二氧化硫、氮氧化物、碳氢化合物等)之间，或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。7大气颗粒物源和汇大气颗粒物源和汇-颗粒物天然来源颗粒物天然来源一次颗粒物天然源一次颗粒物天然源 地面扬尘（风吹灰尘）、海浪浪沫、火山爆发喷出物、森林火灾燃烧物、陨星尘及生物界产生的颗粒物，如花粉、袍子等。二次颗粒物天然源二次颗粒物天然源 森林排出碳氢化合物（主要是萜烯类）-光化学反应-产生微小颗粒；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。8大气颗粒物源和汇大气颗粒物源和汇-颗粒物人为源颗粒物人为源 燃料燃烧过程中产生的固体颗粒物，如煤烟、飞灰等 工业生产排放的固体微粒 汽车尾气排出的卤化铅凝聚而形成的颗粒物 人为排放SO2（一定条件下）-硫酸盐粒子大气颗粒物消除（大气颗粒物消除（汇汇）干干、湿沉降湿沉降 9大气颗粒物粒度分布及表面性质大气颗粒物粒度分布及表面性质 城市大气城市大气 直径小于0.1m颗粒（居多居多 ）体积或质量体积或质量分布（峰值峰值 ）0.5m，10m 细颗粒-蒸汽凝结 粗颗粒-灰尘、飘尘及小粒径气溶胶长大而成的颗粒 表面积表面积分布曲线（峰值峰值 ）0.25m10大气颗粒物粒度分布及表面性质大气颗粒物粒度分布及表面性质 大气颗粒物的粒度：即艾根核模、积聚模和粗粒模大气颗粒物的粒度：即艾根核模、积聚模和粗粒模。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，属于核模型核模型。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，属于积聚模型积聚模型。以上颗粒物合称为细粒以上颗粒物合称为细粒(小于小于2 2 m)m)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，属于粗粒模粗粒模。11大气颗粒物粒度分布及表面性质大气颗粒物粒度分布及表面性质细颗粒化学组分细颗粒化学组分 SO42、NH4+、NO3、Pb和含有烟炱和凝聚有机物的碳粗颗粒化学组分粗颗粒化学组分 Fe、Ca、Si、Na、Cl、Al等。城市大气中颗粒物的分布多数属双模型，即积聚模和粗粒模微粒的表面性质微粒的表面性质 成核作用、粘合和吸着（吸收吸收、吸附吸附）气体或蒸气溶解于微粒-吸收吸收 气体或蒸气吸着于颗粒物表面-吸附吸附 化学吸附作用化学吸附作用12颗粒物颗粒物-无机化合物无机化合物 研究重点研究重点 小于2m的细颗粒物 天然源天然源 风传粉尘，火山爆发烟气以及海浪。人为源人为源 细颗粒物细颗粒物 电厂（燃煤）、市政焚化、冶金过程、采矿及地面交通运输等。冶金-颗粒物直径小于2m，占46.6%。l镉、铬、铜和锰飘尘-冶炼厂、冶金工业。l铍、镍和钒-动力发电厂(燃煤及燃油)。l飘尘镉-焚烧。13颗粒物颗粒物-有机化合物有机化合物 吸附和沉积在大气颗粒上 （大气中的另一类有机物为挥发性有机物）一次污染物，二次污染物一次污染物，二次污染物 1979年 -燃烧（109种）、废物焚烧（235种）、煤/油燃烧（69种）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。14放射性核素放射性核素 天然放射性天然放射性 陆生气体放射性核素陆生气体放射性核素 岩石和土壤-铀-238、钍-232和铀-235等 宇宙射线宇宙射线 太阳和外层宇宙空间的高能粒子流（大大气气天天然然放放射射性性的的主主要要来来源源）。宇宙射线与大气中原子核相互作用产生许多放射性核素。降水去除降水去除 15放射性核素放射性核素 人工产生的放射性核素人工产生的放射性核素 （1 1）核武器）核武器 （2 2）核电站）核电站 （3 3）燃煤的排放物）燃煤的排放物放射性核素对健康的效应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 16颗粒物对人体健康影响颗粒物对人体健康影响 颗粒物-呼吸道-人体，大粒子可能停留在鼻腔及鼻咽部，小颗粒可以进入并停留在肺部。世界上对可吸入粒子的粒径规定：l0m以下或l5m以下。PM2.5 、PM10国际辐射防护委员会国际辐射防护委员会(ICRP)ICRP)的肺动力特性试验工作组：的肺动力特性试验工作组：粒子在呼吸道中准确的吸收模式粒子在呼吸道中准确的吸收模式 呼吸道：鼻咽区、支气管区和肺区。沉积作用沉积作用（1）碰撞作用：530m粒径的颗粒-鼻咽部和支气管上部沉降鼻咽部和支气管上部沉降（2）沉降作用：15m 粒径的颗粒-支气管部位沉降支气管部位沉降（3）扩散作用：粒径小于0.1m的颗粒-肺区沉积肺区沉积 17环境空气质量环境空气质量 国家环境保护局（1996年）环境空气质量标准(GB30951996)一级标准一级标准 一类质量功能区 （自然保护区、风景名胜区和其他需要特殊保护的地区）。二级标准二级标准 二类质量功能区 （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）三极标准三极标准 三类质量功能区（各特定工业区）18环境空气的质量环境空气的质量空气污染指数空气污染指数（API）定时通过新闻媒体向社会公众报告的一种定量反映和评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。中国城市空气污染以煤烟型污染煤烟型污染为主 （目前目前）计入空气污染指数的项目暂定为二氧化硫、氮氧化物和总二氧化硫、氮氧化物和总悬浮颗粒物悬浮颗粒物(TSP)。19环境空气的质量环境空气的质量20环境空气的质量环境空气的质量例例:南方某城市某周的监测结果：TSP、SO2、NOx全市的平均浓度分别为0.156mg/m3、0.211mg/m3、0.400mg/m3,NOx实测浓度0.400mg/m3介于0.1500.565mg/m3之间,按照表1,此处浓度限值C3.3=0.150 mg/m3,C3.4=0.565mg/m3而相应的分指数值I3.3=200,I3.4=300（表1）,则NOx的污染分指数为:21环境空气的质量环境空气的质量 用类似的方法可计算出TSP、SO2的分指数分别为60(TSP)和161(SO2)。则总体上只取污染指数最大者报告该城市的空气污染指数。API=max(60、161、260)=260 首要污染物为NO。22