第二章大气环境

大气污染控制中根据大气中颗粒物的大小
• 飘尘：指大气中粒径小于10µm的固体颗粒物， 能长期漂浮在大气中，有时也称浮游粒子或可 吸入颗粒物。 可吸入粒子（IP）：粒径≤15µm的粒子。国际 标准化组织将IP定为粒径≤10µm的粒子。 降尘：指大气中粒径大于30µm的固体颗粒物， 因重力作用，在短时间内可沉降到地面。 总悬浮颗粒（TSP）：指悬浮于大气中粒径小 于100µm的所有固体颗粒物，包括飘尘和部分 降尘。
5．2 光化学烟雾 ．
• 又称石油烟雾，是汽车、工厂等污染源排入大气的烃类化合物（HC） 和氮氧化物等一次污染物，在阳光的作用下发生光化学反应，生成臭 氧、醛、酮、过氧乙酰硝酸酯（PAN）等二次污染物，参与光化学反 应过程的一次污染物和二次污染物的混合物所形成的烟雾污染现象称 为光化学烟雾。 • 形成机制：大气中的烃类化合物和NOx在光照条件下形成光化学烟雾。 形成机制： 烃类化合物和氮氧化物的相互作用主要包括以下过程：1）NO2的光 解是光化学烟雾形成的起始反应；2）烃类化合物被HO、O等自由基 和O3氧化，导致醛、酮、醇、酸等产物以及重要中间产物——RO2、 HO2、RCO等自由基的生成；3）过氧自由基引起NO向NO2和PAN等 生成。 整个过程叫链反应。其中的O3、醛、酮、醇、PAN等统称为 光化学氧化剂。 • 光化学烟雾污染的标志是O3浓度的升高。
• • •
TSP、 IP对人体的危害
• 空气中总悬浮颗粒物对人体健康的影响决定于粒子侵入继 而积聚于呼吸系统的能力。直径10微米或以下的可吸入颗 粒物能直达并沉积于肺部，而引发不良的健康反应。"可 吸入颗粒物"对健康的危害性包括两个方面：一是将细小 的颗粒物吸入肺内可产生刺激作用，出现粘液，从而引起 肺部疾患。当有些患心脏病的人呼吸困难时，可导致心脏 损害，严重者还有生命危险。二是微粒上附着的许多有害 物质，吸入肺内会影响身体健康。微粒越小，所含的多环 芳烃和杂环化合物越多，危害也越大，甚至可导致肺癌等 疾患。最易受总悬浮颗粒物影响的人士包括慢性肺部及心 脏病、感冒或哮喘病患者，老年人及儿童。
5 烟雾
• 伦敦型烟雾 • 光化学烟雾
5．1 伦敦型烟雾 ．
• 还原型污染物大气污染 • 主要污染物：二氧化硫、一氧化碳和颗粒物质 • 在低温、静风、高湿并伴有逆温的气象条件下，污染物扩 散受阻，在低空聚集形成还原型烟雾。 • 成因：除气象和地理条件之外，由三种大气污染物——烟 成因： 尘、雾和二氧化硫相互叠加而成。在煤粉尘颗粒表面， SO2氧化形成SO3，随即与水蒸气结合成硫酸，进而形成 硫酸气溶胶。同时，SO2也可溶解在小水滴中再氧化为硫 酸。当大气中SO2、雾（微小水滴）、煤粉尘三种成分的 浓度足够时，很快能形成硫酸雾。 • 伦敦型烟雾的实质是硫酸雾。
含卤素化合物
• 卤代烃、氟化物和其他含氯化合物 • 主要关注的是卤代烃中的氟氯烃类和含溴的卤代烷 • *A 氟氯烃类或称氟利昂类（CFCs）化合物，其中最重要 的是一氟三氯甲烷（CFC-11）和二氟二氯甲烷（CFC-12） • 无自然源，用于致冷剂、气溶胶喷雾剂、电子工业的溶剂、 制造塑料的泡沫发生剂和消防灭火剂等 • 破坏臭氧层物质；也是温室气体 • *B 含溴的卤代烷烃，商业名称为Halon（哈龙） • 特种消防灭火剂，破坏臭氧层物质
• 据调查，1880年大气中CO2的浓度约为284ppm，1989年已 经上升到350ppm，并以每年0.4%的速度增加。自工业革命 以来，已经上升了25%，科学家认为在未来50年还可能增长 30%，这将使中纬度地区地面平均温度增加2-3度，极地温 度增加6-10度，出现全球性气候变暖。 • 据联合国估算，100多年来，温度上升0.3-0.6，海平面上升 14-25厘米，如不作为则10年上升0.3度，海平面上升6厘米。 • 据推算，全球增温1.5-4.5度，使两极的冰川融化，海平面将 升高20-165cm，从而使沿海城市和岛屿将会大片地被淹没， 影响地球人口1/3的生存。气温的升高还会使得内陆的大片 湿润地带变成沙漠，使全球气候趋于不稳定，异常气候增多。 这种在地质历史上原本需要上百万年时间才会发生的变化， 如今只在几十年的时间内发生了。
• 一次污染物：直接从污染源排放的污染物 质。 • 二次污染物：进入大气的一次污染物在大 气中相互作用，经过化学反应或光化学反 应形成的与一次污染物物理、化学性质完 全不同的新的大气污染物，其毒性比一次 污染物还强。 • 主要有：硫酸雾（sulfurous smog）和光化 学烟雾(photochemical smog)
•
•
• 飞灰（fly ash）：指随燃烧过程产生的烟气 排出的分散得很细得无机灰分。 • 黑烟（smoke）：通常指燃料燃烧产生得能 见气溶胶，是燃料不完全燃烧得产物，除 碳颗粒外，还有碳、氢、氧、硫等组成得 化合物。 • 雾（flog）：是指气体中液滴悬浮体的总称。 气象学中指造成能见度小于1km的小水滴悬 浮体。
城市空气污染综合指数
大气污染物浓度远远超过国际标准
3 主要的大气污染物
• 大气污染物是指由于人类活动或自然过程 排入大气，并对人体、生物或环境产生有 害影响的物质。 • 按其来源（形成过程）分为：一次污染物 （原发性污染物）和二次污染物 二次污染物（继发性 二次污染物 污染物） • 按其存在状态分为：气态污染物和固体颗 粒状态污染物（气溶胶状态污染物）
碳氧化合物
CO、CO2
碳氢化合物
CH
醛、酮、过氧乙酰硝酸酯、O3
卤素化合物
HF、HCl
硫氧化物
• 二氧化硫是主要的硫氧化物 • 来源：含硫燃料的燃烧过程 硫化物矿石的焙烧、冶炼过程 • 危害：参与了硫酸烟雾和酸沉降的形成
碳氧化物
• • • • CO、CO2 主要来自燃料燃烧和机动车船尾气 CO是一种窒息性气体，主要来源于内燃机 CO2属无毒气体，温室气体
2 大气污染
大气污染（atmospheric pollution）：是指大 气中污染物或由它转化成的二次污染物的 浓度达到了有害程度的现象。 污染源（pollution sources）可分为天然大气 污染源和人为大气污染源两类。
天然大气污染源
• • • • 火山喷发 森林火灾 腐烂动植物释放的气体 自然溢出的煤气和天然气
均质层（地表~90 km，大气中主要成分的组成比例几乎不变） 非均质层（90 km以上）
1.1.2 按大气电离状态的垂直分层：
非电离层（60 km以下） 电离层
1.1.3根据大气在垂直方向上温度的变化 可分五层：对流层、平流层、中间层、热层和 逃逸层
对流层
• 最低层，其厚度随纬度和季节而变化 在赤道低纬度地区为17~18km；在中纬度地区为10~12 km；两极附近高纬度地区为8~9 km。夏季较厚，冬季 较薄。 • 该层的特点：
人为污染源
• • • • 工业污染源 农业污染源 交通污染源 生活污染源
人为污染源
• • • • • • • • • • • • • • 1）按污染源特性：A*固定源：如工厂源； B*流动源：如汽车源。 2）按污染源排放方式： A*点源：如工厂的烟囱源； B*线源：如城市交通源； C*面源：如居民区源。 3）按污染源产生类型： A*工业企业污染源； B*城市交通污染源； C*民用污染源。 4）按污染源排放时间： A*连续源 B*间断源 C*瞬时源
碳氢化合物
• 生物体的自然分解 石油开采及冶炼、天然气和沼气泄露等 • 除甲烷等链烃化合物外，还有多环芳烃 （PAHs）等复杂化合物，多数对人和其他 生物有毒有害，有的甚至致畸、致癌 可以促进光化学烟雾的形成
氮氧化物（NOx）
• • • • NO和NO2 NO进入大气后可缓慢氧化成NO2 NO2的毒性约是NO的5倍 NO2参与光化学反应形成光化学烟雾后，毒 性更大 • 氮氧化物的主要源是机动车、煤和天然气 的燃烧以及化肥厂和炸药厂
第一篇 环境污染问题
第二章 大气环境 第三章 水体环境 第四章 土壤环境 第五章 固体废物与环境 第六章 噪声及其他物理性污染
第二章 大气环境
大气的结构和组成 大气污染 主要的大气污染物 大气环境中污染物的化学转化 烟雾 酸雨 大气中污染物扩散的高斯模式
1 大气的结构和组成
1.1 大气的垂直结构 1.1.1根据大气化学成分垂直分布：
CO2
CH4
H2
N2O
O3
年
5~15
2.5~8
6~8
>10
ຫໍສະໝຸດ Baidu
~2
强可变组分 天
H2O ~10
CO
NOX 8~10
NH3 ~5
SO2 ~2
H2S ~0.5
颗粒物
73~185
10~30
现在大气中的二氧化碳浓度？
• 美国冒纳罗亚气象台2004年记录到的数据，大气中二氧化 碳平均浓度达到379PPM(PPM为百万分之一)，比一年前 上升了3PPM，创下历史新高。与之相比，过去10年中大 气二氧化碳含量年平均增长幅度为1.8PPM。该气象台的 记录还显示，50年前，大气二氧化碳含量仅以平均每年 1PPM的幅度增长。冒纳罗亚气象台海拔约3400米，设在 夏威夷一座火山顶上，大约半个世纪前首次开始对大气二 氧化碳浓度进行观测。 • 有关研究显示，在人类尚未进入工业化时代和大规模使用 矿物燃料之前，地球大气中的二氧化碳浓度保持在 280PPM左右。
– 温度随高度升高而递减，大约每上升100米，温度降低0.6度。 由于近地面热空气上升，上层冷空气下降，所以在垂直方向 上形成强烈对流； – 密度大，占大气总质量的3/4； – 由于大规模垂直对流运动，该层成分比例稳定； – 主要的天气现象均发生在该层。
• 在对流层中，因受地表的影响不同，又可分为两层：摩 擦层(1-2km以下)或边界层和自由大气层（ 1-2km以上）
光化学烟雾的形成条件
• 污染源条件：以石油为原料的工厂排放的 废气；汽车排放的尾气 • 地理条件：低纬度地区易发生，高纬度地 区不易发生；夏天易发生，冬天不易发生， 夏天中午前后光线最强时，发生烟雾的可 能性最大；天气晴朗、高温低湿，有逆温 存在，风力不大时，利于污染物在地面附 近积聚，易形成烟雾。
•
3）中间层：
平流层顶到80 km高度。温度随高 度增加 而下降。
4）热层：
80 km到500 km。温度随高度升高而迅速 上升。
5）逃逸层（逸散层）热层以上—— 外大气层
1．2 大气的组成（停留时间） ． 停留时间）
准永久性气体 O2 N2 惰性气体
停留时间（年）
104
106
107
可变化组分
3．1 气溶胶状态污染物 ．
• 气溶胶：指固体粒子、液体粒子或它们在气体 介质 中的悬浮体。粒径在0.002-100µm范围 内。 粉尘（dust）：指悬浮于气体介质中的小固体 颗粒，受重力作用可发生沉降，但在一定的时 间内能保持悬浮状态。其直径一般为1~100µm 左右。 烟尘（fume）：一般指冶金过程形成的固体粒 子的气溶胶，是熔融物质挥发后生成的气态物 质的冷凝物，生成过程总是伴随着氧化过程的 化学反应。其直径一般在0.1~1µm左右。
3．2 气体状态污染物 ．
以分子状态存在的污染物，简称气态污染物 主要有5类：含硫化合物、碳氧化合物、碳 氢化合物、含氮化合物及含卤素化合物
表 气体状态污染物种类
污染物 一次污染物 二次污染物 含硫化合物 SO2、H2S SO3、H2SO4、M*SO4
含氮化合物
NO、NH3
NO2、HNO3、MNO3
平流层
• • 对流层顶到约50 km的大气层 在平流层下层，即30~35 km以下，温度随高度 降低变化较小，气温趋于稳定，所以又称同温 层；在30~35 km以上，温度随高度升高而升高 30~35 km 该层特点：
– – – 大气平流运动显著； 空气比下层稀薄，水气、尘埃少，大气透明度好； 在高约15~35 km范围内，有厚约20 km的臭氧层。
我国大气污染现状
• 以煤烟型为主，主要污染物是二氧化硫和烟尘 • 城市、工矿区的污染较严重，城市仍以煤烟型污 染为主，部分大中城市出现煤烟—机动车尾气混 合型污染 • 从总体上，我国北方城市的大气污染大于南方城 市；冬季大于夏季；城市、工矿区大于农村 • 我国烟尘排放量逐年下降，二氧化硫排放量仍在 缓慢上升。以宜宾、贵阳、重庆为代表的西南高 硫煤地区的城市和北方能源消耗大的山西、山东、 河北、辽宁、内蒙古及河南、陕西部分地区的城 市二氧化硫污染较为严重。（氮氧化物污染以广 州、北京和上海三市污染严重）。