《空气洁净技术》第二章 大气中的悬浮微粒——大气尘

空气洁净技术 二章大气中的悬浮微粒—一大气尘 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10um。 2-1大气尘的发生源及组成 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21 发尘装置 粉尘性质 焦渣、飞灰、煤粉 水泥 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 飞灰、煤粉 烧废炉 飞灰、炭渣 硫酸设备 硫酸烟雾 矿石粉碎 矿石粉 、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

空气洁净技术 第二章 大气中的悬浮微粒——大气尘 １ 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

空气洁净技术 二章大气中的悬浮微粒—一大气尘 大气尘的一般组成 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 腐败植物、皮屑 0~1 煤、碳、水泥、混凝土等细粉 金属 微生物(藻类、菌类、病毒) 2-2大气尘的浓度 大气尘浓度 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ngm3 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23。 我国大气环境质量标准(GB3095-82)区分了飘尘(指10um以下的微粒)浓度和总悬浮 微粒(TSP,指100um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: ˉ级标淮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 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

空气洁净技术 第二章 大气中的悬浮微粒——大气尘 ２ 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

空气洁净技术 第二章大气中的悬浮微粒—一大气尘 部分国家大气尘标准表2-3 尘浓度(mg/Nm3) 规定不超过 国别标准制定部门 4小时1小时限 注 平均|平均 食平均时/允许限度时 间 (%) 美国1971年空气质1类 0.26 1年中99 量国家标准 1年中99.7% 农村 0.13 1年中95% 居住区 0.15 1年中95% 工业区 0.2 1年中95% 日本环境控制标准 0.1 连续24小时 0.2 的1小时平 1971年大气污 均,离住宅 染防止法 约25米以内 任何情况下 0.1 0.530分钟 法国建议指示值:巴 黎Ⅰ类特种保 护区 意大利 07530分钟8小时内 瑞典1970年准备的 0.1 一个月99 标准 西德建议指示值 04830分钟 中国1982年国家标总悬浮微粒 准GB395-82:一级标准015 0.30任何一次 大气环境质量|二级标准0.30 100任何一次 三级标准0.50 1.50任何一次 飘尘 级标准 015任何一次 二级标准0.15 050任何一次 三级标准 0.25 070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 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02或0.15mg/m3看成污染的浓度极限

空气洁净技术 第二章 大气中的悬浮微粒——大气尘 ３ 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（%） 24 小时 注 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

空气洁净技术 第二章大气中的悬浮微粒—一大气尘 在空气洁净技术中,最常用的是以d≥0.5m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4ms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 30000 4000 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、 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: 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0.00lμm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SOz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

空气洁净技术 第二章 大气中的悬浮微粒——大气尘 ４ 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

空气洁净技术 二章大气中的悬浮微粒—一大气尘 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(Erm一E)/(Erm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増大(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 离地面髙度不同,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米髙 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 与污染源的距离及方向 绿化情况 大气尘浓度绿化减尘率 3) (%) 东南(测定时处于下风侧)|空旷地 1.5 53.3 60米 悬铃木(郁闭度0.9)林下 0.7 西南(测定时处于下风侧)空旷地 2.4 37.1 360米 刺楸树丛背后 东(测定时处于下风侧)250空旷地 0.5 悬铃木林带(高15米宽20 米郁闭度<0.9)背后

空气洁净技术 第二章 大气中的悬浮微粒——大气尘 ５ 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