第4节 大气颗粒物

§4大气颗粒物一、大气颗粒物的来源与消除1.来源天然源人为源一次颗粒物：直接由污染源排放出的颗粒物二次颗粒物：在大气中发生反应而产生的颗粒物2.大气颗粒物的消除(1)干沉降干沉降存在两种机制A颗粒物在重力作用下沉降B颗粒物做布朗运动、与其他物体碰撞后发生沉降18)(2pSdgvv为沉降速度(cm/s)为空气粘度（pa·s)；g为重力加速度(cm/s2)；s、分别为颗粒和空气的密度(g/cm3)；大气颗粒物的沉降速度一般用Stocks公式求出：颗粒物与其它物体碰撞后发生的沉降，主要是爱根粒子，它们靠布朗运动扩散，相互碰撞后而凝聚成较大的颗粒，通过大气湍流扩散到地面或碰撞而去除。2）湿沉降通过降雨、降雪等使颗粒物从大气中去除的过程，是去除大气颗粒物和气态污染物的有效方法。雨除：颗粒物作为形成云的凝结核，成为云滴的中心，通过凝结及碰撞过程增大为雨滴而降落到地面，颗粒物随之去除。对于粒径小于2m的颗粒物去除效率较高。冲刷：降雨时在云下面的颗粒物与降下来的雨滴发生惯性碰撞、扩散、吸附过程从而使颗粒物去除。冲刷对粒径大于8m的颗粒物效率较高。一般说来，湿沉降去除大气中颗粒物的量占总去除量的80～90%，干沉降占10～20%。二、颗粒物的粒度和表面性质粒度：是颗粒物粒子粒径的大小。粒径通常指颗粒物的直径。目前多用空气动力学直径(Dp)来表示。空气动力学直径(Dp)：与所研究粒子有相同降落速度的、密度为1的球体直径。0pgpKDD从上式可知，p对Dp是有影响的,当p较大时Dp会比Dg大，但大多大气粒子满足p10,因此Dp不会大于Dg三倍。！Dg——几何直径，K——形状系数，ρp——忽略了浮力效应的粒密度，ρ0——参考密度(1g/cm3)按粒径大小将大气颗粒物分为:TSP100μm飘尘10μm降尘10μm可吸入粒子Dp≤10μm大气颗粒物的三模态:Whitby等人依据大气颗粒物表面积与粒径分布的关系得到了三种不同类型的粒度模。爱根核模(Dp≤0.05μm)积聚模(0.05μmDp2μm)粗粒子模(Dp2μm)爱根核模：主要来源于燃烧过程所产生的一次颗粒物，以及气体分子通过化学反应均相成核而生成的二次颗粒物。粒径小，数量多，表面积大而很不稳定，易相互碰撞结成大粒子而转入积聚模。也可在大气湍流扩散过程中很快被其他物质或地面吸收而去除。积聚模主要由核模凝聚或通过热蒸汽冷凝在凝聚长大。多为二次污染物，硫酸盐占80%以上。在大气中不宜由扩散或碰撞而去除。以上两种模的颗粒物合称为细粒子。粗粒子粗粒子模的粒子称为粗粒子，多由机械过程所产生的扬尘、液滴蒸发、海盐溅沫、火山爆发和风沙等一次颗粒物所构成，组成与地面土壤十分相近，这些粒子主要靠干沉降和湿沉降过程而去除。指饱和蒸汽在颗粒物表面形成液滴的现象指颗粒彼此粘合或在固体表面粘合指气体或蒸汽吸附在颗粒物表面大气颗粒物的表面性质由上图可看出:爱根核模主要来源于燃烧过程所产生的一次颗粒以及气体分子通过均相成核作用而生成的二次颗粒物，粒径小而数量大且表面积大，不稳定，易通过碰撞凝聚转入积聚模。积聚模主要由核模凝聚或通过热蒸汽冷凝再凝聚长大，大多为二次污染物，其中硫酸盐占80％以上。核模与积聚模的颗粒物合称为细粒子。粗粒子模的粒子为粗粒子，多由粉尘、风沙、海盐溅沫、火山爆发等一次颗粒物所构成，其组成与土壤十分相近，可通过干、湿沉降而去除。细粒子与粗粒子的化学组成完全不同，一般不会相互转化。三、大气颗粒物的化学组成无机颗粒物：由颗粒物的形成过程决定。天然源：扬尘:主要是土壤粒子，大多是一次颗粒物，为粗粒子，组成为硅、铁、铝、钠、钙、镁等，与地壳组成相似。火山灰:硅氧组成的岩石粉末及许多金属元素化合物等。海洋溅沫:主要为氯化钠、硫酸盐粒子等。人为源：粉尘主要是燃料燃烧和工业过程排放的颗粒物。我国粉尘排放量约为2800万吨/年，其是燃煤排放的烟尘为2200万吨/年。在我国的能源构成中煤占72%、石油20%、天然气3%、水电5%。南方与北方城市降尘量分别平均为30和50吨/月平方公里。硫酸盐主要是硫酸铵及其它金属硫酸盐颗粒物，对光的吸收和散射能力较强，降低大气能见度。硫酸盐颗粒物属于核模范围，但核模粒子之间能迅速凝聚而进入积聚模粒径范围，积聚模非常稳定，在沉降过程中其半寿期可达数月，因此硫酸盐粒子大多维持在积聚模中。有机颗粒物：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物上面而形成的颗粒物。有机颗粒物粒径较小属于爱根或积聚模，大多是通过气态污染物的凝聚而成（主要是由矿物燃料燃烧、废弃物机焚化等高温燃烧过程所形成）。污染物主要有烷烃、烯烃、芳烃、多环芳烃及少量的亚硝胺、杂氮化合物、环酮、醌类、酚类和有机酸等。