主题：【转帖】大气颗粒物

颗粒物-简介    颗粒物又称尘。大气中的固体或液体颗粒状物质。颗粒物可分为一次颗粒物和二次颗粒物。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。煤和石油燃烧产生的一次颗粒物及其转化生成的二次颗粒物曾在世界上造成多次污染事件。

大气颗粒物指除气体之外的所有包含在大气中的物质，包括所有各种各样的固体或液体气溶胶。其中有固体的烟尘、灰尘、烟雾，以及液体的云雾和雾滴。粒径的分布大到200微米，小到0.1微米。

统计数据表明，目前我国烟尘和粉尘排放量有逐年下降的趋势，但影响城市空气质量的主要污染物仍是颗粒物。2004年的环境状况报告显示，46.8％的城市颗粒物浓度超过二级标准；颗粒物污染较重的城市主要分布在西北、山西、内蒙、辽宁、河南、湖南和四川。在监测的城市中，2004年环境空气质量达国家二级标准的占38.6％，而1999年这一数字只有33.1％，但全国总排放近年处于波动状态，没有得到明显的遏制。总的来说，随着300 多个城市中达到二级标准的比例逐年增加，中国城市的空气质量有所好转。

对于中国城市而言污染源主要为各种工业生产过程中产生的大气污染和居民燃煤污染。另外，近年来私人轿车的数量急速增多和市政建设等都带来了严重的环境问题。
一次颗粒物的天然源产生量每天约4.41×10吨,人为源每天约0.3×10吨。二次颗粒物的天然源产生量每天约5.6×10吨，人为源每天约0.37×10吨。就总量来说，一次颗粒物和二次颗粒物约各占一半。颗粒物大部分是天然源产生的，但局部地区，如人口集中的大城市和工矿区，人为源产生的数量可能较多。从18世纪末期开始，煤的用量不断增多。20世纪50年代以后，工业、交通迅猛发展，人口益发集中，城市更加扩大，燃料消耗量急剧增加，人为原因造成的颗粒物污染日趋严重。

颗粒物-组成     
颗粒物的组成十分复杂，而且变动很大。大致可分为三类：有机成分、水溶性成分和水不溶性成分，后两类主要是无机成分。有机成分含量可高达50％（重量），其中大部分是不溶于苯、结构复杂的有机碳化合物。可溶于苯的有机物通常只占10％以下，其中包括脂肪烃、芳烃、多环芳烃和醇、酮、酸、脂等。有一些多环芳烃对人体有致癌作用,如苯并(a)芘等。可溶于水的成分主要有硫酸盐、硝酸盐、氯化物等，其中硫酸盐含量可高达10％左右。颗粒物中不溶于水的成分主要来源于地壳,它能反映土壤中成土母质的特征,主要由硅、铝、铁、钙、镁、钠、钾等元素的氧化物组成。其中二氧化硅的含量约占10～40％，此外还有多种微量和痕量的金属元素，有些对人体有害，如汞、铅、镉等

颗粒物-分类    颗粒物对颗粒物目前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。

颗粒物-测定方法    颗粒物口罩在标准状态下（即压力760毫米汞柱，温度为273K）气体每单位体积含尘重量（克或毫克）数称为含尘浓度。

测定方法主要有：

①重量法：又叫重量浓度法，采用过滤器或其他分离器收集粉尘并称重的方法，是测定含尘量的可靠方法。过滤器可用滤纸、聚苯乙烯的微滤膜等。有多种测定仪器，如静电降尘重量分析仪可测出低达每标准立方米含尘10微克的浓度。若将已知有效表面积的集尘装置放在露天的适当位置，收集足够量的尘粒进行称重，可测定降尘量。

②浓度规格表比较法：应用较广泛的是M.R.林格曼提出的林格曼煤烟浓度表（见表）。该表是在长14厘米、宽20厘米的各张白纸上描出宽度分别为1.0、2.3、3.7、5.5、10.0毫米的方格黑线图，使矩形白纸板内黑色部分所占的面积大致为 0、20、40、60、80、100％，以此把烟尘浓度区别为6级，分别称为0、1、2、3、4、5度。在标准状态下,1度烟尘浓度相当于0.25克／米，2度相当于 0.7克／米,3度相当于1.2克／米,4度约为2.3克／米,5度约为4～5克／米。在使用时，将浓度表竖立在与观测者眼睛大致相同的高度上，然后在离开纸板16米、离烟囱40米的地方注视此纸板，与离烟囱口30～45厘米处的烟尘浓度作比较。观测时，观测者应与烟气流向成直角,不可面向太阳光线,烟囱出口的背景上不要有建筑物、山等障碍物。除林格曼煤烟浓度表外，还有其他形式的浓度表和进行浓度比较的测定仪器，如望远镜式煤烟浓度测定仪和烟尘透视筒等。浓度规格表比较法的优点是简便易行，缺点是易产生误差。

③光度测定法：用一定强度的光线通过受测气体，或用水洗涤一定量的受测气体，使气体中的尘粒进入水中，然后用一定强度的光线通过含尘水，气体或水中的尘粒就对光线产生反射和散射现象，用光电器件测定透射光或散射光的强度，并与标准的光度比较，即可换算成含尘浓度。

④粒子计算法：将已知空气体积中的粉尘沉降在一透明表面上，然后在显微镜下数出尘粒数目，测量结果用每立方厘米内的粒子数表示，必要时可换算成含尘浓度,其换算的近似值为：每立方厘米有500个尘粒,相当于在标准状态下含尘浓度每立方米约2毫克，2000个尘粒约为每立方米10毫克,20000个尘粒约为每立方米100毫克。

⑤间接测量法:含尘气流以湍流状态通过测量管，由于粉尘粒子和管内壁之间的摩擦而使尘粒带电,测量电流量,即可根据标准曲线换算出含尘浓度。此外，用热电偶测定尘粒吸收特定光源的辐射热，可间接测出含尘浓度。在离子化室内，测出空气中尘粒对离子流的衰减。此法也可算出含尘浓度。测定下限可到每立方厘米 200个尘粒。这几种方法和光度法可以连续测定。 　　

颗粒物-污染危害   
颗粒物污染(pollution　by　particulates)是指悬浮在空气中的固体或液体颗粒物，会对生物和人体健康造成危害。颗粒物的种类很多，一般指0.1至75μm的尘粒、粉尘、雾尘、烟、化学烟雾和煤烟。其危害特点是粒径1μm以下的颗粒物沉降慢、波及面大而远。无论是来源于自然或人为活动的颗粒物，都会给动、植物及人体健康带来危害。落在植物枝叶上的颗粒物，可引起机械性烧伤和减少叶片光合强度，使植物受损害；溶于水中的颗粒物，随水进入植物组织内，引起伤害；沉积在蔬菜或饲料植物的重金属颗粒物，通过食物链进入人或动物的身体。粒径2.5μm以下的颗粒物可进入呼吸道深部，对呼吸系统的危害更大。因此，许多国家都制定了颗粒物的大气环境质量标准，以保护动、植物和人体健康。

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。

从1987年到1994年，因为颗粒物污染，洛杉矶大约每天死亡148人，纽约每天死亡190.9人，芝加哥每天死亡113.9人。这项研究还证明，10微米颗粒物与心血管病、呼吸道疾病导致的死亡，也有很大的关系。燃烧矿物燃料也产生其他空气污染物质，如二氧化硫、氮化物和一氧化碳等，但这项研究发现，这些污染物质的含量和人类日死亡率并没有紧密的关系。这进一步表明，颗粒物是导致人类死亡率上升的主要原因。

美国联邦政府环保局1987年制定、1997年修改的空气质量标准规定，空气中10微米颗粒物含量，任何一天内的最大值不得超过每立方米150微克，一年内平均每天的最大值不得超过每立方米50微克。2.5微米以下颗粒物含量任何一天的最大值不得高于每立方米65微克，一年内平均每天的最大值不得超过每立方米15微克。但由于几家工业团体向美国联邦哥伦比亚特区上诉法院起诉，控告环保局1997年制定的颗粒物质标准没有足够的科学根据，1999年，上诉法院禁止环保局实行这项标准。萨梅博士的这项研究给环保局提供了有力的科学依据。

对于颗粒物含量及其对人类健康危害之间的关系，科学研究还远远不够。例如，美国环保局1997年标准的重点是2.5微米颗粒物的含量，但是，有关2.5微米颗粒物的有害成分和它们损害人类健康的机制，科学家们知道很有限。有些研究人员认为，人类日死亡率和2.5微米到10微米之间的颗粒物含量无关，仅仅和2.5微米以下颗粒物含量相关。2.5微米颗粒物在化学上活跃，它们大量进入室内空间，沉积在人们细支气管和齿槽里。但这个结论还需要进一步证实。

颗粒物-清除     
大气中的颗粒物可以通过以下三种途径得到自然清除：①雨除（作为凝结核形成雨滴而降落）和降水冲刷。这是最有效的清除途径。
②在大气动力作用下由于撞击而被捕获在地面、植物或其他物体表面上。
③由于本身重量而自然沉降。
一次颗粒物排放的控制主要是采用除尘器。对二次颗粒物则只能控制其前身物质。二次颗粒物的形成和变化规律是环境科学的重大研究课题之一。 [1]

颗粒物-防范措施     
加强污染物排放管理
颗粒物仪器政府部门需加强大气颗粒物污染管理力度。政府部门应将大气颗粒物排放制度化，如进行以下流程。首先，政府需明确污染排放许可证颁发的法规和管理流程，包括许可证申请的严格化、污染指数检测报告的准确化、许可证管理人员的考核、许可证管理机关的执法权明确化、许可证审批程序的合理化以及管理资金的流向明朗化；其次，是在执法办事的过程中需要严格执行污染排放许可证颁发的法规和管理流程，提高工作人员的素质以及办事效率。
城市生态环境整治建议： 城区生态环境综合整治方案的设计范围是以城市中心区的建成区为核心地域向外延伸。
水域生态工程方案：城市中的水域是唯一不起尘的地域,而且还具有吸尘、降尘和调节城市气候的重要作用,是城市生态平衡的重要因素。因此,要充分利用城市地质条件,保持并扩大现有水域面积,同时积极开发新的水域,提高水域覆盖率。该工程方案除了具有生态效益外,还可考虑其经济效益,例如建设水上训练基地或旅游渡假村等。

绿色生态工程方案
绿化是城市生态建设的另一重要组成部分。绿化可以调节气候、减少污染、净化空气、防风固沙,是非常经济的生物防治措施,称之为“城市肺”。中心区TSP 中扬尘比例较高,与城市绿化率不高有着密切关系。因此,方案对绿化工程作出重点规划。绿化工程的设计思想:以林为主,草花为辅,建设大型防护林带和城市森林公园，尽快形成城市森林系统,使绿化工程最大限度地发挥环境保护和生态平衡作用;规划设计大、中、小型的以林为主,林、草、花相间的城市立体景观系统,使中心区内已建成地域的裸地全部绿化,作到黄土不露天;在建地域的裸地应随建设工程的结束时间而完成绿化工程。
（1）围绕城市外部建立外防护林带，形成以抵抗外来大气颗粒污染物的防护墙。再在城市中，沿河流、湖泊建立内防护林带，保证城市大气颗粒污染物的净土。
（2）建立城市森林公园，给城市建造有一个“肺”，便于城市消耗以产生的城市大气颗粒物污染。
（3）许多城市都在近郊有储灰场，用来堆积城市建筑、日常生活所产生的灰尘、垃圾。储灰场是重要起灰源之一。该工程拟先在储灰坑周围建设高大防护林地,以阻挡灰坑起尘。注重储灰场的封闭问题，尽可能的避免其灰尘外扬。生活垃圾场周围也需建设高大防护林地,以阻挡垃圾山起尘。服务期满后进行土地恢复处理。还要做好裸地绿化工作，尽量做到城市退耕还林，将废弃的、或暂时无用处的裸地充分利用，建立绿化带或防护林带。
城市工业环境整治方案：目前，中国许多城市内或近郊都存在一些具有一定大气污染的工厂。对于这些工厂，我们不但需要对其工厂环境进行改造和绿化（如上部分方案）。还需严格按照国家相关部门的要求，要求工厂进行废气的处理，达到环保要求。对于大气颗粒物污染，有以下几种控制技术：
根据除尘技术原理，可以概括为机械力除尘、过滤除尘、静电除尘和湿式除尘四种类型，其中前三种可统称为干式除尘。

机械力除尘

机械力除尘是借助质量力的作用达到除尘目的的方法，相应的除尘装置称为机械式除尘器.质量力包括重力、惯性力和离心力,主要除尘器形式为重力沉降室、惯性除尘器和旋风除尘器等。
(1)重力沉降。
　　利用颗粒污染物与气体密度不同，使颗粒污染物在重力作用下自然沉降下来，与气体分离的过程。重力沉降室结构简单，造价低，压力损失小，便于维护，且可以处理高温气体。主要缺点是只能捕集粒径较大的颗粒物，仅对50微米以上的颗粒物具有较好的捕集作用，因而效率低，只能作为初级除尘手段，主要用于高效除尘装置的前级除尘器。
(2)惯性除尘。
　　利用颗粒污染物与气体在运动中惯性力不同，使颗粒污染物从气体中分离出来的过程。通常是使气流冲击在挡板上，气流方向发生急剧改变，气流中的颗粒物惯性较大，不能随气流急剧转弯,便从气流中分离出来。 　
(3)离心除尘。
　　利用旋转的气流所产生的离心力，将颗粒污染物从气体中分离处理的过程。
离心除尘器也称为旋风除尘器，具有结构简单、占地面积小、投资低、操作维修方便、压力损失中等、动力消耗不大、可用各种材料制造、能用于高温或高压及腐蚀性气体、并可直接回收干颗粒地优点。一般用来捕集5至15微米以上地颗粒物，除尘效率可达80%左右，是机械式除尘器中效率最高的。主要缺点是对5微米以下的细小颗粒物去除效果不理想。

过滤除尘
过滤除尘是使气流通过多孔滤料，将气流中颗粒污染物截留下来，使气体得到净化的过程，主要有袋式除尘及颗粒层过滤除尘两种方式。
（1）袋滤除尘。
利用棉、毛或人造纤维等加工的滤布捕集颗粒污染物的方法，主要通过筛分、惯性碰撞、扩散、静电、重力沉降等作用机制，依靠滤料表面来捕集颗粒污染物，属于外部过滤。该方法除尘效率高，一般可达99%以上，适应极强，能够处理不同类型的颗粒污染物，操作弹性大，除尘效率对入口颗粒污染物浓度及气流速度变化具有一定稳定性，结构简单，使用灵活，便于回收干料，不存在污泥处理。但袋式除尘器的应用受到滤布的耐温、耐腐蚀等操作性能的限制，一般使用温度应低于300℃。
(2)颗粒层过滤除尘。
通过将松散多孔的滤料填充在框架内作为过滤层，颗粒物在滤层内部被捕集的一种除尘方法，属内部过滤方式。除尘过程中大颗粒污染物主要借助惯性力，小于0.5微米的颗粒物主要靠滤料及被过滤下来的颗粒表面的拦截和附着作用过滤下来，净化效率随颗粒层厚度增高而提高。颗粒层除尘器按其功能可分为单颗粒层除尘器和组合颗粒层除尘器两种。