大气环境化学思考题答案

环境化学作业(一）

1.请论述国内外大气环境化学的发展动向？

答:大气环境化学的研究包括大气污染化学过程的研究、全球大气环境中化学变化的研究以及大气污染的化学模式研究等,其中，臭氧、气溶胶和温室气体由于涉及全球环境问题，是研究的主要对象。大气环境化学发展至今已有近百年的历史，一些相关概念也随之更新。

国际：研究辐射活性气体的发生、转化与归趋,对地球的起源、演变和持续发展有重要作用。已发现生物源辐射活性气体的源强超过化石燃料燃烧的源强，其生成和消失的生化过程和光化学过程值得深入研究。例如,与光合作用有关的气体释放过程、与维管束传输有关的释放过程、与土壤微生物有关的释放过程以及与根系分泌物和化感物质有关的释放过程等。

平流层和对流层化学一直是大气化学研究的重要内容。如何利用化学手段进行CＯ２控制已有研究。臭氧空洞的形成及其原因以及如何保护臭氧层的问题,已是当今全球性环境问题的热点。非均相大气化学反应得到了很大重视，如Ｓoｌｏｍoｎ、Ｔurco等人指出仅依据气相反应还不能很好解释臭氧空洞的形成，必须研究大气中冰晶气溶胶上的非均相反应，研究在平流层和对流层中气溶胶表面吸附特性与催化作用，了解这些非均相表面的化学过程，将有助于进一步了解臭氧空洞形成的根源。为保护臭氧层,减缓大气臭氧耗损,研究超细颗粒物的低温反应储库化合物与活性种的低温催化失活反应特性，寻找调控臭氧的最佳条件等方面的研究极为活跃。

国内:近年来中国大气污染化学的研究,大体可归纳为:大气颗粒物的表征和污染物的迁移转化规律两方面。在对大气颗粒物的表征研究中，已经对大气颗粒物的物理化学特性、化学组成与存在状态及大气颗粒物来源识别进行了深入的探讨,为大气气溶胶（颗粒物）化学的发展奠定了基础,对认识和解决大气污染问题有一定的导向性作用。此外,在掌握中国大气污染特点的基础上，有关围绕燃煤产生的污染物在大气环境中迁移与转化规律及其影响的研究，已成为大气环保科研工作的主要内容。

由于臭氧层破坏和温室效应等全球性大气环境问题受到国际上的重视，对于痕量气体甲烷、氟氯烃、氧化亚氮、二氧化碳等的源与汇以及它们与大气中际O3或其它活性种（如２5 自由基等)的反应机制, 环境效应, 已成为大气（污染)化学研究的热门课题。中国也已开展了氟氯卤代烃、芳香烃等温室气体与自由基的反应及光化学的各项机理研究。如研究了OH自由基与氟利昂的化学反应动力学等基础性问题。此外，瞬态物种的分析和监测(如对臭氧层化学反应中自由基的检测）为认识大气化学动态过程提供了重要数据。

污染物的光化学反应也有较多研究。如苯乙烯-空气体系的光化学反应(苯乙烯可转化为苯甲酸、苯甲醛、苯乙酮、甲苯、乙苯等11种反应产物）.

二甲苯－NO2-空气体系的光化学反应等。

对燃煤和燃油产生的硫氧化物和氮氧化物等污染物的控制一直是研究的热点之一,但基础性的化学研究较少。污染控制材料的化学基础研究也是重要的研究内容,除此以外,对温室气体的排放控制研究,对大气可吸入微粒(<1０Lm 和＜２15Ｌm）对人体健康影响的研究，也是值得重视的研究方向。

因此,在今后的研究中，结合中国环境污染的实际情况的大气环境化学应是重

要的研究方向。

室内空气污染问题与人们生活息息相关。室内不断释放出来的有毒、有害气体包括抽烟、取暖、燃气、建筑材料、生活用挥发性有机化合物，它们的存在、分布及化学转化和对室内空气质量的影响,近年来受到国内外的重视。

2.比较大气化学三种研究方法——现场测量、实验室模拟和数值模拟的特点及

不足。

答:①现场测量：是指在所研究区域采用实地布点、采样或直接测量的办法取得所需污染物的直接数据。

特点:Ⅰ:用于了解大气污染物的浓度的时空分布及变化规律

Ⅱ:同步测定反应物和产物,从中找出化学转化的相互关系

Ⅲ:是对于了解大气污染物的时空分布和变化规律的最直接的手段，能得到真实的第一手资料。

缺点:大面积现场实测,往往需要更多的人力物力和时间,且要选择合适的气象条件和地点,因此往往只能有限度的进行。

②实验室模拟:为克服现场实测的局限性，进行的所谓的‘烟雾箱’实验。

用一个较大的由惰性材料制成的容器模拟大气层,并用紫外光源模拟阳光辐射。往容器中通入所需研究的气体，观察其反应物和失误随时间的变化，由此得出大气中化学转化的动态规律，为污染防治对策提供科学依据。

缺点：不可避免的发生壁效应,壁可吸收吸附物质,甚至在是用一定时间后还可以放出物质。

③数值模拟：用模式计算的方法将大气中的物理过程和化学过程结合起

来，并描述某些物质在大气环境中生成和消亡的动力过程。

缺点：由于大气中各物种寿命长短相差很大，导致ＯＤEｓ具有了很强的刚性，因而在数值求算过程中存在着计算精度和计算效率的问题。

3.论述颗粒物的环境效应

答：颗粒物的环境效应主要有：

1）、降低大气能见度。

粒径在0.1～1μｍ之间的大气颗粒物对太阳光具有较强的散射作用,是造成大气能见度降低的主要原因。

2)、凝结核作用。

颗粒物对大气来说是必不可少的组分。在过饱和水蒸气的存在下，粒径小于0.1μm的颗粒物可作为凝结核,逐渐长成雾粒或云滴。假如大气中没有颗粒物,则成云和降水都很难发生。

3)、扩大污染范围

气溶胶是造成污染物远距离传输的重要原因。尤其是飘尘，能在大气中长期悬浮,易将污染物传输到很远的地方。

4）、参与和影响大气化学反应

气溶胶粒子能提供反应界面，有些在气相中进行得比较慢的反应，在颗粒物表面则可以较快的发生非均相反应。颗粒物表面在其中可能起了催化作用。

５）、对全球气候变化的影响

气溶胶粒子中的碳黑能吸收太阳辐射,使大气温度升高;而硫酸盐气溶胶对太阳辐射又具有反射作用，使大气温度下降(即所谓阳伞效应)。

６)、在酸沉降和富营养化中的重要影响

气溶胶粒子中所含的碳酸钙、氨等碱性成分能中和降水中的酸性物质，这是许多SO2排放量大的地区并未发生严重的酸雨污染的一个重要原因。

7）、损害人体健康

可吸入粒子中有害的化学成分会对人体健康造成严重危害。

由上可见，颗粒物的粒径和化学成分不同,其大气化学行为不同,对人体健康和全球气的影响也不同。因此,大气颗粒物的粒径大小和化学组成是决定其环境影响和危害性的重要因素。

4.简要比较分析颗粒物源解析技术及存在的问题

答:颗粒物源解析技术大体可分3种a.排放清单ｂ.以污染源为对象的扩散模型c.以污染区域为对象的受体模型。

a、排放清单：排放清单是通过观测和模拟大气颗粒物的源排放量、排

放特征及排放地理分布等，建立列表模型。排放清单内容主要包括点源、面源。该方法需要详尽的污染源排放清单,且计算过程复杂，排放参数的选取对结果影响很大,如缺乏部分源排放因子，则估算存在较大的不确定性。

b、扩散模型:对大气颗粒物污染源的研究始于以排放量为基础的扩散模

型，也称源模型。大气污染扩散模型是基于统计理论的正态烟流模式，以目前广泛应用的稳态封闭型高斯扩散方程为核心，主要用于计算点源、面源、体源及开放的各种工业源排放的SO2、TSP、ＰMm、NOx和CO等污染物在环境空气中的浓度分布。扩散模型是根据污染源排放率和当地的气象资料来估算污染源排放并扩散到采样点处大气颗粒物的贡献。扩散模型需要提供颗粒物扩散过程中详细的气象资料，需要知道粒子在大气中生成、消除和输送的重要特征参数,这些参数的取得及其规律性的把握给扩散模型带来了复杂性和实际操作中取得这些参数的困难性。而且扩散模型中许多变量在时空上是随机且复杂的,彼此之间互为独立,并且利用扩散公式只能估算出近似值，无法准确描述颗粒物在大气中的扩散特征，因此扩散模型对污染物在受体处负载的计算十分粗略。尽管如此，扩散模型仍然作为大气颗粒物源解析的基础被广泛地应用，尤其适用于解决小尺度范围内原生粒子的空间分布。

c、受体模型：所谓受体是指某一相对于排放源被研究的局部大气环境。

受体模型着眼于研究排放源对受体的贡献,从采样点收集在滤膜上的颗粒物着手,来解析污染源对颗粒物的贡献情况,即可以在对采样点周围污染源的个数和方位都并不确定的前提下,以采样点处收集到的大气颗粒物着手,分析这些颗粒物，进而反追采样点处大气颗粒物的可能来源于哪个污染源。尽管可测量的颗粒物特征参数都有助于鉴别污染源，但可用于定量计算污染源贡献的可测量参数仅包括颗粒物的浓度的组成、某一类型的粒子数目。