空气颗粒物污染与防治

《空气颗粒物污染与防治》 2016年度研究生试题

一、请简述中国大气颗粒物污染现状。（10分）

答：大气颗粒物指除气体之外的所有包含在大气中的物质,包括所有各种各样的固体或液体气溶胶。其中有固体的烟尘、灰尘、烟雾 , 以及液体的云雾和雾滴。粒径的分布大到200微米 ,小到0.1微米。统计数据表明,目前我国烟尘和粉尘排放量有逐年下降的趋势, 但影响城市空气质量的主要污染物仍是颗粒物。2004 年的环境状况报告显示,46.8%的城市颗粒物浓度超过二级标准; 颗粒物污染较重的城市主要分布在西北、山西、内蒙、辽宁、河南、湖南和四川。在监测的城市中,2004年环境空气质量达国家二级标准的占38.6%, 而1999年这一数字只有 33.1%,但全国总排放近年处于波动状态,没有得到明显的遏制。总的来说, 随着 300多个城市中达到二级标准的比例逐年增加,中国城市的空气质量有所好转。对于我国城市而言污染源主要为各种工业生产过程中产生的大气污染和居民燃煤污染。另外, 近年来私人轿车的数量急速增多和市政建设等都带来了严重的环境问题。

二、请简述当前中国PM2.5的来源及其防治技术与对策。（20分）

答：1.PM2.5 产生的主要来源，是发电厂、工业生产、汽车尾气排放等过程中经过燃烧而排放的残留物，大多含有重金属等有毒物质。一般而言，PM10 主要来自道路扬尘等；PM2.5 则主要来自机动车尾气、燃煤燃烧产生的烟尘、挥发性有机物等。公交车站、交通枢纽、地下隧道、繁华路段、街边烧烤、露天餐馆等，PM2.5 的浓度较高；室内 PM2.5 则广泛存在于吸烟产生的烟雾、空调系统和打印机产生的粉尘。北京市环境保护科学研究所研究员彭应登认为，空气中的二氧化物、氮氧化物等气态污染物，在雾霾天等特定气象条件下，极容易转化成二次颗粒物，也是PM2.5重要来源。

2.常用的除尘净化技术有：吸附技术、负离子技术、静电集尘技术、HEPA

高效过滤技术等等。

1）吸附技术。吸附技术主要是利用材料的大表面积及多孔结构捕获颗粒污染物，用于气体污染物去除效果更显着。选用空气净化活性炭，通过深度活化 和独特的孔径调节工艺，使活性炭有丰富的孔，且孔的大小略大于有毒气体，比表面积大于1300 m2/g，对于苯，甲醛，氨气等有毒有害气体具有高效能吸附能力，可有效去除室内空气中的气态污染物及有害恶臭物质，进而达到降低污染、净化空气的目的。

活性炭属于被动净化材料，其吸附空气中有害物质必须依靠空气作为媒介，但室内的空气流动性较差，活性炭在短时间内难以捕捉到离它距离较远的空气中的有害物质，因此与空气净化器配合使用效果更佳。

2）负离子技术。负离子是空气中一种带负电荷的气体离子，可吸附带正离子的悬浮颗粒物，中和沉降，可使空气得到净化，降低空气中的悬浮颗粒物的浓度。但其净化效率过低，很难在短时间内实现高效的净化空气。

3）静电集尘技术。利用高压静电吸附的原理，通过高压静电形成的电场磁力吸附空气中的悬浮颗粒物，减少悬浮颗粒物的浓度。具有净化效率高，除去的悬浮颗粒物的粒径范围宽等优点，但存在高压放电引发安全隐患以及容易产生臭氧等问题。

4）HEPA高效过滤技术。HEPA高效过滤技术是目前较为成熟的悬浮颗粒物净化技术，其滤网的标准由美国能源部设定，对粒径在0.3 μm的粒子，过滤效果约为99.99%以上。通常使用的高效滤网可达到99.99%的拦截效率。具有技术成熟、不会产生二次污染等优点，但存在更换滤网成 本高、风机要求高等问题。

3.一要加快淘汰电力、钢铁、建材、有色、石化、化工等行业的落后产能。在大气污染联防联控重点区域积极推进使用清洁能源。对城区重污染企业实施搬迁和节能环保技术改造，优化工业布局。二要提高环境准入门槛。在重点区域实施更加严格的大气污染物排放特别限值，禁止新建、扩建除热电联产以外的燃煤电厂、钢铁厂、水泥厂。严把新建项目准入关，严格环境执法监管。充分发挥市场机制作用，大力发展环保产业。三要深化污染减排。推进电力行业和钢铁、石化等非电行业二氧化硫减排治理。加快燃煤机组脱硝设施建设，加强水泥行业氮氧化物治理。四要突出抓好机动车污染防治。 提高车用燃油品质与机动车排放

标准。五要加强协同防控。 在京津冀、长三角、珠三角等重点区域，实施大气污染联防联控。建立极端气象条件下大气污染预警体系。在日常生活中养成良好的防范意识，从我做起，从现在做起，一是改乘公共交通，少开车。汽车尾气不仅危害道路周边的人，也危害驾车人自身，尤其是堵车时、燃料不能充分燃烧时。 最好少开车，特别是堵车时，最好熄火，并且尽量少开车窗。二是严禁焚烧垃圾和秸秆。焚烧垃圾和秸秆，是许多人认为的最便捷的处理方式，但焚烧所产生的二恶英、烟尘颗粒等有毒物质，会使周边的城市陷入毒雾之中。三是降低室内温度。我国北方，供暖主要是依靠燃煤。燃煤不仅会产生二氧化硫，还会排放大量的烟尘，增加大气中PM2.5 的浓度。所以最好能控制室内温度，减少燃煤数量。四是选用 KN95口罩。普通口罩的过滤效率并不好，我国早就明令禁止纱布口罩用作防尘口罩。KN95 口罩是指在NaCl 颗粒物的浓度为不超过 200 mg/m3、计数中位径（CMD）为（0.075±0.020μm、粒度分布的几何标准偏差不大于1.86的试验条件下，过滤效率大于等于 95.0%的口罩。KN95 口罩虽然不能完全 防止 PM2.5 的入侵 ，但能减轻燃煤粉尘 、水泥粉尘、酸雾和微生物的危害。五是室内预防。不吸烟，并远离二手烟；雾霾天气少开窗；室内种点花花草草；使用空气净化对PM2.5也有一定的吸附效果

三、大气颗粒物PM10、PM2.5、PM1.0和PM0.1的定义？它们分别可通过呼吸进入人体并在呼吸系统的哪些部位或器官沉积？若在大气中漂浮，这些颗粒物的漂浮时间和漂浮距离分别在什么范围？（20分）

答：（1）PM10，又称可吸入颗粒物，指空气动力学当量直径≤10微米的颗粒物； PM2.5，又称细颗粒物、细粒、细颗粒，指空气动力学当量直径小于等于 2.5 微米的颗粒物。它能较长时间悬浮于空气中，其在空气中含量浓度越高，就代表空气污染越严重；

PM1.0 是指空气中直径小于或等于1.0微米的颗粒物，也称超细颗粒物； PM0.1，又称超细颗粒物，指当量粒径小于0.1μm。PM0.1是纳米级超细颗粒物直径（小于100纳米）。

（2）10微米以上 ：鼻腔；2.5~10微米： 咽喉、气管 ； 0.1~2.5微米： 气管支气管 ； 0.1微米以下： 肺泡、血管。

（3）PM10：局地和区域范围 ；PM2.5：区域和大陆范围；PM1.0：全球范围 PM0.1：全球范围。

四、最新的国家标准《环境空气质量》（GB30950-2012）对PM10和PM2.5在一类和二类地区的限定值分别是多少？新国标对PM10和PM2.5的年平均值和日平均值（或24小时平均值）数据有效性的最低要求是什么？（20分）

答：1、PM10在一类地区限定值为年平均40μg/m3，24小时平均50μg/m3；在二类地区限定值为年平均70μg/m3，24小时平均150μg/m3。

PM2.5在一类地区限定值为年平均15μg/m3，24小时平均35μg/m3；在二类地区限定值为年平均35μg/m3，24小时平均75μg/m3。 2、最低要求

年平均：每年至少有324个日平均浓度值，每月至少有27个日平均浓度值，（二月至少有25个日平均浓度值）；

日平均值:每日至少有 20个小时平均浓度值或采样时间。

五、综合分析题（30分）

今对某大气环境进行颗粒物采样，经分析发现有以下特征：（1）粒度仪检测发现颗粒粒度多集中于1.0~5.0微米；（2）电子显微镜表征发现颗粒有团聚现象，每个颗粒一般由3个以上小粒子松散地团聚在一起形成。（3）元素分析发现颗粒主要由Fe、Si、Al、S、O等元素。

请问这种颗粒属于什么样的大气颗粒物（假设分析表征过程对颗粒物的形态无影响），并请说明原因或理由：

A）PM10 or PM2.5 or PM1.0； B）一次颗粒物 or 二次颗粒物； C）人为源 or 自然源；

D）有机气溶胶 or 无机气溶胶；

E）干沉降可能性大 or 湿沉降可能性大；

F）若经湿沉降，对酸雨的形成 (1)有贡献； (2)无贡献； G）这种颗粒能否进入人体肺部？ (1)能； (2)不能。

H）可能的影响区域大概在什么范围？ （1）城市范围（数公里范围）； （2）区域范围（数十公里至数百公里）； （3）大陆范围（数百公里至数万公里）； （4）全球范围（数十万公里以上）

答：A.PM2.5； B.一次颗粒物; C.人为源自然源都有可能; D.无机气溶胶; E.湿沉降可能性更大; F.有贡献; G.能; H.大陆范围。 原因

A. PM10: 粒径范围在10μm或以下的细悬浮微粒；PM2.5: 粒径范围在2.5μm或以下的细悬浮微粒；PM1.0：粒径范围在1.0μm或以下的细悬浮微粒。 该颗粒的粒径范围为1.0~5.0微米，与PM2.5的定义范围重叠最大，所以应为PM2.5。B.一次颗粒物:可起因于地面扬尘(风吹灰尘)，和地壳土壤的成分很相似。本题中叙述元素分析发现颗粒主要有Fe、Si、Al、S、O等元素，这些元素都是土壤的构成元素，因此该题目中的颗粒与一次颗粒物的叙述相似，判定为一次颗粒物。 C.该题目中的颗粒分析应来自土壤，这些颗粒可能由在人为生产过程中产生的沙尘或自然过程中大风扬起的地面沙尘，因此该颗粒物可能由人为源产生，也可能有自然源产生。

D.该颗粒的主要构成元素中无C存在，因此应为无机气溶胶。

E.该题目中的颗粒来自土壤，只有直径大于10μm时才可能以干沉降中的干落尘方式降落，因此此题目中的颗粒应该以湿尘降的方式降落。

F.湿沉降的两种方式云中洗脱和云下洗脱均会伴随降雨,该颗粒中含有S元素极有可能形成酸性成分(如SO2),进入雨滴后使其酸化形成酸性降雨。 G.该颗粒应为PM2.5,所以能够进入肺部。 H.该颗粒为PM2.5,所以能在大陆范围内传播。

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