1、第四节第四节 大气颗粒物大气颗粒物北京下沙，北京下沙，厚厚的尘厚厚的尘土落在车土落在车身上。路身上。路人普遍能人普遍能闻到空气闻到空气中中刺鼻的刺鼻的尘土气味。尘土气味。由各种固体或液体微粒均匀地分散在空气中形成的由各种固体或液体微粒均匀地分散在空气中形成的一个庞大的分散体系，称为气溶胶体系。气溶胶体系一个庞大的分散体系，称为气溶胶体系。气溶胶体系中分散的各种粒子称为大气颗粒物。中分散的各种粒子称为大气颗粒物。一、大气颗粒物的分类一、大气颗粒物的分类 二、大气颗粒物的源和汇二、大气颗粒物的源和汇 三、大气颗粒物的物理和化学性质三、大气颗粒物的物理和化学性质四、四、PM2.5PM2.5一、大气颗
2、粒物的分类一、大气颗粒物的分类 1 1、粉尘（微尘、粉尘（微尘、DustDust）1 1100um100um，固体，固体 机械粉碎的固体微粒，风吹扬尘，风沙。机械粉碎的固体微粒，风吹扬尘，风沙。（一）按粒径、状态及来源划分（一）按粒径、状态及来源划分2 2、烟、烟(烟气，烟气，Fume)Fume)0.010.011um,1um,固体固体熔融金属、凝结的金属氧化物、汽车排气、烟草燃烟、熔融金属、凝结的金属氧化物、汽车排气、烟草燃烟、硫酸盐等。硫酸盐等。3 3、灰（、灰（AshAsh）1 1200 um 200 um 固体固体 燃烧过程中产生的不燃性微粒，如煤、木材燃烧时燃烧过程中产生的不燃性微粒
3、，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。产生的硅酸盐颗粒，粉煤燃烧时产生的飞灰等。4 4、烟尘、烟尘(熏烟，熏烟，Smoke)Smoke)0.010.015um5um，固体与液体，固体与液体 含碳物质，如煤炭燃烧时产生的固体碳粒、水、焦含碳物质，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油状物质及不完全燃烧的灰分所形成的混合物5 5、雾（、雾（FogFog）2 2200um 200um 液体液体 水蒸气冷凝生成的颗粒小水滴或冰晶水蒸气冷凝生成的颗粒小水滴或冰晶,水平视水平视 程小于程小于1km1km6 6、霭（、霭（MistMist）大于
4、大于10 um 10 um 液体；液体；与雾相似，气象上规定称轻雾，水平视程在与雾相似，气象上规定称轻雾，水平视程在1-2km1-2km之内，之内，使大气呈灰色。使大气呈灰色。7 7、霾（、霾（HazeHaze）0.1um0.1um，固体，固体 干的尘或盐粒悬浮于大气中形成，使大气混浊呈浅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。水平视程小于蓝色或微黄色。水平视程小于2km2km。8 8、烟雾（、烟雾（SmogSmog）0.0010.0012um2um，固体，固体 泛指各种妨碍视程泛指各种妨碍视程(能见度低于能见度低于2km)2km)的大气污染现象的大气污染现象 光化学烟雾产
5、生的颗粒物，粒径常小于光化学烟雾产生的颗粒物，粒径常小于0.5um0.5um使大气使大气 呈淡褐色呈淡褐色 柴静离职后首度亮相 自费百万元拍雾霾纪录片http:/ 1、总悬浮颗粒物、总悬浮颗粒物(TSP)(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。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。大气质量评价中的一个通用的重要污染指标大气质量评价中的一个通用的重要污染指标。2 2、飘尘和降尘、飘尘和降尘 长期飘泊在大气中颗粒直径小于长期飘泊在大气中颗粒直径小于l0uml0um的悬浮物称为的悬浮物称为飘尘飘尘；大；大于于l0uml0um的微粒，由于自身的重力作用而很快沉降
6、下来的这部分的微粒，由于自身的重力作用而很快沉降下来的这部分微粒称为微粒称为降尘降尘。3 3、可吸入性粒子（、可吸入性粒子（IP;PM10IP;PM10）易于通过呼吸过程易于通过呼吸过程而而进入呼吸道的粒子。进入呼吸道的粒子。二、大气颗粒物的源和汇二、大气颗粒物的源和汇 重点重点（一）大气颗粒物的来源（一）大气颗粒物的来源1 1、天然来源、天然来源 1 1）一次颗粒物：一次颗粒物：可起因于地面扬尘可起因于地面扬尘(风吹灰尘风吹灰尘)，和地壳、土壤，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
7、尘及生物界产生的颗粒物如花粉、孢的燃烧物，宇宙来源的陨星尘及生物界产生的颗粒物如花粉、孢子等。子等。2 2）二次颗粒物：二次颗粒物：是森林中排出的碳氢化合物是森林中排出的碳氢化合物(主要是主要是萜烯萜烯类类)，进入大气后经光化学反应，产生的微小颗粒；与自然界硫、氮、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碳循环有关的转化产物如由H H2 2S S、SOSO2 2经氧化生成的硫酸盐，由经氧化生成的硫酸盐，由NHNH3 3、NONO和和NONO2 2氧化生成的硝酸等。氧化生成的硝酸等。2 2、人为来源、人为来源 燃料燃烧过程中产生的固体颗粒物，如煤烟、飞灰燃
8、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出的卤化铅凝聚而形成的颗粒物以及如人为排放SOSO2 2在一在一定条件下转化为硫酸盐粒子定条件下转化为硫酸盐粒子(二二)大气颗粒物的汇大气颗粒物的汇 重点重点 1 1、干沉降：干沉降是指颗粒物通过重力作用或与其它、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。物体碰撞后发生沉降。两种机制两种机制：1 1）一种通过重力对颗粒物的作用。沉降的速率与颗粒）一种通过重力对颗粒物的作用。沉降的速率与颗粒的粒径
9、、密度、空气运动粘滞系数等有关。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：粒子的沉降速度可应用斯托克斯定律求出：V=gdV=gd2 2（1 1-2 2）/1.8/1.8 结论：粒径愈大，则沉降速率也愈大。结论：粒径愈大，则沉降速率也愈大。干沉降和湿沉降干沉降和湿沉降2 2）另一种是粒径小于）另一种是粒径小于0.l0.l m m的颗粒，靠布朗运动扩散、的颗粒，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。面或碰撞而消除。干沉降对半径小于干沉降对半径小于1 m的颗粒物去除效率较高的颗
10、粒物去除效率较高 2 2、湿、湿沉降：指降雨、下雪使颗粒物消除的过程。沉降：指降雨、下雪使颗粒物消除的过程。存在雨除和冲刷两种机制存在雨除和冲刷两种机制对半径大于对半径大于4 m小于小于5 m的颗粒物去除效率较高的颗粒物去除效率较高1 1、大气颗粒物的粒度分布大气颗粒物的粒度分布（重点重点）用有效直径用有效直径 来表示。即空气动力学直径（来表示。即空气动力学直径（Dp）Dp表示与所研究的粒子有相同终端降落速度的密度为表示与所研究的粒子有相同终端降落速度的密度为1的球体直径。的球体直径。Dg几何直径；几何直径；K形状系数形状系数(球形球形K=1.0)p忽略了浮力效应的粒密度忽略了浮力效应的粒密度
11、 o参考密度（参考密度（o=1g/cm3）三、大气颗粒物的物理和化学性质三、大气颗粒物的物理和化学性质 重点重点（一）物理性质（一）物理性质0pgpKDD 2 2、大气颗粒物的三模态、大气颗粒物的三模态 艾根核模艾根核模 积聚模积聚模 粗粒模粗粒模重点、难点重点、难点1 1）艾根核模：）艾根核模：由蒸汽凝结或光化学反应使气体通过成核由蒸汽凝结或光化学反应使气体通过成核 作用而形成的颗粒，粒度为作用而形成的颗粒，粒度为0.0050.0050.050.05 m m。2 2）积聚模：）积聚模：粒径在粒径在0.050.052 2 m m范围的颗粒物是由艾根核模范围的颗粒物是由艾根核模 型颗粒凝聚或通过
12、蒸气凝结气体而长大的。型颗粒凝聚或通过蒸气凝结气体而长大的。以上两种合称为细粒以上两种合称为细粒(小于小于2 2 m)m)，靠冷凝和凝聚形成，靠冷凝和凝聚形成3 3）粗粒模：粗粒模：粒径大于粒径大于2 2 m m的颗粒物，由机械粉碎、液滴的颗粒物，由机械粉碎、液滴 蒸发等过程形成的。主要是自然界及人类蒸发等过程形成的。主要是自然界及人类 活动的一次污染物。活动的一次污染物。城市大气中颗粒物的分布多数属双模型：城市大气中颗粒物的分布多数属双模型：积聚模和粗粒模。积聚模和粗粒模。3 3、微粒的表面性质、微粒的表面性质 三种三种:成核作用、粘合和吸着成核作用、粘合和吸着 1 1）成核）成核 指过饱和
13、蒸汽在微粒上凝结形成液滴的现象，雨滴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的形成也涉及成核作用。2 2）粘合）粘合 粒子可以彼此互相紧紧的粘合或在固体表面上粘合。粒子可以彼此互相紧紧的粘合或在固体表面上粘合。是小颗粒形成较大的凝聚体并最终达到很快沉降粒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。径的过程。3 3）吸着）吸着 指分子为颗粒物吸着的现象。如果气体或蒸气溶解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，这种现象称为吸收在微粒中，这种现象称为吸收。（二）大气颗粒物的化学组成（二）大气颗粒物的化学组成1 1、大气中的无机颗粒物、大气中的无
14、机颗粒物 重点研究小于重点研究小于2 2 m m的细颗粒物：天然源十倍于人为源的细颗粒物：天然源十倍于人为源1 1）来源：）来源：人为源：人为源：电厂电厂(燃煤燃煤)、市政焚化、市政焚化、冶金过程、冶金过程、采矿及地采矿及地 面交通运输（面交通运输（铅铅）等。）等。与其来源有关与其来源有关天然源：天然源：颗粒物是易消失的粉尘和海浪溅沫，其中大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，对环境影响不大颗粒占优势，沉降迅速，对环境影响不大2 2）按粒径可分为）按粒径可分为 粗粒子粗粒子:主要是土壤及污染物排出来的尘粒，主要是土壤及污染物排出来的尘粒，化学组分化学组分为为FeFe、
15、CaCa、SiSi、NaNa、ClCl、Al,Al,大多是一次粒子。大多是一次粒子。细粒子细粒子:主要是硫酸盐、硝酸盐、铵盐、痕量金属和炭主要是硫酸盐、硝酸盐、铵盐、痕量金属和炭黑等。黑等。2 2、有机颗粒物、有机颗粒物 是指大气中的有机物质凝聚而形成的颗粒物，或有是指大气中的有机物质凝聚而形成的颗粒物，或有机物质吸附在其他颗粒上。是主要的大气颗粒污染物。机物质吸附在其他颗粒上。是主要的大气颗粒污染物。1)1)种类种类：主要是烃类，还有少量的亚硝胺、杂氮环化合：主要是烃类，还有少量的亚硝胺、杂氮环化合 物、环酮、醌类、酚类和有机酸等。物、环酮、醌类、酚类和有机酸等。2)2)来源来源：矿物染料燃
16、烧、废弃物焚化等各种高温燃烧过：矿物染料燃烧、废弃物焚化等各种高温燃烧过 程。程。3.3.生物颗粒物生物颗粒物 生物颗粒物是指空气中起源于生物体的固体粒子，包括生物颗粒物是指空气中起源于生物体的固体粒子，包括微生物和所有各种生物体的碎片。微生物和所有各种生物体的碎片。四、四、PM2.5|20世纪世纪50年代以前，直接排放的一次颗粒物年代以前，直接排放的一次颗粒物|20世纪世纪50年代后，从研究总悬浮颗粒物年代后，从研究总悬浮颗粒物(TSP)转向可吸入颗转向可吸入颗 粒物粒物(PM10，Dp10m)。|20世纪世纪90年代后期，开始重视二次颗粒物的问题。年代后期，开始重视二次颗粒物的问题。|目前
17、侧重于目前侧重于 PM2.5(Dp2.5m)甚至超细颗粒甚至超细颗粒(纳米纳米)的研的研 究，并从总体颗粒研究过渡到单个颗粒的研究。究，并从总体颗粒研究过渡到单个颗粒的研究。（一）（一）来源来源 土壤扬尘、海洋气土壤扬尘、海洋气溶胶和汽车尾气最为溶胶和汽车尾气最为重要。汽车排气管排重要。汽车排气管排放的主要是细小的颗放的主要是细小的颗粒物即粒物即PMPM2.52.5。美国的资料表明，美国的资料表明，按按PMPM2.52.5的排放源划分，的排放源划分，上路车辆占总排放量上路车辆占总排放量的的1010，非上路活动，非上路活动排放源占排放源占1818，固定，固定源占源占7272。可以看出，。可以看出
18、，机动车辆是城市机动车辆是城市PMPM2.52.5污污染的一个重要来源。染的一个重要来源。（二）（二）影响大气中影响大气中PM2.5含量的因素含量的因素受污染排放和气象条件等多种因素的影响受污染排放和气象条件等多种因素的影响（三）（三）PM2.5的危害的危害H 粒子越小，越容易粒子越小，越容易 通过呼吸道进入肺通过呼吸道进入肺 部，其中粒径小于部，其中粒径小于 1 1m m的粒子可直达肺的粒子可直达肺 泡内。泡内。H 对人体健康影响最大对人体健康影响最大 的是粒径为的是粒径为0.1-0.1-2.5 2.5m m 之间的粒子。之间的粒子。大气颗粒物的危害大气颗粒物的危害（1）大气中长期漂浮，导致
19、污染范围扩大。大气中长期漂浮，导致污染范围扩大。（2）吸附有害物质，产生联合作用。吸附有害物质，产生联合作用。（3）污染物在细粒子中的含量大大高于粗粒子。）污染物在细粒子中的含量大大高于粗粒子。（4）对可见光的散射作用十分强烈，造成能）对可见光的散射作用十分强烈，造成能 见度降低。见度降低。二、大气颗粒物的源和汇二、大气颗粒物的源和汇干沉降、湿沉降及其机制干沉降、湿沉降及其机制掌握总悬浮颗粒物、飘尘、降尘、可吸入粒子掌握总悬浮颗粒物、飘尘、降尘、可吸入粒子四、四、PM2.5 三、大气颗粒物的物理和化学性质三、大气颗粒物的物理和化学性质粒度分布粒度分布三模态三模态 微粒的三种表面性质微粒的三种表面性质思考题思考题1 1、解释大气颗粒物的粒度三模态：即艾根核模、解释大气颗粒物的粒度三模态：即艾根核模、积聚模和粗粒模积聚模和粗粒模2 2、简述微粒三种最重要的表面性质？、简述微粒三种最重要的表面性质？3 3、大气颗粒物的粒度计算公式。、大气颗粒物的粒度计算公式。4 4、名词解释：总悬浮颗粒物、飘尘、降尘、名词解释：总悬浮颗粒物、飘尘、降尘
