第二章 大气中的悬浮微粒——大气尘.doc

空气洁净技术 第二章 大气中的悬浮微粒——大气尘
第二章 大气中的悬浮微粒——大气尘
大气尘是空气净化的直接处理对象，所谓大气尘是指大气中的悬浮微粒。既包含固体微粒也包含液体微粒的多分散气溶胶。大气尘的粒径一般小于10μm。
2—1 大气尘的发生源及组成
一、自然发生源和人为发生源
1.自然发生源　如：海风带入空气中的海盐微粒、风吹起的土壤微粒、植物花粉等；
2.人为发生源 在人为发生源中，近代工业技术发展所造成的大气污染占主要地位。如燃煤、燃油产生的灰分、SO2、烟雾等。

大气尘污染源 　　 表2—1
发尘装置
粉尘性质
锅炉
焦渣、飞灰、煤粉
水泥窑
石粉、水泥
矿石烧结炉
金属硫氧化物、飞灰、矿石粉
熔矿炉
矿石粉、焦炭粉、矿渣
炼钢平炉
氧化铁
窑
飞灰、煤粉
转炉
渣
烧废炉
渣、飞灰、炭渣
硫酸设备
硫酸烟雾
矿石粉碎
矿石粉

二、大气尘的组成
1. 无机性非金属微粒
主要有矿物（包括砂土）的碎屑、煤粉、碳黑和金属。
2. 金属微粒
大气尘中金属成分和工业发展有很大关系。在一些工业发达国家的大气尘中发现金属特别是重金属（铅、镉、铍、锰、铁等）的含量增加。
3. 有机性微粒
在大气尘的有机性微粒部分，植物花粉是很重要的组成部分。其花粉的数量与季节有关。春夏之交是花粉最多的时候。

大气尘的一般组成　　 　表2—2
组　　　成
含有率％
矿物碎片、燃烧物的渣滓
10～90
烟、花粉　
0～20
棉等植物纤维
5～40
腐败植物、皮屑
0～10
煤、碳、水泥、混凝土等细粉
0～40
金 属
0～0.5
微生物（藻类、菌类、病毒）
极 微
2—2　大气尘的浓度
一、大气尘浓度
1. 计数浓度　以单位体积空气中含有的尘粒个数表示，记作粒／升。
2. 计重浓度（质量浓度）以单位体积空气中含有的尘粒质量表示，记作mg /m3。
3. 沉降浓度　以单位时间单位面积上自然沉降下来的尘粒个数或重量表示 (粒/厘米2·时或吨/公里2·月)。
4. 粒径颗粒浓度　单位体积空气中含有的某一粒径范围内的灰尘颗粒数 (粒/m3或粒/升)。
大气尘的浓度变化很大，为了科学地确定大气尘的浓度，应该区分是瞬时（一次）值还是平均值，是最大值还是最小值，或是同时给出平均、最大 、最小三个数值。在平均值里还应区分是1小时平均、24小时（日）平均或月平均。时间越长其平均值越小。必要使还应指明连续平均的时间。例如连续48小时的1小时平均值，或每天白天8小时的1小时平均值。最大、最小值也同样应指出其时间性，即每日最大（小）或每月最大（小）值。
从环境卫生角度，大气尘的浓度均采用计重浓度辅助以沉降浓度。
在空气洁净技术中采用计数浓度，但计重浓度也有一定的参考价值。如计算过滤器负荷时还要用到它。一部分国家大气尘标准见表2—3。
我国大气环境质量标准(GB3095—82)区分了飘尘（指10μm以下的微粒）浓度和总悬浮微粒（T.S.P，指100μm以下的微粒）浓度，并规定飘尘浓度为参考指标。把级别划分为三级：
一级标准 为保护自然生态和人群健康，在长期接触情况下不发生任何危害影响的空气质量要求。
二级标准 为保护人群健康和城市、乡村的动植物，在长期和短期接触情况下不发生伤害的空气质量要求。
三级标准 为保护人群不发生急、慢性中毒和城市一般动植物（敏感者除外）正常生长的空气质量要求。
该标准规定，国家规定的自然保护区、风景游览区、名胜古迹和疗养地等为一类区，执行一级标准。

一部分国家大气尘标准　　表2—3
国别
标准制定部门
含尘浓度（ mg / Nm3）
规定不超过允许限度时间（%）
注

24小时平 均
1小时平 均
限度
平均时间
美国
1971年空气质量国家标准
Ⅰ 类
Ⅱ 类
农 村
居住区
工业区
0.26
0.15
0.13
0.15
0.2

1年中99.7%
1年中99.7%
1年中95%
1年中95%
1年中95%

日本
环境控制标准

1971年大气污染防止法

0.15
0.1
0.2

连续24小时的1小时平均，离住宅约25米以内任何情况下
苏联

0.15

0.5
30分钟
100%

法国
建议指示值：巴黎Ⅰ类特种保护区

0.15
0.35

97.8%

意大利

0.3

0.75

30分钟
50%
8小时内94%

瑞典
1970年准备的标准

0.1

一个月99%

西德
建议指示值

0.48
30分钟

中国
1982年国家标准GB3095-82：大气环境质量标准
总悬浮微粒
一级标准
二级标准
三级标准
飘尘
一级标准
二级标准
三级标准

0.15
0.30
0.50

0.05
0.15
0.25

0.30
1.00
1.50

0.15
0.50
0.70

任何一次任何一次任何一次

任何一次任何一次任何一次

城市规划中确定的居民区、商业交通居民混合区，文化区、名胜古迹和广大农村等为二类区，执行二级标准。
大气污染程度比较重的城镇、工业区及城市交通枢纽、干线等为三类区，执行三级标准。
由于大气尘浓度值的大小直接影响人体健康，所以各国都有自己的大气尘计重标准。很多国家都把0.2或0.15 mg/m3看成污染的浓度极限。
在空气洁净技术中，最常用的是以d≥0.5μm的微粒数量为准的计数浓度。以最干净的同温层（距地表10km）来说，这样的微粒约有20粒/升。
二、影响大气尘浓度和分布的因素
1.风的影响
在现代城市中大气尘发生源的主要形式可分为点（烟囱等排放装置）、线（机动车密集的道路）和面（工业区），而起传播污染作用的主要是风。就大部分情况来说，由于污染物在大气中的排放浓度与总排放量成正比，而与平均风速成反比，所以风速增加一倍，下风侧污染物浓度则可减少一半。当风速从0变化到4m/s时，含尘浓度变化见表2—4。

大气含尘浓度与风速的变化关系 表2—4
风 速（m / s）
0
2
4
大气尘浓度（粒/升）
346000
230000
84000

从实测结果也可以看到，浓度和风速的同步性非常明显。而且可以看出浓度稍有一点滞后。在最大风速过去之后可以出现浓度的最低值。也就是说浓度和风速成反比。
在我国的大部分地区，尤其是东部季风区，一般全年有两个盛行风向。
由于有些地区出现了两个或两个以上主导风向，则主导风向上风侧可以避免污染的概念就失去了实际意义。同时风的影响不仅取决于风频，而且取决于风速。当风频小而风速也小时，其下风侧的污染可能增大。因此有关资料提出了污染风频的概念：
污染风频=定向盛行风频×全年平均风速／定向盛行平均风速
污染风频对于洁净室在总图上的位置有着重要意义。当只有一个主要盛行风向时，洁净室或洁净区要尽量布置在盛行风的上风侧；当有两个盛行风时，则应布置在一侧（见图2—1、2—2）。
图中污染区域：包括锅炉房、煤场、建筑工地、排放污染的车间等；
一般区域：包括一般生产车间、办公设施等。
2.湿度的影响
广义的大气尘包括固态微粒和液态微粒两部分。而粒径从0.1μm直至0.001μm之间的微粒虽也属于永久大气尘的范围，但是被专门叫做凝结核。
凝结核包括（1）溶解性凝结核：吸水性很强且能溶于水。如氯化钠、硫酸盐等；
（2）吸湿性凝结核：不溶于水但能被水湿润。如土壤粒子、矿石粒子、烟灰粒子等。
硫酸盐一类溶解性凝结核的产生量，主要是在水汽参与下由SO2到硫酸雾的形成多少所决定。所以空气中水汽的含量即绝对湿度是影响这类微粒数量的重要因素。溶解性凝结核吸湿后开始溶解为溶液，并使自身不断增大。
对于非溶解性凝结核，水汽在其上凝结主要取决于表面过饱和度（Er m—E）/E(Er m为液滴上的饱和水汽压，E为空气的饱和水汽压)。凝结核越大，发生凝结时所要求的表面过饱和度越小。即允许E越大，也就是空气的相对湿度可以越小。反之，相对湿度越大，则可使更小的凝结核吸湿增大。
因此，认为只有相对湿度或绝对湿度是影响大气尘浓度的因素是不全面的。
结论：
绝对湿度主要影响溶解性凝结核初始的吸湿，而凝结核进一步的溶解和增大（后者包括非溶解性凝结核）则主要取决于相对湿度。
由于计数测尘仪器一般都有一个粒径下限，当凝结核吸湿而增大以后，使大量小的不可测的微粒超过这一下限而进入到可测的范围，这就不仅使测得的大气尘计数浓度升高，而且小微粒的比重也变大了。因此早晨的湿度较高时其大气尘浓度较高。
3.高度的影响
离地面高度不同，对所测大气尘浓度也有很大影响。由于具体环境不同，在含尘浓度的垂直分布中其值也可能不同，甚至可能有一层、二层甚至三层最大值，一般是离地5~15米处的含尘浓度受地面影响较小，较稳定。
日本环境厅在有关规定中提出大气尘采样高度以5~10米为最好。1979年由中国医学科学院环境卫生监测站编订的《全球大气监测工作条例》（草案），也规定采择口应在3~4米高度以上。
4.绿化的影响
绿化对降低大气尘浓度有一定作用。根据研究，一般叶片宽大、平展、硬挺而风吹不易晃动、叶面粗糙多茸毛，总叶量又大的树木，有利于滞尘。下表是实际测定的空旷地带与绿化地带大气含尘浓度的比较。
空旷地带与绿化地带大气含尘浓度比较 表2—5
与污染源的距离
及方向
绿 化 情 况
大气尘浓度
(mg/m3)
绿化减尘率
（%）
东南（测定时处于下风侧）360米
空旷地
1.5
53.3
悬铃木（郁闭度0.9）林下
0.7
西南（测定时处于下风侧）360米
空旷地
2.4
37.1
刺楸树丛背后
1.4
东（测定时处于下风侧）250米
空旷地
0.5
60
悬铃木林带（高15米宽20米郁闭度＜0.9）背后
0.2

１０