第3章大气环境与保护

主要污染源：机动车和机动船。
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（三）酸沉降污染 它是指大气中的酸通过降水（如雨、雾、雪） 迁移到地表，或在含酸气团气流的作用下直接 迁移到地表。引起酸沉降的主要物质是人为和 天然排放的SOX（SO2和SO3）和NOX（NO和NO2） ， 其天然源一般是全球分布的，而人为排放的 SOX和NOX则具有地区性分布的特点。
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（三）大气污染对材料的危害
大气污染可使建筑物、桥梁、文物 古迹和暴露在空气中的金属制品及 皮革、纺织等物品发生性质的变化， 造成直接和间接的经济损失。
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如：SO2与其他酸性气体可腐蚀金属、建筑石料 及玻璃表面。SO2还可使纸张变脆、褪色，使胶 卷表面出现污点、皮革脆裂并使纺织品抗张力降 低。O3及SO2会使染料与绘画褪色，从而对宝贵 的艺术作品造成威胁。
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清洁能源战略的四大内涵
（一）常规能源的清洁利用 （二）可再生能源的利用 （三）新能源的开发 （四）各种节能技术
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（一）常规能源的清洁利用
▪ 常规能源指已经大规模生产和广泛利用的煤炭、 石油、天然气、水能和电力等能源。
▪ 中国能源以煤为主，传统的煤原料开发利用方式 导致严重的大气污染—煤烟型污染。
燃煤
汽车
空调
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大气污染物：由于人类活动或自然过程排入大气， 并对人和环境产生有害影响的物质。
按来源， 分为一次污染物
和二次污染物
直接由污染源排放的污染物
进入大气的一次污 染物之间或与正常 大气组分发生反应， 以及在太阳辐射下 引起光化学反应而 产生的新的污染物， 它常比一次污染物 对环境和人体的危 害更为严重。
--要控制！
问题二：无论是大气污染源、污染物、污 染类型，还是大气污染的危害，都具有多 样性，这种多样性给大气污染控制带来了 很大的难度。我们理当如何控制？
--多种手段并行，从源头到末端的综合防治 。
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第三节 大气污染控制
清洁能源
绿色交通
末端治理
环境自净
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一、清洁能源
随着人们对环境与资 源保护意识的提高，能源 结构将会发生较大的改变。 优质、高效、洁净的能源 （如天然气、水能、风能、 太阳能等）在21世纪将有 长足的发展。
引分起布免来温：受源室随过：效时量固应间紫体的、外微加地线粒剧点的来。变灼源化伤于很，火大使山。平爆在流发铅层、直大沙土飞 气温方度向较，扬快一、增般物加随质。高燃度烧增颗加粒而、减植少物。花粉等；
分布影：响自：然形大成气液云中体、含微雾量粒、很指雨少大、。气雪随中等高的大度水气分滴现布等象。。 不影均响对匀：生，影物也响的随太生纬阳长度辐和和射发时传育间输有而，重异使要。能影见响度。 变低，有的能起凝结核的作用。
按存在状态，分为颗粒物和气态污染物
飘为尘PM指10（可粒在径大<气10中μ长m）期和飘主P浮M要2的.5（有悬粒浮一径物次，污分 染物：
S<O2.25、μHm）2S。、PNM1O0可、以N通H过3 、呼C吸O道、进C入O人2 、体，HF、HCl 、C1—C12化合物 。
从而对人体健康产生危害，P二M2.次5的污危害染则物：
更为严重。
SO3、H2SO4、MSO4 、NO2、MNO3 、醛类、酮类、酸类。
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二、几种典型的大气污染
（一）煤烟型污染 主要污染物:SO2、NOx、CO和颗粒物。 气象条件：低温、高湿的阴天，风小并伴有逆温 出现现象：一次污染物扩散受阻，在低空聚积，
生成还原型烟雾。 典型事件：伦敦烟雾事件、马斯河谷事件等。 主要污染源：燃煤。
湍流
—大气稳定度
逆温
必读参考书： 鞠美庭主编，环境学基础，北京：化学工业出版社，2019， 7。第4章 大气污染与防治 4.2 影响大气污染的气象因素。
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第二节 大气污染
大气污染的定义起源于对有害影响的观察，即若 大气污染物达到一定浓度，并持续足够的时间， 达到对公众健康、动植物、材料、大气特性或环 境美学产生可以测量的影响，就是大气污染。
4、氮氧化物
NO2对呼吸器官有刺激性，可引起肺水肿、慢性支气管炎 等疾病，若与SO2共存，则危害更重。
5、光化学氧化剂
臭氧：对鼻子、咽喉、肺等呼吸器官有刺激作用，运动时 吸入则更严重。
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（二）大气污染对植物的危害
1、损害植物酶的功能组织； 2、影响植物新陈代谢的功能； 3、破坏原生质的完整性和细胞膜。 4、损害根系生长及其功能；减弱输送作 用与导致生物产量减少。
1、N2、O2等气体
2、水滴 （如云滴、雾滴）
大气中的悬浮物称 为气溶胶质粒。
没有水汽和悬浮物的空气 称为干洁空气。
3、冰晶和固体微粒 （如尘埃、花粉）
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表3-1 干洁大气的成分（85km以下）
成分
容积（%）
氮（N2） 氧（O2） 氩（Ar）
78.09 20.95 0.93
二氧化碳 （CO2） 氖（Ne）
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（二）交通型污染 主要污染物：CO、NOX和HC。
光化学烟雾是在一定的条 件下（如强日光、低风速 和低湿度等），氮氧化物 和碳氢化合物发生化学转 化形成的高氧化性的混合 气团。
气象条件：在相对湿度较低的夏季睛天。
出现现象：出现一种淡蓝色烟雾—光化学烟雾。
典型事件：1940年洛杉矶化学烟雾事件。
▪洁净煤技术是解决我国燃煤污染问题的技术基础。
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1、洁净煤技术
洁净煤技术是指在煤炭开发利用的全过程中， 旨在减少污染排放与提高利用效率的加工、燃烧、 转化及污染控制等新技术。主要包括煤炭洗选、 加工（型煤、水煤浆） 、转化（煤炭气化、液化） 、先进发电 技术（常压循环流化床、加压流化床、整体煤气联合循环） 、烟气 净化（除尘、脱硫、脱氮）等方面的内容。
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2、西气东送
中国东部的长江三角洲地区是中国经济实力最强、经济增 长最快的地区，但是当地自产能源很少，大部分由外地调 入，其中调入最多的能源是煤炭。以煤炭为主体的能源结 构会造成严重的大气污染，因此改变现有的能源结构成为 必然。天然气是一种相对洁净的能源，它的二氧化硫、粉 尘排放量接近为零，二氧化碳的排放量也很低。
这种定义方法在很大程度上是基于传统的公害概 念，现在又有新的延伸。例如，大量能量（如热 能）释放进入大气引起不良影响，人类活动导致 大气中某些组分变化产生的危害等也归入了大气 污染的范畴。
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一、大气污染源及污染物
天然源：自然界自行向大气环境排放污染物的污染源。
火山
雷电造成的森林大火
污
染
源
人为源：人类的生产活动和生活活动所形成的污染源。
二、大气的分层
3000
散逸层
（+）
500
400 热成层 300 200
（+）
100 越往上氧、氦等气体的原子态越多
90 中间层顶
80
电离层
紫外线的强烈照 射，N2和O2产生 不同程度的离解
70 中间层 60 50
（-） 平流层顶
高
高度（km）
40 平流层
30
（+）
臭氧 吸收
每升高100m 降低0.65℃
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降尘是指用降尘罐采集到的大气颗粒物,一般直 径大于30μm，其由粒于径其绝自大身多的数重在力10作0μ用m会以很下快，沉其中多数 降下来。单位在面10积μ的m以降下尘。量它可是作分为散评在价大大气气中污的染各种粒 物程度的指标子之的一总。称，也是目前大气质量评价中的一
个通用的重要污染指标。
常表示为总悬浮微粒物 （TSP）、飘尘和降尘。
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10
对流层顶
对流层
（-）
0
200
250
300
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绝对温度（K）
三、大气边界层 的主要特征
对流层下部靠近下垫面的 1.2-1.5公里 范围内的薄层大
气，又称摩擦层。大气污染 物质绝大部分在此层活动。
（一）湍流运动
地面粗糙度的影响，产生了风速的垂直梯度，形成湍流。 湍流对污染物的扩散稀释起重要作用。 （二）风
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大气成份复杂多样，但本课程只重 点关注两个问题：
一是哪些成份与环境问题有关？ 二是这些成份是否变化？
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二氧化碳： 来源臭：氧生：物呼吸作用，有机体燃烧与分解。 现状来：源在水：大汽高气：空中通的过含光量致有离增解加作的用趋，势低。空通过闪电
或有机物氧化及高空传输。 影响作：用强来：烈源能微吸：大粒收海量：地洋吸固面和收体的地太微长面阳粒波蒸紫与辐发外液射、线体，植，微物使粒蒸地。腾面。生物
0.03 0.0018
氦（He）
0.0005
氪（Kr）
0.0001
氢（H2） 氙（Xe）
0.00005 0.000008
臭氧（O3）
0.000001
注：引自高伟生等，1992，环境地学，66页。
分子量 28.016 32.000 39.944 44.010
20.183 4.003 83.700 2.016 131.300 48.000
白天风速大、夜间风速小；最大值出现14时左右，最小值 出现在清晨日出前。
边界层风的垂直分布和变化规律，对于调配燃料，控制排 放，控制污染是十分有益的。
（三）温度的垂直分布 边界层中温度场比较复杂。白天气温随高度的递减型分布；
夜晚气温随高度的递增型分布 。
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问题：影响大气污染的气象因素
大气的运动和风 —污染系数、风向频率、风向玫瑰图
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几点认识
目前认为引起空气污染的物质在自然大气中的 含量很少，如CO、NH3、SO2、H2S、Cl2、NO2和甲 醛等均在百万分之一（1ppm）以下。
但是，随着工业的发展和化石燃料耗量的增多， 污染性气体将日渐增多。
大气中二氧化碳、臭氧、水汽、悬浮微粒及微 量有害气体的含量是不断变化的。
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高度（km）
2、危害的方式
A、呼吸道吸入； B、随食物和饮水摄入； C、体表接触侵入。
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1、大气颗粒物
颗粒物的大小决定其沉积于呼吸道中的位置； 化学组成 决定沉积位置上对组织的影响。
2、二氧化硫
损害肝脏。且由于SO2通常与多种污染物共存，吸入之后 产生的复合作用危害更大。
3、一氧化碳
所有大气污染物中散布最广的一种，严重阻碍血液输氧， 引起缺氧中毒。
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（四）大气污染对大气环境的危害
1、大气污染会导致城市地区能见度的变化； 2、大气污染会导致降水的增加或减少，并导致 酸性化合物的输入，即出现酸雨； 3、大气污染还会产生全球性的影响： （1）CO2等温室气体浓度增加导致的全球变暖； （2）氟氯烃化合物等导致的臭氧层耗竭等。
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问题一：危害是严重的，我们怎么办？
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三、大气污染的危害
（一）大气污染对人体健康的危害 （二）大气污染对植物的危害 （三）大气污染对材料的危害
（四）大气污染对大气环境的危害
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（一）大气污染对人体健康的危害
1、对人体健康构成危害的主要成份
（1）、大气颗粒物 （2）、二氧化硫 （3）、一氧化碳 （4）、氮氧化物 （5）、光化学氧化剂
图 目前中国能源消费结构 31
如何清洁利用煤炭是我国能源领域 急需解决的问题之一。
▪ 1994年国务院决定成立由国家计委、国家科委、国家经 贸委和煤炭部、电力部等13个部委组成的洁净煤技术推 广规划领导小组，统一组织协调洁净煤技术的开发、示 范和推广应用工作。
▪2019年经国务院批准，正式出台了《中国洁净煤技术 “九五”计划和2019年发展纲要》。科技部根据洁净煤技 术的发展纲要，在有关的科技计划，如基础研究计划、国 家科技攻关计划中安排了一批相关的项目，旨在减少煤炭 利用中的污染和提高转换燃烧效率。
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大气污染物对植物的危害程度取决于污染物 剂量、污染物组成等因素。
例如，环境中的SO2能直接损害植物的叶子， 长期阻碍植物生长；氟化物会使某些关键的酶催 化作用受到影响；O3可对植物气孔和膜造成损害， 导致气孔关闭，也可损害三磷酸腺苷的形成，降 低光合作用对根部的营养物的供应，影响根系向 植物上部输送水分和养料。
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煤
0.6
水能
0.4
天然气
核能
石油
占能源比例
太阳能
0.2
0 1850
1900
1950
年代
2000
2050
图 世界一次能源替代趋势（C.Marchetin, U.S.A）
从图中不难看出，这种能源取代的本质是能源 的开发利用从资源型向技术型转化的过程，从粗放 式利用向高效率利用的转变进程，从污染环境到保 护环境的提高过程。
中国天然气生产潜力巨大，但中国天然气资源约有60％集 中在中西部地区：一是陕甘宁地区，现已探明天然气储量 为2.3×1011m3；二是在四川东部地区，现已探明天然气储 量为2×1011m3；三是在新疆地区，过去5年中探明天然气 储量为1.6×1011m3。此外，在青海东部的涩北地区，也发 现了新气田，已探明储量为5×1010m3。
第3章大气环境与保护
第三章 大气环境与保护
我们离不 开大气， 如同鱼儿 离不开水。
第一节、大气概述（成分、分层、边界层） 第二节、大气污染（源、物、类型、危害）
第三节、大气污染控制（四个对策） 第四节、全球大气环境问题（两大问题）
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第一节 大气概述
一、大气的成分
地球大气圈的总质量约6000万 亿吨，只占地球总质量的百万分 之一左右，而其成分极为复杂。