第二章大气环境

第二章大气环境研究环境污染问题的主线索污染物污染物在环境中的迁移、转化、扩散规律控制和管理措施和对策污染源溯源环境§2大气环境§2.1大气的结构与组成§2.2大气污染和污染物§2.3大气环境中污染物的化学转化§2.4大气中污染物的扩散§2.5大气污染综合防治与管理§2.1大气的结构与组成一、大气的结构1对流层(Troposphere)2平流层(Stratosphere)3中间层(Mesosphere)4热成层(Thermoshpere)5散逸层(Exosphere)§2.1大气的结构与组成一、大气的结构1.对流层(Troposphere)•特点①气温随高度升高而递减②密度大，集中了大气3/4的质量和几乎全部的水汽③下垫面的影响大气边界层(atmosphericboundarylayer,ABL)自由大气层§2.1大气的结构与组成一、大气的结构2平流层(Stratosphere)•特点①气温的变化②空气运动以平流运动为主臭氧层Ozonelayer§2.1大气的组成与结构二、大气的组成•干洁空气：除去水汽和杂质的空气。O220.94%Ar0.93%其它0.04%N278.09%恒定成分可变成分O2、N2、惰性气体CO2、H2O等§2.2大气污染和污染物一、大气污染的发生二、大气污染物的来源三、大气污染物及大气污染类型§2.2大气污染和污染物一、大气污染的发生1大气污染的概念•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。§2.2大气污染和污染物一、大气污染的发生2大气污染的发生输入输出由人类活动造成的大气污染已成为全球性的环境问题§2.2大气污染和污染物二、大气污染物的来源1大气污染源的概念•大气污染源是指向大气环境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。2大气污染源的分类按来源天然污染源人为污染源§2.2大气污染和污染物•天然污染源SO2、H2S、CO2、CO、HF及火山灰等颗粒物火山喷发§2.2大气污染和污染物•天然污染源火山喷发森林火灾自然尘森林植物释放海浪飞沫CO2、CO、SO2、NO2、HC等§2.2大气污染和污染物•人为污染源燃料燃烧工业生产过程燃料的组成成分工业部门企业名称向大气排放的污染物电力火力发电厂烟尘、SO2、NOx、CO治金钢铁厂炼焦厂有色金属烟尘、CO、CO2、氧化铁、粉尘、锰尘烟尘、CO、CO2、H2S、酚、苯、萘、烃类烟尘（含有各种金属如铅、锌、铜等）、SO2、汞化工石油化工厂氮肥厂磷肥厂硫酸厂氯碱厂化学纤维厂农药厂冰晶石厂合成橡胶厂CO2、H2S、氧化物、NOx、氯化物、烃类烟尘、NOx、CO、氮、硫酸气溶胶烟尘、HF、硫酸气溶胶SO2、NOx、CO、NH3、硫酸气溶胶Cl2、HCl烟尘、硫化氢、CS2、甲醇、丙酮甲烷、砷、醇、氯、农药HF丁二烯、苯乙烯、乙烯、异丁烯、戌二烯、丙烯、二氯乙烷、二氯乙醚、乙硫烷、氯化钾机械机械加工仪表厂烟尘氯、氰化物、铬酸轻工造纸厂玻璃厂烟尘、硫酸、硫化氢烟尘建材水泥厂烟尘、水泥尘§2.2大气污染和污染物•人为污染源燃料燃烧工业生产过程交通运输过程一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物、含氧有机化合物、硫氧化物和铅的化合物§2.2大气污染和污染物•人为污染源燃料燃烧工业生产过程交通运输过程农业活动排放§2.2大气污染和污染物2大气污染源的分类按性状特点固定式污染源移动式污染源按空间分布形式点污染源面污染源线污染源§2.2大气污染和污染物三、大气污染物及大气污染类型1大气污染物的概念•指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那些物质。2大气污染物的分类按存在的状态气体状态污染物固体颗粒状态污染物按形成的过程一次污染物二次污染物§2.2大气污染和污染物•一次污染物(primarypollutant)指直接从污染源排放的污染物质。•二次污染物(secondarypollutant)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，其毒性比一次污染物还强。§2.2大气污染和污染物类别一次污染物二次污染物含硫化合物SO2、H2SSO3、H2SO4、MSO4含氮化合物NO、NH3NO2、HNO3、MNO3碳的氧化物CO、CO2碳氢化合物（碳氢氧化合物）C1－C5Hn化合物醛、酮、PAN含卤素化合物HF、HCl、ClFC3颗粒物重金属元素、多环芳烃H2SO4、SO42-、NO3-大气中主要污染物§2.2大气污染和污染物(1)气溶胶(aerosol)状态污染物总悬浮颗粒物（totalsuspendedparticles;TSP）飘尘(floatingdust)降尘(fallingdust)可吸入粒子(inhalableparticle;IP)PM10PM2.5§2.2大气污染和污染物(2)硫氧化物主要指SO2和SO3危害来源参与了硫酸烟雾和酸雨的形成腐蚀性，损害植物的叶片刺激人的呼吸系统促癌作用燃料的燃烧过程S＋O2=SO2硫化物矿石的焙烧、冶炼过程4FeS2＋11O2=2Fe2O3＋8SO2全世界每年排入大气中的SO2大约有1.6亿～1.8亿t。我国的SO2年排放量在2000万t左右，居世界第一位。§2.2大气污染和污染物(3)氮的氧化物NO和NO2来源危害燃料燃烧过程生产过程生物源形成酸雨NO2具有腐蚀性和生理刺激作用形成光化学烟雾的主要物质之一§2.2大气污染和污染物(4)碳的氧化物COCO2无色无嗅的有毒气体，化学性质稳定。机体缺氧来源CO天然源人为源：不完全燃烧（汽车尾气为主80%）CH4的转化海水中CO的挥发、植物排放、叶绿素光解、森林火灾、农业废物焚烧223234HCOhvHCHOOHHCHOOCHOHCHOHCHCOCOCCOOC2212§2.2大气污染和污染物(4)碳的氧化物COCO2无毒气体引起温室效应来源CO2天然源人为源：矿物燃料的燃烧CH4的转化动植物呼吸海洋脱气目前，全球每年向大气排放的CO2约为240×108t，至2050年，将增至700×108t。美国为CO2排放量的第一大国，占全球总量的23%，中国次之，占13%。§2.2大气污染和污染物(5)碳氢化合物CH4NMHC(non-methanehydrocarbon)温室气体来源细菌在缺氧条件下进行的有机物分解反应所产生的。形成光化学烟雾的前体物来源天然源：植物释放的萜烯类化合物人为源汽油燃烧焚烧溶剂蒸发、石油蒸发和运输损耗、废物提炼§2.2大气污染和污染物(6)含卤素化合物卤代烃其它含氯化合物氟化物类型来源危害天然源：海洋人为源：化学工业包括Cl2和HCl来源危害包括HF、SiF4、H2SiF6、F2等。来源：使用萤石、冰晶石、磷矿石和氟化氢的企业，燃煤量较大的工业。危害：HF和氟污染§2.2大气污染和污染物三、大气污染物及大气污染类型3大气污染类型•两个决定性的条件能源的性质和污染物的化学反应特性气象条件，如阳光、风、湿度、温度等§2.2大气污染和污染物3大气污染类型根据污染物性质§2.2大气污染和污染物3大气污染类型根据燃料性质和大气污染物的组分(1)煤炭型(2)石油型(3)混合型(4)特殊型课后思考题比较一次污染物和二次污染物的异同。查阅有关资料，了解大气中主要的污染物及其危害。比较还原型和氧化型烟雾。室内空气污染物主要包括哪些？Next？大气环境中污染物的化学转化大气环境中污染物的扩散§2.3大气环境中污染物的化学转化•大气污染物“化学转化”的概念概念①条件②反应物③反应的结果包括光化学过程和热化学过程均相反应和非均相反应——污染物之间，污染物与空气——形成新的二次污染物——污染物自身的物理化学性质和其他条件大气污染化学问题包括哪些？光化学烟雾酸雨臭氧层的变化气体硫化物污染氮的氧化物污染§2.3大气环境中污染物的化学转化一、大气光化学特性二、硫氧化物在大气中的光化学转化三、氮氧化物在大气中的光化学转化四、大气污染“光化学烟雾”的形成§2.3大气环境中污染物的化学转化一、大气光化学特性•前提条件具备一定波长的光污染物本身的性质•光反应的过程原动力——来自于太阳辐射——能吸收太阳光使其发生初级反应的物质§2.3大气环境中污染物的化学转化hChv1光辐射的特点①光的波长越小，能量越高②只有到达对流层的光才能参与对流层的光化学反应（≥380nm）§2.3大气环境中污染物的化学转化2可吸收光子的物质和非吸收光子的物质①吸光物质：O2、O3、NO2、SO2、酮、醛类化合物、硝基化合物等物质。②非吸光物质：N2、水蒸气、CO、CO2、NO、SO3和硫酸、烃类化合物、醇类化合物、有机酸类化合物等物质。表2-8§2.3大气环境中污染物的化学转化3光化学反应•原子、分子、自由基或离子吸收光子而发生的反应，称为光化学反应。自由基：①自由基在其电子壳层的外层有一个不成对的电子，因而具有很高的活性，具有强氧化作用。②大气中存在的重要自由基有OH、HO2、R、RO和RO2等。③来源OHOHOOOhvO2223§2.3大气环境中污染物的化学转化•光化学反应过程*AhvA21*BBA21*CCBAhvAA*MAMA*初级过程光离解过程直接反应辐射跃迁无辐射跃迁光化学过程光物理过程§2.3大气环境中污染物的化学转化•光化学反应过程次级过程：指在初级过程中的反应物、生成物之间进一步发生的反应。举例：大气中氯化氢的光化学反应过程)3()2()1(22ClClClClHHClHClHhvHClM式(1)为初级过程式(2)和式(3)为次级过程。§2.3大气环境中污染物的化学转化一、大气光化学特性二、硫氧化物在大气中的光化学转化三、氮氧化物在大气中的光化学转化四、大气污染“光化学烟雾”的形成§2.3大气环境中污染物的化学转化二、硫氧化物在大气中的化学转化（一）二氧化硫的氧化作用1光化学氧化2催化氧化（二）硫酸气溶胶的形成过程1物理过程2化学过程§2.3大气环境中污染物的化学转化232212)400~340()340~290(SOnmhvSOSOnmhvSO（单重态）（三重态）（一）二氧化硫的氧化作用1光化学氧化(1)直接光氧化•初级反应：不稳定§2.3大气环境中污染物的化学转化(1)直接光氧化•次级过程：324342232SOSOSOOSOSOOSOMSOMSO223•猝灭反应：§2.3大气环境中污染物的化学转化(2)间接光氧化•自由基氧化：气态SO2在光化学反应活跃的大气中能与强氧化性自由基反应而被氧化。4232322222SOHSOOHSOHOOHOSOHOSOOHSOMM反应速率加快§2.3大气环境中污染物的化学转化（一）二氧化硫的氧化作用2催化氧化（触媒氧化作用）非均相反应322HSOHOHSO422322SOHOHSOH催化42222222SOHOOHSO催化催化剂溶液的酸碱性大气的相对湿度§2.3大气环境中污染物的化学转化（二）硫酸气溶胶的形成过程1物理过程气体极小微粒小微粒（0.001～0.01μm）（0.01～0.1μm）气相污染物吸附、吸收液滴凝结碰并2化学过程•在硫酸气溶胶中含有大量的硫酸盐，其中以硫酸铵为主。•硫酸气溶胶形成过程中，可形成有机硫微粒，如（C3H4S2O3）3n和（C5H8SO）n等。§2.3大气环境中污染物的化学转化424332323)(SONHSONHSONHSONH气固，黄色固(H2O)(H2O)氧化§2.3大气环境中污染物的化学转化一、大气光化学特性二、硫氧化物在大气中的光化学转化三、氮氧化物在大气中的光化学转化四、大气污染“光化学烟雾”的形成§2.3大气环