大气颗粒物的基本概念

➢ 与自然界硫、氮、碳循环有关的转化产物，如由H2S、SO2氧化生 成的硫酸盐，由NH3、NO和NO2氧化生成的硝酸等。
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2、人为来源
➢ 燃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，汽车尾气排出
的卤化铅凝聚而形成的颗粒物。 ➢ 人为排放SO2在一定条件下转化为硫酸盐粒子等的二次
颗粒物。
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(二)大气颗粒物的汇（汇集——干沉降和湿沉降）
1、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。
➢ 沉降机制1：一种通过重力对颗粒物的作用。沉降的速 率与颗粒的粒径、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：
v=(ρ-ρ0)gd2/ 1.8η
➢ 0.001~2 μm的固体。 ➢ 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0.5 μm使大气呈淡褐色。
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（二）按监测和粒径划分
1、总悬浮颗粒物(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， 是大气质量评价中的一个通用的重要污染指标。
III. 积聚模态 0.1~2μm
IV. 粗粒模态 >2μm
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1）艾根核模(成核模+艾根模) ：
➢ 由蒸汽凝结或光化学反应使气体形成核作用而形成的颗 粒，粒度为0.005－0.1m（0.05）。
2）积聚模：
PM2.5
➢ 粒径在0.1－2m范围的颗粒物是由艾根核模型颗粒凝聚 或通过蒸气凝结气体而长大的。
蓝色或微黄色。水平视程小于2km。
7、烟尘(熏烟，Smoke)
➢ 包含0.01~5 μm的固体或液体。 ➢ 一般为含碳物质，如煤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。如果煤烟中失去了液态颗 粒，即成为烟炭。 注意与第2点中烟气Fume(固体，蒸气凝结)的区别
8、烟雾（Smog）
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二、大气颗粒物的源和汇
（一）大气颗粒物的来源
1、天然来源
1）一次颗粒物
➢ 可起因于地面扬尘(风吹灰尘)，与地壳、土壤的成分相似； ➢ 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
来源的陨星尘，生物界产生的颗粒物如花粉、孢子等。
2）二次颗粒物
➢ 森林中排出的碳氢化合物(主要是萜烯类)进入大气后经光化学反应， 产生的微小颗粒；
1）成核
➢ 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。
2）粘合
➢ 粒子间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径的过程。
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一、大气颗粒物的分类
（一）按粒径、状态及来源划分（8种）
1、粉尘（微尘、Dust）
➢ 颗粒直径：1~100μm，固体。
➢ 机械粉碎的固体微粒，风吹扬尘，风沙。
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2、 烟(烟气，Fume)
➢ 颗粒直径：0.01~ 1μm ，固体。
➢ 生成、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。
《大气颗粒物的形成与控制》
——大气颗粒物的基本概念
南京理工大学环境与生物工程学院
2012-8-24
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大气颗粒物
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。
气溶胶体系中分散的各种粒子称为大气颗粒物。 ➢ 一、大气颗粒物的分类 ➢ 二、大气颗粒物的源和汇 ➢ 三、大气颗粒物的物理和化学性质
2、飘尘和降尘
➢ 长期飘泊在大气中颗粒直径小于l0μm的悬浮物称为飘尘(Airborne particle)；
➢ 大于l0μm的微粒，由于自身的重力作用而很快沉降下来的这部分
微粒称为降尘（Dustfall）。
PM10
3、可吸入颗粒物（Inhalable Particulate，IP）
➢ 易于通过呼吸过程而进入呼吸道的粒子，小于10微米。
p o
➢ Dp—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。 ➢ Dg—几何直径； ➢ K—形状系数 (球形K=1.0)；
➢ ρp—忽略了浮力效应的粒密度； ➢ ρ0—参考密度（1.0 g/cm3）。
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2、大气颗粒物的四模态
I. 成核模态 <10nm
II. 艾根模态 10-100nm
以上两种合称为细粒(<2m)，靠冷凝和凝聚形成。
3）粗粒模：
➢ 粒径大于2m的颗粒物。 ➢ 由机械粉碎、液滴蒸发等过程形成； ➢ 由自然界(表面崩解和风化)及人类活动的一次污染物。
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城市大气中颗粒物的分布多数属双模型， 即（2）积聚模和（3）粗粒模。
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3、微粒的表面性质
三种:成核作用、粘合和吸着
➢ 干沉降对粒径小于1m的颗粒物去除效率较高。
2、湿沉降：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； ➢ 对粒径为4m~5 m的颗粒物去除效率较高。
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三、大气颗粒物的物理和化学性质
（一）物理性质
1、 大气颗粒物的粒度分布
➢ 用有效直径 来表示，即空气动力学直径（Dp）
Dp Dg K
✓ 其中，v表示沉降速度；g为重力加速度；d为粒子直径；ρ和ρ0 分别为颗粒及空气的密度；η空气的粘度，以泊(Pa·s)表示。
➢ 结论：粒径和密度愈大，则沉降速率也愈大。
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➢ 沉降机制2：另一种是粒径小于0.lµm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 流扩散到地面或碰撞而消除。
于1km。
5、霭[ǎi] （Mist）
➢ 颗粒直径：大于10 μm ； 物态：液体； ➢ 生成、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。
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6、霾[mái] （Haze）
➢ 颗粒直径0.1 μm左右 ，固体。 ➢ 生成、现象：干的尘或盐粒悬浮于大气中形成，使大气混浊呈浅
➢ 如熔融金属、凝结的金属氧化物、汽车排气、烟草燃烟、硫
酸盐等。
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3、灰（Ash）
➢ 颗粒直径：1 ~200 μm；物态：固体； ➢ 生成、现象：燃烧过程中产生的不燃性微粒，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。
4、雾（Fog）
➢ 颗粒直径：2~ 200 μm ； 物态：液体； ➢ 生成、现象：水蒸气冷凝生成的颗粒小水滴或冰晶，水平视程小