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大气颗粒物来源及危害

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发布日期:2017-10-18 浏览次数:1945
核心提示:大气颗粒物是一个物理形态与化学组成均非常复杂的集合物质名称,为大气中的不定组分之一,本文主要对大气颗粒物生成来源、分类方法及危害来说明。弄清大气颗粒物的来源,防治颗粒物污染是非常重要。详细内容,请阅读全文。

大气颗粒物(Atmospheric Particulate Matters)是大气中存在的各种固态和液态颗粒状物质的总称。各种颗粒状物质均匀地分散在空气中构成一个相对稳定的庞大的悬浮体系,即气溶胶体系,因此大气颗粒物也称为大气气溶胶(Atmospheric Aerosols) 。1918年,物理学家E.GDonnan发现胶体化学过程和有云的大气过程有重要的相似点,因此参照术语"水溶胶(Hydrosol)",引入了"气溶胶(Aerosol)"术语,用于指空气中分散的颗粒和液滴 。气溶胶是多相系统,由颗粒及气体组成,平常所见到的灰尘、熏烟、烟、雾、霾等都属于气溶胶的范畴。在许多文献中,大气颗粒物和大气气溶胶都是指大气中的颗粒物。

生成来源

大气颗粒物的成分很复杂,主要取决于其来源。主要有自然源和人为源两种,后者危害较大。在学术界的分为一次颗粒物和二次颗粒物两种。

一次颗粒物是由天然污染源和人为污染源释放到大气中直接造成污染的颗粒物,例如土壤粒子、海盐粒子、燃烧烟尘等等。

二次颗粒物是由大气中某些污染气体组分(如二氧化硫、氮氧化物、碳氢化合物等)之间,或这些组分与大气中的正常组分(如氧气)之间通过光化学氧化反应、催化氧化反应或其他化学反应转化生成的颗粒物,例如二氧化硫转化生成硫酸盐。

Wl'dtby等人根据大气颗粒物表面积和粒径分布的关系,得出了三种不同类型的粒度模,并用来解释大气颗粒物的来源与归宿f3;7;81(如图2.2)嘲。按照颗粒物的空气动力学直径,可将大气颗粒物分为三种类型的粒度模:爱根核模(以

(1)爱根核模颗粒物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。

(2)积聚模颗粒物主要由核模凝聚、或通过热蒸汽冷凝再凝聚而生成。

(3)粗粒子模颗粒物主要由机械过程所产生的扬尘、海盐溅沫、风沙等一次颗粒物所构成。

1、按颗粒物的来源性质分类

(1)一次颗粒物:从污染源直接排放的颗粒,如烟囱排放的烟尘、风刮起的灰尘及海水溅起的浪花等。

(2)二次颗粒物:从污染源排放的气体,在大气中经物理、化学作用转化生成的颗粒,如锅炉排放的H2S、S02等经过大气氧化过程生成的硫酸盐颗粒。

2、按颗粒物的性质分类

(1)无机颗粒:如金属尘粒、矿物尘粒和建材尘粒等。

(2)有机颗粒:如植物纤维、动物毛发、角质、皮屑、化学染料和塑料等。

(3)有生命颗粒:如单细胞藻类、菌类、原生动物、细菌和病毒等。

3、按颗粒物的大小分类

按照空气动力学直径大小,可将大气颗粒物分为:

(1)总悬浮颗粒物(Total Suspended Particulate,简称TSP):吃≤1001nn。

(2)可吸入颗粒物(Inhalable Particles,一般称为PMlo):比≤lOgan。

(3)细颗粒物(Fine Particles,一般称为PM2.5):比≤2.5岬。

世界卫生组织(WHO)称PMIo为可进入胸部的颗粒物(Thoracic Particle):

Pooley与Gibbs(1996)定义的可入肺颗粒物(Respirable Particles)是指能够进入人体肺泡的颗粒,即指PM2.5

4、从污染控制的角度进行分类

大气污染控制的角度,按照颗粒的物理性质,通常采用如“粉尘"、“降尘"、“飘尘’’、“飞灰’’、“黑烟’’、“液滴"、“雾”等进行分类(详见文献)。

颗粒物分为两类:PM2.5和PM10,前者直径不超过2.5微米,是人类头发直径的1/30,后者则较粗大,当前的欧盟空气质量标准限定,一个人每年吸入的PM2.5最多为每立方米40微克,PM10为每立方米25微克。联合国世界卫生组织的指导原则建议:PM2.5和PM10的年接触量分别为每立方米20微克和每立方米10微克。

对颗粒物尚无统一的分类方法,按尘在重力作用下的沉降特性可分为飘尘和降尘。习惯上分为:

尘粒:较粗的颗粒,粒径大于75微米。

粉尘:粒径为1~75微米的颗粒,一般是由工业生产上的破碎和运转作业所产生。

亚微粉尘:粒径小于1微米的粉尘。

炱:燃烧、升华、冷凝等过程形成的固体颗粒,粒径一般小于1微米。

雾尘:工业生产中的过饱和蒸汽凝结和凝聚、化学反应和液体喷雾所形成的液滴。粒径一般小于 10微米。由过饱和蒸汽凝结和凝聚而成的液雾也称霾。

烟:由固体微粒和液滴所组成的非均匀系,包括雾尘和炱,粒径为0.01~1微米。

化学烟雾:分为硫酸烟雾和光化学烟雾两种。硫酸烟雾是二氧化硫或其他硫化物、未燃烧的煤尘和高浓度的雾尘混合后起化学作用所产生,也称伦敦型烟雾。光化学烟雾是汽车废气中的碳氢化合物和氮氧化物通过光化学反应所形成,光化学烟雾也称洛杉矶型烟雾。

煤烟:煤不完全燃烧产生的炭粒或燃烧过程中产生的飞灰,粒径为0.01~1微米。

煤尘:烟道气所带出的未燃烧煤粒。

粉尘由于粒径不同,在重力作用下,沉降特性也不同,如粒径小于10微米的颗粒可以长期飘浮在空中,称为飘尘,其中10~0.25微米的又称为云尘,小于0.1微米的称为浮尘。而粒径大于10微米的颗粒,则能较快地沉降,因此称为降尘。

产生危害

颗粒物中1微米以下的微粒沉降速度慢,在大气中存留时间久,在大气动力作用下能够吹送到很远的地方。所以颗粒物的污染往往波及很大区域,甚至成为全球性的问题。粒径在0.1~1微米的颗粒物,与可见光的波长相近,对可见光有很强的散射作用。这是造成大气能见度降低的主要原因。由二氧化硫和氮氧化物化学转化生成的硫酸和硝酸微粒是造成酸雨的主要原因。大量的颗粒物落在植物叶子上影响植物生长,落在建筑物和衣服上能起沾污和腐蚀作用。粒径在 3.5微米以下的颗粒物,能被吸入人的支气管和肺泡中并沉积下来,引起或加重呼吸系统的疾病。大气中大量的颗粒物,干扰太阳和地面的辐射,从而对地区性甚至全球性的气候发生影响。

来自欧洲的一项研究称,长期接触空气中的污染颗粒会增加患肺癌的风险,即使颗粒浓度低于法律上限也是如此。另一项报告称,这些颗粒或其他空气污染物短期内还会浓度上升,还会增加患心脏病的风险。欧洲流行病学家发现,肺癌与局部地区的空气污染颗粒有明显的关联。

研究人员还发现,即使污染水平短暂升高——类似城市发出雾霾警告的同时,也会使心力衰竭住院或死亡的风险上升2%—3%。这项研究将这些数据应用于美国,发现如果每立方米空气中的PM2.5减少3.9微克,每年就可以避免近8000 例心力衰竭导致的住院治疗。

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