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1、 大气颗粒物大气颗粒物主讲教师：焦坤灵主讲教师：焦坤灵内蒙古科技大学内蒙古科技大学1.3 大气颗粒物大气颗粒物1.大气颗粒物的来源与消除大气颗粒物的来源与消除（1 1）颗粒物及作用颗粒物及作用 颗粒物颗粒物：指大气中的各种微粒（：指大气中的各种微粒（固、液态；有机、无机物；有无生命固、液态；有机、无机物；有无生命）气溶胶气溶胶：大气中的各种固体或液体微粒均匀地分散在空气中形成一个庞大的气溶胶：大气中的各种固体或液体微粒均匀地分散在空气中形成一个庞大的气溶胶 (aerosol)(aerosol)体系。体系。颗粒物作用：颗粒物作用：形成大气降水形成大气降水：作为降水的凝结核，形成降水作为降水的凝结
2、核，形成降水；降低大气能见度降低大气能见度：由于颗粒物的散光效应及某些组分对光的强烈吸收，由于颗粒物的散光效应及某些组分对光的强烈吸收，能使大气能见度降低能使大气能见度降低；影响地表温度影响地表温度：据等人估计据等人估计,全球本底不透明度增加四倍时全球本底不透明度增加四倍时,将使全球温度降低之多将使全球温度降低之多；吸附有毒物：能够吸附多环芳烃多种有毒物质。吸附有毒物：能够吸附多环芳烃多种有毒物质。（2 2）颗粒物颗粒物分类分类 来源分类来源分类：天然来源、认为来源天然来源、认为来源 形成过程分类形成过程分类：一次颗粒物、二次颗粒物一次颗粒物、二次颗粒物1.3 大气颗粒物大气颗粒物（3 3）颗
3、粒物颗粒物清除清除 大气颗粒物的清除与颗粒物的粒度、化学组成与性质密切相关。大气颗粒物的清除与颗粒物的粒度、化学组成与性质密切相关。1 1）干沉降干沉降:颗粒物在重力作用下沉降，或与其它物体碰撞后发生的沉降。颗粒物在重力作用下沉降，或与其它物体碰撞后发生的沉降。重力作用重力作用沉降速率与颗粒物的粒径、密度、空气运动黏滞系数等有关。沉降速率与颗粒物的粒径、密度、空气运动黏滞系数等有关。StokesStokes定律定律 另一种机制是粒径小于微米的颗粒，即另一种机制是粒径小于微米的颗粒，即AitkenAitken粒子靠粒子靠BrownBrown运动扩散，相互碰运动扩散，相互碰撞而凝聚成较大的颗粒，通
4、过大气湍流扩散到地面或碰撞而去除。撞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 2）湿湿沉降沉降:通过降雨、降雪使颗粒物从大气中去除的过程。是去除大气颗粒物和通过降雨、降雪使颗粒物从大气中去除的过程。是去除大气颗粒物和 痕量气态污染物的有效方法。痕量气态污染物的有效方法。雨除：主要去除半径小于雨除：主要去除半径小于1 m1 m的颗粒物。的颗粒物。颗粒物颗粒物作为形成云的凝结核，通过凝作为形成云的凝结核，通过凝结过程和碰撞过程使其增大为雨滴。（吸湿性、可溶性颗粒物更明显）结过程和碰撞过程使其增大为雨滴。（吸湿性、可溶性颗粒物更明显）冲刷：主要去除半径大于冲刷：主要去除半径大于4
5、m4 m的颗粒物。的颗粒物。降雨时降雨时在云下面的颗粒物与降下来的在云下面的颗粒物与降下来的雨滴发生惯性碰撞或扩散、吸附过程。雨滴发生惯性碰撞或扩散、吸附过程。一般通过是沉降过程去除大气中颗粒物的量约占总量的一般通过是沉降过程去除大气中颗粒物的量约占总量的80%-90%80%-90%，而干沉降只有，而干沉降只有10%-20%10%-20%。对半径为对半径为2m2m左右的颗粒物没有明显去除作用。左右的颗粒物没有明显去除作用。2 2mm左右的颗粒物随风而散，可随气流被输送到几百公里甚至上千公里以外的左右的颗粒物随风而散，可随气流被输送到几百公里甚至上千公里以外的地方。地方。1.3 大气颗粒物大气颗
6、粒物2.大气颗粒物的大气颗粒物的粒径分布粒径分布1.3 大气颗粒物大气颗粒物（1 1）大气颗粒物的有效粒径大气颗粒物的有效粒径：空气动力学直径：空气动力学直径（D Dp p)D Dp p是指在通常温度、压力和相对湿度下，在静止的空气中是指在通常温度、压力和相对湿度下，在静止的空气中,与实际颗粒物具有与实际颗粒物具有相同重力末速度的密度为相同重力末速度的密度为1g/cm31g/cm3的球体直径。的球体直径。D Dp p是一种假想的球体颗粒直径，与实际颗粒物粒径不同。实际颗粒物粒径与颗是一种假想的球体颗粒直径，与实际颗粒物粒径不同。实际颗粒物粒径与颗粒物的组成、相对密度和颗粒物形状有关。粒物的组成
7、、相对密度和颗粒物形状有关。总悬浮颗粒物（总悬浮颗粒物（TSP,Total Suspended ParticulatesTSP,Total Suspended Particulates）小于）小于100m100m。飘尘（可吸入颗粒物）飘尘（可吸入颗粒物）（Inhalabte Particulates Inhalabte Particulates，IPIP）小于小于10m10m，用用PM10PM10表示表示 降尘粒径大于降尘粒径大于10m10m，可由于重力作用而自然沉降。，可由于重力作用而自然沉降。1.3 大气颗粒物大气颗粒物（2）大气颗粒物的大气颗粒物的三模态三模态 WhitbyWhitby等
8、依据大气颗粒物的表面积与粒径分布的关系得到了三种模结构：等依据大气颗粒物的表面积与粒径分布的关系得到了三种模结构：爱根核模（爱根核模（Dp Dp 0.05m 0.05m）积聚模积聚模 （D Dp p 2m 2m ）粗粒子模（粗粒子模（D Dp p ）（3）大气颗粒物的大气颗粒物的表面性质表面性质成核作用成核作用：促进降水的形成；：促进降水的形成；降低大气能见度；降低大气能见度；阻挡部分能量，减缓温室效应阻挡部分能量，减缓温室效应；减缓酸雨的形成。减缓酸雨的形成。粘合作用：粘合作用：促进颗粒物从大气中消除。促进颗粒物从大气中消除。吸着作用：吸着作用：使颗粒物吸附有害物质，增加其毒害作用。使颗粒物
9、吸附有害物质，增加其毒害作用。1.3 大气颗粒物大气颗粒物3.大气颗粒物的大气颗粒物的化学组成化学组成（1 1）无机颗粒物）无机颗粒物 其成分与颗粒物的形成过程、粒径大小有关。其成分与颗粒物的形成过程、粒径大小有关。粗粒子：金属元素。粗粒子：金属元素。细粒子：硫酸盐、硝酸盐、铵盐、痕量金属、炭黑等。细粒子：硫酸盐、硝酸盐、铵盐、痕量金属、炭黑等。（2 2）有机颗粒物有机颗粒物 来源于矿物燃料燃烧、废弃物焚化等高温燃烧过程。来源于矿物燃料燃烧、废弃物焚化等高温燃烧过程。已经检测到的有机颗粒物主要有烷烃、烯烃、芳烃和已经检测到的有机颗粒物主要有烷烃、烯烃、芳烃和多环芳烃多环芳烃等烃类等烃类,还有少
10、量还有少量的的亚硝胺亚硝胺、酚类和有机酸等。、酚类和有机酸等。4.大气颗粒物的大气颗粒物的来源识别来源识别富集因子（富集因子（EFEF）法、）法、化学质量平衡法（化学质量平衡法（CMBCMB）、相关分析法、相关分析法、因子分析法、因子分析法、相对浓度法相对浓度法PM 十面十面“霾霾”伏的士兵伏的士兵主讲教师：焦坤灵主讲教师：焦坤灵内蒙古科技大学内蒙古科技大学认识认识PM 1998年北京市蓝天工程项目中实验验证：年北京市蓝天工程项目中实验验证：霾主要由霾主要由PM组成组成掌掌 握握了了 解解分析归纳分析归纳特点及生成特点及生成与复合型大气污染与复合型大气污染主要内容主要内容 PM带来的危害带来的
11、危害 1.生活环境生活环境 2.生存权利生存权利控制控制PM2.5生成的措施，分析复合型大气生成的措施，分析复合型大气污染污染培养分析大气污染现象的逻辑思维培养分析大气污染现象的逻辑思维1.2.1 PM的特点及生成的特点及生成主要成分主要成分地壳中含量丰富的各种金属元素地壳中含量丰富的各种金属元素：钠、镁、钙、铝、铁等钠、镁、钙、铝、铁等元素碳、元素碳、挥发性有机物（挥发性有机物（VOCS）、铵盐、铵盐、常见成分常见成分主要源自人类污染的重金属元素主要源自人类污染的重金属元素：各种金各种金属元素属元素硫酸盐、硝酸盐硫酸盐、硝酸盐 铅、锌、砷、镉、铜等铅、锌、砷、镉、铜等二次生成二次生成来源：人
12、类生产和生活活动来源：人类生产和生活活动 工业、交通工业、交通PM：细颗粒物（：细颗粒物（fine particulate matter），也叫可入肺颗粒物，是），也叫可入肺颗粒物，是对空气中空气动力学直径小于或等于微米的固体颗粒或液滴的总称，对空气中空气动力学直径小于或等于微米的固体颗粒或液滴的总称，是是TSP（total suspended particulate）中的一种。）中的一种。一、二次复合污染：一、二次复合污染：TSP、SO2、PM10、O3 NO2、VOCs、PM 一次污染一次污染TSP SO2关键关键污染物污染物重要重要污染源污染源1990s以前以前燃煤烟气燃煤烟气2 PM与
13、复合型大气污染与复合型大气污染1990s以后以后燃煤烟气燃煤烟气机动车尾气机动车尾气从形成（过程）划从形成（过程）划分的组成分的组成一次生成物一次生成物二次生成物二次生成物无机物（离子、化合物、无机物（离子、化合物、ECEC、BCBC）有机物（有机物（OCOC）区分区分OCOC和和ECEC很很难，现在常用难，现在常用OC/ECOC/EC比值清比值清单法单法无机离子（硫酸盐、硝酸盐和铵盐、金属离子富集）无机离子（硫酸盐、硝酸盐和铵盐、金属离子富集）有机气溶胶（多存在于有机气溶胶（多存在于2 2 细颗粒中）细颗粒中）前体物前体物二次无机离子前体物：二次无机离子前体物：NONOX X、SOSO2 2
14、、NHNH3 3（主要）（主要）参与反应过程的物质：参与反应过程的物质：OHOH、OHOH2 2、O O3 3、H H2 2O O2 2等等二次有机气溶胶前体物：芳香族化合物二次有机气溶胶前体物：芳香族化合物-苯、甲苯、二甲苯；烯烃；烷烃；苯、甲苯、二甲苯；烯烃；烷烃；环烷烃；萜烯；生物排放非饱和氧化物等；天然源碳氢化合物环烷烃；萜烯；生物排放非饱和氧化物等；天然源碳氢化合物参与反应过程的物质：参与反应过程的物质：O O3 3、OHOH-、NONO3 3-等等参考文献：中国特大城市气溶胶的理化特性、来源及其形成机制参考文献：中国特大城市气溶胶的理化特性、来源及其形成机制复旦大学徐昶博士论文，导
15、师：庄国顺复旦大学徐昶博士论文，导师：庄国顺 有机气溶胶的来源与形成研究现状有机气溶胶的来源与形成研究现状谢绍东，北京大学环境科学系，环境科学学报谢绍东，北京大学环境科学系，环境科学学报2 PM与复合型大气污染与复合型大气污染主要主要环境问题环境问题关键关键污染物污染物重点重点污染源污染源面源面源(民用炉灶、天然源等民用炉灶、天然源等)移动源移动源(交通工具交通工具)工业源工业源(电力、水泥、钢铁电力、水泥、钢铁)2 PM与复合型大气污染与复合型大气污染 PMSO2NH3NOXVOC烟雾烟雾能见度能见度/灰霾灰霾臭氧臭氧 酸沉降酸沉降 复合型大气污染复合型大气污染新闻联播新闻联播2013年年1月月13日公布日公布1 生活环境恶化加剧生活环境恶化加剧3 PM带来的危害带来的危害2 生存权利受到侵犯生存权利受到侵犯呼吸呼吸 交通交通呼吸还是不呼吸，这是一个问题。呼吸还是不呼吸，这是一个问题。你见与不见，路就在那里。你见与不见，路就在那里。锻炼锻炼户外有风险，锻炼需谨慎。户外有风险，锻炼需谨慎。3 PM带来的危害带来的危害4、控制、控制PM生成的措施生成的措施个为个为个人行为个人行为同呼吸共责任同呼吸共责任