第6章 环境污染及防治dq

第六章环境污染及防治大气环境污染及防治水污染及其防治土壤污染及防治噪声污染及防治第一节大气污染及防治大气圈分层大气边界层主要特征大气成分大气污染及主要大气污染物大气污染控制空气的重要意义人是完全靠空气生存的，成年人平均每天约需１Kg粮食和2Kg水，但对空气的需求就大得多，每天约13.6Kg（合10m3）。若三者都断绝供应，引起死亡的首先是空气；要是空气中混进有毒害的物质，则毒物随空气不断地被吸入肺部，通过血液遍布全身，对人体健康直接产生危害。大气污染对人的影响不同于土壤和水的污染，它不仅时间长且范围广（较多是地域性的，也有全球性的）。发生的八大“公害事件”，其中五起是因大气污染造成的。一、大气圈组成大气圈约10000km地球大气圈的总质量约6000×1012t，占地球总质量的0.0001%左右大气质量50％集中在下部5km大气质量75％集中在下部10km大气质量90％集中在下部30km大气物理学和污染物气象学中，大气圈层的上界为1200~1400km污染层0~12km星际空间外层（散逸层）星际空间中间层暖层(非均质层)平流层地球对流层约2000Km以上800~1000Km80~85Km50~65Km12Km(平均)赤道地区为18Km均质层原子氧层分子氮层外层：大气层的最外层暖层：又称电离层，顶界约800~1000km,下部主要由分子氮组成，上部主要由原子氧组成中间层:层顶高约80~85km，有强烈的垂直对流运动，气温随高度增加而下降。平流层:为一等温层50~65km,存在约20km的臭氧层，进入平流层的化学物质最大的危害是破坏臭氧层。对流层：大气层最下一层，约6-18km,平均12km。下部气温高，向上气温降低，空气对流强烈，出现各种复杂的气象现象。是人类活动最为密切的大气层部分。二大气的组成（一）恒定成分：（二）可变组分：CO2、H2O蒸气由恒定组分和可变组分所组成的大气称为洁净大气。（三）不定组分（大气污染物）（三）不定组分（大气污染物）自然界火山爆发、森林火灾、海啸、地震及人类活动进入大气的各种物质：尘埃、H2S、S、SOX、NOX、盐类、恶臭气体、煤烟、粉尘等大气污染的含义国际标准化组织定义（ISO）定义：指自然界中局部的职能变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，以致使大气质量恶化，影响原来有利的生态平衡体系，严重威胁着人体健康和正常工农业生产，以及对建筑物和设备财产等的损坏.三、大气污染源火山爆发自然源森林火灾等工业企业排放的废气农业活动排放的废气汽车排放的废气等人工源火山爆发四、主要污染物根据污染物的形成过程分：一次污染物/二次污染物根据污染物的形态分：气态污染物/颗粒污染物一次污染物二次污染物直接从各种污染源排放到大气中的有害物质。一次污染物在大气中相互作用或它们与大气中正常组分发生反应所产生的新污染物。（一）一次污染物和二次污染物二次污染物的形成在物理、化学或生物因素的作用下，或是与环境中其他物质发生反应物理、化学性状与一次污染物不同的新污染物二次污染物继发性污染物一次污染物由污染源直接排入环境的、其物理和化学性状未发生变化的污染物提问：光化学烟雾出现条件是什么？O3、过氧乙酰硝酸酯（PAN）、甲醛和酮类光化学烟雾1、大气中光化学烟雾的形成静风低湿度高温度紫外线光化学反应汽车尾气：氮氧化物、碳氢化合物hv(290~430nm光化学烟雾产生机理NO2＋hv(290~430nm)NO+O·O·＋O2＋MO3＋MO3+NONO2＋O2O3+HC中间产物醛、酮、PAN、PBZN中间产物：R·、RO·、HO·、RCO·（酰基）、ROO·（过氧烷基）和RCOO·（过氧酰基）O大气氧化能力不断增强光化学烟雾危害（1）醛类等物质刺激眼睛（2）臭氧引起胸部压缩、刺激粘膜、头痛、咳嗽、疲倦等症状（3）臭氧能损害有机物质（4）氧化剂增多会使得哮喘增多，植物毁坏2、硫酸烟雾提问：硫酸烟雾出现条件是什么？答：SO2、颗粒气溶胶、相对湿度比较高，气温较低、逆温和大雾天气。硫酸烟雾产生机理大气中颗粒气溶胶具有凝聚大其中水分和吸收SO2与氧气的能力。在颗粒气溶胶表面发生SO2的催化氧化反应（1）SO2＋H2OH+＋HSO3-（2）HSO3-＋H+＋O2H2SO4（雾）Fe、Mn时间飘尘浓度SO2浓度死亡人数（mg/m3）（mg/m3）1952.124.463.84000多19563.251.61000多19572.401.84001962.122.84.1750总悬浮颗粒物中硫酸盐：约10％（主要为硫酸铵）硝酸盐：约5％金属：约5％（三十多种，以铁为最多）有机物：约5％（脂肪烃多于芳香烃，94％的多环芳烃吸附于小于2.5um的颗粒上）(二)颗粒污染物和气态污染物1颗粒污染物尘粒：直径大于10μm的固体微粒烟尘：直径小于1μm的固体微粒雾尘：液体微粒100μm煤尘：燃烧过程中未被燃烧的煤粉尘及露天煤矿的煤扬尘气溶胶：悬浮于空气中的固液微粒，直径小于1μm总悬浮微粒（TSP）又称总悬浮颗粒物，指漂浮在空气中各种不同粒径，在重力作用下不易沉降到地面的液体或固体微粒。（其粒径大约为0.1-100μm）降尘粒径大于10μm的颗粒，如水泥粉尘、金属粉尘、飞尘等一般颗粒大，比重也大，在重力作用下，易沉降，危害范围较小飘尘粒径小于10μm的粒子，粒径小，比重也小，可长期漂浮在大气中，具有胶体性质，又称气溶胶(aerosol)。易随呼吸进入人体，危害健康，因此也称可吸入颗粒物（IP）。•可吸入颗粒物（PM10）：悬浮在空气中，空气动力学直径小于10um的颗粒物•可吸入颗粒物（PM2.5）：悬浮在空气中，空气动力学直径小于2.5um的颗粒物危害（1）形成细粒子层，是化学反应床，是多项反应的载体。（2）遮挡阳光、使气温降低，或形成冷凝核心，使云雾和雨水增多，影响气候（阳伞效应）（3）使可见度降低，交通不便，航空和汽车事故增加（4）可见度差，照明电耗增加，燃料随之增加，空气污染加剧，形成恶性循环（5）用四乙基铅作汽油的防爆剂时，排入空气中的铅微粒危害大（6）燃煤时产生的SO2，加之微粒，对人体的呼吸系统危害大火山爆发阳伞效应1912年，阿拉斯加火山爆发，使得到达地面的太阳辐射量减少10％～20％。1963年，阿贡火山爆发后，火山灰绕地球四周，使气温下降，气候异常。1991年，菲律宾皮纳图博火山两度爆发，推测火山爆发使得全球降温0.5华氏度。2气态状污染物常见的有：CO、NOx、HC化合物、SOx、光化学烟雾、硫酸烟雾等硫化物（民用炉、热电站、金属冶炼、硫酸厂）；氮化物（硝酸厂、氮肥厂、炸药厂）；氧化物（CO、CO2）；卤化物（氟化物、氯化物、制碱厂）；有机物质的污染3、城市大气的主要污染物一次污染物大气氧化剂颗粒物细粒子首要空气污染物:PM10五、我国空气质量日报空气质量日报的组成：污染指数API首要污染物空气质量级别（一）、空气污染指数（API）根据环境空气质量标准和各项污染物对人体健康和生态环境的影响来确定污染指数的分级及相应的污染物浓度值。评价因子：SO2、NO2、PM10、CO、氧化剂O3评价标准：环境空气质量标准各项污染物对人体健康和生态环境的影响环境空气质量标准（GB3095-1996）污染物名称一级(年均/日均/1小时均)二级(年均/日均/1小时均)三级(年均/日均/1小时均)浓度单位SO20.02/0.05/0.150.06/0.15/0.50.10/0.25/0.70mg/m3(标态)TSP0.08/0.120.2/0.30.3/0.5PM100.04/0.050.1/0.150.15/0.25NOx0.05/0.1/0.150.05/0.1/0.150.1/0.15/0.30NO20.04/0.08/0.120.05/0.1/0.120.1/0.15/0.24CO4/104/106/20O30.120.160.2SO2、TSP、PM10、NOx、NO2、CO、O3、Pb、BaP、氟化物等空气污染指数（API）计算（1）污染分指数计算：Ii第i种污染参数的污染分指数Ci第i种污染参数的浓度值In第i种污染参数n的转折点的污染分指数In＋1第i种污染参数n＋1的转折点的污染分指数Cnn转折点上第i种污染参数的浓度值Cn＋1n＋1转折点上第i种污染参数的浓度值nnnnnniiIIICCCCI）（11例：[SO2]＝0.042mg/m3、[NO2]=0.018、[PM10]=0.135，求其API值APISO2NO2PM10COO3描述500.050.080.0550.12优1000.150.120.15100.20良2000.80.280.35600.40轻微150轻度1503001.60.560.42900.80中度污染4002.10.750.51201.00重污染5002.620.940.61501.20重污染ISO2=(0.042-0)/(0.05-0)×（50-0）+0=42INO2=(0.018-0)/(0.08-0)×（50-0）+0=12IPM10=(0.133-0.05)/(0.15-0.05)×（100-50）+50=92（2）求最大值得APIMax(ISO2，INO2，IPM10)＝92该市当天API为92首要污染物为PM10（二）污染描述（空气质量）50优一级标准100良二级标准200150轻微污染150轻度污染300中度污染400重污染500重污染六、室内空气质量和居室环境质量室内空气污染来源生活污染建筑装饰材料室内空气主要污染物甲醛苯氨气甲醛来源于胶合板、人造板及家具、贴墙布纸、化纤地毯、泡沫塑料、油漆、涂料等0.1mg/m3，不适感觉有异味0.5mg/m3，刺激眼睛流泪0.6mg/m3，引起咽喉不适或疼痛高浓度对免疫系统、肝脏、神经系统危害苯来源于各种胶、油漆、涂料、防水涂料的溶剂或稀释剂危害：轻者头晕、头痛、恶心、胸闷、乏力、意识模糊严重者可以昏迷以致呼吸循环衰竭而死亡可以破坏造血功能，引起白细胞和血小板减少，导致再生障碍性贫血氨、氡来自于建筑材料室内花草吸收有害物质芦荟、仙人掌、非洲菊、吊兰、虎尾兰可以有效吸收甲醛月季、蔷薇吸收较多的苯、苯酚、硫化氢、乙醚铁树、菊花、常春藤可以减少苯、二甲苯的污染龟背竹、一叶兰、虎尾兰能吸收室内80％以上的有害气体。七、汽车尾气排放与排放标准汽车尾气中的主要污染物COHCNOxPM中美穗汽车排放因子(单位：g/辆·km-1）比较(车速约23km/h)污染物国别轿车轻型重型重型摩托轿车汽车柴油车车中国10.211.417.09.44.8HC美国2.52.88.42.14.0广州5.48.922.933.310.4中国85.284.8235.631.317.2CO美国19.024.0102.011.524.4广州45.451.1123.010.939.3中国1.63.25.053.40.5NOX美国1.01.23.110.20.4广州2.43.76.517.40.2欧洲汽车排放标准（汽油车）(g/km)COHCNOxHC+NOxPM实施日期欧一2.720.970.1492.7.1欧二2.20.596.1.1欧三2.30.20.1500.1.1欧四1.00.10.080.02505.1.1八、大气边界层（1.2~1.5km）主要特征湍流风温度的垂直分布（一）大气湍流大气湍流：在主导方向出现的（上下左右）无规则阵发性搅动的气流涡团与污染物扩散a小尺度涡团：扩散缓慢b大尺度涡团：截面变化不大c尺度相仿涡团：很快扩散复合尺度涡团：较快扩散（二）风风向:风向频率玫瑰图输送污染物（影响污染物的扩散方向）工厂设置在居民区最小风频的上风地带或与常年