02章大气环境

第二章大气环境第一节大气的结构和组成●地球的最外层包围着3.9×1015吨的混合气体，占地球总质量的百万分之一。▲大气的质量在垂直方向的分布是极不均匀的。地球大气质量在垂直方向的分布100Km以上，占0.0001%的质量5Km以下，占50%的质量10Km以下，占75%的质量30Km以下，占90%的质量一、大气的结构大气结构1、对流层2、平流层3、中间层4、热成层5、逸散层根据大气在垂直方向上的温度、化学成分、荷电等物理性质以及大气垂直运动状况等，可将大气圈分成5层：6对流层是大气的最低层，其厚度随纬度和季节而变化。低纬度17-18Km中纬度10-12Km高纬度8-9Km特点：1.气温随高度升高而递减，在垂直方向上形成强烈对流。2.密度大，大气总质量的3/4以上集中在此层。（一）、对流层对流层的1—2Km以下称摩擦层或边界层,1—2Km以上为自由大气层.平流层30—35KM以下，温度随高度变化较小，气温趋于稳定（同温层）。特点：空气没有对流运动，以平流运动为主。空气稀薄干燥，水气、尘埃的含量小，大气透明度高，很难出现云、雨等天气现象。（二）、平流层30—35Km以上，温度随高度升高而升高（臭氧层）对流层顶到约50Km的大气层为平流层（三）、中间层从平流层顶到80公里高度这一层称为中间层。特点：在这一层里有强烈的垂直对流运动，气温随高度增加而下降，中间层顶温可降至-83—-113C。大气圈的最外层，800公里以上。大部分分子发生电离。空气极为稀薄。特点：气体温度随高度增加而迅速增加。由于太阳和宇宙射线的作用，该层大部分空气分子发生电离，又称为电离层，对全球的无线电通讯有重要作用。（四）、热成层位于中间层之上，上界达800公里。上部——原子氧（O）组成下部——分子氮（N2）组成（五）、逸散层：均质层90公里非均质层按大气的成分划分按大气被电离的状态来划分电离层60公里非电离层1000公里二、大气的组成•地球表面大气主要由氧、氮和几种惰性气体组成，这些成份占空气总量的99.9%。•大气中的稳定成份：氧、氮、惰性气体。•大气中的可变成份：二氧化碳（0.033%）和水蒸气（0—4%）。二、大气的组成•干洁空气：大气中除去水汽和杂质的空气。•干洁空气的组成•干洁空气中的主要成分为N2（占78.09%）、O2(占20.95%)、Ar(占0.93%)及一些微量元素，如CO2、O3、H2、CH4、He、Kr、Ne等。14二、大气的组成•大气可变成分•主要包括CO2、O3、水汽和杂质。这些可变成分如含量正常，则对环境和生命有机体是有益而无害的，但含量变化后(过多或缺乏)都会造成不良影响及危害。•干洁空气较稳定•原因：主要组成物质为N2和O2，前者化学性质不活泼，后者的消耗与释放量相互补偿。15成云致雨的必要条件主要成分次要成分水汽固体杂质生物体的基本成分维持生物活动的必要物质植物光合作用的原料；对地面保温吸收紫外线，使地球上的生物免遭过量紫外线的伤害成云致雨的必要条件；对地面保温大气组成主要作用干洁空气O3N2O2CO2大气各成分的作用水蒸气—主要来自蒸发及蒸腾作用，通过凝结降水离开大气层返回生物圈和水圈。固体及液体杂质—主要来自土壤、岩石风化、火山爆发、宇宙尘埃、花粉以及海水飞沫等，形成自然界的尘埃及凝结核。第二节大气污染和污染物（一）什么是大气污染？大气污染是指大气中一些物质的含量达到有害的程度，以至破坏人和生态系统的正常生存和发展，对人体、生态和材料造成危害的现象．一、大气污染的发生第二节大气污染和污染物国家标准化组织（ISO）给出的定义：大气污染是人类活动和自然过程引起的某种物质进入大气中，呈现出足够的浓度，达到了足够的时间，因此而危害了人体舒适、健康和福利或危害了环境的现象。19（二）大气污染的发生大气循环污染源排出化学反应、生物活动、物理沉降输入速率＞输出速率大气污染由于自然环境所具有的物理、化学和生物作用过程（自然净化作用），天然污染源造成的大气污染，经过一定时间后会得到恢复。大气污染主要是指人类活动造成的，但大气污染决不仅仅局限于城市或工业区，污染物最终会扩散到整个大气层。二、大气污染的来源•大气污染源~是指向大气排放有害物质或对大气环境产生有害影响的场所、设备和装置。可分为根据污染物质的来源：人为污染源天然污染源（一）天然污染源1.火山喷发：SO2、H2S、CO2、CO、HF及火山灰等颗粒物质。2.森林火灾：CO、CO2、SO2、NO2、HC等。3.自然尘：风沙、土壤尘等（沙尘暴）4.植物释放：萜稀类碳氢化合物等。5.海浪飞沫：含硫酸盐和亚硫酸盐的颗粒物。（二）人为污染源1.燃料燃烧燃料种类：煤、石油、天然气4.农业活动排放农药及化肥的使用3.交通运输过程中排放汽车、飞机、轮船2.工业生产过程排放石油化工、金属冶炼（1）固定式污染源：污染物从固定点排出;工业、家庭（2）流动式污染源：交通工具（1）点污染源（2）面污染源若按照污染源性状特点可分为：若按排放物的空间分布可分为：三、大气污染物及大气污染类型大气污染物—由于人类活动或自然过程排入大气的并对环境或人产生有害影响的物质。按其形成过程可以分为：一次污染物二次污染物反应物非反应物按存在的物理状态可以分为：气体状态污染物固体颗粒污染物（一）、一次污染物直接从污染源排放的污染物质，如SO2、NO、CO和颗粒物等。非反应物~污染物在大气环境中较稳定，不与其他物质发生反应，或反应速度很慢的污染物。反应物~一些污染物，在大气环境中，常与其他化学物质发生反应，或促进催化其他污染物之间的反应。（二）、二次污染物由一次污染物在大气中互相作用，经化学反应或光化学反应形成的与一次污染物的物理、化学性质完全不同的新的大气污染物。特点：其毒性或有害性比一次污染物更强。常见的二次污染物有：•硫酸及硫酸盐气溶胶•硝酸及硝酸盐气溶胶•臭氧、光化学氧化剂Ox•许多不同寿命的活性中间物（又称自由基）如：HO2、HO等1、气溶胶状态污染物：在大气污染中，直径为0.002um——100um大小的液滴或固态粒子在气体介质中的悬浮体称为气溶胶状态污染物。三、主要大气污染（1）总悬浮颗粒物（TSP）：TSP－用标准大容量颗粒样皿（流量在1.1～1.7立方米/每分钟）在虑膜上所收集到的颗粒物的总质量，是分散在大气中的各类粒子的总称,其粒径大小绝大多数在100μm以下。颗粒物有固体的灰尘、烟尘、烟雾以及液体的云雾和雾滴，它们中一部分是致癌、致畸、致突变物质，并能被人体吸收而危害人体健康，另一方面，它们是有毒物质的载体，使一些气体污染物转化成为有害的颗粒物或使某些污染物的毒性增强。尘粒：一般指粒径大于75um的颗粒物。易于沉降到地面。粉尘：一般指粒径小于75um的颗粒物。(2)降尘:这类颗粒物中粒径大于30um，靠重力作用在短时间内沉降到地面，成为降尘。特点：因其自身的重力作用会很快沉降下来,在污染源周围可找到单位面积的降尘量－评价大气污染程度的指标之一（3）飘尘：能在大气中长期漂浮的悬浮物质，粒径在10um以下。也称可吸入颗粒物，PM10特点：（1）粒径小于10μm的微粒（2）粒径子易被直接吸入呼吸道的危害（3）能在大气中长期漂浮（4）大气中为其他污染物化学反映提供反应床•（4）PM2.5：指环境空气中空气动力学当量直径小于等于2.5μm的颗粒物，也称细颗粒物。这个值越高，就代表空气污染越严重。•细颗粒物粒径小，含有大量的有毒、有害物质且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。35（5）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。(6)空气污染指数（API）•空气污染指数是根据空气环境质量标准和各项污染物的生态环境效应及其对人体健康的影响来确定污染指数的分级数值及相应的污染物浓度限值。37空气污染指数计算•我国环境空气污染指数评价法：从1997年开始我国国家环保总局发出通知，要求国内重点城市定期采用空气污染指数（API）向公众发布各城市环境空气的质量状况。•空气污染指数(API)是一种向社会公众公布的反映和评价空气质量状况的指标。它将常规监测的几种主要空气污染物浓度经过处理简化为单一的数值形式，分级表示空气质量和污染程度，具有简明、直观和使用方便的优点。•根据我国城市空气污染的特点，以SO2、NOx和TSP作为计算API的暂定项目，并确定API为50、100、200时，分别对应于我国环境空气质量标准中日均值的一、二、三级标准的污染浓度限值，而指数大于等于300则对健康人群产生明显的症状，降低运动耐受力，提前出现某些疾病。500则对应于对人体健康产生明显危害的污染水平。•各城市根据自身污染源的特点污染因子可有所增加。•表1为环境空气污染指数分级的浓度限值，表2为与环境空气指数相对应的环境空气质量的级别和对人群健康可能影响的程度。表1空气污染指数分级浓度限值污染指数污染物浓度/（mg·m-3）APISO2(日均值)NO2(日均值)PM10(日均值）TSP(日均值）SO2(小时均值）NO2(小时均值)CO(小时均值)O3(小时均值)500.0500.0500.0500.1200.250.1250.1201000.1500.1000.1500.3000.500.24100.2002000.8000.1500.2500.5001.601.13600.4003001.6000.5650.4200.6252.402.26900.8004002.1000.7500.5000.8753.203.001201.0005002.6200.9400.6001.0004.003.751501.200表2空气污染指数范围及相应的空气质量级别污染指数质量级别质量描述对健康的影响对应空气质量的适用范围0～50Ⅰ优可正常活动自然保护区、风景名胜区和其他需要特殊保护的地区51～100Ⅱ良可正常活动为城镇规划中确定的居住区、商业交通居民混合区、文化区、一般工业区和农村101～200Ⅲ轻污染长期接触，易感人群症状有轻度加剧，健康人群出现刺激症状特定工业区201～300Ⅳ中污染一定时间接触后，心脏病和肺病患者症状显著加剧，运动耐受力降低，健康人群普遍出现症状≥300Ⅴ重污染健康人明显强烈症状，降低运动耐受力，提前出现某些疾病API的计算方法如下：若已知污染物的实测浓度，可利用表1，用内插法计算出各污染物的分指数，注意计算结果只保留整数部分，小数点进位计算。在各分指数中取最大者为该城市的环境空气污染指数（API），所对应的就是本地区的首要污染物。API＝max(I1，I2，……，In)式中：Ii——污染物的分指数；n——污染物的项目数。根据API的大小用表2所示的分级级别便可确定该地环境空气质量现状级别和对人群健康的影响程度。【例题】某城市环境空气质量经监测后综合整理，该城市当日主要污染物数据如下：CS02＝0.210(mg/m3)，CTSP＝0.453(mg/m3),CN02＝0.200(mg/m3)，试确定该城市的环境空气污染指数、首要污染物和环境空气质量级别。解：得知该城市的API＝212。首要污染物是N02，环境空气质量的级别为Ⅳ级，属中度污染。～主要指SO2和SO3，它们本身毒性不大，但通过二次氧化和与水结合形成硫酸烟雾和酸雨。2、硫氧化合物（含硫化合物SOx）▲大气中的SO2主要来自含硫燃料的燃烧过程，以及硫化物矿石的焙烧、冶炼过程。▲通常煤的含硫量0.5-6%，石油为0.5-3%。CH3CH2CH2SHH2S+2H2+2C+C2H4无机硫的氧化：4FeS2+11O22Fe2O3+8SO22H2S+3O22H2O+2SO2有机硫的氧化：硫在燃烧中可以无机硫化物形式存在有机硫化物形式存在硫氧