粉尘在空气中的运动研究论文

（一）空气污染事故近代史上有好几次重大的空气污染事故(表2-6-1)，它们说明污染水平很高时所发生的危险情况。事故期中的死亡人数与该地区平时的死亡人数相比，往往超过很多。1952年伦敦烟雾事故就是一例。而且死亡人数中，心脏和呼吸系统疾病占84%，市区中支气管炎的死亡人数增加10倍，看来对已有慢性呼吸系统或心脏病人的影响很大。表2-6-1 50年代前后五大空气污染事故发生时间 发生地点 主要污染物 中毒情况 中毒症状 致害原因 1930年12月 比利时马斯河谷 烟尘及SO2 几千人呼吸道发病，约60人死亡 流泪、喉痛、声嘶、咳嗽、呼吸短促、胸口窒闷、恶心、呕吐 硫氧化物－SO2和SO3烟雾的混合物，加上空气中的金属氧化物颗粒，加剧对人体的刺激作用 1948年10月 美国多诺拉镇 烟尘及SO2 4天内有43%（约6000人）患病，17人死亡 咳嗽、喉痛、胸闷、呕吐、腹泻 SO2、SO3、金属元素及硫酸盐类气溶胶对呼吸道的影响 1952年12月 英国伦敦 烟尘及SO2 5天内4000人死亡，后又连续发生3次 胸闷、咳嗽、喉痛、呕吐 SO2在金属颗粒物催化作用下生成SO3及硫酸和硫酸盐气溶胶吸入肺部 每年5－10月 美国洛杉矶 光化学烟雾 75%居民患眼病 刺激眼、喉、鼻，引起眼病、喉头炎、头痛 NOX及碳氢化合物在阳光（紫外线）作用下产生的二次污染物－光化学烟雾 1970年 日本四日市 SO2、煤尘重金属粉尘 患者500多人，其中有10多人在气喘病中死亡 支气管炎、支气管哮喘、肺气肿 有毒重金属微粒及二氧化硫吸入肺部空气污染事故的一些特征可归纳如下：1、逆温层和低风速，使空气处于停滞状态。2、烟、SO2及其它污染物浓度增大引起咳嗽、眼痛及其它疾病。3、污染水平达高峰时死亡率增大。4、年岁越大，过度死亡越多。5、各种年岁的死亡人数均增加。6、死亡多由于呼吸系统和心脏疾病所引起。7、多种污染物的结合，使各种疾病增加。8、事故持续5～7天。（二）慢性健康影响空气污染引起的急性死亡显而易见，但低水平污染对健康的连续慢性影响则很难得到精确的结论。例如，近年美国肺癌死亡人数大量增加，在1969年它已成为男人癌症死亡中比例最大的一项，总共死亡5万男人和1万妇女。由于最初接触致病污染物到检查出得病的时间约需30年，因而致病的因素较复杂。一般研究时，借分析比较城市和农村该病的死亡率来判断。例如表2-6-2列出利物浦地区1952－1954年间，市区与郊区肺癌的死亡率。表2-6-2 肺癌死亡率对比（年龄在14－74岁的每1万人中的死亡人数）吸烟类型 乡村 城市 不吸烟 14 131 用烟斗抽烟 41 143 抽纸烟－轻度 87 297 抽纸烟－中度 183 287 抽纸烟－严重 363 394由表可见，吸烟与肺癌关系密切；而且居住的地区同样与肺癌关系密切，尤以不吸烟者最明显。总的看来城市的肺癌发病率约为乡村的两倍，此外，发病率也和在城市居住时间的长短有关。我国城市居民肺癌的发病率也很高，其中最高的是上海市，据1980年资料统计，在各种死亡因素中，肺癌死亡率达25.1%。而且城市居民呼吸系统疾病明显高于郊区居民。表2-6-3是北京市交通民警与园林工人呼吸道疾病的比较情况。由表可见，无论是肺结核，还是慢性鼻炎或咽炎，交通民警的发病率都显著高于园林工人。表2-6-3 北京交通民警与园林工人呼吸道疾病比较项目 交通民警 园林工人 肺结核（％） 16.7±7.8 无 慢性鼻炎（％） 40.2±10.8 29.3±14.4 咽炎（％） 23.2±9.3 12.2±10.3可以肯定的是，城市环境会引起肺癌，但不能说一定是由于空气污染所致。不过动物试验证明，空气中多环的有机化合物是致肺癌的物质。慢性支气管炎和气喘病也有类似的情况：即吸烟者、城市居民和男人发病率都很高，而且有很多证据说明，空气污染加重了这些疾病。

因为重力场中的速度是不一样的，加上空气对流的原因，所以导致了这样的情况发生。

为什么灰尘、水雾等物质比空气的密度大得多，却可以悬浮在空中？灰尘和小水滴能够漂浮在空气中，主要是因为它们在重力场和空气对流中的终端速度较低。空气中运动的物体的空气阻力通常与物体相对于空气运动的速度成正比。当灰尘等小颗粒处于自由落体状态时，空气阻力逐渐增大，最终等于其自身的重力，所以颗粒仍在不断运动。相应的速度就是粒子的终点速度。对流是由于整个空气中的温度不均匀而导致的空气运动。

我们通常讨论的灰尘和水雾中的小液滴的直径在之间。这种大小的颗粒可以与可见光产生明显的散射效应，然后被我们观察到。这也是高中化学里学到的邓达效应的原理。这种规模的粒子可以用流体力学中的斯托克定律来计算终端速度。根据参考文献[1]，计算公式为：是粒子的终点速度，是粒子的密度，是粒子的直径（让粒子是球形的），是重力加速度，是空气的粘度。

我们不妨把粒子直径作为水的密度时的粒子密度，并把每个参数放入公式中，我们可以计算出水雾中小水滴的终端速度约为0.00301m/s。正如你所看到的，这个速度是相当小的。灰尘等颗粒的终端速度很容易被与空气相互作用的对流所抵消，导致灰尘以不确定的速度在空气中漂移。最后，对粉尘悬浮的一个常见解释是，它是由于空气中粉尘颗粒的布朗运动造成的。但事实上，在我们讨论的颗粒尺度上。1~100μm，由于气体分子的碰撞，颗粒的随机运动是非常弱的，运动几乎不受布朗运动的影响。

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粉尘（dust）是指悬浮在空气中的固体微粒。习惯上对粉尘有许多名称，如灰尘、尘埃、烟尘、矿尘、砂尘、粉末等，这些名词没有明显的界限。国际标准化组织规定，粒径小于75μm的固体悬浮物定义为粉尘。在大气中粉尘的存在是保持地球温度的主要原因之一，大气中过多或过少的粉尘将对环境产生灾难性的影响。但在生活和工作中，生产性粉尘是人类健康的天敌，是诱发多种疾病的主要原细小，才飞扬，空气中必不可少的

空气的成分以氮气、氧气为主，是长期以来自然界里各种变化所造成的。在原始的绿色植物出现以前，原始大气是以一氧化碳、二氧化碳、甲烷和氨为主的。在绿色植物出现以后，植物在光合作用中放出的游离氧，使原始大气里的一氧化碳氧化成为二氧化碳，甲烷氧化成为水蒸气和二氧化碳，氨氧化成为水蒸气和氮气。以后，由于植物的光合作用持续地进行，空气里的二氧化碳在植物发生光合作用的过程中被吸收了大部分，并使空气里的氧气越来越多，终于形成了以氮气和氧气为主的现代空气。 空气是混合物，它的成分是很复杂的。空气的恒定成分是氮气、氧气以及稀有气体，这些成分所以几乎不变，主要是自然界各种变化相互补偿的结果。空气的可变成分是二氧化碳和水蒸气。空气的不定成分完全因地区而异。例如，在工厂区附近的空气里就会因生产项目的不同，而分别含有氨气、酸蒸气等。另外，空气里还含有极微量的氢、臭氧、氮的氧化物、甲烷等气体。灰尘是空气里或多或少的悬浮杂质。总的来说，空气的成分一般是比较固定的。 由于地球有强大的吸引力，使百分之八十的空气集中在离地面平均为十五公里的范围里。这一空气层对人类生活、生产活动影响很大。人们通常所说的大气污染指的是这一范围内的空气污染。工业的发展，向空气排放了有害物质，污染了空气，使空气里增加了有害成分。当空气里的有害物质达到一定浓度后，就会严重地损害人类的健康和农作物的生长，破坏了某些物质，又会使人的能见度降低，影响交通安全等等。因此，必须大力防止空气的污染。

这是因为水雾和灰尘的质量非常的轻，如果有人活动或者是其他物体活动，会将这些灰尘还有水雾带到空气当中，其中还有风力，所以灰尘和水雾能够悬浮在空中。

1.粉尘是如何产生？在生产过程中，固体物料的破碎、研磨、熔融，粉料的装 卸、运输、搅拌，液态物质的升华，物质的氧化等，均会产生粉 尘。如防护措施不健全，会有大量粉尘逸散到作业环境空气中， 危害人体健康。产生粉尘的主要作业有：采矿业的凿岩、爆破、采矿、运输；基建业的隧道开凿、采石、筑路；金属冶炼业的原料破碎、 筛分、选矿、冶炼；耐火材料、玻璃、陶瓷、水泥业的原料准 备、加工；机器制造业的铸造、淸砂、表面处理；化工、轻纺业 的原料加工、包装等。按粉尘的来源，还可分为机械过程产尘和物理化学过程产尘 两类。机械过程产尘主要包括以下几个方面。(1)固体的机械破碎如矿石经颚式破碎机、干碾机等进行 破碎和碾碎时产生的粉尘。(2)固体的表面加工如工件经砂轮机、抛光机等进行研磨 时产生的粉尘。(3)物料的筛分碎物料在筛分过程中产生粉尘。(4)物料的转运和装卸细碎物料经皮带机、提升机等进行 运输和装卸转动过程中产生的粉尘。(5)容器装料如各种细碎物料的储料槽、料仓、料斗等在进料时产生的粉尘。(6)细碎物料的散放和清扫如干燥坑的垫砂、窑砂清理以 及打扫卫生等发生的粉尘。(7)粉料成型如压砖机对模具中的物料进行冲压的过程中 产生的粉尘。物理化学过程产尘，即物料在发生物理、化学变化过程中产生的粉尘。例如，冶炼过程、燃料燃烧过程、金属焊接过程等。 这些过程产生的粉尘，直径一般在3pm以下。2-粉尘为什么会飞扬？粉尘按照颗粒直径大小可分为降尘、总悬浮颗粒物、砜尘从劳动卫生角度来看，可分为总粉尘、呼吸性粉尘其中，1.0〜10pm的粉尘对人的健康危害较大。绝大多数场合都可以看到粉尘的飞扬。如果我们做这样一个 动作：在室内用铁铲将一堆粉料从一处铲动至另一处，即使室内 空气基本上处于静止状态，但是由于铁铲的上下移动和粉料的下落 运动而产生一股“携带气流”，粉尘就会随这股气流而运动，造成局 部环境的粉尘飞扬。也就是说，粉尘总会随周围的气流而运动。根据这一现象可知，要控制粉尘的运动，首先要控制空气运 动。换句话说，控制了空气运动也就控制了它所携带的粉尘（或 其他有害物质）。