南京北郊大气细粒子在人体呼吸系统沉积特性

使用宽范围颗粒粒径谱仪(WPS)对2015年1月和4月南京北郊大气气溶胶数浓度进行观测,使用多路径粒子剂量测量模型(MPPD)v.3.04模式估算不同空气质量指数(AQI)级别下、休息与运动状态下,细粒子在人体呼吸系统不同部位的沉积分数(DF)和沉积数浓度.结果发现,核模态和爱根核模态DF在休息和运动状态下近似,积聚模态DF在运动时是休息时的2.49倍.肺部对核模态和爱根核模态总沉积分数(TDF)贡献最大,休息时约占48.17%,运动时约占54.23%,头部对积聚模态TDF贡献最大,休息时约占41.23%,运动时约占80.47%.冬季人体内颗粒物沉积数浓度明显低于春季,各部位中总沉积数浓度大小为:肺部气管支气管头部.与休息时相比,运动时肺部核模态沉积增多,气管及支气管和头部积聚模态沉积增多,且头部表现出空气质量越差,运动较休息增长越多的特点.地区间DF的差异主要由于生理参数不同,沉积数浓度的差异主要由于当地环境中粒子数浓度不同.     

城市大气中重金属元素在可吸入颗粒物上分布

<正> 大气颗粒物中重金属元素的污染问题愈来愈为人们关注。而对城市大气中重金属元素在可吸入颗粒物上的分布研究尤为注目。可吸入颗粒物能部分沉积于呼吸系统,其中1微米左右沉积于肺胞达80%,对人类健康及生物体产生危害。故研究重金属元素在不同粒径颗粒物中的分布,对防治、控制大气污染,探索大气污染物对人体健康影响等均有十分重要意义。     

某工业城市大气颗粒物中PAHs的粒径分布及人体呼吸系统暴露评估

为研究大气颗粒物中多环芳烃(PAHs)的粒径分布与富集特征,确定不同粒径颗粒物中PAHs在人体呼吸系统各器官内的沉积浓度,以准确评估其人体呼吸暴露风险,选择东北某钢铁工业城市,在采暖期和非采暖期按粒径对大气颗粒物进行分级采样,用高效液相色谱对样品中14种优控PAHs进行分析,并将大气颗粒物粒径分级采样技术与人体呼吸系统内部沉积模型结合进行呼吸暴露评估.结果表明,大气颗粒物中总PAHs浓度变化显著,采暖期(743. 9 ng·m~(-3))高于非采暖期(169. 0ng·m~(-3)),多数PAHs(86. 3%～89. 9%)与大气中粒径≤2. 06μm的细颗粒有关;中低分子量PAHs单体呈双峰型,峰值位于1. 07～2. 06μm和7. 04～9. 99μm.高分子量PAHs呈单峰分布,峰值位于1. 07～2. 06μm; 4环PAHs的含量占主导优势,为总PAHs浓度的40%;在采暖期和非采暖期分别有53. 3%和55. 3%的颗粒态PAHs沉积在人体呼吸系统的不同器官,分别采用人体呼吸系统沉积浓度和在颗粒物上的总浓度计算该地区人群颗粒态PAHs的终身致癌超额风险值(incremental lifetime cancer risk,R值),成人的R值在采暖期为1. 3×10-5和2. 9×10-5,非采暖期为3. 1×10-6和6. 0×10-6,儿童的R值在采暖期为1. 0×10-5和2. 3×10-5,非采暖期为2. 4×10-6和4. 8×10-6.结果表明,颗粒物粒径分布直接影响呼吸系统沉积浓度和致癌风险,将分级采样技术与呼吸系统沉降模型结合方法可有效避免对人体呼吸暴露量的过度评估.     

KC-8301可吸入颗粒物采样器的研制

空气中悬浮颗粒物,粒径<10μ的称为可吸入颗粒物Inhalable Particles(IP),它可沉积在上、下呼吸道及肺泡区,是危害人体健康的主要空气污染物之一,为了测定空气中IP的浓度,本文根据惯性冲击的原理,将采样头设计成二段,当流量为131/min时,50％截留颗粒粒径为10μ,粒径>10μ的颗粒物     

小百科：什么是PM10？

通常把粒径在10微米以下的颗粒物称为PM10,又称为可吸入颗粒物或飘尘。颗粒物的直径越小,进入呼吸道的部位越深。     

栅条絮凝池内部流场及颗粒运动状态模拟分析

利用数值模拟方法对栅条絮凝池前段内部流场进行模拟分析,以涡旋速度梯度和湍动能作为综合评价指标,对其结构设计的合理性进行了验证。在流场中加入了11组不同粒径和有效密度的絮凝颗粒,每组在流场入口处随机释放98560个粒子,利用DPM模型对粒子运动轨迹进行追踪统计。结果表明:随着絮凝颗粒的增大,其有效密度呈相应下降趋势。絮凝颗粒直径为1~1000 μm,沉积率<10%,且在各竖井内沉积均匀,能够很好地满足絮凝要求。当颗粒粒径为1000~5000 μm时,沉积率呈急剧上升趋势,但在各竖井内沉积较为均匀。当颗粒粒径进一步增大至10000 μm时,大量粒子在第1段竖井内沉积,不利于排泥的均匀性。综合考虑沉积率和排泥均匀性,实际工程中应尽量避免出现1000 μm以上的大粒径絮凝体。     

大气颗粒物中多环芳烃的污染特征及来源识别

研究了北京市2000年采暖期和非采暖期2个典型代表月(6月和12月)不同粒径颗粒物的质量浓度特征以及不同粒径颗粒物中ρ(PAHs)分布特征,并同时利用比值法和化学质量平衡(CMB)受体模型对可吸入颗粒物(PM₁₀)中PAHs的来源进行识别和解析.研究结果表明:北京市采暖期ρ(颗粒物)明显高于非采暖期;采暖期和非采暖期不同粒径颗粒物的比例有差别,采暖期、非采暖期ρ(PM₁₀)分别约占ρ(TSP)的0.662和0.734;PAHs具有更明显富集于细颗粒物中的特征;源解析结果表明燃煤污染和机动车污染是PM₁₀中PAHs的最主要来源.      

城市污水管网中污染物冲刷与沉积规律

为探明城市污水管网中污染物的冲刷与沉积规律,对西安市污水管网进行实际调研,结果表明,污水支管和干管的沉积物厚度时变化较大,变化量分别为0~24 mm和0~12 mm,管道污水中颗粒态污染物发生沉积和冲刷的概率高;而污水主干管的沉积物厚度时变化较小,管道内颗粒物沉积与沉积物冲刷水平维持相对平衡.为进一步明确污水中污染物浓度变化与水流流速的关系,建立了污水管道冲刷与沉积模拟中试装置,研究了不同流速下管道中碳(有机)、氮、磷三类污染物含量和粒径分布的变化规律.结果表明,随着污水流速的增加,冲刷强度增大,管道中污染物浓度急剧升高,通过粒径分布监测结果可知,管道中有机污染物易存在于粒径较大的颗粒物上,氮、磷类污染物易吸附在粒径较小的颗粒物上;当流速小于0.6 m·s~(-1)时,污水中颗粒态污染物的沉积作用大于冲刷作用,发生物理沉积,造成污水中碳源不足,当流速大于0.6 m·s~(-1)时,水流冲刷强度增大,沉积物被水流大量携带,但污水中碳类有机污染物的增加比重大于氮和磷类污染物,使现有污水碳源不足得到改观,利于生物脱氮除磷工艺的碳源需求.     

城市街道超细颗粒物特性的实验研究

在上海某典型街道内设置一测点,在一定时段内进行超细颗粒物测试分析,同时记录车辆种类、车流量、气象条件等,分析街道内机动车排放颗粒物的分布情况,研究颗粒物的扩散规律与车流量,风速、风向等的关系.研究表明:颗粒物数量浓度粒径分布多呈双峰分布,数量浓度峰值大都在105particles/cm3以上,总数量浓度在(1～9)×106 particles/cm3之间,与欧美发达国家相比,机动车车况较差,机动车排放污染较严重.另外,颗粒物总数量平均浓度随风速的增大而减小,颗粒物几何平均粒径随风速的增大而增大.     

韩国西海岸地区停车场径流携带沉积物的粒径分布及污染特征研究

为了解沿海地区城市停车场内径流携带沉积物的粒径分布及污染特征,于2011年4—6月在韩国西海岸12个不同停车场采集了沉积物样品,分别分析了其粒径分布和各粒径中污染物质的含量.结果表明,不同采样点的废弃物形态差异较大,主要表现在较大的植物茎叶、烟蒂及动物粪便等废弃物和含水率等方面.不同采样点的颗粒物粒径大小不同,其颗粒物的均一性也有所差异.总体来讲,106～500μm之间的颗粒物是径流携带沉积物的主要组成部分,其平均质量分数占总体(<2360μm)颗粒物的59.9%.对不同粒径中污染物质的含量分析得出,颗粒物中污染物质的含量随粒径增大而减小.其中,<106μm的颗粒物中总氮、总磷、COD和挥发性物质的质量分别占各污染物总量的18.9%、17.8%、20.41%和18.9%,而该部分颗粒物本身的平均质量分数只有3.9%.可见<106μm的颗粒物处于高度污染状态.因此,在城市停车场面源污染管理中,应该对该部分高度污染的颗粒物给以足够的重视.对于不同污染特征的颗粒物应该采用不同的去除方法.     

可吸入颗粒物在不同阻塞性呼吸道内运动与沉积特性

为弄清颗粒污染物在慢性阻塞性肺病工人呼吸道内运动和沉积规律,采用数值方法讨论了2类阻塞性呼吸道内气固流动特性,分析了阻塞率（α）、阻塞位置、劳动强度等因数对流场分布、颗粒沉积形式和沉积率的影响.结果表明,α越大,病人局部缺氧越严重,当α=0.8时,相对缺氧率可达90%以上;劳动强度越强或受阻塞位置越深,病人发生哮喘的可能性愈高.呼吸道变形不会改变颗粒的沉积机制,但对其沉积形式有显著影响.α增大,劳动强度增强,粒径变大,均会导致颗粒沉积分布不对称性提高,且下呼吸道粒子沉积分布对称性更好.此外,呼吸道变形使总沉降率（η_t）减小,且α越大,η_t越小.发现对于低劳动强度,下呼吸道或者d_p>5μm的大颗粒,α对η_t影响要更为显著.     

Characterization particulate matter from several Chinese cooking dishes and implications in health effects

Cooking fume produced by oil and food at a high temperature releases large amount of fine particulate matter(PM) which have a potential hazard to human health. This chamber study investigated particle emission characteristics originated from using four types of oil(soybean oil, olive oil, peanut oil and lard) and different kinds of food materials(meat and vegetable). The corresponding emission factors(EFs) of number, mass, surface area and volume for particles were discussed. Temporal variation of size-fractionated particle concentration showed that olive oil produced the highest number PM concentration for the entire cooking process. Multiple path particle dosimetry(MPPD) model was performed to predict deposition in the human respiratory tract. Results showed that the pulmonary airway deposition fraction was the largest. It was also found that particles produced from olive oil led to the highest deposition. We strongly recommend minimizing the moisture content of ingredients before cooking and giving priority to the use of peanut oil instead of olive oil to reduce human exposure to PM.     

耦合颗粒受力解析的CFD模型及其在超滤膜污染机制中的应用

膜污染可以视为颗粒在膜表面的沉降过程。为深入了解在过滤通道内发生的颗粒迁移和沉降过程,建立了一种耦合颗粒受力的计算流体力学（CFD）模型。通过分析颗粒在超滤过程中的受力,将颗粒受力分析的用户自定义函数（UDF）与CFD中的离散相模型（DPM）耦合,对颗粒的迁移轨迹及沉降进行模拟,并利用过滤实验和微粒子图像测速技术（Micro-PIV）对CFD模拟结果进行了验证。结果表明:颗粒沉降概率与跨膜压差呈正相关,与错流速度呈负相关,超滤实验证明了CFD模拟颗粒沉降的准确性。Micro-PIV示踪粒子的运动轨迹记录膜腔内的速度场分布也验证了CFD模拟流场的准确性。CFD模型可视化地并直观地揭示了膜过程流场和颗粒运动情况,为理解膜污染机制提供了科学依据,对优化膜模块具有重要的指导作用。     

单纤维捕集过程中亚微米颗粒的布朗团聚

针对亚微米颗粒（0.1~0.5μm）在单纤维捕集过程中的布朗团聚规律,基于计算流体动力学-颗粒群平衡模型（CFD-PBM）对粉尘颗粒在单纤维捕集过程中的布朗团聚行为进行了数值模拟研究,采用分区法对颗粒群平衡方程（PBE）进行求解,综合考虑了停留时间、入口粉尘粒径、气流温度、Pe数对布朗团聚的影响,并将数值模拟与实验结果进行对比.结果表明,布朗团聚核UDF符合数值模拟计算要求.粉尘颗粒的布朗团聚贯穿整个过程,团聚有效时间t=L/v（速度方向模型尺寸长度/入口流速）;粉尘颗粒越小,布朗团聚越强,Bin-7与Bin-0区间的数量浓度差距越小,粒径与布朗团聚强度呈负相关;气流温度是通过改变气流动力黏度以及聚并系数来影响布朗团聚,与布朗团聚强度呈正相关,当T=300K,d_p≥0.5μm时,颗粒的布朗团聚效应可以忽略;Pe数通过扩散系数的变化影响布朗团聚,与布朗团聚强度呈负相关.     

Size-fractionated measurement of coarse black carbon particles in deposition samples

In a 1-year field study, particle deposition flux was measured by transparent collection plates. Particle concentration was simultaneously measured with a cascade impactor. Microscopic evaluation of deposition samples provided the discrimination of translucent (mineral or biological) and black carbon particles, i.e. soot agglomerates, fly-ash cenospheres and rubber fragments in the size range from 3 to 50 μm. The deposition samples were collected in two different sampling devices. A wind- and rain-shielded measurement was achieved in the Sigma-2 device. Dry deposition data from this device were used to calculate mass concentrations of the translucent and the black particle fraction separately, approximating particle deposition velocity by Stokes' settling velocity. In mass calculations an error up to 20% has to be considered due to assumed spherical shape and unit density for all particles. Within the limitations of these assumptions, deposition velocities of the distinguished coarse particles were calculated. The results for total particulate matter in this range are in good agreement with those from impactor measurement. The coarse black carbon fraction shows a reduced deposition velocity in comparison with translucent particles. The deviation depends on precipitation amount. Further measurements and structural investigations of black carbon particles are in preparation to verify these results.     

广州气溶胶中有机物的分布及其与人体健康关系的研究

使用大流量采样器加分级采样头在广州市区和郊区设点进行了采样,用GC/ITD和GC/FID对大气气溶胶中的正构烷烃和多环芳烃做了定性和定量分析,并用回归法进行了数据处理,探求了气溶胶中有机物的含量与颗粒物粒径之间的分布关系。结果表明:34~46%的气溶胶颗粒物,31~49%的正构烷烃,50~70%的多环芳烃能穿透和滞留在肺泡;78~79%的气溶胶颗粒物,87~88%的正构烷烃,95~98%的多环芳烃能进入呼吸道,对人体健康的危害很大。研究还发现:大气颗粒物、正构烃和多环芳烃的粒径分布符合对数正态分布规律。      

Dry deposition of atmospheric aerosols by dual tracer method — I. Area source

Aerosol deposition velocities can be estimated from measurements of the ratio of the concentration of a depositing species, such as Pb, to a non-depositing (conserved) species, such as CO, when both originate from the same source (dual tracer method). This method has been applied to size-segregated aerosol samples collected in Los Angeles, CA during the Southern California Air Quality Study, summer 1987. Lead size distributions were measured in ambient and tunnel samples using an eight-stage low pressure impactor. A new parameter, the fraction of aerosol remaining airborne, was directly determined. This fraction is of great importance receptor modelling. Dry deposition velocities calculated using a stirred atmosphere (box) model, varied over three orders of magnitude depending on particle size. The calculated deposition velocity for unit density particles > 0.5 μm, was approximately proportional to D_p² as expected for deposition by an interception mechanism (d_p = particle aerodynamic diameter).     

静电除尘器粉尘运动轨迹的数值模拟与分析

为了分析线-管式静电除尘器的流动特性以及粉尘收集过程,建立流场、电场和颗粒动力场的数学模型,利用fluent软件对其进行数值模拟。结果表明:逃逸粉尘平均粒径随工作电压增高呈非线性递减关系,但随入口流速增大基本呈线性递增关系;而粉尘向收尘板偏移趋势随工作电压增高而增强,但随入口流速增大而减弱。