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农村环境保护单元辅导3
第五章大气污染与控制
大气是由多种成分组成的混合气体。

除去水汽和杂质的空气称为干洁空气（干燥清洁空气）。

大气层中空气质量的分布是不均匀的，总体看，海平面处的空气密度最大，随高度的增加，空气密度逐渐变小。

在超过1000～1400km的高空，气体已非常稀薄，因此，通常是把从地球表面到1000～1400km作为大气层的厚度，超过1400km就是宇宙空间了。

大气在垂直方向上的温度、组成与物理性质也是不均匀的。

根据大气温度垂直分布的特点，在结构上可将大气分为五层。

对流层是大气圈中最接近地面的一层。

对流层集中了占大气总质量75％的空气和几乎全部的水蒸气，是天气变化最复杂的层次。

对流层中存在着极其复杂的天气现象，如雨、雪、霜、雹、云、雾等。

人类活动排放的污染物主要是在对流层聚集，大气污染主要也是在这一层发生。

对流层顶至高度约50～55km处为平流层。

平流层内空气比较干燥，几乎没有水汽和尘埃，大气透明度好，是现代超音速飞机飞行的理想场所。

由于平流层的空气无垂直对流运动，主要是平流运动，一旦进入污染物则难于扩散。

平流层顶至高度为85km处为中间层。

热成层（又称暖层）位于85～800km的高度之间。

这一层空气更加稀薄，气体在宇宙射线作用下处于电离状态，因此又将其称为电离层。

热成层顶以上的大气统称为散逸层，也称为外层。

该层大气极为稀薄，气温高，分子运动速度快。

有的高速运动的粒子能克服地球引力的作用而逃逸到太空中去，所以称其为散逸层。

大气污染通常是指由于人类活动和自然过程引起某种物质进入大气中，呈现出足够的浓度，达到了足够的时间并因此而危害了人体的舒适、健康和福利或危害了环境的现象。

按污染的范围大小，大气污染可分为：
（1）局部性大气污染如某个工厂烟囱排气所造成的直接影响；
（2）区域性大气污染如工矿区或其附近地区的污染，或整个城市的大气污染；
（3）广域性大气污染是指更广泛地区，更广大地域的大气污染，在大城市及大工业区可以出现这种污染，最主要的污染是酸雨；
（4）全球性大气污染指跨国界乃至涉及整个地球大气层的污染，如温室效应、臭氧层破坏等。

按污染物的化学性质及存在状况，大气污染可分为：
还原型大气污染（煤炭型）；氧化型大气污染（汽车尾气型）
根据燃料性质和污染物的组成，大气污染可分为：
煤炭型大气污染；石油型大气污染；混合型大气污染；特殊型大气污染
特殊型污染是指有关工厂企业排放的特殊气体所造成的污染。

这类污染常限于局部范围之内。

按污染源存在形式分固定污染源和移动污染源。

按污染物的排放形式分点源、线源和面源。

按污染物排放空间分高架源和地面源。

按污染物排放的时间分连续源、间断源和瞬时源。

<按污染物发生类型分（最常用的方法）>工业污染源、农业污染源、生活污染源和交通污染源。

排入大气的污染物种类很多，其中影响范围广、对人类环境威胁较大、具有普遍性的污染物有颗粒物、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、碳氢化合物、氟化物及光化学氧化剂等。

依照与污染源的关系，可将其分为一次污染物与二次污染物。

若大气污染物是从污染源直接排出的原始物质，进入大气后其性质没有发生变化，则称其为一次污染物或原发性污染物，如颗粒物、二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物等；若由污染源排出的一次污染物与大气中原有成分，或几种一次污染物之间，发生了一系列的化学变化或光化学反应，形成了与原污染物性质不同的新污染物，则所形成的新污染物称为二次污染物或续发性污染物，如伦敦型烟雾中硫酸、光化学烟雾中过氧乙酰硝酸酯、酸雨中硫酸和硝酸等。

颗粒物是除气体之外的包含于大气中的固体和液体物质。

总悬浮颗粒物（TSP）指分散在大气中的各种颗粒物的总称，其粒径绝大多数小于100µm。

飘尘指粒径小于10µm，能在大气中长期飘浮的悬浮颗粒物质，包括煤烟、烟气和雾等。

降尘指粒径大于10µm，靠重力作用能在短时间内沉降到地面的颗粒物
碳氢化合物浓度是形成光化学烟雾的主要成分。

碳氢化合物中的多环芳烃化合物3,4-苯并芘具有明显的致癌作用，已引起人们的密切关注。

氟化氢对人的呼吸器官和眼结膜有强烈的刺激性，长期吸入低浓度的HF会引起慢性中毒。

目前在氟污染地区氟对人体健康的危害通常以植物为中间介质，即植物吸收大气中氟并在体内积累，然后通过食物链进入人体产生危害，最典型的是引起牙齿酸蚀的“斑釉齿症”和使骨骼中钙的代谢紊乱的“氟沉着症”。

大气中一类氧化力特别强的氧化剂，如臭氧、过氧化物、过氧乙酰硝酸酯（PAN）等统称为氧化剂。

它们是二次污染物。

汽车、工厂等排入大气中氮氧化物、碳氢化合物等一次污染物，在太阳紫外线的作用下发生光化学反应，生成浅蓝色的混合物（一次污染物和二次污染物）的污染烟雾现象称为光化学烟雾。

光化学烟雾的表观特征是烟雾弥漫，大气能见度低。

一般发生在大气相对湿度较低、气温为24～32℃的夏季晴天。

酸雨是指pH＜5.6的雨、雪或其他降水，是大气污染的一种表现。

我国酸雨特点如下：
（1）以长江为界，南方酸雨多于北方。

（2）我国酸雨属硫酸型。

（3）降水酸度有明显的季节性，一般冬季雨水pH值低，夏季pH值高。

（4）城区的酸雨比郊区严重。

室内空气污染
居室内生活燃料的污染、吸烟的污染、居室装修污染和建筑物结构的影响等。

大气污染物的扩散
由于大气中各种迁移转化过程造成的大气污染物在时间上、空间上的再分布称大气扩散。

影响大气污染物扩散的因素主要是气象因素和地理因素。

影响大气污染物扩散能力的主要气象因素是风、大气湍流、温度层结和大气稳定度。

大气的温度层结是指大气的气温在垂直方向上的分布，即指在地表上方不同高度大气的温度情况。

由于近地层实际大气的情况非常复杂，各种气象条件都可影响到气温的垂直分布，因此实际大气的气温垂直分布与标准大气可能有很大的不同。

总括起来有下述三种情况：
①气温随高度的增加而降低，其温度垂直分布与标准大气相同，此时r＞0；这种情况一般出现在晴朗的白天，风速不大时。

②气温基本不随高度变化，符合这样特点的气层称为等温层，此时r=0；这种情况一般出现在多云天或阴天，风速比较大时。

③气温随高度的增加而增加，
其温度垂直分布与标准大气相反。

这种现象称为温度逆温，简称逆温。

出现逆温的气层叫逆温层。

此时r＜0。

这种现象一般出现在少云、无风的夜晚。

逆温层的出现将阻止气团的上升运动，使逆温层以下的污染物不能穿过逆温层，只能在其下方扩散，因此可能造成高浓度污染。

逆温分为接地逆温和上层逆温。

若从地面开始出现逆温，称为接地逆温，这时把从地面到某一高度的气层，称为接地逆温层；若在空中某一高度区间出现逆温，称其为上层逆温，该气层称为上部逆温层。

逆温层的下限距地面的高度称为逆温高度，逆温层上、下限的高度差称为逆温厚度，上、下限间的温差称为逆温强度。

通过大气稳定度对烟流扩散的影响，可以直观地看出大气稳定度与污染物扩散的关系。

地形地势对大气污染物的扩散和浓度分布有重要影响。

地形地势千差万别，但对大气污染物的影响其本质上都是通过改变局部地区（湍流和温度层结）气象条件来实现的。

大气中主要污染物对农业的影响
大气污染对农业的危害首先表现在植物生产上。

对植物生长危害较大的大气污染物主要是二氧化硫、氟化物和光化学烟雾。

二氧化硫对植物的危害，首先从叶背气孔周围细胞开始，逐渐扩散到海绵和栅栏组织细胞，使叶绿素破坏，组织脱水坏死，形成许多点状、块状或条状褪色斑点，受害部位与健康组织之间界限分明。

受二氧化硫伤害的植物，初期主要在叶脉间出现白色伤斑，轻者只在叶背气孔附近，重者则从叶背到叶面均出现伤斑，这是二氧化硫危害的主要特征，后期叶脉也褪成白色，叶片脱水，逐渐枯萎。

氮氧化物对植物的毒性较其它大气污染物要弱，一般不会产生急性伤害，而慢性伤害能抑制植物的生长。

危害症状表现为在叶脉间或叶缘出现形状不规则的水渍斑，逐渐坏死，而后干燥变成白色、黄色或黄褐色斑点，逐步扩展到整个叶片。

对氮氧化物敏感植物有扁豆、番茄、莴苣、芥菜、烟草、向日葵等；抗性植物有柑桔、黑麦等。

大气中的氟化物主要是氟化氢和四氟化硅。

它们对植物的危害症状表现为从气孔或水孔进入植物体内，但不损害气孔附近的细胞，而是顺着导管向叶片尖端和边缘部分移动，在那里积累到足够的浓度，并与叶片内钙质反应。

生成难溶性氟化钙沉淀于局部，从而干扰酶的催化活性，阻碍代谢机制，破坏叶绿素和原生质，使得遭受破坏的叶肉因失水干燥变成褐色。

当植物在叶尖、叶缘出现症状时，受害几小时便出现萎缩现象，同时绿色消退，变成黄褐色，二、三天后变成深褐色。

对氟化物敏感的植物有玉米、苹果、葡萄、杏等；具抗性的植物有棉花、大豆、番茄、烟草、扁豆、松树等。

光化学烟雾中对植物有害的成分主要是臭氧、过氧乙酰硝酸酯（PAN）等。

臭氧对植物的危害主要是从叶背气孔侵入，通过周边细胞、海绵细胞间隙，到达栅栏组织，使其首先受害，然后再侵害海绵细胞，形成透过叶片的密集的红棕色、紫色、褐色或黄褐色的细小坏死斑点。

同时，植物组织机能衰退，生长受阻，发芽和开花受到抑制，并发生早期落叶、落果现象。

对臭氧有抗性的植物有胡椒、银杏、甜菜、松柏等。

过氧乙酰硝酸酯（PAN）是光化学烟雾的剧毒成分，对植物的毒性很强。

PAN危害植物的症状表现为叶子背面海绵细胞或下表皮细胞原生质被破坏，使叶背面逐渐变成银灰色或古
铜色，而叶子正面却无受害症状。

PAN还能够促进植物整株老化，抑制植物生长发育。

对PAN 敏感的植物有番茄、扁豆、莴苣、芥菜、芹菜、马铃薯等；对PAN抗性强的植物有玉米、棉花、黄瓜、洋葱等。

酸雨对环境的影响
（一）对水生生态系统的影响酸雨对水生生态系统的危害最为严重。

（二）对陆生生态系统的影响酸雨对陆生生态系统的影响表现在以下几个方面：
1．土壤酸化问题；2．森林破坏
（三）对各种材料的侵蚀作用
1．对建筑材料的侵蚀；2．对金属的侵蚀
（四）对人体的危害作用酸雨对人体健康的影响是间接的。

例如许多国家由于酸雨的溶侵作用，使地下水中Al、Cu等金属元素的浓度超出正常值的10～100倍，饮用这样的水必然对人体健康有害。

此外，由于食物链的作用，如果食用受过酸性水污染的鱼类，则也可能对人的健康造成伤害。

大气污染对人体健康的影响
大气中有害物质主要通过下述三个途径侵入人体造成危害：第一，通过人的直接呼吸而进入人体；第二，附着在食物或溶于水，随饮水、饮食而侵入人体；第三，通过接触或刺激皮肤而进入到人体，尤其是脂溶性物质更易从皮肤渗入人体。

大气污染对人体的影响，首先是感觉上受到影响，随后在生理上显示出可逆性反应，再进一步就出现急性危害的症状。

大气污染对人的危害大致可分急性中毒、慢性中毒、致癌三种。

目前，困扰世界的全球性大气污染的问题主要是全球气候变暖（即温室效应）与臭氧层的破坏。

大气层中的某些微量气体组分能使太阳的短波辐射透过，加热地面，而地面增温后所放出的热辐射，却被这些组分吸收，使大气增温，这种现象称为温室效应。

这些能使地球大气增温的微量气体组分，称为温室气体。

科学家估计，全球变暖对世界的影响集中在这样几点：
1．海平面上升
2．气候变化
全球变暖将引起世界温度带的移动，大气运动也会产生相应的变化，降水情况也发生改变。

气候变化明显特点如下：
（1）大部分地区温度上升但也有例外。

（2）全球降雨量增加，全球陆地降雨量增加了1％。

（3）沿海岸的亚热带地区会出现更潮湿的季风。

（4）台风的强度增强。

（5）飓风更频繁、更强大，并向高纬度地区发展。

3．对生物多样性的影响
全球变暖控制对策
控制全球变暖，就必须要减少大气中的温室气体含量，其中关键的问题是控制CO2的含量。

1、基本控制对策
(1)能源对策
①发展核能与氢能②开发利用新能源③开发替代能源
（1）绿色对策
2、发达国家负有减少温室气体的主要责任
臭氧在大气中的分布主要集中在平流层15～35km附近。

臭氧在大气中的分布不均匀，低纬度较少，高纬度较多，且无论在时间上还是在空间上层的形状及臭氧的浓度都处于变化中。

就是这样一个臭氧层却吸收了99％的来自太阳的高强度紫外线，保护了人类和生物免受紫外线的伤害。

随着对臭氧层功能的深入研究，臭氧层破坏后造成的危害日益引起人们的忧思，这些危害主要表现在下面几个方面。

1．对人类健康的影响、（1）致癌作用；（2）损伤人体免疫系统；（3）对眼的损伤
2．对植物的影响植物过多地暴露在紫外线照射下，也会有各种不良反应。

3.对水生生态系统的影响
臭氧层破坏对策
大气中臭氧层的破坏，主要是由消耗臭氧层的化学物质引起的，因此对这些物质的生产量及消费量应加以限制。

减少或停止向大气的排放，将是防止臭氧层破坏的有效措施。

颗粒污染物的治理技术
从废气中将颗粒物分离出来并加以捕集、回收的过程称为除尘。

实现上述过程的设备装置称为除尘器。

依照除尘器工作原理可将其分为机械式除尘器、过滤式除尘器、湿式除尘器、静电除尘器等四类。

1、机械式除尘器机械式除尘器是通过质量力的作用达到除尘目的的除尘装置。

质量力包括重力、惯性力和离心力，主要除尘器形式为重力沉降室、惯性除尘器和旋风除尘器等。

2．过滤式除尘器过滤式除尘是使含尘气体通过多孔滤料，把气体中的尘粒截留下来，使气体得到净化的方法。

3．湿式除尘器
湿式除尘也称为洗涤除尘。

该方法是用液体（一般为水）洗涤含尘气体，使尘粒与液膜、液滴或雾沫碰撞而被吸附，聚集变大，尘粒随液体排出，气体得到净化。

4．静电除尘器静电除尘是利用高压电场产生的静电力（库仑力）的作用实现固体粒子或液体粒子与气流分离的方法。

气态污染物的治理技术
目前常用的脱除SO2的方法有抛弃法和回收法两种。

抛弃法是将脱硫的生成物作为固体废物抛掉，方法简单，费用低廉。

回收法是将SO2转变成有用的物质加以回收，成本高，所得副产品存在着应用及销路问题，但对保护环境有利。

在我国，从国情和长远观点考虑，应以回收法为主。

目前，在工业上已应用的脱除SO2的方法主要为湿法，即用液体吸收剂洗涤烟气，吸收所含的SO2；其次为干法，即用吸附剂或催化剂脱除废气中的SO2。

对含NO x的废气也可采用多种方法进行净化治理（主要是治理生产工艺尾气）。

1．吸收法；2．吸附法；3．催化还原法
控制汽车尾气中有害物排放浓度的方法有两种：一种方法是改进发动机的燃烧方式，使污染物的产生量减少，称为机内净化；另一种方法是利用装置在发动机外部的净化设备，对排出的废气进行净化治理，这种方法称为机外净化。

从发展角度说，机内净化是根本解决问题的途径，也是今后应重点研究的方向。

城市大气污染综合防治
1．制定综合防治规划，实现“一控双达标”
2．调整工业结构，推行清洁生产
3．改善能源结构，大力节约能源
4．综合防治汽车尾气
5．完善城市绿化系统
6．加强城市大气环境质量管理
第七章土壤污染及其防治
土壤作为独立的自然体，被定义为位于地球陆地具有肥力、能够生长植物的疏松表层。

土壤生态系统的组成成分
土壤生态系统与其他自然生态系统的组成一样，主要成分为：生命有机体部分，即植物和土壤微生物等；非生命无机环境部分，即太阳光、能、大气、母质、地表形态及土壤矿物质、水分和空气等。

土壤生态系统结构
达到稳定的土壤生态系统具有一定的结构特征，即土壤生态系统的垂直结构和水平结构。

垂直结构一般由以下三个主要层次构成：⑴地上生物群体；⑵土被生物群落；⑶土被底层与风化壳生物群体层。

土壤环境的物质组成
土壤环境是由固相、液相和气相三相物质组成的多相分散体系。

固相物质包括土壤矿物质和有机体(动植物残体及其转化物、土壤动物及微生物)等物质。

固体物质之间是形状、大小不同的孔隙，在孔隙中存在着液相物质(水溶液)和气相物质(空气)。

三相物质所占土壤容积比例因土壤类型不同而异。

通常，固相物质约占土壤总容积的50%，液相和气相之和约占50%。

土壤结构土壤固相物质很少呈单粒，多以不同形状的结构体存在。

土壤结构性是指土壤结构体的类型、数量、排列方式、孔隙状况及稳定性的综合特性。

近年来研究表明，土壤孔隙是土壤结构优劣的重要指标。

土壤环境结构土壤的环境结构是指土壤作为一环境系统的整体组成与结构而言，也指组成土壤各土层的固、液、气三相物质的比例、结构与组成，以及构成单个土体的三维层次构型而言。

换句话说，土壤环境是由不同数量、性质和排列发生土层组合构成的。

土壤环境的基本特点
1．土壤环境的物理学特性及其对污染物迁移的影响
（1）土壤孔性与污染物的迁移
（2）土壤质地与污染物的转化
2．土壤环境中的胶体物质对环境的影响
3．土壤环境中的络合－螯合平衡体系
4．土壤环境中的氧化还原平衡体系
5．土壤的酸碱平衡体系
6．土壤环境中的生物体系
土壤微生物是污染的“清洁工”。

土壤微生物参与污染物的转化，在土壤自净过程及减轻污染物危害方面起着重要作用。

微生物对农药的降解可使土壤对农药进行彻底的净化。

同时，应注意微生物也会使某些无毒的有机物分子变为有毒的物质。

土壤环境背景值的概念土壤环境背景值是指未受或少受人类活动（特别是人为污染）影响的土壤环境本身的化学元素组成及其含量。

它是成土因素综合作用下成土过程的产物，所以实质上是各自然成土因素（包括时间因素）的函数。

研究土壤环境背景值具有重要的实践意义：
1．土壤环境背景值是土壤环境质量评价，特别是土壤污染综合评价的基本依据，如评价土壤环境质量、划分质量等级或评价土壤是否已发生污染、划分污染等级，均必须以区域土壤环境背景值作为对比的基础和评价的标准，并用以判断土壤环境质量改善和污染程度，以制定防治土壤污染的措施。

2．土壤环境背景值是研究和确定土壤环境容量，制定土壤环境标准的基本数据。

3．土壤环境背景值也是研究污染元素和化合物在土壤环境中的化学行为的依据，因污染物进入土壤环境之后的组成、数量、形态和分布变化，都需要与环境背景值比较才能加以分析和判断。

4．在土壤利用及其规划，在研究土壤生态、施肥、污水灌溉、种植业规划，提高农、林、牧、副业生产水平和产品质量及食品卫生、环境医学时，土壤环境背景值也是重要的参比数据。

环境容量和土壤环境容量概念
1．环境容量环境容量是指在一定条件下环境对污染物的最大容纳量。

2．土壤环境容量土壤环境容量定义为：“土壤环境单元所容许承纳的污染物质的最大数量或负荷量”。

土壤的污染源可分为天然污染源和人为污染污染源。

主要包括污水灌溉、固体废弃物利用、农药和化肥施用、大气沉降物和汽车尾气及燃煤等途径。

重金属元素在土壤环境中的迁移、转化
1．物理迁移土壤溶液中的重金属离子或络合物可以随径流作用向侧向或向下进行迁移，从而导致重金属元素的水平和垂直分布特征。

此外，水土流失和风蚀作用也可以使重金属随土壤颗粒发生位移和搬运。

2．物理化学迁移和化学迁移重金属污染物通过离子交换吸附、络合－螯合等形式与土壤胶体相结合或者发生溶解或者沉淀。

生物迁移是指通过植物根系从土壤中吸收有效态重金属，并在植物体积累起来的过程。

我们把这种由于某种元素存在促进植物对另外一种金属元素吸收并增强其对植物的危害的效应称为协同作用；而把减小植物对某种重金属离子的吸收并减弱重金属离子对作物的危害的效应称之为拮抗作用。

重金属对土壤的污染
（一）汞污染利用被汞污染的水灌溉农田是引起局部地区土壤污染的一个重要途径。

（二）镉污染及其危害土壤呈吸附态的镉所占比例较大，而且吸附过程极快，95％的土壤溶液中的Cd在10分钟之内被吸附，1小时后达到平衡，不同土壤的吸附顺序为：腐殖质土壤>重壤质冲积土>壤质土>砂质冲积土。

（三）铅污染及其危害植物吸收积累铅绝大部分积累在根部，而转移到茎叶和种子中很少。

由于铅在土壤中固定为难溶性铅的能力较强，因此，通过食物链而引起人体铅中毒的现象极少。

铅污染土壤后，对种子的发芽率和呼吸强度有一定的影响。

铅对幼苗生长也有明显的抑制作用，这主要是由于铅抑制了幼苗对营养吸收和使叶绿素含量减少，光合作用受阻。

（四）铬污染及其危害铬是一种重要的环境污染元素，其中Cr(Ⅵ)有明显的致癌致畸作用。

土壤中Cr（Ⅵ）的毒害作用是人们最关心的问题，这种形态铬既使在低浓度条件下对植物和微生物的毒害作用都很大。

由于土壤中有机质的还原和土壤胶体的吸附作用，一般在Cr(Ⅵ)进入土壤后的反应初期，胶体吸附是占主导地位，而随着反应时间延长，Cr(Ⅵ)转化为Cr(Ⅲ)的还原量占主导地位。

受铬污染的土壤，是通过植被吸收而进入食物链危害人体健康的。

水稻各部分组织器官对铬的残留积累量有很大差异，其顺序是根铬＞茎叶铬＞糙米中铬。

（五）砷污染及其危害砷是植物强烈吸附积累的元素。

砷的植物积累系数（指植物灰分中As的平均含量与土壤中砷的平均含量的比）为十分之几以上。

在淹水条件下，水稻糙米中含砷量均高于旱地小麦产麦粒的含砷量。

不同结合态砷对水稻的影响明显不同，其毒性排列顺序为亚砷酸铝>亚砷酸钠>砷酸氢钠>砷酸钙>砷酸铁>硫化砷。

土壤重金属污染的清消
（一）冲洗法－－从根层中去除重金属
（二）利用吸收能力强的植物吸收土壤中的重金属
土壤重金属污染的防治措施。