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第三章大气污染与防治第一节大气的污染一、大气的组成氮（78。084％）氧（20。946％）氩（0。934％）二氧化碳（0。0333％）主要成分次要成分干燥清洁空气水蒸气（0.01％～4％）杂质（自然过程、人类活动）大气氮、氧、氩主要组分氦、氖、氪、氙、氡次要组分恒定组分二氧化碳水蒸汽可变组分不定组分大气二、大气污染及污染源1、大气污染的定义大气污染是指由于人类活动或自然过程使得某些物质进入大气，呈现出足够的浓度，达到了足够的时间，并因此危害了人体的舒适、健康和人们的福利，甚至危害了生态环境。大气污染的分类：局部地区污染、地区性污染、广域性污染和全球性污染。2、大气污染源的分类（1）按污染源存在的形式分：固定污染源和移动污染物；（2）按污染物排放的方式分：点源（高架源）、面源、线源和体源；（3）按污染物排放的时间分：连续源、间断源和瞬间源；（4）按污染物产生的类型分：工业污染源、生活污染源、交通运输源和农业污染源（5）按主要污染物分类统计分：燃料燃烧、工业生产和交通运输三、大气污染物（一）大气污染物的概念与分类1、定义大气污染物是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。2、分类（1）按存在方式分：气溶胶状态污染物（颗粒物）和气态污染物；（2）按污染物形成的方式分：一次污染物和二次污染物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生成的与一次污染物性质不同的新污染物质。（3）按化学成分分：含硫化合物、含氮化合物、含碳化合物、卤代化合物、尘类颗粒物、有机化合物、放射性物质和其它有毒物质。（二）主要大气污染物1、颗粒物（1）颗粒物的粒度、性质和成因（2）几种颗粒物的区分（a）粉尘（dust）粒径1～200微米，主要机械作用或是土壤、岩石的风化形成的，如粘土粉尘、煤粉等。（b）烟（fume）粒径0.01～1微米，主要由冶金过程熔融物质挥发后生成的气态物质的冷凝物，如PbO烟、ZnO烟等。（c）飞灰（flyash）燃料燃烧产生的烟气排出的分散的较细的灰分。（d）黑烟（smoke）燃料燃烧产生的能见气溶胶。（e）雾（fog）气体中液滴悬浮体的总称，如水雾、酸雾、油雾。（3）几个重要的指标（a）总悬浮颗粒物（TSP，TotalSuspendedParticulate）：悬浮于空中，空气动力学当量粒径小于等于100微米的颗粒物；（b）可吸入颗粒物（PM10）：悬浮于空中，空气动力学当量粒径小于等于10微米的颗粒物；（c）PM2.5：悬浮于空中，空气动力学当量粒径小于等于2.5微米的颗粒物；（d）降尘：颗粒粒径大于10微米的颗粒物；（e）飘尘：颗粒粒径大于10微米的颗粒物。（4）危害①遮挡阳光，使气温降低，或形成冷凝核心，使云雾和雨水增多，以致影响气候；②使可见度降低，交通不便，航空与汽车事故增加；③可见度差，照明耗电增加，燃料消耗随之增多，因此空气污染也更严重．形成恶性循环；④燃煤时生成的SOx，再加上微粒的作用，对呼吸系统的危害特别大；⑤用四乙基铅作汽油的防爆剂时，排入空气中的铅有97％为直径小于0.5微米的微粒，分布很广，危害很大。2、一氧化碳（CO）性质：无色、无味、无臭的气体；有毒，能与氧气争夺血液中的血色素，使血液携带氧气能力大大降低，使人体缺氧而窒息。数量：是城市大气中数量最多的污染物（约占大气污染物总量的1/3）。主要来源：汽车尾气。3、氮氧化物（NOx）（1）主要污染物：NO、NO2（2）性质：棕黄色、有刺激性气味（黄龙）；（3）主要来源：燃料燃烧、汽车尾气、部分生产或使用硝酸的工厂排放的尾气；（4）燃烧过程中NOx的产生情况：热力（热解）NOx、燃料（燃烧）NOx和瞬时NOx。（5）危害：（a）毁坏棉花，尼龙等织物；（b）损害植物——使柑桔落叶、发生萎黄病和减产；（c）引起急性呼吸道病变。会导致光化学烟雾。4、碳氢化合物（CxHy）（1）主要来源：自然源——生物分解；（CH4）人为源——不完全燃烧和有机物的挥发。（2）主要危害能生成有害的光化学烟雾。5、硫氧化合物（SOx）（1）主要污染物：SO2、SO3（2）性质：有刺激性气味；SO2能与水反应生产亚硫酸；SO3能与水反应生成硫酸。（2）主要来源：矿物燃料的燃烧；（3）危害：（a）对人体健康造成危害，还有促癌作用；（b）会形成硫酸烟雾，危害更大；（SOx与颗粒物（主要是FeO）的混合物，经过化学反应生成硫酸，如伦敦烟雾事件。）（c）对植物造成伤害，破坏叶面结构；（d）腐蚀材料。6、光化学烟雾——洛杉矶烟雾（1）产生：在阳光照射下，大气中的氮氧化物、碳氢化合物和氧化剂之间发生一系列光化学反应而生成的蓝色烟雾（有时带些紫色或黄褐色）。（2）主要成分：臭氧（O3）、过氧乙酸硝酸酯（PAN）、酮类、醛类等。（3）危害（a）刺激眼睛；（b）臭氧会引起胸部压缩、刺激粘膜、头痛、咳嗽、疲倦等症状；（c）臭氧能损害有机物质；（d）可能会引起哮喘病的增多，还会引起植物毁坏。四、大气污染与人体健康1、引起空气污染事故2、慢性健康影响——慢性气管炎、气喘病、肺癌第二节大气污染气象学一、大气圈垂直结构——气象要素（气温、气压、大气密度、大气成分等）的垂直分布1、气温的垂直分布（1）对流层（平均12km）大气边界层（1～2km）、近地层（50－100m）（2）平流层（对流层顶到50—55km）（3）中间层（平流层顶到85km）（4）暖层（热层或电离层）（中间层顶到800km）（5）逸散层（外层）（暖层顶以外）2、大气压力的垂直分布随高度的升高而降低，可用气体静力学方程描述；3、大气密度的垂直分布与大气压力的变化规律几乎相同；4、大气成分的垂直分布——取决于分子扩散和湍流扩散的强弱（1）80－85km以下，以湍流扩散为主，称为均质层；（2）80－85km以上，以分子扩散为主，称为非均质层；二、影响空气污染的气象因素1、风（1）风的概念水平方向的空气运动称为风，风是一个矢量，具有大小和方向。风速用来表示风的大小，风向是指风的来向。风速：u＝3.02×F3/2（km/h）式中F为风力等级，0－12级（2）风对空气污染的影响风速的大小决定着污染物的扩散和稀释状况，通常污染物在大气中的浓度与平均风速成反比；风向影响污染物的扩散方向。（3）风玫瑰图（风向频率玫瑰图、风向频率、风速联合玫瑰图、污染系数玫瑰图）污染系数＝风向频率÷该风向的平均风速风向频率是指吹某一方向的风的次数与总观测次数的比值。（4）风随高度的变化——大气边界层风速廓线模式u2为距地面高度为Z2处10min的平均风速，m/s；u1为距地面高度为Z1处10min的平均风速，m/s；P为风速高度指数，与大气稳定度及地形有关。PZZuu12122、大气稳定度（1）干绝热直减率γd干绝热递减率，干空气块或未饱和的湿空气块在绝热条件下，每升高单位高度所造成的温度下降数值。通常取100米表示，rd=0.98℃/100m或0.98K/100m，一般取rd=1℃/100mdhdTidhT（2）大气的降温率（垂直递减率）γ（3）温度层结——大气的温度和密度在垂直方向上的分布温度层结曲线1：正常（递减）层结γ1；2：中性层结γ=1；3：等温层结γ=0；4：逆温γ0(4)大气稳定度概念：垂直方向大气的稳定程度。判断：假如一空气块由于某种原因受到外力的作用，产生了上升或下降运动后，可能发生三种情况：(a)当外力去除后，气块就减速并有返回原来高度的趋势，称这种大气是稳定的；(b)当外力去除后，气块加速上升或下降，称这种大气是不稳定的；(c)当外力去除后，气块静止或作等速运动，称这种大气是中性的。判据：当γγd时．大气处于不稳定状态；当γ=γd时，大气处于中性平衡状态；当γγd时，大气处于稳定平衡状态。（5）不同温度层结下的烟型翻卷型锥型平展型上升型熏烟型（5）逆温种类及其产生原因：（a）下沉逆温；（b）辐射逆温；（c）平流逆温；（d）湍流逆温；（e）锋面逆温。3、降水的影响能有效地吸收、淋洗空气中的各种污染物。4、雾的影响雾会使空气污染状况加剧。5、空气污染“事故日”与污染指数事故日：连续几天低混合高度、低风速和无雨发生事故日的条件是：持续2天混合层高度小于1500米，风速小于4m/s和无雨。污染指数Id：Id＝sp/（vh）Id为d方向的污染指数；s为大气稳定度；p为降水；v为风速；h为混合层高度。s、p、v和h的值是按实际气象资料的数值转换为无量纲的相对值。Id≤0.8时，为清洁大气，即该地区不易发生空气污染事故Id值越大，d方向下侧污染越……？不适于发展……？（农业区）（越重；工业）事故日多的地区适于……？三、影响大气污染的地理因素1、山区地形——山风和谷风；2、海陆界面——海风和陆风；白天晚上3、城市——城市热岛环流：由城乡温度差引起的局地风。城市热岛效应是指城市平均气温比周围乡村高的现象，造成的原因有：城市能耗高、城市覆盖物热容量大、城市上空笼罩一层烟雾和二氧化碳等。4.地形、地物山脉：过山气流（背风坡、背风涡、下洗）城市高层建筑（下洗）四、小结1、空气中的污染物的积累取决于三个条件：风速、逆温层和地形；2、厂址选择、新建城市选址应当考虑风向、风速、温度层结和地形的影响，应当选择在山谷外面、远离海岸线或“事故日”较少的地方。第三节全球性大气环境问题的形成机制与其防治对策一、全球变暖与防治对策1、近百年来的全球气候（1）全球气温上升趋势明显，平均大约上升0.6摄氏度；（2）全球气温的变化不呈直进式，而是呈现冷暖交替的波动2、温室效应与温室气体（1）什么是“温室效应”?所谓“温室”即指“暖房”，屋顶和四周是玻璃或透明塑料薄膜建成，由于玻璃和透明塑料薄膜可以使太阳光(短波辐射)射入室内，但室内向外的辐射(长波辐射)却不易透过玻璃或薄膜外逸，使室内温度提高，起到防寒升温、在寒冷季节也能栽种喜温作物的作用。大气中的温室气体所起的作用与玻璃温室相同，它不影响太阳光照射到地面，但却可以吸收地面向外的红外(长波)辐射，使低层大气变暖，于是人们便把这种作用称为“温室效应”。（2）温室气体（a）概念当在大气中的浓度增加时，会加剧“温室效应”，引起地区表面和大气层下沿温度升高的气体。（b）种类二氧化碳（CO2）、臭氧（O3）、甲烷（CH4）、氟利昂（CFC11）、一氧化二氮（N2O）等。二氧化碳起55％的作用，甲烷和氟利昂起20％的作用。3、全球变暖对人类的影响（1）沿海地区的海岸线变化——海平面上升；（2）气候带移动——温度带北移和降水带的移动（3）对中国的影响（a）使中国农业不稳定性增大；（b）海水平面上升使沿海经济发展受到威胁；（c）对生物多样化产生影响。4、控制全球变暖的综合对策（1）调整能源战略——提高能源利用率和向清洁能源转化；（2）绿化对策；（3）控制人口，提供粮产，限制毁林；（4）加强环境意识教育，促进全球合作。二、臭氧层破坏与防治对策1、臭氧层破坏的机理（1）臭氧的自然平衡过程式中M为反应第三体，一般是氮分子或氧分子。22323322OOOOOOhOMOMOOOOhO（2）当有活性催化物质存在时式中Y为活性催化物，在反应中并不消耗，有些物质可在平流层中存在数年，所以一个Y自由基可以破坏数万或数十万个臭氧分子。Y物种包括三大家族：奇氢家族HOx、奇氮家族NOx和奇卤家族XOx。232232OOOOYOYOOYOOY总反应为：（3）氯氟烃（CFCs）类物质是臭氧层破坏的一个主要原因CFCs的化学稳定性好，在对流层不易分解而进入平流层。到达平流层CFCs受到短波紫外线的照射，分解为Cl自由基，参与臭氧的消耗。常用的CFCs中CFC-11(CFCl3）和CFC-12(CF2Cl2）的寿命大约为50年和110年，有的CFCs的寿命可达数千年。2、臭氧层的变化对人类的影响（1）对人类健康的影响——增加皮肤癌和白内障的发病率；（2）对植物的影响——使