大气盐雾含量监测与影响因素研究

高彦明，向利，陈川

（1.南方电网调峰调频发电有限公司，广州 510630； 2.中国电器科学研究院股份有限公司，广州 510663）

1 大气盐雾主要来源

研究者表示大气中的盐雾约90 %来自于海洋[1]，部分研究者认为盐雾粒子是从海面向空气中释放出的微小液滴，并以液滴或盐核粒子的状态悬浮于空气中。主要是由于海浪飞溅造成大量水沫在海面上生成液滴的过程，但这个过程中形成的液滴直径较大随即会落入海中，因此产生盐雾气溶胶的效果较低。因此，另一种观点更具说服力，他们认为海盐粒子是由海水中的气泡在海面破裂时产生的微小液滴形成的，有关此过程，Woodcock，Knelman，Mason等人做过深入研究。图1为海盐粒子生成的概略图（① 气泡的发生，② 海水内气泡的运动，③海面上气泡破裂与微液滴的生成，④ 悬浮于空气中），如图1所示在海盐粒子生成的第一阶段中，气泡起因于海面的波浪，生物活动，溶解于海水中气体饱和溢出，雨滴与海面的冲击等；而由海面的风浪所生成的气泡为其主要发生方式[2]。

一般，海浪在波形斜率达到最大的波峰崩毁时产生气泡。在海岸处，岸与波浪的冲击（飞溅区）也为气泡发生的提供了有力的环境条件。由波浪发生的气泡个数随风速的上升而增加，从海面开始计算深度越深气泡数量越少。根据Kolovayev等人的报告，海浪形成的气泡直径约100～200 µm，海上10 m，风速10 m/s，水深1.5 m的场合，经计算推测气泡的数量密度约为105个/m3。由海浪发生的气泡数秒后浮上海面，气泡的寿命，从发生到上升到海面破裂的时间约为3～4 s。如图1中③所示，海水薄膜破裂时产生大量微小液滴排放到空气当中，图2详细描述了其产生方式。如图所示，根据气泡的破裂以两种发生方式产生微液滴扩散到大气当中。气泡破裂分裂生成微液滴；气泡破裂后产生集中的微水柱，水柱尖端生成并放出液滴。

图1 海盐粒子生成机构

图2 海面气泡破裂产生的Film drop与Jet drop

2 大气盐雾含量影响因素

2.1 盐离海距离影响

大气中的盐雾含量以及盐雾沉降量与测量点距离海岸的远近有关，通常，其含量随测量点离海岸距离变远而急剧下降，最后趋于稳定。导致这一规律的原因可能是由于盐雾在传送过程中，盐雾一直在沉降，故而离海岸越远含量相对越低[3,4]，具体原因可能是由海面向陆地传播过程中部分由于重力的作用而沉降减少，有的被障碍物（山岩、树木、房屋）阻挡被吸附或降落，有的与大气其他污染物如灰尘吸附而沉降。中国电器院早年针对我国部分沿海地区空气中盐雾浓度进行了多次测量，表明盐雾浓度与离海岸距离有关，通过多次测试表明盐雾浓度普遍保持在0.024～1.375 mg/m3范围[4]。GB/T 4797.6国标起草者对盐雾沉降量分析发现，在内陆大约80~1 600 km内盐雾沉降量随离岸距离变大而减小，最终趋于稳定，约0.35 mg/m2.d，沿海地区盐雾沉降量可达122.8 mg/m2.d，而通常在沿海地区盐雾沉降量一般为12.3~60 mg/m2.d[5]。离海岸距离盐雾含量变化主要是离海距离越远，传播过程中盐雾损失越多的原因。

2.2 风速、风向影响

研究发现盐雾含量受风速和风向影响较大，研究者发现大气中的盐雾含量依赖于风向和风速，宋金明等人研究了青岛雾水中的盐雾离子及其分布规律，发现大气中盐雾离子浓度与风速呈正比关系，盐雾离子迁移量与风的动能呈正比。盐雾离子沉降量与风向关系紧密，当风吹向岸边（迎海风）时，通常风速增大盐雾离子含量增加，风吹向海面（背海风）时，风速增大盐雾离子浓度也可能降低[1]。GB/T 4797.6-2013相关数据表明，南海无风时，空气含盐量为1.0～1.65 mg/m3，风力1～3级（1～5m/s）时，则达6.2 mg/m3。在南海3级风（风速3.4～5.4m/s）浪中航行的舰船甲板上，曾测得含盐量99 mg/m3的纪录，“极地”号科学考察船在南太平洋上4级风（风速5.5～7.9m/s）浪中测得含盐量值达113 mg/m3。在离海岸较远的内陆，通常空气中含量在0.01 mg/m3以下，当有10 m/s的5级风时，可达到0.1～0.5 mg/m3；而在热带风暴时，则可上升到30 mg/m3以上[5]。可能原因是由于风力增加，浪花增多，使空气中含盐量也增大。

2.3 季节性影响

据研究季节变化大气中盐雾含量差异也会很大，主要是由于不同季节具有典型的环境特征，比如通常春季空气湿润，夏季气温高湿度大，而多雨，秋季干爽，冬季寒冷干燥。且不同季节风速、风向变化较大，通常盐雾沉降量或盐雾含量夏季、秋季较高，而冬季、春季相对较低[6,7]。

2.4 其他因素影响

盐雾含量与区域位置存在一定的关系，如GB/T 4797.6国标起草者调研发现，1962-1965年间，我国东南海最大15 mg/m2.d，最小5~20 mg/m2.d，而同一时段，英国海滨记录的盐雾沉降量最大136 mg/m2.d，印度孟买和科钦，相应分别为20和65 mg/m2.d[5]。有研究者海岛与陆地离岸相同距离进行盐雾含量监测发现海岛盐雾含量更高。区域位置影响可能是由于不同海域海水盐含量高低差异，地貌状态不同等因素[8]。

盐雾含量还与气温相关，主要是由于温度高，海水蒸发快，产生的盐雾量多。盐雾含量还与受环境因素影响，大气温湿度变化改变空气中悬浮盐雾颗粒的性状[9]。盐雾离子沉降速率与大气温度和相对湿度的相关性较差，盐雾离子沉降速率随大气温度和相对湿度的升高而增大，大气中盐雾离子含量随季节的波动很大，主要是由于高温、高湿有利于盐雾离子的扩散作用[1]。同时与天气有关，有雾、有雨状况下空气中海盐粒子含量较高，主要是雨、雾等天气湿度大，空气中的悬浮海水微液滴与纯水水滴不同，它具有同水滴盐分浓度相对应的含盐液滴表面平衡水汽压，即水蒸汽压（相对湿度）与溶液浓度呈线性关系，当周围水汽压低于海水滴上平衡汽压相对湿度低于悬浮液滴表面相对湿度（RH: Relative Humidity）时，水滴就要蒸发并变小，而盐分溶液盐浓度变大。反之，则发生凝结，吸湿，液滴直径变大，溶液浓度降低，饱和氯化钠溶液的平衡相对湿度约为75 %RH。当风速一定时，空气中的盐分含量会随湿度的增加而减少。干燥的空气干燥湿度小时，环境有利于盐雾水分蒸发成干盐核，这有利于盐分的海盐粒子的长距离传播[10]。另外，盐雾颗粒大小也是影响盐雾沉降量的因素[3,11]。

3 盐雾监测方法

目前，大气盐雾含量监测方法包括离线监测和在线监测两种。常见的离线监测方法主要将大气样本通过大气采气法、湿烛法、干片法等方法收集并进一步处理，再利用分光光度设备、氯离子选择性电极等方法进行分析，再结合实际环境采样的其他参数进行换算，从而的到大气盐雾含量的方法。这些方法较为普遍，成本低、操作简单，且技术成熟，是当前大气盐雾含量的主要监测手段[1]。但这些方法也存在一定的缺点，比如由于监测环境瞬息万变，时刻采样耗费较大人力、物力，难以实现，而间歇性采样通常以一段时间的平均值表征大气盐雾含量，代表性较差。因此，盐雾在线监测成为当前热点，如科思特根据氯离子溶于水中可增大液体导电率这一原理，开发出CST1604 盐雾浓度监测仪，通过监测阻抗变化来监测空气中的盐雾含量。该方法设备简单，设备高灵敏度，但其他可溶性污染物对数据影响较大。美国 URG 公司将大气采样设备结合离子色谱监测系统研制出高精度盐雾在线检测设备，并得到应用[12,13]，实现了实时高精度盐雾在线监测，但产品成本高，设备体积大，操作专业性强，不利于大规模应用。中国电器院利用大气采样结合紫外分光光度设备开发出一套高精盐雾在线监测设备[14]，该产品测试精度高，操作简单，且成本相对低廉，但是设备体积略大，不便于携带与移动。因此，小巧、轻便、高精的盐雾在线监测方法是当下产品需重点考虑因素。

4 大气盐雾含量控制与分级

盐雾含量控制目前主要方法包括分离除盐雾技术、电除盐雾技术以及过滤除盐雾技术。

分离除盐雾技术主要是利用自沉降、喷淋技术、离心分离等方式，使得环境中盐雾快速沉降，从而达到环境盐雾控制的目的，但是分离除盐雾技术存在一些缺陷，比如离心分离、自沉降等技术为主的去除方式仅对颗粒较大盐雾具有较好的去除作用，因此盐雾去除效率较低，且沉降的盐雾粒子易受环境影响，如当环境温度升高，沉降下来的盐雾粒子又会随水分子挥发重新进入气流中，造成除盐雾不稳定现象。而以喷淋为主的盐雾控制方法对于颗粒物大小无选择性，且去除效率高，但该方法使得环境湿度增加，不利于设备防腐防护，另外，水分蒸发可能使盐雾重新回到环境中[15]。电除盐雾技术主要是利用静电吸附效应，使得环境中的盐雾被吸附或聚集沉降，该方法除盐雾效率高，除盐雾效率几乎与粒径大小无关，性能稳定，但是该方法涉及的设备一般大而复杂，且设备投资成本、运行费用高，使其应用受到了限制[16]。过滤除盐雾技术主要是利用无纺布过滤棉、纤维过滤棉、活性炭过滤棉等为过滤芯的一种物理拦截或吸附形式的除盐雾技术。该方法设备结构简单，运行费用较低，但过滤器模组维护频率较高，且对微小颗粒盐雾拦截不理想，陈川等人[17]根据这一问题，开发出一种长效免维护的新型盐雾过滤设备，该设备增加了一层长效免维护化学过滤模块，该层不仅可溶解盐雾粒子，还可以其他可溶性污染物，过滤效率更高，且对盐雾颗粒大小无选择性，是一种经济、高效的除盐雾技术。

选择合适的除盐雾技术，需配合盐雾含量分级对环境进行控制，分级如表1所示[18]。

表1 盐雾含量分级

5 结束语

大气盐雾主要是海水中的气泡在海面破裂时产生的微小液滴，其含量受离海岸距离、风速、风向、季节、环境温湿度等因素影响较大。目前，大气盐雾监测方法包括离线和在线盐雾监测两种方法，盐雾在线方法由于其可实时监测环境盐雾含量，为当前研究热点。对于大气盐雾含量的控制目前主要包括分离除盐雾技术、电除盐雾技术以及过滤除盐雾技术三种方法，其中，分离除盐雾技术存在一些缺陷，比如以离心分离、自沉降为主的分离除盐雾技术盐雾去除效率较低，且除盐雾效果不稳定，而以喷淋为主的盐雾控制方法对于颗粒物大小无选择性，且去除效率高，但该方法使得环境湿度增加，不利于设备防腐防护。电除盐雾技术除盐雾效率高，但是该方法涉及的设备一般大而复杂，且设备投资成本、运行费用高。过滤除盐雾技术中的新型过滤除盐雾具有经济、高效的优点，是一种经济、高效的除盐雾技术，配合环境等级分析，结合产品实际使用环境，对环境进行控制。