大气气溶胶污染的评测及治理方法

　　大气气溶胶是指“沉降速度可以忽略的固体粒子、液体粒子或固体和液体粒子在气体介质中的悬浮体”。当大气气溶胶形成的一种大气物质后，就对大气环境产生了影响。随着大气污染事件的频发，人们对大气气溶胶的关注也越来越多。

大气气溶胶简介

　　大气气溶胶的微粒范围从10^-7cm到10^-1cm不等，在如此宽的范围内，随其大小的变化，微粒的物理性质和运动规律都将发生变化。

　　大气气溶胶微粒越小，其在空气中沉降速度就越慢，对大气环境、人体健康、交通安全以及一些洁净度要求较高的工业产品有一定的影响，特别当颗粒直径小于10μm以下，其影响更大。

　　大气气溶胶科学是一门新兴的学科，其研究范围很广。虽然大气气溶胶在地球大气成分中所占的比例很小，但因为其在大气层中分布广泛、对大气过程有重要作用、对大气质量和气候的影响等诸多因素而使得人们不能忽视大气气溶胶对环境的影响。

　　对大气气溶胶的研究主要有以下一些特点：

　　1、需要国际间的合作

　　因为大气气溶胶是大气中普遍存在的异质混合物，不受国际边界的限制。

　　2、需要多学科综合

　　因为大气气溶胶对大气质量、大气能见度、酸沉降、降水、大气的辐射平衡和平流层以及对流层中的化学反应等有重要影响。

　　3、大气气溶胶对城市交通和人体健康也有很大的影响

　　在城市大气中，由汽车尾气和燃烧排放的尾气造成的高浓度的大气气溶胶可以降低大气的能见度，从而影响城市的交通和人类的正常生活;而微米级的大气气溶胶粒子还会对人的呼吸系统产生重要影响，尤其危害人类健康含有各种微生物和生物性物质的大气气溶胶对人体健康影响更大。着重讨论大气气溶胶在大气环境、人体健康和工业生产中造成的危害以及现有的一部分治理方法。

大气气溶胶污染的来源

　　大气气溶胶和气态大气污染物是大气污染物的两大基本要素。研究表明，大气气溶胶的污染特征和对环境的影响程度主要决定于大气气溶胶粒子的大小、状态和组成。

　　大气气溶胶粒子的直径多在0.001~10μm之间。很多过程可以产生大气气溶胶。其发生源可分为自然发生源和人为发生源两类。

　　在自然发生源中，有火山喷发产生的微粒;有风吹起的土壤微粒;有森林火灾放出的微粒;有海水喷沫作用带入空气中的海盐微粒;有来自宇宙空间的流星尘等。

　　在人为发生源中，以工业生产过程中产生的微粒为主;随着现代化交通工具使用的普及，有汽车、飞机等交通工具尾气中产生的微粒总量也越来越多;火灾也会在短时间内产生大量的烟雾;以及人们在日常生活中产生的微粒(如厨房的油烟烟雾、室内的香烟烟雾等)。

大气气溶胶微粒的危害

　　大气气溶胶是大气与悬浮在其中的固体和液体微粒共同组成的多相体系。在不同的地区和季节普遍存在，但由于来源以及形成条件的不同，其化学组成和物理化学性质差异很大，不同的污染可以显示出明显的污染源特征。

　　大气气溶胶的危害可分为：对大气环境的影响;对人体的危害以及对工业生产的危害。下面对这三类危害进行简单的介绍：

　　1、对大气的影响

　　大气气溶胶粒子对气候的辐射平衡有重要的影响。大气气溶胶对气候的影响可分为直接影响和间接影响。直接影响指大气中的大气气溶胶微粒吸收和散射太阳辐射和地面辐射出的长波辐射，进而影响地-气辐射收支品平衡。大气气溶胶对气候的间接影响是指大气气溶胶浓度变化会影响云的光学特性、寿命，而云的变化则会影响气候。

　　2、对人体的危害

　　大气气溶胶对人体的危害强度主要依赖于其成分、浓度以及粒径。粒子的成分决定是否有害和引起何种疾病。大气气溶胶浓度和暴露时间则决定了吸入剂量，浓度越高、时间越长危害就越大。大气气溶胶的粒径也是一重要组成，这是因为：一般而言，大于50μm的粒子不会进入呼吸道，10~15μm的粒子绝大部分沉在鼻腔里，当微粒直径大小在5~10μm则会进入气管或支气管，只有小于5μm的粒子才能进入到深部呼吸道乃至肺泡。此外，环境因素如温度和相对湿度对大气气溶胶造成的吸入危害也有一定的影响。

　　3、对工业生成的危害

　　大气气溶胶中的金属微粒对工业产品的危害很大。例如Na，对半导体器材十分有害。在做半导体器件的硅片表面如果沾污上的Na量达到3.6×10¹¹钠原子/cm²以上，就会对器件电性能有影响。大气气溶胶中的重金属影响更广泛。以硅片为例，当其表面上的铁、铜、银的浓度从10¹¹变化为10¹³原子/cm²时，有效电荷值要变化2~2.5倍。

　　因为大气气溶胶在大气中停留的时间较长，所以当大气中的大气气溶胶浓度达到一定程度时，除了会造成以上所述的伤害外，还会降低路面以及空中的能见度，对交通造成印象。

大气气溶胶污染治理

　　1、大气气溶胶污染程度的测量及评价方法

　　为保证大气气溶胶污染程度测量的可靠性，除了检测方法合理、检测仪器精良外，还要遵循正确的采样原理来Z大限度地减小误差。在采样理论的指导下，对微粒进行正确采样后，可以通过多种方法对微粒的大小、数量和分布进行测定，对测量结果还要作出科学的评价。对微粒浓度的测定，常常采用的方法有：计重浓度法、计数浓度法(滤膜显微镜计数法)、计数浓度法(光散射式粒子计数器计数法)、其他计数浓度法(电子显微镜法、凝结核计数法)、相对浓度法、生物微粒测定法等。

　　目前市场上已有了商品化的大气气溶胶采样装置。如美国希勒公司的A-245型大气气溶胶分级采样装置，它的采集滤膜一般采用过氯乙烯滤膜或石英滤膜。其样品分析方法如下：

　　样品采集前后，将滤膜放置在恒温恒湿室内一定时间，然后用精密天平称重，由样品采集前后滤膜质量差和大气的采集体积可得出大气气溶胶的质量浓度。分取一定面积的样品滤膜，用去离子水超声波提取，溶液用微孔滤膜过滤，绿叶定容后用离子色谱仪可测定其中的阴阳离子的种类和量。由于大气气溶胶存在状态比较特殊，无法直接测定其酸度，所以采取与测定土壤酸度相似的方法，首先将大气气溶胶滤膜样品溶于去离子水，然后测定水溶液的酸度，测定结果去除本底后可以求出大气气溶胶溶解在水中的氢离子量，根据氢离子量可以得出大气气溶胶的氢离子浓度。日益增多的资料表明，TSP污染浓度与暴露人群的死亡率和发病率之间具有统计学联系。

　　2、我国大气气溶胶污染现状

　　颗粒物是影响ZG城市空气质量的主要污染物。总悬浮颗粒物(TSP)是空气污染的重要指标。有关研究表明TSP每增加100μg·m^-3时，慢性呼吸道疾病，如咳嗽、咳痰、呼吸困难、慢性支气管炎和肺气肿的相对比分别是1.20、1.23、1.19和1.59。

　　我国目前大气气溶胶污染中的大气气溶胶主要有以下几种：硫酸盐颗粒物、氮氧化物颗粒、硅酸盐、铅、多环芳烃等。2004年342个城市中，46.8%的城市颗粒物浓度超过二级标准。2005年，113个大气污染FZZD城市中，空气质量劣于二级标准的是57.5%。

　　全国城市空气质量状况有以下特点：

　　①城市及其周边地区的污染强度高于农村。

　　②同等规模的城市，空气质量因工业结构、经济发展水平、城市基础设施完善程度及所在区域气候特征不同而存在较大差异。

　　③北方城市污染重于南方城市。

　　④大城市污染重于中小城市。

　　⑤部分沿海城市的空气质量相对较好。

　　⑥冬季污染比夏季污染严重。

　　3、目前主要的大气气溶胶污染治理方法

　　由于大气气溶胶在整个大气范围内都存在，对大气范围内的大气气溶胶治理目前是大气科学的主要研究方向之一。但具体的治理方法还不是很多。大气气溶胶的治理较为实用的目前是在室内(如厂房、医院等)。治理方式有从污染源着手的，也有直接针对大气气溶胶微粒进行吸收、吸附的。根据除尘机理的不同，除尘装置一般可分为以下几种类型：

　　①沉降式除尘器

　　又称机械式除尘器，常见的有重力沉降室、旋风除尘器、惯性除尘器等;

　　②洗涤式除尘器

　　如喷淋洗涤器、文丘里洗涤器、自激式洗涤器、水膜除尘器等;

　　③过滤式除尘器

　　如袋式除尘器和颗粒层除尘器;

　　④吸附式除尘器

　　如电除尘器等;

　　⑤综合式除尘器

　　即综合了几种除尘机理的新型除尘器，如通量力/冷凝(FF/C)洗涤器、高梯度磁分离器、荷电袋式过滤器、荷电液滴洗涤器等。常常采用的还有洁净室技术。

　　室外大气气溶胶的治理主要以人工消雾技术为代表。人工消雾分为人工消暖雾(雾区的温度高于0℃)和人工消过冷雾(雾区气温低于0℃，雾滴为过冷却水滴等)。

　　目前有三种人工消暖雾的方法：

　　①加热法

　　对小范围区域的雾区如机场、跑道等，通过大量燃烧汽油等燃料来加热空气使雾滴蒸发而消失;

　　②吸湿法

　　播撒盐、尿素等吸湿质粒做催化剂，在空气中产生大量凝结核，使水汽在凝结核上凝结成水滴，让雾消失;

　　③人工扰动混合法

　　用直升机在雾区顶部扰动空气，把雾顶以上干燥空气驱下来与雾中空气混合，雾便消失。

　　人工消过冷雾的方法是用飞机或地面设备，将干冰、液化丙烷等催化剂播撒到雾中，产生大量冰晶，它们通过贝吉龙冰水转化过程，夺取原雾滴的水分，雾滴便蒸发而冰晶不断长大降落地面，雾便消失。这种方法效果显著，已能实际应用。

大气气溶胶研究发展趋势

　　大气气溶胶污染涉及众多方面，随着当今环境污染问题的发展，大气气溶胶污染成为目前大气气溶胶科学研究的ZD。但过去着重于直接排放的一次颗粒物，50年代后，逐渐从总悬浮颗粒物(TSP)转向可吸入颗粒物PM₁₀。90年代后期，更重视二次颗粒物的问题。现今侧重于PM_2.5、亚微米、甚至超细的颗粒。从总体颗粒到单个颗粒的研究。

　　在一项研究中，观测到由于烟尘排放引起了云凝结核浓度的增加，其效果本该使云的反照率增加，但卫星对该地云层的分析表明，云的反射率实际上在下降。由于缺乏清楚机制，平流层的大气气溶胶具有比对流层大气气溶胶更长的寿命，可以达到几个月甚至几年，大气气溶胶的长距离输送通常发生在平流层。平流层大气气溶胶研究关注的问题有：平流层大气气溶胶的产生、输送、清除机制;有关大气气溶胶辐射强迫、化学特性和间接气候效应;大气气溶胶对遥感的影响等。

　　由于目前对大气气溶胶的研究还存在很多疑问，因此在大气气溶胶对环境的影响研究中存在不确定因素。如何减少这些不确定因素将会对治理大气气溶胶污染有着很大的帮助，这还需要科学界继续探索下去。