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第二章大气环境第二章大气环境第一节大气的结构和组成第二节大气污染和污染物第三节大气污染的危害第四节大气污染综合防治与管理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。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、大气的组成大气组成稳定的原因大气中的主要成份氧、氮燃烧、氧化二氧化碳固氮作用有机氮光合作用反消化作用第二节大气污染和污染物一、大气污染的发生（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．第二节大气污染和污染物（二）大气污染的发生污染源排出化学反应、生物活动、物理沉降输入速率＞输出速率大气污染第二节大气污染和污染物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。第二节大气污染和污染物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。第二节大气污染和污染物二、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。根据污染物质的来源：人为污染源天然污染源第二节大气污染和污染物（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。第二节大气污染和污染物（二）人为污染源1.燃料燃烧燃料种类：煤、石油、天然气2.工业生产过程排放石油化工、金属冶炼3.交通运输过程中排放汽车、飞机、轮船4.农业活动排放农药及化肥的使用第二节大气污染和污染物若按照污染源性状特点可分为：（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：交通工具第二节大气污染和污染物若按排放物的空间分布可分为：（1）点污染源具有确定空间位置的、集中在一点或可当作一点的小范围内排放污染物的发生源，如高烟囱。（2）面污染源面污染源是指时空上无法定点监测的，以面状形式排放污染物的发生源，如低烟囱、民用煤炉等。第二节大气污染和污染物三、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。第二节大气污染和污染物按存在的物理状态可以分为：（1）气体状态污染物（2）固体颗粒污染物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第二节大气污染和污染物（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。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。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。第二节大气污染和污染物（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。第二节大气污染和污染物第二节大气污染和污染物三、主要大气污染物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。第二节大气污染和污染物一次气溶胶：从排放源排放的微粒（烟囱排出的烟粒、风刮起的灰尘以及海水溅起的浪花等）二次气溶胶：从源排放的气体，经过某地大气化学过程所形成的微粒（火里发电厂、钢铁厂、金属冶炼厂、化工厂、水泥厂及工业民用锅炉排放出的H2S和S2O气体，经过大气氧化过程。最终转化为硫酸盐微粒）。第二节大气污染和污染物气溶胶状态污染物危害：散射作用使能见度降低粒径小，通过呼吸道沉积于支气管和肺部造成人体伤害长期悬浮于大气，并能远距离传输，不仅对局地空气质量有影响，对全球范围的空气质量也有影响第二节大气污染和污染物（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）在滤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。第二节大气污染和污染物（2）飘尘：能在大气中长期漂浮的悬浮物质，直径在10um以下。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第二节大气污染和污染物（3）降尘：总悬浮颗粒物中直径大于30um的粒子，在大气中因重力作用很快沉降下来。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.第二节大气污染和污染物（4）可吸入粒子（IP）：粒子直径小于10um的悬浮颗粒物。气溶胶粒子按其来源及其物理形态可分为：（1）天然气溶胶（2）人为气溶胶（3）烟、雾、尘等第二节大气污染和污染物（5）飞灰：系指由燃料燃烧产生的烟气带走的灰分中分散的较细的粒子。灰分系含碳物质燃烧后残留的固体残渣。（6）黑烟：通常系指由燃烧产生的能见气溶胶，是燃料不完全燃烧的碳粒，粒径约为0.5μm。常以格林曼黑度（单位级，越小表示污染度越小），黑烟的遮光率、沾污的黑度或捕集的质量来定量地表示黑烟。第二节大气污染和污染物（7）液滴：指在静止条件下能沉降、在紊流条件下能保持悬浮，主要粒径范围在200μm以下的小液体粒子。（8）轻雾或霜：指液态分散性和液态凝聚性气溶胶的统称。粒径范围5～100μm在气象学中它相当于能见度1－2km（9）重雾：指属于气体中的液滴悬浮体的总称，造成能见度小于1km的小水滴的悬浮体。在工程中泛指小液体粒子的悬浮体，是由液体蒸汽的凝结、液体的雾化和化学反应等过程形成的，如水雾、酸雾、碱雾等。第二节大气污染和污染物2、硫氧化合物（含硫化合物SOx）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。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%。第二节大气污染和污染物无机硫的氧化：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4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2第二节大气污染和污染物有机硫的氧化：CH3CH2CH2SHH2S+2H2+2C+C2H42H2S+3O22H2O+2SO2第二节大气污染和污染物3、氮的氧化物（含氮化合物）造成大气污染的NOX主要是指NO和NO2，另有N2、N2O5、NH3以及它们经过各种大气反应而形成的硝酸盐、亚硝酸盐（酸雨成分）铵盐和过氧乙酰硝酸酯（PAN—光化学烟雾成分）。大气中NOX的人为源主要是燃料燃烧。第二节大气污染和污染物燃烧中产生的NOX主要是NO，占90%以上。燃烧源1/3来自固定燃烧源2/3来自流动燃烧源第二节大气污染和污染物燃料燃烧生成NOX的两种途径：1、燃料型NOX：燃料中含有的氮的化合物在燃烧过程中氧化生成NOX。2、温度型NOX：燃烧时空气中的N2在高温下氧化生成NOX。此外，氮原子可与火焰中的OH自由基反应生成NO和氢原子。研究发现，燃烧过程中NO的的生成量主要与燃烧温度和空燃比有关：第二节大气污染和污染物相关概念：空燃比：空气的质量与燃料质量之比（空气质量/燃料质量）。富燃料：空气与燃料的混合物中,空气量少于化学计量，此燃料混合物称为富燃料。贫燃料：空气与燃料的混合物中,空气量多于化学计量，此燃料混合物称为贫燃料。第二节大气污染和污染物化学计量空燃比：当燃料完全燃烧时，即无过量的O2时，空气与燃料的混合物称为化学计量混合物，此时的空气质量与燃料的比例为化学计量空燃比。根据计算:燃烧1吨天然气产生6.35Kg的NOX；燃烧1吨石油产生9.1Kg～12.3Kg的NOX；燃烧1吨煤产生8Kg～9Kg的NOX。第二节大气污染和污染物氮氧化物的天然源主要为生物源:1．由生物机体腐烂形成的硝酸盐，经细菌作用产生的NO及随后缓慢氧化形成的NO2。2．生物源产生的氧化亚氮（N2O）氧化形成NOX。3．有机体中氨基酸分解产生的氨（NH3）经自由基（OH）氧化形成的NOX。大气中的NOX最终转化为硝酸（HNO3）和硝酸盐微粒，经湿沉降和干沉降从大气中除去。第二节大气污染和污染物4、碳的氧化物（含碳化合物）碳的氧化物在大气中主要包括CO和CO2:CO2是大气中的正常组分；CO是大气中排放量极大的污染物。第二节大气污染和污染物作为大气污染源CO的主要危害在于：影响人类健康和生态环境，其表现在：1、引起视力下降、头痛;2、高浓度可被血液中的血红蛋白吸收，引起心脏紧搐，供氧不足导致死亡;3、参与光化学烟雾形成;4、转化成CO2影响全球气候.碳的氧化物一氧化碳二氧化碳人为源：燃料不完全燃烧所造成。城市中80%为汽车排放，另有锅炉，煤气工业等。天然源：甲烷氧化、海水挥发、植物排放、天然有机烃类氧化、火山喷发、森林大火等。人为源：来自矿物燃料的燃烧。天然源：动、植物（人类）呼吸、生物有机体腐败氧化、甲烷转化、海洋脱气等。关于温室效应CO2是一种无色、无味、无毒的气体，对人体无显著危害作用，在自然界的碳素循环中扮演重要角色，近代以来CO2急剧增高，CH4增多。温室效应是由于大气中CO2的增加和CH4的增多引起了全球气候变暖，从而导致了一系列全球环境和生态的变化。温室效应的影响：冰山融化，海平面上升，陆地下沉；气候变迁；自然灾害频发；生态物种锐减等第二节大气污染和污染物5、碳氢化合物（HC）含C1-C8的可挥发的所有碳氢化合物—烃类第二节大气污染和污染物厌氧细菌的发酵；甲烷自然界淹水土体有机质的分解；(CH4)原油和天然气的泄漏非甲烷(NMHC)天然源——植物释放人为源汽油燃烧有机物焚烧溶剂蒸发石油蒸发废物提炼烃类第二节大气污染和污染物6、含卤素化合物大气中以气态存在的含卤素化合物主要有三类：第二节大气污染和污染物卤素化合物⑴卤代烃⑵其它含氯化合物氟和氟硅酸(F2、H2SiF)氟化氢(HF)氟化硅(SiF)等卤代芳香烃卤代脂肪烃（DDT、666）氯气(Cl2)氯化氢（HCl2)⑶氟化物第二节大气污染和污染物氟氯烃类化合物（CFCs）—含卤素化合物主要用于制冷剂、溶剂、喷雾器的推进剂和塑料起泡剂等。CFCs是温室气体的重要成分之一；CFCs在平流层紫外线作用下破坏臭氧层。第二节大气污染和污染物7、其他有害物质（1）、铅及铅化物（2）、镉及镉化物氢氧化镉腐蚀眼睛、皮肤、胃肠道、呼吸道，皮肤接触可引起灼伤，吸入可引起迟发几小时的肺水肿，严重病例有死亡危险。长期或高浓度接触可引起肾脏和血液损害，能影响嗅觉。（3）、氟及氟化物第二节大气污染和污染物四、大气污染类型能源性质气象条件污染物化学特性大气污染的类型还原型氧化型煤炭型石油型混合型特殊型第二节大气污染和污染物大气污染类型的分类1.根据燃料性质或大气污染物的组成分：⑴煤炭型：煤炭燃烧时放出的烟气、粉尘、SO2等，一次污染物经过化学反应生成硫酸盐类气溶胶等二次污染物.⑵石油型：汽车排气、石油冶炼等排放NOx、O3。⑶混合型：煤、石油等及工厂排放各种化学物质。⑷特殊型：特殊工业企业排放的特殊气体。第二节大气污染和污染物2.根据污染物的化学特性分：（1）还原型（煤炭型）：主要是SO2、CO、颗粒物等，逆温下形成还原型烟雾。（2）氧化型(汽车尾气型)：主要是CO、NOx、HC等一次污染物经阳光照射、光化学反应形成O3、醛类、酮类、过氧乙酰硝酸酯（PAN）等二次污染物。第三节大气污染的危害世界卫生组织和联合国环境组织发表的一份报告说：“空气污染已成为全世界城市居民生活中一个无法逃避的现实。”如果人类生活在污染