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      顆粒污染物的物理和化學特性

      瀏覽次數: 發布日期:2018-12-28

      關鍵詞:污染物 顆粒污染物

      導讀:?顆粒污染物(大氣氣溶膠)大氣氣溶膠是一個極為復雜的體系,它們對環境和人類影響很大,其影響不僅取決于顆粒物的大小,也和顆粒物的濃度和化學組成密切相關。

      顆粒污染物(大氣氣溶膠)大氣氣溶膠是一個極為復雜的體系,它們對環境和人類影響很大,其影響不僅取決于顆粒物的大小,也和顆粒物的濃度和化學組成密切相關。

      1.大氣氣溶膠的粒徑

      大氣氣溶膠的粒徑一般在0.1~100wm之間,粒徑的分布一般符合對數正態分布。粒徑的不同,主要和來源有關:粒徑<0.05um的,主要是來源于燃燒過程產生的一次氣溶膠和氣體分子通過化學反應轉化形成的二次氣溶膠;粒徑在0.05~2um之間的,主要來源于燃燒過程產生的蒸氣冷凝凝聚,以及各種氣體通過化學轉化形成的二次氣溶膠,例如煙霧和大部分硫酸鹽;粒徑>2um的,主要來源于機械過程產生的一次粒子、海水濺沫、風沙和火山灰等。

      顆粒污染物的物理和化學特性

      2.氣溶膠的結構

      大氣氣溶膠表面常有一層液膜,中心有一個不溶于水的核,許多過渡金屬的化合物可能存在于核的表面。核的四周被水溶液包圍,其中溶解物有可溶性無機物和有機物。在水溶液表面上又常有一層有機物的膜,有機物的極性一端向著中心核的方向。氣溶膠可以通過吸附、吸收、溶解等過程包容大量雜質,并在其中進行復雜的化學反應。氣體污染物和顆粒物之間相互作用是形成氣溶膠的重要環節,大氣中的各種污染物都是在此界面上進行反應形成各種形態的氣溶膠。

      3.大氣氣溶膠的種類

      氣溶膠的組成十分復雜,有的含有四五十種元素,主要是硫酸鹽、硝酸鹽等(約占50%~80%),還有有機化合物及多種微量元素的氧化物和鹽類。按其主要成分可作如下分類。

      (1)硫酸鹽氣溶膠主要來自SO2的化學轉化。SO2在大氣中通過均相和非均相反應形成SO3,SO3與水蒸氣反應生成H2SO。硫酸的蒸氣比非常低,特別在有水的條件下更是如此。在氣相中H2S0,的飽和濃度為4ug/m2,因此在所有大氣條件下都會凝結生成硫酸或硫酸鹽氣溶膠。大氣中的無機污染物最終大部分都將轉化為硫酸鹽氣溶膠,在平流層中最大的氣溶膠就是硫酸鹽氣溶膠。硫酸鹽氣溶膠形成的途徑主要有光化學氧化、自由基氧化、液相氧化或吸附氧化等。

      (2)硝酸鹽氣溶膠硝酸在氣相中的飽和濃度可達1.2×10ug/m2,因此凝結態硝酸在大氣中幾乎不存在,其氣溶膠常以NaNO、NL比NO3或NO,吸附在顆粒物上的形式存在。硝酸鹽氣溶膠形成途徑主要有:NO,氧化為NO2、N3O)、N2Os等;高價氮氧化物與水蒸氣作用形成HNO3和HNO2一類揮發性酸而存在于氣相中;在氣相中反應形成硝酸鹽氣溶膠。碳氫化合物的存在對硝酸鹽氣溶膠的形成有較大的作用。

      (3)有機物氣溶膠其形成途徑尚不大清楚,一般認為有O-烯烴、O-環烯烴和HC-自由基等各類反應體系。由燃燒進入大氣的碳氫化合物在大氣中常參與光化學反應和自由基反應,被光化學氧化劑直接氧化,或被顆粒物吸附而后再氧化,最后形成凝聚態過氧化物或聚合物。其中含氧的有醛、醇、有機酸等,含硫的有硫醚、硫醇類化合物,含氮的如PAN、PPN(過氧丙酰硝酸酯)、PBN(過氧苯甲?;跛狨ィ┑葰馊苣z。

      (4)微量元素已發現的大氣氣溶膠中存在的微量元素有幾十種,其中過渡金屬的含量相當可觀。顆粒物中金屬元素的含量與其來源有關。存在于飛灰中的濃度比氣溶膠顆粒中的濃度大得多,而城市氣溶膠中微量元素的濃度一般又比非城市的約大一個數量級。

      4.大氣氣溶膠的化學組成

      大氣氣溶膠的組成十分復雜,不僅與其來源有關,也與粒徑大小密切相關。其中含有幾十種金屬元素,如存在于粗粒子中的有Si、Fe、Al、Sc、Na、Ca、Mg、Cl,V、Ti等,存在于細粒子中的有Br、Zn、Se、Ni、Cd、Cu、Pb等,此外還含有多種無機及有機化合物。按它們的含量次序排列,大致為硫酸鹽、溶于苯的有機物、硝酸鹽、鐵、銨及少量的其他元素。硫酸鹽中主要是硫酸銨,也包括少量硫酸。有機物中脂肪烴多于芳香烴。

      按粒子的粒徑分,化學組分有很大差別。

      (1)粒徑<2.5um的細粒子它們是由高溫或化學過程產生的蒸氣凝結而成,或是氣體通過化學反應而產生,或是人類活動直接產生的粒子,主要有S0一、C(炭黑)、有機物、NHf、H+和Br、Zn、As、Se、Ni、Cd、Mn、Cu、Sn、Cd、V、Sb、Pb以及NO5、CI-等;

      (2)粒徑>2.5um的粗粒子主要來自機械作用產生的粉塵以及風沙、海鹽和火山噴發等,通常含有Fe、Ca、Ti、Mg、K、Na、Si、V、Al、Se、PO一、C(花粉和孢子)以及NO5、l等。

      值得注意的是由各種燃燒產生的煙氣中的典型致癌物質苯并[a]芪,其在各類煙氣中的含量參見下表。

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