大氣顆粒物基本概念

1、關(guān)于大氣顆粒物的基本概念第1頁(yè)，共20頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)2分，星期三大氣顆粒物由各種固體或液體微粒均勻地分散在空氣中形成的一個(gè)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。 一、大氣顆粒物的分類 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)第2頁(yè)，共20頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)2分，星期三一、大氣顆粒物的分類（一）按粒徑、狀態(tài)及來(lái)源劃分（8種）1、粉塵（微塵、Dust） 顆粒直徑：1100m，固體。機(jī)械粉碎的固體微粒，風(fēng)吹揚(yáng)塵，風(fēng)沙。 2、 煙(煙氣，F(xiàn)ume) 顆粒直徑：0.01 1m ，固體。生成、現(xiàn)象：由升華、蒸餾、熔融及化

2、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。第3頁(yè)，共20頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)2分，星期三3、灰（Ash）顆粒直徑：1 200 m；物態(tài)：固體；生成、現(xiàn)象：燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的不燃性微粒，如煤、木材燃燒時(shí)產(chǎn)生的硅酸鹽顆粒，粉煤燃燒時(shí)產(chǎn)生的飛灰等。4、霧（Fog）顆粒直徑：2 200 m ； 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1km。5、靄i （Mist）顆粒直徑：大于10 m ； 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。第4頁(yè)，共20頁(yè)，2022

3、年，5月20日，20點(diǎn)2分，星期三6、霾mi （Haze）顆粒直徑0.1 m左右 ，固體。生成、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(lán)色或微黃色。水平視程小于2km。7、煙塵(熏煙，Smoke)包含0.015 m的固體或液體。一般為含碳物質(zhì)，如煤燃燒時(shí)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）0.0012 m的固體?，F(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。注意與第2點(diǎn)中煙氣Fume(固體，蒸氣凝結(jié))的區(qū)別第5頁(yè)，共20頁(yè)，202

4、2年，5月20日，20點(diǎn)2分，星期三（二）按監(jiān)測(cè)和粒徑劃分1、總懸浮顆粒物(Total Suspended Particulate， TSP)用標(biāo)準(zhǔn)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(píng)價(jià)中的一個(gè)通用的重要污染指標(biāo)。2、飄塵和降塵長(zhǎng)期飄泊在大氣中顆粒直徑小于l0m的懸浮物稱為飄塵(Airborne particle)；大于l0m的微粒，由于自身的重力作用而很快沉降下來(lái)的這部分微粒稱為降塵（Dustfall）。3、可吸入顆粒物（Inhalable Particulate，IP）易于通過(guò)呼吸過(guò)程而進(jìn)入呼吸道的粒子，小于10微米。PM10第6頁(yè)，共20頁(yè)，2022年，5月20

5、日，20點(diǎn)2分，星期三 二、大氣顆粒物的源和匯 （一）大氣顆粒物的來(lái)源1、天然來(lái)源 1）一次顆粒物可起因于地面揚(yáng)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)的噴出物，森林火災(zāi)的燃燒物，宇宙來(lái)源的隕星塵，生物界產(chǎn)生的顆粒物如花粉、孢子等。2）二次顆粒物森林中排出的碳?xì)浠衔?主要是萜烯類)進(jìn)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氧化生成的硫酸鹽，由NH3、NO和NO2氧化生成的硝酸等。第7頁(yè)，共20頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)2分，星期三 2、人為來(lái)源燃料燃燒過(guò)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(guò)

6、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SO2在一定條件下轉(zhuǎn)化為硫酸鹽粒子等的二次顆粒物。第8頁(yè)，共20頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)2分，星期三(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(guò)重力作用或與其它物體碰撞后發(fā)生沉降。沉降機(jī)制1：一種通過(guò)重力對(duì)顆粒物的作用。沉降的速率與顆粒的粒徑、密度、空氣運(yùn)動(dòng)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： v=(-0)gd2/ 1.8 其中，v表示沉降速度；g為重力加速度；d為粒子直徑；和0分別為顆粒及空氣的密度；空氣的粘度，以泊(Pas)表示。結(jié)論：粒徑和密度愈大，則沉降速率

7、也愈大。 ？ 第9頁(yè)，共20頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)2分，星期三沉降機(jī)制2：另一種是粒徑小于0.lm的顆粒，靠布朗運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散、互相碰撞而凝集成較大的顆粒，通過(guò)大氣湍流擴(kuò)散到地面或碰撞而消除。干沉降對(duì)粒徑小于1m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(guò)程。 存在雨除和沖刷兩種機(jī)制；對(duì)粒徑為4m5 m的顆粒物去除效率較高。第10頁(yè)，共20頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)2分，星期三三、大氣顆粒物的物理和化學(xué)性質(zhì)（一）物理性質(zhì)1、 大氣顆粒物的粒度分布用有效直徑 來(lái)表示，即空氣動(dòng)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幾何

8、直徑；K形狀系數(shù) (球形K=1.0)；p忽略了浮力效應(yīng)的粒密度；0參考密度（1.0 g/cm3）。第11頁(yè)，共20頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)2分，星期三2、大氣顆粒物的四模態(tài) I. 成核模態(tài) 2m第12頁(yè)，共20頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)2分，星期三1）艾根核模(成核模+艾根模) ：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的顆粒，粒度為0.0050.1m（0.05）。2）積聚模：粒徑在0.12m范圍的顆粒物是由艾根核模型顆粒凝聚或通過(guò)蒸氣凝結(jié)氣體而長(zhǎng)大的。以上兩種合稱為細(xì)粒(2m)，靠冷凝和凝聚形成。3）粗粒模：粒徑大于2m的顆粒物。由機(jī)械粉碎、液滴蒸發(fā)等過(guò)程形成；由自然界

9、(表面崩解和風(fēng)化)及人類活動(dòng)的一次污染物。PM2.5第13頁(yè)，共20頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)2分，星期三 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。第14頁(yè)，共20頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)2分，星期三3、微粒的表面性質(zhì)三種:成核作用、粘合和吸著 1）成核指過(guò)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，是小顆粒形成較大的凝聚體并最終達(dá)到很快沉降粒徑的過(guò)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。第15頁(yè)，共20頁(yè)

10、，2022年，5月20日，20點(diǎn)2分，星期三（二）大氣顆粒物的化學(xué)組成1、大氣中的無(wú)機(jī)顆粒物 重點(diǎn)研究小于2m的細(xì)顆粒物；飄塵的天然源來(lái)自風(fēng)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，與其來(lái)源有關(guān)。第16頁(yè)，共20頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)2分，星期三1）來(lái)源：人為源：電廠(燃煤)、市政焚化、冶金過(guò)程、采礦及地面交通運(yùn)輸(鉛)等，其中最重要的是冶金過(guò)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(shì)，沉降迅速，對(duì)環(huán)境影響不大。第17頁(yè)，共20頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)2分，星期三2）按粒徑分粗粒子主要是土壤及污染物排出來(lái)的塵粒，化學(xué)組分為Fe、Ca、Si、 Na、Cl、Al，大多是一次粒子。 細(xì)粒子主要是硫酸鹽、硝酸鹽、銨鹽、痕量金屬和炭黑（黑碳）等。在粗顆粒和細(xì)顆粒 中，物質(zhì)化學(xué)組成 分布情況。第18頁(yè)，共20頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)2分，星期三2、有機(jī)顆粒物是指大氣中的有機(jī)物質(zhì)凝聚而形成的顆粒物，或有機(jī)