《大气污染控制工程》教案 第一章

第一章概论

第一节大气与大气污染

一、大气的组成

1.大气与空气

大气(atmosphere)：指环绕地球的全部空气的总和(The entire mass of air which surrounds the Earth)

环境空气(ambient air)：指人类、植物、动物和建筑物暴露于其中的室外空气（Outdoor air to which people,plants,animals and structures are exposed）。

从自然科学角度来看，两者并没有实质性的差别。但在环境科学中，为了便于说明问题，有时两个名词分别使用，一般对于室内和特指某个地方（车间，厂区等），供给植物生存的气体，习惯上称为空气，对这类场所的空气污染用空气污染一词，并规定相应的质量标准和评价方法。而对大区域或全球性的气流，常用大气以词，同时对区域性的空气污染称为大气污染，并有相应的质量标准和评价方法。大气污染控制工程的研究内容和范围，基本上都是环境空气的污染与防治，而且更侧重于和人类关系最密切的近地层空气。

据研究，成年人平均每天需1公斤粮食和2公斤水，而对空气的需求则大的多，每天约13.6公斤（合10m3），不仅如此，如果三者同时断绝供给，则引起死亡的首先是空气。

2.大气的组成

大气是由多种气混合组成、按其成分可以概括为三部分：干燥清洁的空气，水蒸汽和各种杂质。干洁空气的主要成分是氮、氧、氩和二氧化碳气体，其含量占全部干洁空气的99.996％(体积)；氖、氦、氪、甲烷等次要成分只占0.004％左右，如表1—1所示（2）。

由于空气的垂直运动、水平运动以及分子扩散，使不同高度、不同地区的大气得以交换和混合。因而大气的组成比例直到90一100km的高度还基本保持不变。也就是说，在人类经常活动的范围内，任何地方干洁空气的物理性质是基本相同的。

大气中的水蒸气含量平均不到0.5％，而且随着时间、地点、气象条件等不同而有较大变化。其变化范围可达0.01％～4％。大气中的水汽含量虽然很少．但却导致了各种复杂的天气现象：云、雾、雨、雪、霜、露等。这些现象不仅引起大气中湿度的变化，而且还引起热量的转化。同时，水气又具有很强的吸收长波辐射的能力，对地面的保温起着重要的作用。

二、大气污染

含有上述恒定组分和可变组分的空气，我们认为是洁净的空气，而大气中不定

组分来源有二：一是自然界的火山爆发、森林火灾、海啸、地震等自然灾害。二是人类的生产生活活动。因此而形成的污染物有尘埃、硫、硫化氢，硫氧化物，氮氧化物，盐类及恶臭气体等，这些不定组分的最主要来源也就是大气污染得主要根源。大气污染的定义可概括如下：

由于人类活动或自然过程引起某些物质进入大气中，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、健康和人们的福利，甚至危害了生态环境，这种现象就是大气污染。

三、全球性大气污染问题

1.温室效应

大气中的二氧化碳和其他微量气体如甲烷、一氧化二氮、臭氧、氟氯碳（CFCs）、水蒸气等，可以使太阳短波辐射几乎无衰减的通过，但却可以吸收地表的长波辐射，由此引起全球气温升高的现象，称为温室效应。上述那些气体，称为温室气体。二氧化碳是最重要的温室气体。

2.臭氧层破坏

大气中臭氧含量仅占一亿分之一，主要集中在平流层中，称为臭氧层。导致臭氧层破坏的主要原因：氟氯碳、氮氧化物等物质向大气排放逐年增多。

3.酸雨

pH小于5.6的雨、雪或其他形式的大气降水（如雾、露、霜）称为酸雨。

形成原因：化石燃料和汽车尾气排放的硫氧化物和氮氧化物，在大气中形成硫酸和硝酸，又以雨、雪、雾等形式返回地面，形成“酸沉降”。

第二节大气污染物及其来源

大气污染物指由于人类活动或自然过程排入大气的并对人和环境产生有害影响的那些物质。

大气污染物的种类很多，按其存在状态可概括为：气溶胶状态污染物，气体状态污染物。

1．气溶胶状态污染物

在大气污染中，气溶胶系指固体粒子、液体粒子或它们在气体介质中的悬浮体。从大气污染控制的角度，按照气溶胶的来源和物理性质．可将其分为如下几种：

(1)粉尘(dust)：粉尘系指悬浮于气体介质中的小固体粒子，能因重力作用发生沉降，但在某一殴时间内能保持悬浮状态。它通常是由于固体物质的破碎、研磨、分级、输送等机械过程．或土壤、岩石的风化等自然过程形成的。粒子的形状往往是不规则的。粒子的尺寸范围，一般为1～200μm左右。

(2)烟（fume）:一般指由冶金过程形成的固体颗粒的气溶胶。它是由熔融物质

挥发后生成的气态物质的冷凝物。在生成过程中总是伴有诸如氧化之类的化学反应。烟的粒子尺寸很小，一般为0.01～1μm左右。

(3)飞灰(fly ash)：指燃料燃烧产生的烟气排出的分散得较细的灰分。

(4)黑烟(smoke)：指由燃料燃烧产生的能见气溶胶。

(5)雾(fog)：指气体中液滴悬浮体的总称。

总悬浮颗粒物(TSP):指能悬浮在空气中，空气动力学当量直径≤100μm的颗粒物。

可吸入颗粒物(PM10):指悬浮在空气中，空气动力学当量直径≤10μm的颗粒物。

2.气体状态污染物

以分子状态存在，简称气态污染物。总体上可分为五大类：以SO2为主的硫氧化物，以NO、NO2为主的氮氧化物，碳氧化物，有机化合物及卤素化合物。

对于气态污染物、又可分为一次污染物和二次污染物。一次污染物是指直接从污染源排到大气中的原始污染物质；二次污染物是指由一次污染物与大气中已有组分或几种一次污染物之间经过一系列化学或光化学反应而生成的与一次污染物性质不同的新污染物质。在大气污染中日前受到普遍重祝的一次污染物主要有硫氧化物、氮氧化物、碳氧化物以及碳氢化物等。受到普遍重视的二次污染物主要是硫酸烟雾(Sulfurous smog)和光化学烟雾(Photochemical smog)。

3.气态污染物的来源和特征

(1)硫氧化物：主要为SO2,它是目前大气污染物中数量较大、影响范围广的一种气态污染物。

来源：化石燃料的燃烧过程，以及硫化物矿石的焙烧、冶炼等热过程。

(2)氮氧化物：氮和氧的化台物有N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4、N2O5，总起来用氮氧化物(NO X)表示。其中污染大气的主要是NO、NO2。NO毒性不太大，但进人大气后可被缓慢地氧化成NO2，当大气中有O3等强氧化剂存在时，或在催化剂作用下，其氧化速度会加快。NO2的毒性约为NO的5倍。当NO2参与大气中的光化学反应，形成光化学烟雾后，其毒性更强。

来源：人类活动产生的NO X，主要来自各种护窑、机动车和柴油机的排气，其次是化工生产中的硝酸生产、硝化过程、炸药生产及金属表面处理等过程。

(3)碳氧化物:CO和CO2是各种大气污染物中发生量最大的一类污染物。来源：它主要来自燃料燃烧和机动车排气。

(4)有机化合物：挥发性有机化合物（VOC），是光化学氧化剂O3和过氧乙酰硝酸酯(PAN)的主要贡献者，也是温室效应的贡献者之一。

来源：主要来自燃料燃烧和机动车排气，以及石油炼制和有机化工生产。

(5)硫酸烟雾：是大气中的SO2等硫化物，在有水雾、含有重金属的悬浮颗粒物或氮氧化物存在时，发生一系列化学或光化学反应而生成的硫酸雾或硫酸盐气溶