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第六章大气污染及其防治第一节概述一、大气圈及其结构1、大气圈在自然地理学上，把随地球旋转的大气层称为大气圈。在通常状态下，可以认为从地表至1200-1400km的大气层作为大气圈厚度。在大气圈中的空气分布不均匀，随着离地表高度的增加，空气越来越稀薄。2、大气圈的结构根据大气圈中大气组成、运动状态以及大气垂直高度上温度的变化的不同，大气圈可分为对流层、平流层、中间层、电离层和散逸层。距地球表面85km的高空，大气的主要成分的组成比例几乎没有变化，称为均质大气层，根据气温的垂直变化，均质层分为对流层、平流层和中间层。均质层以外的大气层，气体组成随高度变化大，为非均质层，包括电离层和散逸层。（1）对流层对流层是大气圈的最下层，是指从地表至离地10－12km以内的这一层大气。对流层的大气密度最大，只有十几千米厚的对流层的空气量就占了整个大气层大气总质量的75％左右。在对流层中，正常条件下的空气温度是随高度增加而降低的，大约每升高100米，气温降低0.6°C,因此具有强烈的对流运动，但有时会形成逆温。对流层与人类的.关系最密切，大气污染主要发生在这一层.（2）平流层对流层以上直至离地表50km的大气层为平流层。在平流层中没有什么尘埃和水汽，空气比对流层稀薄得多。平流层中气温随高度的增加有所增加，因此平流层大气处于平流状态，气流稳定且透明度好，适宜飞机飞行。然而一旦污染物进入平流层，则会长期滞留。在平流层的中上部，由于受阳光紫外线辐射，使O2发生化学反应生成了O3而形成了臭氧层，臭氧层吸收了阳光中对生物杀伤力极强的短波紫外线和宇宙射线，从而保护了地球上的生物免受其害。目前由于人类活动，使一些有机污染物进入平流层，使臭氧层受到破坏，给地球上的生物造成危害，必须引起我们的高度重视。（3）中间层平流层顶至离地表80km这一层。有强烈的垂直对流运动，气温随高度增加而下降。（4）电离层在离地80－800km左右的这一空间称为电离层。下部由分子氮组成，上部由原子氧组成，气温随高度增加而迅速上升。（5）散逸层电离层以上的大气层称为逸散层，是大气层向星际空间过渡的区域，没有什么明显的界限。二、大气的组成（一）大气的恒定组分（二）大气的可变组分（三）大气的不定组分（一）大气的恒定组分大气的恒定组分是指大气中的O2(20.9%）、N2（78.1%）和稀有气体(氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、氡气0.96%）。在近地层大气中这些气体组分的含量几乎可认为是不变的，它们约占大气总量的99.96%。（二）大气的可变组分主要指CO2和H2O，这些气体组分受不同地区气候、季节等多种因素的影响而发生变化。正常状况下，H2O约占0－4％，CO2约占0.033%。由恒定组分和可变组分所组成的大气称为洁净大气。（三）大气的不定组分大气中的尘埃、硫化物、氮氧化物、硫氧化物等是大气中的不定组分，当它们进入大气后，可能造成大气污染。1、大气中不定组分的来源自然界的火山爆发、森林火灾、海啸、地震等暂时性的灾害所引起。由于人类社会生产的发展，城市增多与扩大，人口密集，或由于城市工业布局不合理，环境管理不善等人为因素，使得大气中增加或增多了某些不定组分，如煤烟、尘、硫氧化物、氮氧化物等，这是空气中不定组分的最主要来源，也是造成空气污染的主要根源。第二节大气污染及污染源一、大气污染的概念自然界中局部的质能转化和人类的生产和生活活动，改变大气圈中某些原有成分和向大气中排放有毒害物质，致使大气质量恶化，影响原来的生态平衡体系，严重威胁着人体健康和正常工农业生产，对建筑物和设备财产等构成损坏,即为大气污染。大气环境质量保证的重要性人需要呼吸空气以维持生命。一个成年人每天呼吸大约2万多次，吸入空气达15～20立方米。被污染了的空气对人体健康有直接的影响。因此必须对大气环境质量采取保护措施。二、大气污染源1、按发生类型分：①工业污染源②农业污染源③生活污染源④交通运输污染源2、按排放空间分：高架源：在距地面一定高度排放污染物，如电厂烟囱等低架源：在地面上或离地面高度很低的排放源3、按排放形式分:1、点源：集中在一点或在可当作一点的小范围内排放污染物，如烟囱等2、线源沿着一条线排放污染物，如汽车、火车等3、面源在一个大范围内排放污染物，如煤田自燃的煤堆、密集而低矮的居民住宅烟囱群等三、大气主要污染物（一）颗粒物（二）硫氧化物（三）氮氧化物（四）碳氧化物（五）光化学氧化剂气态污染物（一）颗粒物1.总悬浮颗粒物：用标准大容量颗粒采样器在滤膜上所收集到的颗粒物的总质量，通常称为总悬浮颗粒物。用TSP表示。其粒径在100um以下，尤以10um以下的为最多。（1）粉尘国际标准化组织规定，粒径小于75μm的固体悬浮物定义为粉尘。在大气中粉尘的存在是保持地球温度的主要原因之一，大气中过多或过少的粉尘将对环境产生灾难性的影响。在生活和工作中，生产性粉尘是人类健康的天敌，是诱发多种疾病的主要原因。粉尘的主要存在形式：a)土壤和岩石风化后分裂成许多细小的颗粒，它们伴随着花粉，孢子以及其他有机颗粒在空中随风飘荡。b)许多粉尘是工业和交通运输发展的副产品；烟囱和内燃机排放的废气中也含有大量的粉尘，面粉，采石场等的作业也会引起粉尘。c)火山爆发的火山灰。粉尘的类型A飘尘：颗粒物粒径小于10um的颗粒物称为飘尘。它们能长时间地悬浮于大气中而不沉降下来。可吸入粒子：易于通过呼吸过程而进入呼吸道的粒子。目前国际标准化组织建议将其定为粒径≤10um。B降尘：颗粒物粒径大于10um的颗粒物叫降尘。它们在重力的作用下能很快降落到地面。飘逸在大气中的粉尘往往含有许多有毒成分如铬，锰，镉，铅，汞，砷等。当人体吸入粉尘后，小于5μm的微粒，极易深入肺部，引起中毒性肺炎或矽肺，有时还会引起肺癌。沉积在肺部的污染物一旦被溶解，就会直接侵入血液，引起血液中毒，未被溶解的污染物也可能被细胞所吸收，导致细胞结构的破坏。粉尘还会沾污建筑物，使有价值的古代建筑遭受腐蚀。降落在植物叶面的粉尘会阻碍光合作用，抑制其生长。粉尘危害粉尘爆炸粉尘和其他物质一样具有一定能量。由于粉尘的粒径小、表面积大，从而其表面能也增大。一块1g重的煤其表面积只有5～6c㎡，而1g的煤粉飘尘，其表面积可达2㎡。粉尘与空气混合能形成可燃的混合气体，若遇明火或高温物体，极易着火，倾刻间完成燃烧过程，释放大量热能，使燃烧气体温度骤然升高，体积猛烈膨胀，形成很高的膨胀压力。相传，早在风车水磨时代，就曾发生过一系列磨坊粮食粉尘爆炸事故。到了20世纪，随着工业的发展，粉尘爆炸事故更是屡见不鲜，爆炸粉尘的种类也越来越多。1913～1973年间美国仅工农业方面就发生过72次比较严重的粉尘爆炸事故。1987年3月15日，哈尔滨亚麻纺织厂发生的爆炸事故，死亡56人，伤179人，厂房设备严遭破坏。2014年8月2日上午，江苏昆山开发区中荣金属制品有限公司汽车轮毂抛光车间在生产过程中发生粉尘爆炸特别重大事故。共造成75人死亡，185人受伤。一般比较容易发生爆炸事故的粉尘大致有铝粉、锌粉、硅铁粉、镁粉、铁粉、铝材加工研磨粉、各种塑料粉末、有机合成药品的中间体、小麦粉、糖、木屑、染料、胶木灰、奶粉、茶叶粉末、烟草粉末、煤尘、植物纤维尘等。这些物料的粉尘易发生爆炸燃烧的原因是都有较强的还原剂H、C、N、S等元素存在，当它们与过氧化物和易爆粉尘共存时，便发生分解，由氧化反应产生大量的气体，或者气体量虽小，但释放出大量的燃烧热。地面水通过蒸发进入大气，又经降水返回地面，从而完成了水的循环。如果空中没有粉尘，水份再大也无法凝结成水滴。因为水分子很小，由它聚合起来的水滴也很小，再加上饱合水汽压力很大，所以不易形成降水。空气中有了粉尘之后，它能吸附水汽变成溶液并形成水滴，其饱和水汽压力大大减小，使水汽易于其周围凝结，变成云，雾，雪等。在这一变化过程中，粉尘起了凝结核的作用。粉尘的作用天空中呈现的蔚蓝色尽收眼底也是大气中粉尘作用的结果。阳光是由红，橙，黄，绿，青，蓝，紫七色组成的。当阳光进入大气层后，遇到空中悬浮的粉尘和水汽就发生散射，波长越短的光越容易被散射，空气密度越大散射光越强。而空气密度是随海拔高度的增加而减小的，因此在8000m以下的低空，波长较短的蓝色光大量被散射，人类就可以从地面上看到“秋水共蓝天一色”的壮丽景观。随着海拔高度的增加，大气对阳光的散射能力越来越弱，8000m以上天空变为青色，13000m以上是天空是暗紫色的。在20000m以上天空就变成一片暗黑色。日出和日落也是粉尘之功当太阳出升在地平线的时候，光线穿过充满灰尘的大气，太阳比中午直射时的大得多。这时，粉尘和水汽把阳光中的蓝光和绿光散射了，而波长较长的红光则直接穿过大气，于是旭日东升或夕阳西下的绚丽景色。1883年，印尼克拉克脱火山爆发，把大量火山灰抛入天空，那时该地区人们看到的太阳总是火红色的，这种景观持续了两年之久。1816年，印尼爪哇火山喷射出的烟尘反射和吸收了大量阳光，结果导致那一年该地区气温的降低，出现了罕见的没有夏天的奇迹。阳伞效应是由烟尘增多形成的。人类的生产与生活活动，导致大气中的烟尘越来越多。悬浮在大气中的烟尘，一方面将部分太阳辐射反射回宇宙空间，削弱了到达地面的太阳辐射能，使地面接受的太阳能减少；另一方面吸湿性的微尘又作为凝结核，促使周围水汽在它上面凝结，导致低云、雾增多。阳伞效应的产生使地面接受太阳辐射能减少且阴、雾天气增多，影响城市交通等。这种现象类似于遮阳伞，因而称“阳伞效应”。(2)烟尘因物理化学过程而产生的细微固体粒子，称为烟尘。例如冶炼、燃烧、金属焊接等过程中，由于升华及冷凝而形成、烟尘的特点是粒度大都比较细在1μm以下。(3)飞灰粉煤灰(coalash)。由燃料(主要是煤)燃烧过程中排出的微小灰粒。其粒径一般在1～100μm之间。(4)烟雾燃烧草料、木柴、油、煤等生成的黑烟，称为烟雾。烟雾粒径很细，甚至在0.5μm以下。气态污染物•一次污染物指直接从污染源排到大气中的原始污染物质；•二次污染物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。大气污染控制中受到普遍重视的一次污染物有硫氧化物、氮氧化物、碳氧化物以及有机化合物等；二次污染物有硫酸烟雾和光化学烟雾。气态污染物（二）硫氧化物污染大气的含硫化合物有H2S、SO2、SO3、硫酸酸雾及硫酸盐气溶胶等，但在大气中主要是SO2。大气中的SO2主要来源于矿物燃料的燃烧。据估计，全世界每年由于人类活动排放到大气中的SO2可能超过一亿五千万吨，其中2/3来自于煤的燃烧，1/3来自石油的燃烧，矿物燃料燃烧时，主要生成SO2。所以人类活动排放到大气中的硫氧化物主要是SO2。SO2危害SO2是无色、有刺激性和窒息性的气体，对呼吸道有刺激作用，能引起呼吸道和心血管疾病。值得注意的是SO2与飘尘的协同作用将使其毒性大大增强，使得大气污染加剧。在高浓度的SO2的影响下，植物产生急性危害，叶片表面产生坏死斑，或直接使植物叶片枯萎脱落；在低浓度SO2的影响下，植物的生长机能受到影响，造成产量下降，品质变坏。在干燥洁净的大气中SO2氧化的速度非常缓慢，在相对湿度比较大的空气中，可以加速SO2通过氧化生成SO3。SO3一经形成，便迅速与大气中的水蒸气作用生成硫酸，因此大气中SO3的含量十分低微，生成的硫酸是严重危害健康的物质，其毒性远大于SO2。硫酸对金属，特别是对钢结构的腐蚀。每年给国民经济带来很大的损失。据估计，工业发达国家每年因为金属腐蚀而带来的直接经济损失占国民经济总产值的2%～4%。（三）氮氧化物对流层中危害较大的氮氧化物是NO和NO2，统称为总氮氧化物（NOx）。当矿物燃料高温燃烧时，空气中的N2与O2结合而生成NO，温度越高，生成NO的速度和量越大，由这种方式生成的NOx称为热致NOx；因燃料中含有吡啶、氨基化合物等含氮化合物，在燃烧的过程中生成了NOx，这种方式生成的NOX称为燃料NOx；另外一些工厂(如生产硝酸或使用硝酸、氮肥厂等)的生产过程中排放到大气中的NOx。NO是无色，有刺激性气味不活