第二讲大气污染

楼莉萍副教授大气污染及其控制技术浙江大学环资学院大气污染的含义：介入大气中的化学物质（如烟尘、CO、CO2、SOx、NOx、碳氢化合物等各类无机物和有机物）、能量（如光、声、磁、热等）和微生物（如病菌、病毒等）超过了大气环境容量，从而直接或间接地对人类的生活、生产和身体健康等方面产生不良影响的现象。一、大气层的结构与组成（一）大气的分层（二）大气的成分根据大气的热状态，大气层自地球海平面上可分为对流层、平流层、中间层和热层。对流层厚度不均，赤道地区厚，两极地区薄，是大气中最稠密的一层；从对流层顶到离地表50～55公里高度的范围是平流层，这里基本上没有水汽，晴朗无云，适于飞机航行；从平流层顶到离地表85公里高度的范围是中间层，又叫电离层，其温度随高度的增加而下降；从对流层顶部到离地表500公里高度的范围是热层，热层温度很高，最高达1100度。（一）大气的分层51、对流层平均厚度约为12km，集中了占大气总质量75％的空气和几乎全部水蒸气，是天气变化最复杂的层次。特点：①上界因纬度季节而不同②气温随高度增加降低，每增l00m下降0.65℃；③集中了大气中空气的90%；云雾风雨雪等主要天气发生地；④大气污染物的产生、迁移、转化的主要发生地；⑤下热上冷，造成空气强烈对流。62、平流层对流层层顶之上12-55km处的大气为平流层。①温度分布随高度增加而增加；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，臭氧层直接吸收太阳的紫外线辐射，造成了气温增加。②无上下对流，大气稳定，污染物难以扩散；③平流层15-35km内，形成了臭氧层。距地面50~85Km的区域，主要物质:O2、N2、NO+、O2+此层的特点：大气更为稀薄，温度随高度上升而降低（-2ºC~-92ºC)，空气垂直运动相当强烈。3.中间层4.热层距地面85~800Km的区域，也叫电离层。大气的主要成分是O2、N2。此层的特点：大气温度随高度上升而迅速上升。-92ºC1200ºCO2、N2O2+、O+、NO+等5.逃逸层800Km以上，也叫外大气层。大气温度随高度上升而略有提高。9（二）大气的成分N2、O2、Ar、CO2、H2O水汽（如云滴、雾滴）尘埃、花粉没有水汽和悬浮颗粒的空气称为干洁空气悬浮颗粒气体恒定组分106~107年：N2、O2、Ar、Kr、Xe、Ne、He可变组分2～10年：CO2、H2O不定组分（强可变组分）几天或更短：H2S、SOx、NOx、颗粒物二、大气污染及重要污染物（一）大气污染物的源和汇（二）大气污染物的分类（三）主要的大气污染物11(1)大气污染物的来源自然源自然风尘、火山喷发、森林火灾人为源燃料燃烧工业排放交通尾气城市建设农业排放餐馆和家庭厨房排出的油烟城乡裸露土地和荒漠化地区的扬尘(一)大气污染物的源和汇12（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13（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。水泥厂土法炼焦14（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，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；燃料构成以燃煤为主，约占能源消费的75％，21世纪后我国大气污染呈现煤烟型与交通复合型污染的特点。15大气污染物的汇•干沉降：重力沉降，指大气污染物被植物、建筑物或地面相碰撞而被捕获（表面吸附或吸收）的过程。•湿沉降：大气污染物通过降水（雨、雾、雪等）落到地面的过程。•化学反应去除：大气污染物在大气中通过化学反应生成其他气体或粒子而使原污染物在大气中消失的过程。16一些气体污染物的汇气体汇SO2降水清除：雨除，冲刷气相或液相氧化成硫酸盐土壤：微生物降解、物理化学反应、吸收植被：表面吸收、消化摄取海洋、河流吸收NO2降水清除：雨除，冲刷植被：表面吸收、消化摄取气相或液相氧化成硝酸盐CO2植被：光合、吸收作用海洋：吸收CH4土壤：微生物活动植被：化学反应、细菌活动对流层及平流层：化学反应（二）大气污染物的分类初生污染物：SO2、NO、NO2等1、按来源：次生污染物：H2SO4、NO2、HNO3等气态污染物：SO2、NO2等2、按形态：颗粒态污染物：硫酸雾、硝酸雾等有机污染物：碳氢化合物等3、按化学组成：无机污染物：CO2、NOX、SOX等18污染物一次污染物二次污染物含硫化合物SO2、H2SSO3、H2SO4、MSO4碳的氧化物CO2、CO2无含氮化合物NO、NH3NO2、HNO3、MNO3、O3碳氢化合物CmHm醛、酮、过氧乙酰基硝酸酯卤素化合物HF、HCl无1、按来源：一次污染物与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。19（1）颗粒污染物大气中危害最大、最严重的污染物，包括固体颗粒和液滴。固体颗粒污染物按粒径可分为：降尘粒径大于10μm，尘粒、粉尘飘尘粒径小于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。2、按形态：颗粒污染物与气态污染物20总悬浮颗粒物（TSP）指悬浮在大气中的液体或固体微粒的总称。我国环境空气质量标准中的TSP是指：粒径小于100μm的大气颗粒物。PM10是指：悬浮在大气中、粒径小于10μm的大气颗粒物。可吸入颗粒物（PM10）空气质量标准中相关指标21（2）气态污染物①含硫化合物SO2,SO3,H2S,(亚)硫酸（盐）。②含氮化合物NO,NO2，N2O,N2O3,N2O4,N2O5,NH3。③碳氧化合物CO和CO2。④碳氢化合物烷烃、烯烃和芳烃有机废气。⑤卤素化合物含氯和含氟化合物。3、按化学组成，主要大气污染物类型有：（1）含碳化合物（碳氧化物）：CO、CO2（2）含硫化合物：SO2、硫酸及硫酸（盐）（3）含氮化合物（氮氧化物）：NO、NO2，N2O（4）碳氢化合物：烷烃、烯烃和芳烃（5）光化学氧化剂：O3、过氧化物、PAN（6）含卤素化合物：CFCs、Halon（哈龙）类（7）颗粒物：TSP、PM10（三）主要的大气污染物1、含碳化合物2、含硫化合物3、含氮化合物4、碳氢化合物5、光化学氧化剂6、含卤素化合物7、颗粒物来源：人为污染源固定源（锅炉）移动源（汽车尾气排放）危害：与O2争夺血红蛋白，使人中毒；抑制光合作用自然污染源：森林火灾、生物作用CO：来源：火山爆发、动植物呼吸、森林火灾、燃料燃烧、森林破坏、海洋脱气等环境效应：CO2浓度增加，造成温室效应CO2：1、含碳化合物25地球原本是个温室：温室效应是地球大气层上的一种物理特性。若没有大气层，地球表面的平均温度不会是现在合宜的15℃，而是-18℃。这温度上的差别是由于一类名为温室气体所导致，这些气体吸收红外线辐射（对短波和可见光吸收很弱，而对长波辐射吸收强烈），而影响到地球整体的能量平衡。地面和大气层在整体上吸收太阳辐射与释放到太空的红外线辐射达到平衡。温室效应：(GreenhouseEffect)受到温室气体的影响，大气层吸收的红外线辐射量多于释放量，这使地球表面的温度上升，这个过程为“温室效应”。由于人类活动释放出大量温室气体，如二氧化碳、甲烷、氧化亚氮等，结果让更多红外线辐射被折射到地面上，加剧了温室效应的作用。26地球的能量平衡(1)温室效应定义27（2）全球气候变暖的特征：近百年来，全球气温呈上升趋势，平均升温为0.6℃全球气温变化不呈直进式，而是呈现冷暖交替波动CH4：来源：沼气、稻田以及工业生产CH4的温室效应为CO2的20倍N2O：来源：化肥、燃料的使用年增长率：0.2-0.3%O3:在大气中的浓度仅次于CO2（3）其它温室气体臭氧、甲烷、氟里昂、一氧化碳等对地球辐射热量收支平衡起重要作用，当其浓度增加，温室效应就会加剧，引起地表和大气层下部温度升高。28（4）全球气候变暖与温室效应的危害海平面上升：低地被淹；海岸被冲蚀；排洪不畅；土地盐渍化；海水倒灌等气候带移动：高温、干旱、洪涝、暴风雨影响生态系统：土壤、湿地、森林生态系统替换，物种变化，世界粮食生产的稳定性和分布变化29形式：可燃性硫：S+O2=SO22SO2+O2=2SO3非可燃性硫：以SO42-的形式存在，存于灰中危害：对人体的健康的影响：无色、有刺激性气味的气体能刺激人眼、皮肤，损伤呼吸器官，损坏植物叶片，抑制作物生长缩短金属寿命在空中可形成酸雨，对大面积森林、水体有不利影响环境效应：形成酸雨来源：燃烧含硫煤和石油金属冶炼厂、硫酸厂等化工厂（2）含硫化合物H2SO4和硫酸雾H2SO4的来源：SO2的氧化、工业排放硫酸雾形成：污染物（H2SO4和硫酸盐）气象条件（气温低、湿度大、逆温）颗粒气溶胶（作为凝结核）酸雾的影响：眼结膜炎、角膜坏死、皮炎皮肤溃疡、支气管炎、肺炎案例：伦敦烟雾事件硫酸雾、颗粒物协同作用伦敦烟雾事件1952年12月5-8日,伦敦城市上空高压，大雾笼罩，连日无风。而当时正值冬季大量燃煤取暖期，煤烟粉尘和湿气积聚在大气中，使许多城市居民都感到呼吸困难、眼睛刺痛，仅四天时间内死亡了4000多人，在之后的两个月时间内，又有8000人陆续死亡。这是20世纪世界上最大的由燃煤引发的城市烟雾事件。32NOX：来源：大气中50%的NOx由人为污染产生；化石燃料的燃烧过程HNO3及与之有关的生产过程危害：对人体健康尤其是呼吸系统的影响环境效应：形成酸雨、温室效应、光化学烟雾（3）含氮化合物N2O：化学活性差，是主要温室气体之一；寿命长，可传输到平流层，发生光解生成NO。NO：无色无刺激性活泼气体，与CO性质相似。NO2：红棕色刺激性臭味气体；对呼吸器官有强烈刺激作用,能引起肺肿、肺癌；通过光化学氧化，最终转变成HNO3或硝酸盐。33酸雨1）酸雨定义一般认为Ph值水平低于5.6的雨,雪,霜,雹,霰等各种形式的大气降水称之为酸雨。2.1.4全球大气环境问题342）酸雨的形成35北美、欧洲大陆、中国西南与华南地区。全世界的酸雨污染范围日益扩大。原只发生在北美和欧洲工业发达国家的酸雨，逐渐向一些发展中国家扩展，如印度、东南亚、中国等。同时酸雨的酸度也在逐渐增加。据欧洲大气化学监测网近20年连续监测的结果表明，欧洲雨水的酸度增加了10%，瑞典、丹麦、波兰、德国、加拿大等国的酸雨pH多为4.0-4.5，美国已有15个州的酸雨pH在4.8以下。潜在的酸雨发展区域：非洲东部、东南亚3）主要的酸雨区我国的酸雨情况我国是个燃煤大国，煤炭占能源消费总量的75％。1980年全国煤炭消耗量还不过6亿吨，到2007年已达26.7亿吨，不到30年增加了四倍多。随着耗煤量的增加，二氧化硫的排放量也不断增长。80年代，我国酸雨主要还只发生在以重庆、贵阳和柳州为代表的川、黔和两广地区，酸雨面积170万平方公里。到1990年后，酸雨已发展到长江以南、青藏高原以东的广大地区，酸雨面积扩大了100多万平方公里。以长沙、赣州、南昌、怀化为代表的华中酸雨区现已成为全国酸雨污染最严重的地区，其中心区年降水pH值低于4.0，酸雨频率高达90％，基本上到了逢雨必酸的程度。以南京、上海、杭州、福州、青岛和厦门为代表的华东沿海地区也成为我国主要的酸雨区。363738（4）酸雨的危害对水生生态的影响；对森林的影响：对金属材料、建筑结构