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第七讲大气环境保护地球上的大气是自然环境的组成部分。人类一刻也离不开大气，没有大气就没有地球上的生命，就没有生机勃勃的世界。大气又是人类极其重要的自然资源。在环境保护中，对特定场所或区域，供人和动植物生存的气体称为“空气”；而以大区域或全球性的气流为研究对象时，则采用“大气”一词。•大气结构与组成•大气污染物及来源•大气污染的危害•污染物的扩散•大气污染综合防治•全球性大气污染及对策•1大气结构与组成•1.1大气结构电离层暖层中间层平流层对流层地球1、对流层平均厚度约为12km，集中了占大气总质量75％的空气和几乎全部的水蒸气量，是天气变化最复杂的层次。具有两个特点。(1)气温随高度增加而降低高度每增加l00m，气温约下降0.65℃。(2)空气具有强烈的对流运动对流层中气象条件复杂，既有形成污染物易于扩散的条件，又会出现污染物。2、平流层对流层层顶之上12~55km处的大气为平流层。平流层内温度垂直分布的特点是大气温度随高度的增加而升高。这一方面是由于它受地面辐射影响小，另一方面也是由于该层含有臭氧，存在着臭氧层。臭氧层可直接吸收太阳的紫外线辐射，造成了气温的增加。3、中间层平流层顶55~85km高处的大气为中间层。无臭氧组分，气温随高度的增加而迅速降低.4、暖层气温的分布是随高度的增加而增加5、散逸层•1.2大气的组成大气是由多种气体和水蒸气组成的混合物，由恒定气体、可变气体和不定气体组成。恒定气体在地球上任何地方的体积分数几乎是不变的；可变气体的含量往往随各地季节、天气变化和人类活动的状况而变化的；不定气体包括自然灾害和人为原因造成的大气污染物及有毒气体，后者是人类保护大气和防治大气污染的主要对象。各种气体在整个大气中的组成列表1。空气成分恒定气体可变气体氮气氧气稀有气体二氧化碳尘埃和其它气体水蒸气含量（%）78210.90.030.03～表1大气组成返回•2大气污染物及来源•2.1大气污染按照国际标准化组织(1SO)作出的定义：大气污染通常是指由于人类活动和自然过程引起某种物质进入大气中，呈现出足够的浓度，达到了足够的时间并因此而危害了人体的舒适、健康和福利或危害了环境的现象。大气污染可分为四类：1、局部地区(个体行为）2、区域性（区域行为）3、广域性（大区域行为，如酸雨）4、全球性（跨越国界，如温室效应）•2.2大气污染物天然污染物和人为污染物，引起公害的往往是人为污染物。依照污染物存在的形态，分为颗粒污染物与气态污染物。1、颗粒污染物大气中危害最大、最严重的污染物，除固体颗粒外还包括液滴。颗粒污染物按颗粒粒径可分为：降尘粒径大于10μm，尘粒、粉尘(75,粗尘)飘尘粒径小于10μm，粉尘、烟尘液滴由蒸汽凝结、液体喷雾、雾化以及化学反应形成，粒径小于100μm，如水雾、酸碱雾、油雾。06:06:02四川乐山:粉尘污染严重•乐山沙湾国宏电冶有限公司在沙湾区太平镇上空排放滚滚浓烟，过往行人低头走路不敢抬头；骑摩托车的人戴着防护镜；路边植物叶片上覆盖着白色粉尘。放眼望去，本应是满眼苍翠的太平镇，却变成了灰白世界。该厂是2001年投资5000万兴建的，主要生产电石等化工产品，排放烟尘中含有大量细煤渣和石灰粉尘。几年来，该企业排放的烟尘使周围几平方公里范围内的费槽村、孙坝村等村庄，都受到不同程度地影响。在问题最严重的费槽村，1000多名村民深受其害，一些人已因此患上严重鼻炎。村民王秀兰说：“2002年以来，经常感到头昏、眼花、恶心，医院检查是鼻窦炎。去年以来，已经花了5000多元的医药费，现在仍未好转，每天都吃药”。目前，乐山市、区两级政府对此正在整治当中。（新华社2004年11月9日）2004年11月3日摄河北唐县粉尘污染亟待治理•河北省唐县迷城乡、白合镇一带有数十家生产工艺简陋、没有除尘设备的石灰窑和沙石厂,他们无度开山采料,使太行山山体遭到破坏。这是两名工人在唐县迷城乡境内的一个粉尘漫天飞的石灰窑工作（新华社2005年5月10日）2、气态污染物(1)含硫化合物SO2、SO3和H2S等。(2)含氮化合物NO、NO2、NH3等。(3)碳氧化合物CO和CO2。(4)碳氢化合物有机废气。(5)卤素化合物含氯和含氟化合物。3、二次污染物污染源直接排入大气未发生性质改变的污染物称为一次污染物，一次污染物之间或一次污染物和大气原有组分发生化学反应后生成的新的污染物称为二次污染物。以石油为能源，排入大气的一次污染物，在太阳紫外线的作用下发生光学反应，参与光化学反应的一次和二次污染物的混合物，所形成的烟雾污染称为光化学烟雾，也称洛杉矶型烟雾。以煤为原料，大气中的烟尘、SO2，与水蒸气混合并发生化学反应所生成的烟雾，称为硫酸烟雾，也称伦敦型烟雾。大气主要污染物的生成机理一、烟尘：1.烟尘的生成机理（1）气态析出型。固体燃料的挥发气体、液体燃料蒸发气和气体燃料，高温缺氧热分解生成碳黑或积炭。0.01～0.2μm。气相脱氢聚合反应：甲烷CH4→2H2+C乙烷C2H6→3H2+2CC2H6→H2+C2H4（乙烯）乙烯C2H4→H2+C2H2C2H2→H2+2C(2)液态剩余型。液体燃料不完全燃烧：①煤胞、油灰：油滴蒸发产生油蒸气燃烧时，一边膨胀发泡，一边聚缩固化，生成10～300μm、表面光滑致密、内部絮状、难以燃烧的空心焦粒；②石油焦：油雾滴与炽热固体壁面接触时高温裂解，形成颗粒较大的物质，结焦。(3)固态剩余型。固体燃料燃烧时形成，包括未燃尽固定碳和灰分（飞灰），3～100μm。2.烟尘的危害＞10μm能迅速沉降；＜10μm飘尘长期悬浮，易进入呼吸系统，直接进入肺部。烟尘的化学组成很复杂，含有毒物、致癌物，引起肺癌或皮肤癌。二、硫氧化合物主要是SO2，SO3很少。缺氧时，还有H2S和元素S。生成SO2的总放热反应S+O2→SO2火焰中的淡蓝色是O原子和SO反应形成SO2时所发射的光谱。SO是一种中间产物。1.生成机理（1）有机硫和H2S的氧化H2S主要在油中。煤中有机硫～500℃分解→H2S。H2S、S元素首先→SO(H2S+O2→SO+H2O；S+O2→SO+O)再SO+O2→SO2+O；SO+OH→SO2+H（2）无机硫的氧化无机FeS2分解速度慢。1)缺氧时，＜500℃，分解成S、H2S和FeS，FeS必须＞1400℃才能分解出S，再氧化成SO2。2)富氧下，FeS2直接氧化SO2:4FeS2+11O2→2Fe2O3+8SO2S含量↑，空气量↑，SO2↑。（3）SO2在大气中的转化SO2在大气中的转化速度非常小。（若存在金属氧化物、颗粒物、NOX等可作催化剂的物质，可增大SO2→SO3的速度，或直接氧化为硫酸盐气溶胶，如MgO2＋SO2→MgSO4，SO2和SO3与水蒸气反应都会形成硫酸蒸汽。）2。硫化合物的危害SO2：有强烈的辛辣、刺激性气味。浓度超过一定值，支气管收缩，鼻腔出血，呼吸困难，诱发支气管炎、肺水肿。SO2形成的硫酸烟雾，毒性作用增大3～4倍。对植物造成伤害，其生长受阻，叶片出现黄褐色坏死斑、脱水、焦枯。H2S：有毒气体，易溶于水。刺激性引起眼结膜炎；侵入血液中与血红蛋白结合，生成硫化血红蛋白而使人缺氧，窒息死亡。三、氮氧化合物燃烧过程中NOx的热力学平衡N2+O22NONO+O2NO2+ONO与NO2的生成反应的特点①燃烧中NO～95％，NO2～5％；②任何温度时生成的NO都→NO2；③t↑，NO↑↑，＜1500K，反应速率很小；＜800K，NOx数量忽略不计；④室温时只有极少量NO与NO2生成。排入大气NO，在充足的反应平衡时间下氧化成NO2。四、其他污染物1.COCO是燃烧过程的中间产物，不完全燃烧产物。RH→R→RO2→RCHO→RCO→COR—碳氢自由基团。RCO主要通过热分解生成CO。CO的生成速率很快，＞氧化成CO2的速率，在火焰区CO浓度迅速上升到最大值。控制CO的排放是使之完全燃烧。危害：毒性很大。与血红蛋白有较强亲合力，比氧与血红蛋白的亲和力大200多倍。生成碳氧血红蛋白，降低血液输送氧气的功能。中枢神经受影响，降低人对各种意识的分辨能力，出现昏迷、呼吸困难，甚至导致窒息死亡。2.碳氢化物（HC）来源：不完全燃烧、石油类物质蒸发。燃烧室内温度过低的区域，或者油气混合不均匀导致燃烧室内局部混气过富。HC的热分解和氧化非常复杂，许多中间产物的反应过程和反应机理至今尚不清楚。大部分HC是＜700℃时发现。危害：主要致癌物质,一般是多环芳烃类物质.3.碳烟汽车排放的不完全燃烧产物，柴油机碳烟浓度约为汽油机的30～80倍。柴油机采用扩散燃烧，燃料和空气混合不均匀。白烟：寒冷气候起动、怠速运转，燃烧时温度过低，燃料未经燃烧排出，＞1μm以上白色液珠。蓝烟：柴油机低负荷工作、低温运转，排出的直径在＜0.4μm的淡蓝色液珠。黑烟（碳烟）：柴油机高负荷运行，混合气高温缺氧，产生脱氢聚碳反应，以碳为主≈0.05μm的固态微小颗粒。4.光化学烟雾NOX、HC，在阳光的强烈照射下，发生光化学反应后形成二次污染物（臭氧、醛类、过氧乙酰硝酸酯(PAN)）等氧化剂，形成光化学烟雾。NO2光解→NO＋OO＋HC→OH，O＋O2→O3O、O3、OH＋HC→HC自由基。HC自由基＋O2→过氧化自由基。各种自由基＋NO→NO2影响光化学烟雾形成的因素（1）污染物质及浓度。存在NO2和HC，浓度越高，各种氧化剂的浓度也必然增高。大气中飘尘易吸附气态分子发生反应。（2）太阳辐射强度。只有波长为290～430nm能量较大紫外辐射，才能使NO2光解。（3）地理位置。太阳高度越大，紫外辐射越强。大气层愈厚，到达地面的辐射能愈少。∴晴朗、夏季中午出现光化学烟雾的可能性最大。（4）气象条件。晴天、阳光明媚、高气温、低湿度、低风速、有逆温层存在，易产生光化学烟雾。∵此时污染物质不易稀释扩散。•2.3大气污染物的来源1、燃料燃烧火力发电厂、钢铁厂等工矿企业的燃料燃烧，各种工业窑炉的燃料燃烧以及各种民用炉灶、取暖锅炉的燃料燃烧均向大气排放出大量污染物。燃烧排气中的污染物组分与能源消费结构有密切关系。发达国家能源以石油为主，大气污染物主要是一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物和有机化合物。我国以煤为主，主要大气污染物是颗粒物和二氧化硫。火力发电厂水泥厂2、工业生产过程化工厂、石油炼制厂、钢铁厂、焦化厂、水泥厂等各种类型的工业企业，在原材料制成成品的过程中，都会有大量的污染物排人大气中。这类污染物主要有粉尘、碳氢化合物、含硫化合物、含氮化合物以及卤素化合物等多种污染物。土法炼焦3、农业生产过程主要来自农药和化肥的使用。4、交通运输车辆行驶产生的扬尘和排放的汽车尾气，轮船、机车燃料燃烧排放的烟尘。也是二次污染物的主要来源。根据对烟尘、二氧化硫、氮氧化物和一氧化碳四种主要污染物的统计，我国大气污染物主要来源于燃料燃烧，其次是工业生产与交通运输，它们所占的比例分别为70％、20％和10％；燃料构成以燃煤为主，约占能源消费的75％。煤的燃烧为我国大气污染物的主要来源，同时也形成了我国煤烟型大气污染的特点。因此，控制煤烟型的大气污染，将是我国近期大气污染防治的主要任务。返回大气污染源大气污染物人工污染源生活污染源生活、取暖用煤炉烟尘、SO2、CO2、CO垃圾焚烧CO、氮氧化物、CO2吸烟CO、丙烯醛、气溶胶工业污染源火力发电厂SO2、烟尘、CO2、氮氧化物、CO、苯并[a]芘钢铁工业金属粉尘、氟化氢、CO、碳氢化物、SO2有色金属冶炼厂金属粉尘、SO2、汞蒸气、CO炼焦厂烟尘、SO2、CO、H2S、苯、酚、萘、烃类、氨、苯并[a]芘炼油工业CO、氮氢化物、烟尘、SO2、烃类、苯、酚、H2S石油化工粉尘、恶臭、SO2、H2S、氰化物、氮氧化物、氯化物、烃类、氨化肥工业酸雾、粉尘、氟化硅、SO2、氮氧化物、CO、NH3、砷、氯碱厂氯气、氯化氢、汞蒸气农药制造酚、氯化氢、H2S、硫醇、砷、汞、氯染料厂SO2、氮氧化物、H2S建材工业（水泥、石棉）粉尘、SO2、HS2、CO制革、印染工业恶臭气体、气溶胶核试验、核电站放射性尘埃、废气机械加工厂金属、粉尘造纸厂烟尘、硫醇