资源简介

(共14张PPT)
环境空气颗粒物测定基础知识
项目二 环境空气质量监测
前言/PREFACE
大气颗粒物是我国环境空气污染监控与防治的重点管控对象，对颗粒物开展规范监测与有效治理，是我国环境保护部门及国家政府的重要工作任务。包括中国在内的世界多个国家与国际组织也已将其列入空气质量标准，纳入监管范围。国务院印发的《关于深入打好污染防治攻坚战的意见》即提出要聚焦秋冬季细颗粒物污染，加大重点区域、重点行业结构调整和污染治理力度，助力打好重污染天气消除攻坚战。
学习目标
掌握环境空气中颗粒物的定义、来源、危害和测定方法。
知识目标
技能目标
能区别不同的颗粒物测定方法。
1、理解我国开展环境空气颗粒物污染防治的必要性和重要性；
2、明确颗粒物监测在大气污染防治中的重要作用。
素质目标
目录/Contents
01
02
03
04
颗粒物的定义
颗粒物的来源
颗粒物的危害
颗粒物的测定方法
01
颗粒物的定义
颗粒物的定义
空气颗粒物的粒径从1nm~100μm跨越五个数量级。
空气颗粒物常常并非球状，而且密度范围很广。通常以“等效”直径来对其进行描述。
扩散和重力沉降是颗粒物最为重要的物理行为，它决定着颗粒物的传输、捕集、清除以及在呼吸道的沉积。
粒径范围
颗粒物描述
物理行为
“颗粒物”一般指存在于环境空气中的一些粒径范围较宽、物理和化学性质不同的液体或固体颗粒。与O3、CO、SO2、NO2等污染物不同，它并非一种特定的化学物质，而是由各种来源、大小不同、组成和性质各异的颗粒所组成的混合物。
所谓“等效”直径指与球形颗粒具有相同物理行为的直径。
常用的“等效”直径有迁移直径（Stokes直径，Dp）和空气动力学直径（Da）两种。
颗粒物的定义
迁移直径与颗粒物的密度无关，它基于当颗粒的速度与周围液体速度不同时而施加于其上的空气动力学拉力来描述颗粒大小。
迁移直径
空气动力学直径与颗粒物的密度有关，它定义为与球形颗粒具有相同重力沉降速度而密度为1g/cm3的颗粒物直径。
空气动力学直径
等效粒径
①对于小颗粒，扩散过程更为重要，因而常使用迁移直径。
②小于0.5μm的颗粒，一般倾向于使用迁移直径。
①对于大颗粒，重力沉降过程更为重要，因而常使用空气动力学直径。
②大于0.5μm的颗粒，一般倾向于使用空气动力学直径。
使用何种等效直径取决于何种过程更为重要。
在使用粒径分布时应注明确切的等效直径是哪一种。
思考：同学们所知道的总悬浮颗粒物、可吸入颗粒物、细颗粒物等是以哪种等效直径为基础呢？
颗粒物的定义
切割点
暴露粒径
颗粒物分类
模态
从职业健康角度来定义颗粒物是基于颗粒物进入人体呼吸系统的各个部位。按暴露粒径可将颗粒物分为可吸入颗粒物（IPM）、胸腔颗粒物（TPM）和可呼吸颗粒物（RPM）。
暴露粒径
切割点定义基于粒径选择性采样器的50%切割点和整个穿透曲线。粒径选择性采样器指捕集某一指定空气动力学直径以下或某一直径段的采样器，通常由50%上切割点定义。
采样器的切割点
模态定义主要基于颗粒物的形成机理，但也与源、组成、传输和清除以及大小有关。包括成核模态、爱根模态、积聚模态、细颗粒物、粗模态或粗颗粒物、超细颗粒物。
模态
①TSP：由大流量采样器的设计定义，可收集所有的细颗粒物和一部分的粗颗粒，其上切割粒径取决于风速和风向。
②PM10：指在上切割点为10μm的空气动力学直径时收集效率为50%，且具有指定穿透曲线的颗粒物。
③PM2.5：指在上切割点为2.5μm的空气动力学直径时收集效率为50%，且具有指定穿透曲线的颗粒物。
④PM10-2.5：50%上切割点为10μm的空气动力学直径，且50%下切割点为2.5μm空气动力学直径的颗粒物。
三个系列的颗粒物定义并非孤立的，而是彼此间有着某种联系。
02
颗粒物的来源
颗粒物的来源
除自然源之外，空气颗粒物的人为来源主要有化石燃料的燃烧、机动车尾气、工业粉尘、废弃物焚烧等。空气颗粒的主要成分有硫酸盐、硝酸盐、铵盐和氢离子，还含有水、元素碳、各种有机化合物以及地壳元素。颗粒物根据源的不同还可分为一次颗粒物和二次颗粒物。
成分 一次颗粒物（PM＜2.5μm） 一次颗粒物（PM＞2.5μm） 二次颗粒物 自然源 人为源 自然源 人为源 自然源 人为源
硫酸盐（SO42－） 海盐飞沫 化石燃料燃烧 海盐飞沫 — 海洋或湿地排放的还原性含硫气体以及火山活动、森林大火排放SO2的和H2S的氧化 化石燃料燃烧排放的SO2的氧化
硝酸盐（NO3－） — — — — 土壤、森林大火及闪电产生的NOx的氧化 化石燃料燃烧和机动车尾气排放的NOx的氧化
矿物质 侵蚀和二次夹带 道路、林业、农业、建筑业等扬尘 侵蚀和二次夹带 道路、林业、农业、建筑业等扬尘 — —
铵盐（NH4+） — — — — 野生动物、原始土壤排放的NH3 畜牧业、垃圾及施肥土地排放的NH3
有机碳（OC） 野火 燃烧、机动车尾气及做饭 土壤腐殖质 轮胎和沥青磨损及道路扬尘 植物和野火排放的碳氢化合物氧化 燃烧和机动车排放的碳氢化合物氧化
元素碳（EC） 野火 机动车排放、木柴燃烧及做饭 — 轮胎和沥青磨损及道路扬尘 — —
金属 火山活动 化石燃料燃烧、熔炼及制动器磨损 侵蚀、二次夹带及有机碎片 — — —
生物气溶胶 细菌和病毒 — 植物和昆虫残片、花粉、孢子及细菌菌团 — — —
表 颗粒物各组分的来源
03
颗粒物的危害
颗粒物的危害
01
02
04
03
05
06
对植物和生态系统的影响
对空气能见度的影响
对建筑材料的损害
对全球变暖和紫外线传输的影响
颗粒物在人体呼吸道内沉积和清除
与流行病学和毒理学有一定关联
04
颗粒物的测定方法
颗粒物的监测方法
重量法
β射线吸收法
振荡天平法
压电微量天平法
光散射法
通过具有一定切割特性的采样器，以恒速提取定量体积的空气，将目标颗粒物截留在已恒重的滤膜上。根据采样前后滤膜重量之差及采样体积，计算颗粒物的浓度。
从强度恒定的β射线源在粉尘采集前后两次β射线被吸收的变化量来计算出颗粒物的质量浓度。
TEOM是在圆锥形振荡称量装置前安装捕集滤膜，随着捕集粒子的增加振荡频率减少，为可直接连续测量出颗粒物质量的方法。
压电晶体在施加交流电压时会产生机械共振。对于所有的机械共振，频率响应是质量的函数。故通过测量晶体的频率响应而实现对沉积在晶体上的颗粒物质量的连续监测。
当光照射在空气中悬浮的颗粒物上，产生散射光。在颗粒物性质一定的条件下，颗粒物的散射光强度与其质量浓度成正比，通过测量散射光强度，应用质量浓度转换系数K值，求得颗粒物质量浓度。
重量法为手工监测方法，原理简单，在颗粒物测量关键环节方面均可以对其进行基准方法的溯源，测量不受颗粒物形状、大小、颜色等因素的影响，测定数据可靠；缺点在于操作繁琐、采样周期长、监测数据时间分辨率低，同时由于采样和平衡称重的耗时较长，监测结果具有明显的滞后性。
自动监测方法众多，但不同方法之间存在差异，且不同温度、湿度等条件下的不同仪器的适用性如何，需开展自动监测方法比对。
目前，国内外均以手工监测方法作为基准，在足够的监测样本数的基础上，评判目标自动方法及其设备的监测结果与手工标准方法监测结果之间的差异。

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