第五章大气污染

1第五章大气污染及防治（大气及大气污染、大气污染源及主要污染物、大气污染综合防治）第一节大气及大气污染（大气的组成、大气污染、大气污染的发生与发展、中国的大气污染状况）一、大气的组成地球大气的总质量约为5.2×1015t，占地球总质量的百万分之一左右，其中90%集中在30km以下的大气层中，约有50%集中在5~6km以下的对流层中。（一）干洁大气世界气象组织（WMO）根据大气温度垂直分布大气及垂直运动的特点，将大气分为5层：对流层、平流层、中间层、电离层和散逸层。由于大气的水平运动、对流、湍流和分子扩散，使不同地区、不同高度的大气得到交换和混合。从地球表面向上90km高度的均质层，大气的主要成分氮和氧的组成比例几乎不变。干洁空气：自然状态下的大气（空气）由干燥清洁的混合气体、水蒸气和悬浮颗粒物组成，除去水蒸气和悬浮颗粒物的大气称为干洁空气。P73页表3-1。干洁大气的主要成分是氮（N2）、氧（O2）和氩（Ar），它们分别占空气总体积的78.08%、20.95%、0.93%。共占干洁空气总体积的99.96%。其他气体所占体积不到0.04%。包括二氧化碳（CO2）、氖（Ne）、氪（Kr）、氙（Xe）、氢（H2）、臭氧（O3）等。在自然条件，干洁大气各组分均为气体，所以干洁大气是永久气体，可视为一个整体，相对分子质量为28.966。干洁大气中，对人类活动影响最大的是氮、氧、二氧化碳和臭氧。它们的作用如下：1、氧和氮氧和氮是大气中的恒定气体成分。其中氧是人类和动植物维持生命极为重要的气体，在大气中发生化学反应时氧起着极其重要的作用。到目前为止，还没有发现空气中氧含量有明显减少，因而影响动植物生命活动的现象，但在土壤和水中，经常出现缺氧现象及其造成的危害。氮是地球上有机体的重要组成元素，在有机体中它主要以蛋白质的形式存在。氮也是合成氨等化工生产的基本原料。22、二氧化碳和臭氧它们是干洁大气中的可变气体成分，对大气的温度分布影响较大。臭氧是大气的微量成分之一，总质量约为3.29×109t，占大气质量的0.64/百万。臭氧在大气中按体积计算平均不到万分之一。它的含量随时间和空间变化较大，在10km以下含量甚微，从10km往上，含量随高度增高而增加，到20~25km高空处，密度达到最大值，再往上则减少，在55~60km的高空处，其含量极少。臭氧在大气中含量虽然极少，但它能大量吸收太阳辐射中波长小于290纳米的紫外线，保护着有机体的生命活动。(因在全球性大气环境问题中我们有较多的介绍，这里不再遨述)。（二）水蒸气水蒸气是实际大气的重要组成部分，在大气中的平均含量不到0.5%，而且随着空间、时间和气候条件变化而变化。在热带雨林地区，其体积分数可达到4%；沙漠干燥区或极地区可小于0.01%。一般低纬度地区大于高纬度地区，下层高于上层，夏季高于冬季。观测表明，在1.5~2km的高度处，空气中的水蒸气含量已减少为地面的一半，在5km高度处减少为地面的1/10，再向上，含量就更少了。水蒸气是实际大气中唯一在自然条件下发生相变的成分。通过水蒸气相变，使地表和大气之间以及大气内部的水蒸气、热和能量得以输送和交换。水蒸气对太阳辐射的吸收能力较小，但对地面长波辐射的吸收能力较强。因此，它与二氧化碳一起，对地球起着保温作用。（三）悬浮颗粒物实际大气除含有上述气体外，还含有沉降速率很小的固体和液体微粒，称之为悬浮颗粒物或悬浮微粒，它是低层大气的重要组成部分。大气中悬浮微粒粒径一般在1/万微米到几十微米之间。悬浮颗粒物主要集中在大气的底层，无论是含量还是化学成分都是变化的。悬浮微粒包括固体微粒和水蒸气凝结成的水滴和冰晶；固体微粒可分为有机物和无机物两类。其中，有机物微粒数量较少，主要有植物花粉、微生物和细菌等；无机物微粒数量较多，主要来源是：岩石或土壤风化后的尘粒，流星燃烧后的灰烬，火山爆发时的尘埃等。3大气污染是相对于一定的环境空气质量标准而言的，P74页3-2列出了我国1996年修订的环境空气质量标准。二、大气污染（一）大气的重要性大气圈是地球的重要组成部分，也是人类生存发展必不可少的自然环境。大气中所含的氧气是人类和动物生存不可缺少的基本物质；所含的CO2和氮气是植物生长所必需的。空气在维持人的正常生命活动中，主要参与人体气体代谢、物质代谢和体温调节。一个人每分钟大约要呼吸16次，每次呼吸约吸入0.5升空气，这样一个人每天要呼吸20000多次，其吸入空气10~20立方米，重约13~15千克。几分钟不吸入空气，人就会窒息死亡，而缺氧是致命的关键。（二）大气污染的含义环绕地球表面的大气层，基本上是由氮气、氧气、二氧化碳和少量隋性气体等组成。这些化学成分，在大气中保持一定的比例，在正常状态下，即在气温摄氏零度、气压在101kPa时，大气中的清洁空气构成大致是氧气占21%，氮气占78%，惰性气体占0.94%，二氧化碳占0.21%，水蒸气、灰尘和其它杂质占0.03%。广义：所谓污染，从广义上讲，大气中的各种化学成分比例关系受到人为或自然的因素引起变化，使它遭到破坏，失去平衡，所含的有害有毒物质超过大气本身的扩散、稀释和自净能力，给人类和其它生物带来危害时，这个空域的大气就被污染了。狭义：通常讲的大气污染是狭义的，是与人们的生产和生产密切相关的。所谓大气污染是指空气中进入了某些物质，其数量、浓度和在空气中的滞留时间足以危害人们的舒适、健康和福利，影响动植物的生长，损害人们的财产和器物。(三)大气污染的引发因素自然过程和人类活动都会引起大气污染。4自然因素：一般来说，就全球而言，自然过程如火山喷发、山林火灾、海啸、土壤和岩石风化及大气运动等造成的大气污染，由于其现有规模及自然环境的物理、化学和生物机能等自然环境的自净作用，经过一定时间后会自动消除，即逐渐恢复生态平衡，所以不会影响人类生存，不是大气污染的主要原因。人为因素：通常讲的大气污染主要是指人类活动造成的大气污染。包括生产和生活活动，如工业生产、交通运输、炊事、取暖等引起的大气污染。随着工业的发展和人口的集中，环境空气，特别是城市空气已经受到了污染。(四)大气污染的特点大气污染不同于水体、土壤污染的最大的特点是，时间长，范围广（如印度博帕尔事件，一夜之间毒气使数十万人受害）。要是空气中混入有害物质，则毒物进入肺部，通过吸收及血液循环遍及全身，产生危害。在世界上发生过的严重的“公害事件”中大多数是大气污染造成的。三、大气污染的发生和发展大气污染与人类的生产和生活活动密切相关，由于人类活动而造成的大气环境污染，最早可追溯到人类开始用火的上古时期。柴薪燃烧、森林火灾等都可能造成局部的大气污染。不过那时的大气污染与现在的大气污染在性质和程度上有明显区别。现在所指的大气污染，是指18世纪中叶产业革命以后的污染。伴随着蒸汽机的发明与广泛的使用，生产力迅速发展，化石燃料逐渐上升为主要能源，燃料燃烧等造成的大气污染日趋严重。工业发达国家的大气污染是和其现代工业同步发生和发展的，大体上已经过了三个阶段。（类似于环境问题的发生与发展的三个阶段）1、第一阶段：18世纪末到20世纪中期，大气污染随着工业的发展而趋于严重。大气污染主要是燃煤引起的所谓“煤烟型”污染，主要污染物是烟尘和二氧化硫。这一阶段的后期，由于加强了能源管理，采取了消烟除尘等措施，初步解决了视觉上的烟尘污染，但飘尘和二氧化硫的污染却更加严重了。2、第二阶段：20世纪50年代至60年代，各国工业畸形发展，汽车数量猛增，石油类燃5料的消费成倍增长，大气污染日趋严重。这一阶段的大气污染，已不再局限于城市和工矿区，而呈现出所谓的“石油型”污染的广域污染，飘尘、重金属、二氧化硫、NOX、CO和CH等污染物已普遍存在，大气污染的危害已不能用某一种污染物的特性来解释，而是多种污染物同时作用的结果，即所谓“复合污染”。令人记忆犹新的英国“伦敦烟雾”、美国“多诺拉烟雾”、日本的“四日市气喘病”等污染事件都是大气中的SO2与飘尘中的重金属等共同作用的结果，即所谓的硫酸烟雾污染。美国的洛杉矶烟雾，则是汽车排气引起的光化学烟雾污染事件。硫酸烟雾和光化学烟雾均属于二次污染物，其危害比一次污染物更大。这一时期工业发达国家迫于人们反公害斗争的压力，不得不着手治理大气环境污染。3、第三阶段：20世纪70年代后期，在一些发达国家更加重视环境保护，花费了大量的人力、物力和财力，经过严格控制和综合治理，环境污染基本得到控制，环境质量有所改善。但是，由于汽车数量的不断增加，CO、NOX、CH和光化学烟雾等污染仍很严重，且不易解决，大气污染的范围也越来越大，由点、线、面扩展为广域以至于全球性的污染，出现了全球性的大气环境问题，如酸雨、温室效应、臭氧层破坏等。四、中国的大气污染状况1、80年代中国的大气污染状况在世界上属于少数最严重的国家之一。1980年前后曾达到相当严重的程度，部分工业城市大气中的烟尘含量和某些有害气体浓度超过标准的几倍，甚至几十倍、几百倍。1981年我国部分城市大气监测结果单位：mg/m3污染物地区质量浓度范围年日平均质量浓度超标城市数（%）标准质量浓度(三级)TSP北方0.57~2.770.931000.30南方0.16~0.850.4171.4SO2北方0.02~0.380.1230.00.15调为0.10南方0.02~0.450.1119.2NO2北方0.02~0.090.0600.10南方0.01~0.080.04062、90年代80年代以来，随着我国环保机构的完善，环境保护管理工作的加强，大气污染恶化的趋势有所减缓。在1995年国民生产总值比1980年翻两番的情况下，大气污染物并没有成倍增加。我国部分城市的降尘量单位：t/（km2月）地区年北京西安沈阳鞍钢厂区本钢厂区北方城市南方城市(1978)1981(30.0)(29.2)(50.6)(524)(900)50.718.1199519.027.126.551.924.710.21995年我国部分城市大气监测结果单位:mg/m3污染物地区质量浓度范围年日平均质量浓度超标城市数（%）标准质量浓度TSP北方0.149~0.7520.39279.10.30南方0.055~0.5430.24225.0SO2北方0.005~0.2110.08111.40.15南方0.002~0.4240.0809.1NO2北方0.017~0.1230.0534.50.10南方0.012~0.1290.0412.3比较上述有关资料，可以看出，我国城市大气污染物中，降尘和总悬浮微粒有所降低，二氧化硫和氮氧化物等变化不大，局部地区出现酸雨。在我国的能源结构中。煤约占70%，所以大气污染物主要是TSP和SO2等，属“煤烟型”污染。3、2006年大气环境状况(选自中国环境状况公报)1、状况2006年监测的559个城市中，空气质量达到一级标准的城市24个（占4.3%）、二级标准的城市325个（占58.1%）、三级标准的城市159个（占28.5%）、劣于三级标准的城市51个（占9.1%）。主要污染物为可吸入颗粒物。2、空气中主要污染物（1）颗粒物7颗粒物是影响城市空气质量的主要污染物。全国66.5%的城市颗粒物年均浓度达到或优于二级标准，7.0%的城市颗粒物年均浓度劣于三级标准。颗粒物污染较重的城市主要分布在：山西、新疆、甘肃、北京、陕西、宁夏、四川、内蒙古、河北、湖南、辽宁、河南、重庆、天津、江苏等省（自治区、直辖市）。（2）二氧化硫2006年，全国SO2年均浓度达到或优于二级标准的城市占86.8%，超过三级标准的城市占3.6%。SO2污染较重的城市主要分布在：山西、内蒙古、云南、新疆、贵州、甘肃、河北、湖北、广西、湖南、四川、辽宁、河南、重庆、天津等省（自治区、直辖市）。所有统计城市的NO2浓度均达到国家二级标准（其中87.4%的城市达到国家一级标准），但广州、北京、乌鲁木齐、深圳、兰州等大城市NO2浓度相对较高。3、重点城市空气质量113个环境保护重点城市中，50个城市空气质量达到国家二级标准（占44.2%）、55个城市为三级（占48.7%）、8个城市为劣三