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1、2. 颗粒物及其污染控制,2. 1. 颗粒物及其性质2. 1. 1. 颗粒物的物理化学性质2. 1. 1. 1.颗粒物的物理化学性质 密度（真密度、视密度、堆积密度） 孔隙与比表面积 表面性质（润湿性、亲水-疏水性） 粘附性 自燃-爆炸性 电性质（荷电性、导电性） 堆积性质（安息角、滑动角） 含水率,2. 1 . 2. 颗粒物的粒度性质2. 1. 2. 1. 颗粒物的粒度表征 （1）单个颗粒的粒度 光学方法（包括激光粒度分析） 筛分法（标准筛） 沉降法（斯托克斯直径） （2）平均直径 众径-质量频率曲线拐点出对应的粒径 中位直径-质量累积频率0.5对应的粒径 平均直径（长度、面积、体积） 粒度
2、分布（正态分布、对数正态分布、罗辛- 拉姆勒分布）2. 1. 2. 2.颗粒物按空气动力学直径的分类 总悬浮颗粒物（TSP, total suspension particle)-空气动力学直径小于100m,可吸如颗粒物（inhalable particle, PM10)-空气动力学直径小于10m的颗粒。 PM2.5指悬浮于大气中，空气动力学直径小于2.5m的颗粒。 PM1指悬浮于大气中，空气动力学直径小于1m的颗粒。 1996年我国大气环境控制标准中引入了可吸入颗粒物PM10, 规定了大气中可吸入颗粒物的限值。但是越来越多的数据和分析结果表明，能深入呼吸道深部，并产生不良影响的颗粒物是那些直
3、径小于2.5m甚至1m的颗粒。因此，美国的大气环境质量标准中列入了PM2.5作为控制参数，欧盟也将从2005年列入PM2.5作为控制标准。预计，我国也将在今后几年制定PM2.5的排放控制标准。,2. 2. 可吸入颗粒物的特征及其危害2. 2. 1.可吸入颗粒物的物理化学性质 大气中可吸入颗粒物的化学成分分析是60年代以来研究较多地方向之一，目前已知P M1 0的化学成分包括可溶性成分(大多数为无机离子)、有机成分(如多环芳烃(PAH s)、硝基多环芳烃(NPAH s)等)、微量元素、病菌和毒素、元素碳等。研究表明，由较细小的颗粒组成的复杂结构集合体比由较大颗粒组成的简单结构集合体比表面积大，所
4、以更容易吸附一些对人体健康有害的重金属和有机物，因而其毒性更大。,2. 2. 2. 我国大气可吸入颗粒物的污染现状 王玮等近10余年来在中国的城市地区和清洁地区进行了PM25的采集和分析，其中包 括PM25的质量浓度、离子和元素成分、酸度和酸化缓冲能力以及来源解析等，结果见表1所示。 主要元素的分析结果表明，A l，C a，F e，K，N a，P，S和Z n的浓度较高，是细粒子中的主要元素，而部分样品中Mg和P b的浓度也比较高。与TSP的分析结果相比较，细粒子中有可能来源于煤炭燃烧过程的S和Mn元素和机动车排气的P b元素的浓度较高，表明细粒子受人为污染的影响较人。2. 2. 2. 1 大气
5、可吸入颗粒物对人体健康的影响 目前已知的PMl 0对人体健康的影响主要包括：增加重病及慢性病患者的死亡率；使呼吸系统及心,脏系统疾病恶化；改变肺功能及结构；改变免疫结构；患癌率增加等。肺是空气污染物侵入的重要门户，是吸入粒子和有害气体损伤的第一器官，大气颗粒物的物理化学性质与患有呼吸道疾病的人群病情的加重之间有很密切的关系，气溶胶对人体的危害强度主要依赖于其成分、浓度和粒径。粒子成分是主要的致病因子，决定是否有害和致何种疾病。气溶胶浓度和暴露时间决定了吸入剂量，浓度越、时间越长危害越大。气溶胶粒径与其在呼吸 道内沉着、滞留和清除有关。一般而言，大于50um粒子不会被吸入，1050um的粒子绝大
6、 部分沉着在鼻腔里，510um可进入气管或支气管，只有5um的粒子才能进入到深部呼吸 道乃至肺泡。显而易见，只有10um的粒子气溶胶危险度比较高。大气颗粒物中粒度较小的 颗粒，占的比例越大，其危害也越大，因为细小颗粒更容易进入肺部；,大气中PMl 0和PM 25的增加，会导致它们在肺中的浓度也大量增加，其危害也越大；细颗粒物的比表面积人，所以它们吸附的重金属和有毒有害物质很多，同时也使这些有毒物质在肺中更容易溶解，毒性很大： 有害化学成分，如多环芳烃、重金属等的存在和它们的浓度也决定了其毒性的大小。 此外，有时环境冈素如温度和相对湿度对气溶胶吸入危害也有一定影响。我国最近对大气可吸入颗粒物对人
7、体健康的影响研究有以下报道： 吴国平等(2001)报告了在州、武汉、兰州、重庆市8所小学共8000余名学生父母患呼吸系统疾病的病症率受空气污染的影响，结果显示空气中PMl0的污染与成人(男女)的感冒或未感冒时咳嗽、男性未感冒时咳痰、哮喘、支气管炎有明显正相关关系；空气S02污染与成人(男女)感冒时咳嗽、咳痰,呈显著正相关；空气中NOx污染对成人呼吸系统病症率的影响相对较弱。 徐放等(1999)通过对1995年重庆渝中区空气中S02、PM25浓度水平与居民每日就诊人数的动态观察发现：慢性阻塞性肺部疾病(COPD)在空气S02、PM25浓度水平出现峰值的一月份。各年龄组四人类疾病的延迟七日的门诊女
8、性就诊人次中,COPD和循环系统疾病的就诊人次与S02、PM25浓度相关系数在0407之间，有较为密切的关系,COPD门诊就诊人次的增加与空气中S02,PM25浓度水平有明显的延迟效应关系。兰州市不同功能区大气悬浮颗粒物的遗传毒性比较表明，兰州市大气悬浮颗粒物具有潜在的致癌危险性。,千晓云等(1998)检测了TSP对人全血细胞DNA合成影响，结果表明，各检测点TSP具有一定的致突变活性(P005或P00D，且各点测定值均呈较好的剂量反应关系。彭中贵等(2001)对污染点和对照点(相对清洁点)在19941996年间同时进行了人气污染(气溶胶,L2氧化硫等)和儿童肺功能的测定。结果是肺功能指标和大
9、气污染物呈负相关，统计分析提示污染点与对照点儿童肺功能的差别主要是由于大气污染(气溶胶)造成的，特别是PM25的细粒子造成的。 余贵英等(1999)对某日间处理15万吨的大型污水处理厂露天开放式运作的反应池、污泥浓缩池和厂前区进行空气气溶胶微生物检测，结果发现三个采样点均可检出金黄色葡萄 球菌、绿色链球菌、大肠菌群、可疑不动杆菌属、变形杆菌等在清洁,空气一般不易检山的细菌菌谱，在生产作业区的反应池、污泥浓缩池旁还可检出肺炎双球菌，且大部分菌谱与污水进、出口水样中的菌谱相同。说明该厂在污水处理过程中已造成了空气微生物污染，其微生物气溶胶主要来源于生产作业区，并已播散到厂前生活区。故在污水处理过程
10、中产生的微生物气溶胶所造成的人体健康危害不容忽视。2. 2. 2. 2. 可吸入颗粒物对气象及气候的影响 自1970年代以来，大气颗粒物对能见度的影响就一直是环保部门所关注的问题之一。美国1 9 77 年制定的空气净化法就有专门条款来保护国家“联邦一类区”的能见度，使其免受人为的大气污染源的影响。虽然气溶胶只占大气的很小的一部分， 在城市中气溶胶对大气的光学性质甚至达99%。大量的,溶胶中PMl 0和PM 2 5的性质与能见度的降低密切相关。PM 1 0和PM 25对光散射效应是使能见度降低的最主要因素。由于部分入射辐射受颗粒散光的影响会反射到宇宙空间，从而使入射辐射的强度减弱。通常认为散光效
11、应主要同细颗粒物有关。PMl 0和PM 25对光的吸收效应通常是使能见度降低的第二大因素。而PMl 0和PM 25对光的吸收几乎全部都是由炭黑(也称元素碳)和含有炭黑的颗粒引起的。每年，世界上排放的炭黑的量，雪人为颗粒排放量的1.12.5，占全部颗粒排放量的0.2一l。但是，它们的消光效应却是不可忽视的，因为煤烟的总消光系数是透明颗粒的23倍，所以大气中很少数量的煤烟颗粒就可以导致光强降低很多。这些光吸收颗粒物可能会使某些地方的能见度降低一半以上，还可形成烟雾而使城市呈褐色。,PMl0利PM 2.5由于其来源不同，其成分各异，对能见度降低的贡献也不同气溶胶粒子增加的直接效应是影响大气水循环和辐
12、射平衡，这两种过程都会引起气候变化。一般来说，气溶胶粒子能吸收散射太阳辐射和地-气长波辐射，但对太阳辐射的影响较大。气溶胶增加对气候的影响主要表现为使地表降温，使云滴数量增加，其气候效应也是使地表降温。人类活动造成的气溶胶粒子增加的气候变冷效应可以人部分抵销人类活动造成的温室气体增加引起的气候变暖效应。但是，气溶胶的气候效应比温室气体复杂得多，气溶胶对辐射的影响取决于其分布、其自身的物理化学性质(包括粒子尺度、谱分布、化学成分等)以及下垫面的光学性质，而这些因子都有极大的时间和空间变率，这给模式计算带来很大困难。到目前为止，还没有奸的模式来准确计算气溶胶的气候效应。气溶胶的气候效应，仍然是,人
13、类活动引起的气候变化预测中最不确定的一个因素。气溶胶粒子的存在是云形成的前提，在现代地球大气的温湿条件下，如果没有气溶胶粒子， 将永远不会形成云。因此，气溶胶粒子增加的一个最直接的影响是使云滴数量增加，云的增加总的来说是使地表降温，当然云增加可能引起降水增加，进而影响地表湿度和植被从而改变地表反照率进一步影响气候，这一连串的间接影响至今尚无定量计算，是研究气溶胶对气候影响的一个重要的，也是极为困难的课题。2. 2. 2. 3. 大气可吸入颗粒物的源解析 气溶胶物质来源研究是大气污染研究极为重要的内容，它对污染物质的最终解释和评价具有较大的意义，其研究成果也为污染源治理提供科学依据。从气溶胶组成
14、特征上来看，气溶胶物质来源,研究主要分为气溶胶矿物学(颗粒)研究、气溶胶无机化学研究和气溶胶有机化学研究等三种。大气PMl 0和PM 25的源解析研究的目的是要弄清它们的来源以及源分布，并为有关部门控制这些污染源又义可分为固定源和流动源，前者如燃料燃烧、工业生产过程，后者如交通运输等。自然源包括植物花粉和孢子、土壤扬尘、海盐(海岸城市)等。大气颗粒物的来源和发生量会冈不同国家和地区的经济发展、能源结构、工艺方法以及管理水平等的不同而存在很大的差别。气溶胶物质来源的矿物学(颗粒)研究主要是对气溶胶颗粒物表面形态、矿物组成利粒度分布等方面进行研究。2. 2. 2. 4. 可吸入颗粒物的检测 大气中
15、的悬浮颗粒物对人体健康的负面影响，及对城市大气能见度、气候、空气质量、生态环境,生态环境的影响，都与总悬浮颗粒物(TSP)、PMl0及PM25的数量及质量多少有关，为准确描述颗粒物的影响，在研究大气颗粒物的行为、影响时，制定了大气颗粒物浓度的指标，大气颗粒物浓度可分为个数浓度、质量浓度和相对质量浓度。 人气颗粒物的测量，主要是根据颗粒物的物理性质(包括力学、电学、光学等)与颗粒物的数量或质量之间的关系，通过相应的仪器设备进行的。根据测量的具体操作，可将人气颗粒物的测试方法分为捕集测定法和浮游测定法，捕集测定法是指先用其他手段捕集空气中的微粒，再测定其浓度的方法：能保持空气中的浮游颗粒仍为浮游状态而测定其浓度的方法为浮游测定法。根据测量时采川的具体方法，大气颗粒物的测试方法又可分为称重法、光散射法、压电晶体法、电荷法、9射线吸收法、,
