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环境工程原理（大气部分）环境工程系苏琴教材：“环境工程学”蒋展鹏主编“大气污染控制工程”郝吉明等主编高等教育出版社课程简介：原理分三部分内容:第一篇（1~4章）：水质净化与水污染控制工程，内容包括水质与水体自净、水的物理化学处理方法、水的生物化学处理方法以及水处理工程系统与最终处置。第二篇（5~8章）：大气污染控制工程，内容包括大气质量与大气污染、颗粒污染物控制、气态污染物控制以及污染物的稀释法控制。第三篇（9~12章）：固体废物污染控制工程及其他污染防治技术，内容包括固体废物管理系统，城市垃圾处理技术，固体废物资源化、综合利用与最终处置，以及噪声、电磁辐射、放射性、振动和光污染的防治技术。大气：第一部分概论（大气第一章）第二部分大气污染气象学（大气第三、四章）大气扩散浓度估算模式（大气第四章）第一部分概论大气的结构和组成大气污染的发生与发展大气污染源及主要的大气污染物大气污染控制途径大气污染防治法规与标准体系大气的重要性:空气水三大自然要素土壤成年人每人每天大约呼吸10~12m3约13~15公斤的空气,相当于一天的食物量的10倍,饮水量的5~10倍。大气污染与人类健康关系密切。2010年7月下旬，烟雾笼罩莫斯科，能见度低于10米今夏俄罗斯森林大火航拍绿色奥运标志第一节大气及大气污染一、大气及大气圈：1、大气与空气：大气：包围地球的气体，是干燥空气、水汽、微尘等的混合物。空气：构成地球周围大气的气体。无色、无味，主要成分是氮气和氧气，还有极少量的氡、氦、氖、氩、氪、氙等惰性气体和水蒸气、二氧化碳等。国际化标准化组织（ISO）：大气(atmosphere)是指地球环境周围所有的空气的总和。TheentiremassofairwhichsurroundstheEarth.环境空气(ambientair)是指暴露在人群、植物、动物和建筑物之外的室外空气。Outdoorairtowhichpeople、plants、animalsandstructuresareexposed.1996年我国《大气环境质量标准》（GB3095-82）改为《环境空气质量标准》（GB3095-1996），并作了修改补充。从自然科学角度,“大气”和“空气”无本质的区别,可作为同义词使用的，其组成和成分在均质层也是一样的；两者的区别仅在于“大气”指的范围更大，“空气”的范围相对小些。2、自然大气的组成：大气的总质量约为5.3×1015吨，占地球总质量的的百万分之一左右。干洁空气：氮气：78.08%氧气：20.95%氩气：0.93%共占99.96%水蒸气杂质悬浮颗粒物可变部分气态污染物（1）干洁空气的组成：除去水蒸气和各种杂质的大气称为干洁空气。主要成分是氮气、氧气、氩气（Ar），三者共占干洁空气总体积的99.96%其他气体所占体积不到0.04%，包括二氧化碳、氦（He）、氖（Ne）、氪（Kr）、氙（Xe）、氢(H2)、臭氧(O3)等。理想气体，其平均分子量为28.966，标准状况下，密度为1.293kg/m3。（1）干洁空气：其中对人类活动影响最大的是:氧：重要氮：有机体、蛋白质、合成氨臭氧：总质量是3.29×109吨近地面高浓度臭氧的危害二氧化碳：影响热辐射传播(2)水蒸气：*含量随时间、地点、气象条件不同，变化显著，0.02%~4%；*在天气现象变化中起主要作用；*使大气与地表中的热与能量得以输送与交换；*对地球起“保温”作用。06年8月五台山途中07年7月山东成山头释加摩尼像2010山东乳山(3)杂质：由悬浮颗粒物和气态物质组成悬浮颗粒物：实际大气中含有沉降速度很小的固体和液体微粒，称之为悬浮颗粒物或悬浮微粒。分布:多集中在大气底层,含量和化学成分变化.固体悬浮颗粒物：有机微粒:植物花粉、微生物、细菌等，数量少无机微粒：风化后的尘粒、灰烬、火山灰等液体悬浮颗粒物：水汽凝结物，如水滴、云雾、冰晶等(3)杂质：由悬浮颗粒物和气态物质组成气态物质：自然过程或人类活动产生主要有硫氧化物、氮氧化物、一氧化碳、二氧化碳、硫化氢、氨、甲烷、甲醛、烃蒸气、恶臭气体等。杂质的存在引起大气污染分布随时间、地点和气象而变化对辐射、云雾降水的形成及大气中各种光学现象有重要影响所以：对大气污染有重要的影响。成云致雨的必要条件主要成分次要成分水汽杂质生物体的基本成分维持生物活动的必要物质植物光合作用的原料；对地面保温吸收紫外线，使地球上的生物免遭过量紫外线的伤害成云致雨的必要条件；对地面保温大气组成主要作用干洁空气O3N2O2CO2大气各成分的作用3、大气圈及其垂直结构：*地球表面环绕着一层很厚的气体，称为环境大气或地球大气，简称大气。*受地心引力而随地球旋转的大气叫做大气圈。*在大气物理学和污染气象学研究中，常把大气圈层上界定为1100~1400km。大气圈垂直结构3、大气圈及其垂直结构：世界气象组织（WMO）根据大气温度垂直分布特点及大气垂直运动等情况，将大气分为5层：对流层平流层均质层（地表到约90公里）中间层暖层（电离层）散逸层（外层）非均质层大气圈垂直结构对流层（~10km左右）集中了大气质量的3/4和全部的水蒸气，主要天气现象都发生在这一层；温度随高度的增加而降低，每升高100m平均降温0.650C；强烈对流作用；温度和湿度的水平分布不均。大气边界层-----对流层下层1～2km，地面阻滞和摩擦作用明显自由大气-----大气边界层以上，地面摩擦可以忽略近地层－地面上50～100m，热量和动量的常通量层大气圈垂直结构平流层（对流层顶~50~55km）同温层－对流层顶35~40km，气温-550C左右同温层以上，气温随高度增加而增加集中了大部分臭氧没有对流运动，污染物停留时间很长中间层（平流层顶~85km）气温随高度升高而迅速降低对流运动强烈又称为“高空对流层”大气圈垂直结构暖层（热层）（中间层顶~800km）气温随高度升高而增高气体分子高度电离－电离层散逸层（暖层以上）气温很高，空气稀薄空气粒子可以摆脱地球引力而散逸大气压力总是随高度的升高而降低均质大气层－80~85km以下，成分基本不变二、大气污染：1、大气污染的含义：广义大气污染指大气中某种物质的浓度超过正常水平，造成可测的对人体、动物、植被和材料的影响的大气状况。大气污染指大气中某种不良成分达到一定的浓度，造成有害的影响的大气状况。这种成分可能对人体健康、植被、器物或者全球环境以及通过浑浊的空气或不愉快的气味对环境美学造成负面的影响。如果大气中的物质达到一定浓度，并持续足够的时间，以致对公众健康、动物、植物、材料、大气特性或环境美学产生可测量的不利影响，这就是大气污染。二、大气污染：1、大气污染的含义：广义所谓大气污染，广义上讲，是指自然现象和人类活动和人类活动向大气中排放了过多的烟尘和废气，使大气组成发生了改变，或介入了新的成分，而达到了有害程度。自然现象：可通过环境的自净能力和自然生态平衡自动恢复，即自然环境通过自身的物理、化学和生物机能经过一定的时间后使之消除。人类活动：是造成大气污染的主要原因。生产活动生活活动二、大气污染：1、大气污染的（ISO）定义：大气污染是指由于人类活动或自然过程引起某些物质介入大气中，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。这里所说的舒适和健康，是包括了从人体正常的生活环境和生理机能的影响引起慢性病、急性病以至死亡这样一个广泛的范围；福利是指与人类协调共存的生物、自然资源、财产以及器物等等。2、大气污染的分类：(1)根据影响范围，分为四类：局部地区污染：局限于小范围的大气污染地区性污染：涉及到一个地区的大气污染广域污染：是指跨越行政区划分的广大地域的大气污染全球性大气污染：涉及到全球范围内(或国际性)的大气污染.①煤烟型（或还原型）污染：主要污染源是燃煤，主要污染物是SO2、NOx、CO和微粒物质，它们遇上低温、高湿的阴天，且风速很小并伴有逆温存在的情况时，一次污染物扩散受阻，易在低空聚积，生成还原型烟雾。伦敦烟雾事件（2）根据能源性质、大气污染物组成和反应分类：②石油型（或交通型或氧化型）污染污染源主要是机动车（汽油车和柴油车）和机动船。主要污染物是CO、NOX和HC。在相对湿度较低的夏季睛天，交通污染严重的地区可能会出现典型的二次污染——光化学烟雾。它对人体、动植物、材料均会产生破坏作用，并且严重影响大气能见度。洛杉矶光化学烟雾事件③混合型污染包括以煤炭为主要污染源而排出的烟气、粉尘、二氧化硫及其它氧化物所形成的气溶胶；以石油为污染源而排出的烯烃和二氧化氮为主的污染物。此类污染，其反应更为复杂。如：1930年比利时马斯河谷事件1948年美国多诺拉烟雾事件④特殊型污染主要产生于工厂生产过程中排出和发生意意外事故释放的废气，如氯气、氟化物、金属蒸气或酸雾等所引起的污染。⑤复合型污染由汽车、工业、燃煤等过程产生多种污染物，包括一次污染物和二次污染物。3、影响大气污染形成的主要因素：污染物大气污染大气效应受体影响因素：源强：污染物的排放量气象条件：风、湍流、逆温等下垫层条件:地形、地物、地貌排放物高度：高烟囱排放蓝蓝的天空“废气”飘三、大气污染的发生与发展：1、大气污染的回顾：第一阶段：18世纪末到20世纪中期；“煤烟型”污染：烟尘和二氧化硫第二阶段：20世纪50~60年代；“石油型”广域污染，“复合污染”第三阶段：20世纪70年代后期全球性大气环境问题2、全球大气环境问题全球变暖臭氧层破坏酸沉降全球变暖温室效应加剧太阳辐射透过大气层到达地球表面后，被岩石土壤等吸收，地球表面温度上升，与此同时，地表物质向大气发射出红外长波（400~800nm）为主的辐射。大气层中某些气体对短波和可见光吸收很弱，而对长波辐射吸收强烈，因此地球表面从太阳辐射获得的热量相对多，而散失到大气层以外的热量相对少，地球表面的温度得以维持，这就是大气的“温室效应”。“温室气体”：主要包括二氧化碳、臭氧、甲烷、氯氟烃、一氧化氮、水蒸气等。当它们在大气中的浓度增加时，大气的温室效应就会加剧，引起地球表面和大气层下部的温度升高。全球变暖和气候变化:MajorGreenhouseGasesGasContributiontoglobalwarming(％)CO257CFCS25CH412N2O6全球平均气温的变化大气中二氧化碳含量的变化政府间气候变化专门委员会（IPCC）得到的几个重要结论：在过去的100年间，地球的平均温度增加了0.3~0.6℃（1995年是记录上最暖的一年），海平面高度增加了10~25cm。气温和海平面高度仍会持续上升。众多模型的模拟结果表明，到2010年气温将增加1~3.5℃，海平面上升15~95cm。气温升高和大气中温室气体的浓度具有很强的相关性。人类活动极大地增加了大气中温室气体的含量。熊不冬眠鸟不迁徒暖冬后果重日本暖冬打乱花期樱花进入盛花期改变降雨和蒸发体系、影响农业和粮食资源、改变大气环流进而影响海洋水流，导致富营养地区的迁移、海洋生物的再分布和一些商业捕鱼区的消失。海洋变暖和冰川溶化，使海平面升高。气候灾难和极端天气现象：厄尔尼诺现象:圣婴：太平洋赤道带大范围内海洋和大气相互作用后失去平衡而产生的一种气候现象。拉尼娜:小女孩，圣女：指赤道附近东太平洋水温反常下降的一种现象。温室效应的危害和影响：太阳光中的紫外线辐射，特别是UV-B辐射对生物有较大的伤害，而阻挡UV-B辐射的就是臭氧。注：紫外线辐射按照其波长的不同，可划分为UV-A（315-400nm）、UV-B（280-315nm）和UV-C（280nm）以下三个波段。2.臭氧层破坏臭氧空洞美国航空航天局，南极上空2000年9月3日的臭氧层空洞面积达到2830万平方公里2006年10月20日，美国宇航局提供的卫星图片显示，代表臭氧空洞的蓝色区域正日益扩大我国青藏高原上空也存在一个相对周围地区浓度较低的区域。臭氧层破坏:臭氧分子吸收紫外线分解为一个氧气分子和一个氧原子：氧