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矿资1301杨一鸣130503040一．大气的结构和组成二．大气污染、污染物及类型三．大气环境中污染物的化学转化四．影响大气污染的因素五．大气污染物的扩散模式六．大气污染综合防治及环境质量控制标准七．大气污染控制技术八．露天矿大气污染的防治大气层位于地球的最外层，介于地表和外层空间之间，它受宇宙因素（主要是太阳）作用和地表过程影响，形成了特有的垂直结构和特性。根据大气层垂直方向上温度和垂直运动的特征，一般把大气层划分为对流层、平流层、中间层、热层和散逸层五个层次1．对流层对流层是深厚大气的最低层，厚度只有十几千米，是各层中最薄的一层。但是，它集中了大气质量的3/4和几乎整个大气中的水汽和杂质。同时，对流层受地表种种过程影响，其物理特性和水平结构的变化都比其他层次复杂。对流层的温度随高度升高而递减。平均每上升100m气温下降0.65度，这称为气温直减率。按这样递减率，到对流层顶部气温减至-53度（极地）和-83度（赤道）。气温随高度递减主要是因为对流层大气的热能来源除直接吸收一小部分太阳辐射外，绝大部分来自地面。因而愈近地表就愈近热源，大气获得的热量就多，气温就愈高；相反，愈远离地表，气温就愈低。自然界中高空中云滴多为冰晶组成，而低空云滴多液态水滴。这种现象就是气温随高度递减的生动例证。对流层大气有强烈的对流运动，对流层由此得名。造成这层大气对流的原因，有地表（主要海、陆）受热不均引起的热力对流、地表起伏不平引起的动力湍流以及冷暖空气交汇引起的强迫升降等。这些对流运动在大气温度垂直递减的形势下得到加强和发展。对流运动的强度和伸展的高度随纬度、季节而变化，平均来说，对流层的高度在低纬地区大约17~18km，中纬度地区大约10~12km，高纬地区仅有8~9km。一般是夏季高、冬季低。对流层中云、雨、雷、电等天气现象非常活跃。这一方面是由于空气的对流运动把地表的水汽、杂质能经常向高空输送，另一方面是高空的低温利于水汽的凝结和云滴成长为雨滴。2．平流层平流层是自对流层顶到55km高度间的气层。气温的垂直分布除下层随高度变化不大外，自25km向上明显递增，到平流层顶达到-3度左右。温度递增的主要原因是平流层的热能主要来源于对太阳辐射（主要是紫外辐射）的吸收，特别是臭氧的吸收。虽然臭氧的浓度自25km向上有所减小，但紫外辐射的强度随高度逐渐增强，而且空气密度随高度升高迅速减小，这就导致高层吸收的有限辐射能可以产生较大的温度增量。平流层大气由于温度垂直分布是递增的，不利于气流的对流运动发展，因而气流运动以平流为主。夏季盛行以极地高压为中心的东风环流，冬季中高纬度则是以极涡为中心的西风环流。晚冬或早春环流调整时，高纬度往往出现下沉气流并造成爆发性增温。平流层中水汽、杂质极少，出现在对流层中的云、雨现象，在这里近于绝迹。有时在中、高纬度晨昏时的高空（22~27km）能见到绚丽多彩的珠母云（由细小冰晶组成）。平流层没有强烈对流运动，气流平稳、能见度好，是良好的飞行层次。3．中间层自平流层顶到85km间气层称中间层。这一层已经没有臭氧，而且紫外辐射中小于。0.175um的波段由于上层吸收已大为减弱，以致吸收的辐射能明显减小，并随高度递减，因而这层的气温随高度升高迅速下降，到顶部降到-83度以下，几乎成为整个大气层中的最低温。这种温度垂直分布有利于垂直运动发展，因而垂直运动明显，又称“上对流层”或“高空对流层”。在中间层顶附近（80~85km）的高纬地区黄昏时，有时观察到夜光云，其状如卷云、银白色、微发青，十分明亮，可能是水汽凝结物。4．热层中间层顶到800km高度间气层称为热层。这是一个比较深厚层次，但是空气密度甚小，其质量只占整个大气层质量的0.5%。在270km高度上空气密度仅是地面空气密度的百亿分之一，再往上就更稀薄了。热层气温随高度迅速升高。据测定，在300km高度气温已达1000℃以上。热层高温的形成和维持主要是吸收了太阳外层（色球和日冕层）发射的辐射的结果。虽然这些辐射只占太阳总辐射中的很小比数，但被质量极小的气层吸收，实际上相当于单位质量大气吸收了非常巨大的能量，产生高温。因而，被称为热层。热层中的N2、O2、O气体成分在强烈太阳紫外辐射（主要是波长短于0.1um波段）和宇宙射线作用下，处于高度电离状态，因而又称电离层。热层中不同高度电离程度不均匀。在100~200km间的E层和200~400km间的F层电离程度最强，而位于60~90km高度的D层电离程度较弱。电离层的结构和强度随太阳活动的变化有强烈的脉动。电离层具有吸收和反射无线电波的能力，能使无线电波在地面和电离层间经过多次反射，传播到远方。5．散逸层散逸层是指800km高度以上的大气层。这一层的气温随高度增高而升高。高温使这层上部的大气质点运动加快，而地球引力却大大减少，因而大气质点中某些高速运动分子不断脱离地球引力场而进入星际空间。这一层也可称为大气层向星际空间的过渡层。散逸层的上界也就是大气层的上界。上界到底有多高？还没有公认确切的定论。以前研究者把极光出现的最大高度作为大气层上界。因为极光是太阳辐射产生的带电离子流与稀薄空气相撞，原子受激发产生的发光现象。极光出现过的最大高度大约在1200km，因而大气上界应该不低于1200km。据现代卫星探测资料分析，大气上界大体为2000~3000km。大气是一种气体的混合物，其中除含有各种气体元素及化合物外，还有水滴、冰晶、尘埃和花粉等物质。大气中除了水气和杂质的空气称为清洁空气。一般将大气分为恒定组分、可变组分和不定成分。恒定组分指大气中含有的氧气占大气总体积的体积分数，氧气占20.95%，氮气占78.08%，氩占0.93%。可变组分指大气中除含有上述恒定组分外，还含有二氧化碳和水蒸气，这些组分在大气中的含量随地区、季节、气候以及人们的生活活动等因素影响而有所变化。不定组分分为自然和人为两方面。大气污染，广义来说，就是自然现象和人类活动向大气中排放了过多的烟尘和废气，使大气的组成发生变化，或介入了新的成分，而达到有害的程度，通常所说的大气污染都是人类活动造成的。如果按照污染的范围进行划分，可以将空气污染分为下面四个类型：局部性污染：指某个较小单位或地点的范围性污染。地区性污染：指某个城市或区域的地方性污染。广域性污染：指因某个地区的大范围污染而造成的周边的传播式污染。全球性污染：指世界范围内的大型污染大气污染源是指向大气污染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。按不同的研究目的以及污染源的特点，污染源的类型有以下四种分类方式：大气污染源按预测模式的模拟形式分为点源、面源、线源、体源四种类别。点源:通过某种装置集中排放的固定点状源，如烟囱、集气筒等。面源:在一定区域范围内，以低矮集的方式自地面或近地面的高度排放污染物的源，如工艺过程中的无组织排放、储存堆、渣场等排放源。线源:污染物呈线状排放或者由移动源构成线状排放的源，如城市道路的机动车排放源等。体源:由源本身或附近建筑物的空气动力学作用使污染物呈一定体积向大气排放的源，如焦炉炉体、屋顶天窗等。按污染物存在形式划分：（1）固定污染源它指污染源从固定地点排出，如工厂的排烟或排气，矿井主扇排风口排气（2）固定污染源它指各种交通工具在移动过程中排放大量废气。如汽车，火车，轮船，飞机等。此方法适用于大气进行质量评价满足绘制污染源分析图的要求。按污染源排放时间划分：（1）连续源它指污染物连续排放，如露天矿钻机和电厂扬尘，以及从矿岩析出毒气和放射性气体（2）间断源污染物时断时续的排放，如取暖锅炉的烟囱排烟。（3）瞬时源污染物短暂排放，如二次爆破排放的有毒气体此方法适用于污染物排放的时间规律天然污染源（1）火山爆发（2）森林火灾（3）自然尘风沙、土壤尘等（4）森林植物释放主要为萜烯类碳氢化合物（5）海浪飞沫颗粒物主要为硫酸盐和亚硫酸盐（1）燃料燃烧燃料的燃烧过程是向大气输送污染物的重要发生源。（2）工业生产过程排放工业生产过程排放到大气中的污染物种类多，数量大，是城市和工业大气污染的主要来源。（3）交通运输过程中排放现代交通工具如汽车、飞机等尾气排放是造成大气污染的主要来源。（4）矿山开采过程中的排放采矿企业、特别是露天开采造成的大气污染甚为严重，开采规模的大型化，高效率采矿设备的使用，以及开采向深部发展，使大气污染面临着一系列问题（5）农业活动排放使用农药和化肥的农业活动成为大气污染的重要污染源进入大气的污染物种类相当多，迄今为止还没有很完整、确切的统计。已经产生危害或者已经为人们所关注的约有100种左右。大气污染物的分类①按污染物的物理形态：气态污染物、液态污染物、固态污染物。②按污染物形成原因；一次（原始）污染物、二次（次生）污染物。③按污染物化学组成：含硫化合物、氮氧化物、碳氧化物、氟化物、碳氢化合物、光化学氧化剂、颗粒物等。所谓“一次污染物”是指从发生源直接排放的污染物“二次污染”则是由固定或流动的排放源排放的一次污染物在大气中发生物理或化学反应而生成的新污染物。(1)粉尘(dust)。指分散悬浮于气体介质中的较小固体颗粒,尺寸为1~200μm。(2)烟尘。指气溶胶态物系中由燃烧、冶金过程形成的细微颗粒物,通常包括三种类型:①烟炱(fume),在冶金过程中形成的固体粒子的气溶胶。烟的粒径非常微小,一般小于1μm。②飞灰(flyash),燃料燃烧中产生的呈悬浮状的非常分散的细小灰粒,包括燃料完全燃烧和不完全燃烧后残留的固体残渣,尺寸一般小于10μm,主要在炉窑中产生,尤以粉煤为燃料燃烧时排出的飞灰比较多;③黑烟(smoke),燃烧产生的能见气溶胶,粒径尺寸一般为0.01~1μm。(3)雾(fog)。大气中微小液体颗粒悬浮体的总称,泛指蒸气凝结、液体雾化和化学反应而形成的液滴,如水雾、油雾、酸雾、碱雾等,粒径尺寸小于100μm。在气象学中则是指造成能见度小于lkm的小水滴悬浮体气溶胶状态污染物:在大气污染中，气溶胶系指固体粒子、液体粒子或它们在气体介质中的悬浮体。其直径约为从0.002-100mm大小的液滴或固态粒子。大气气溶胶中各种粒子按其粒径大小，又可分为:(1)总悬浮颗粒物(TSP):用标准大容量颗粒采样器(流量在1.1-1.7m3/min)在滤膜上所收集到的颗粒物的总质量，通常称为总悬浮颗粒物。其粒径大小，绝大多数在100mm以下，其中多数在10mm以下。它是分散在大气中的各种粒子的总称，也是大气质量评价中的一个通用的重要污染指标。(2)飘尘:能在大气中长期飘浮的悬浮物质称为飘尘。其粒径主要是小于10mm的微粒。由于飘尘粒径小，能被人直接吸入呼吸道内造成危害;又由于它能在大气中长期飘浮，易将污染物带到很远的地方，导致污染范围扩大，同时在大气中还可为化学反应提供反应床。因此，飘尘是从事环境科学工作者所注目的研究对象之一。(3)降尘:降尘是指用降尘罐采集到的大气颗粒物。在总悬浮颗粒物中一般直径大于30mm的粒子，由于其自身的重力作用会很快沉降下来，所以将这部分的微粒称为降尘。单位面积的降尘量可作为评价大气污染程度的指标之一。(4)可吸入粒子(IP):美国环保局1978年引用密勒(Miller)等人所定的可进入呼吸道的粒径范围，把粒径Dr≦15mm的粒子称为可吸入粒子。随着研究工作的不断深入，国际标准化组织(ISO)建议将IP定为粒径Dr≦10mm的粒子。此标准目前已为各国科学工作者所接受。1．含硫化合物大气中主要含硫化合物是SO2、H2S、H2SO4和硫酸盐SO2在大气中的主要归宿是SO3，硫的化合物从大气中去除的途径主要是降水冲洗，向土壤和植物的扩散、硫酸盐微粒的干沉降。SO2是大气中分布很广，影响也较大的主要污染物，所以常以它作为大气污染的一个主要指标。对流层中SO2的背景浓度约为0.2mm3／m3，城市和工业区空气中SO2的浓度则要高出几个数量级。因为SO2主要来自人工源，因此其浓度随测定地点有很大差异。H2S作为人工源，全世界人工排放的H2