第四章大气环境.

大气污染及其防治第一节概述•引子•大气组成•大气环境质量保证的重要性•大气污染的定义•环境空气质量标准矿物燃料（煤和石油）的燃烧和工厂排放的废气一、引子一手是工，一手是农，晋水的无限潜力得到充分发挥了。这里边有更多的人用水力再创造的力量。一九五六年初秋，我们一天经历了三十个世纪，欣赏了晋词那样丰富的文物古迹。当我们出“对越坊”，沿“智伯渠”往回走的时候，回头看参天古木掩映下的楼台殿阁，看一抹果树林株株都满挂着累累的果实。右边十里稻花，左边烟囱入云，实在是兴奋。但是最难忘的还是“难老泉”。到现在五个年头过去了，“永锡难老”，记忆还是新的。汽车排放的废气60年的风雨沧伤二、大气组成：其组成可认为是由恒定、可变和不定三种类型组分所组成的•恒定组分---系指大气中含有的N、0、Ar及微量的Ne、He、Kr、Xe等稀有气体•可变组分---主要是指大气中的C02和水蒸气等•不定组分---主要是尘埃、硫、硫化氢、硫氧化物、碳氧化物及恶臭气体等三、大气环境质量保证的重要性：•洁净的大气对生命来说是至关重要：一个成年人每天呼吸大约两万次，吸入的空气量大约为10~15m3,约为每天吃人食物重量的10倍。生命的新陈代谢一时一刻也离不开空气，人5周不吃饭,5天不饮水，尚能生存，而5分钟不呼吸就会死亡。•污染的大气对动植物的生长和生存造成危害，严重时还会造成死亡：在受污染的大气中，常含有CO、SO2、N0x、H2S、NH3、Cl2、HCl和碳氢化合物（如CH4、C1OH16等）、过氧乙酰硝酸脂(PAN)以及多种的无机或有机物气体等。悬浮于大气中的污染物,不仅对太阳-地球间热量收支平衡有影响,造成局部或全球气候和气象的不正常,而且能直接对动植物的生长和生存造成危害,污染严重时还会造成死亡。四、大气污染的涵义自然界中局部的质能转换和人类所从事总类繁多的生活、生产活动，向大气排放出各种污染物，当污染物超过环境所能允许的极限（环境容量）时，大气质量发生恶化，对人们的生活、工作、健康、精神状态、设备财产以及生态环境等遭受到恶劣影响和破坏，此类现象称为大气污染。五、环境空气质量标准•中华人民共和国国家标准——《环境空气质量标准》(GB3095-1996,现行；GB3095-2012，2016年开始实施)标准规定了总悬浮颗粒物(TSP)、可吸人颗粒物(PM10)、S02、NOx、N02、CO、03、Pb、苯并[a]芘(BaP)及氟化物(F)10种污染物的浓度限值及监测采样和分析方法污染物名称取值时间浓度限值浓度单位一级标准二级标准三级标准S02年平均日平均1小时平均0.020.050.150.060.150.500.l00.250.70mg/m3(标准状态)TSP年平均日平均0.080.120.200.300.300.50PM10年平均日平均0.040.050.100.150.150.25NOx年平均日平均1小时平均0.050.lO0.150.050.100.150.100.150.30mg/m3(标准状态〉NO2年平均日平均1小时平均0.040.080.120.040.080.120.080.120.24CO日平均1小时平均4.0010.004.0010.006.0020.00031小时平均0.120.160.20Pb季平均年平均1.501.00μg/m3(标准状态)苯并[a]芘BaP日平均0.01氟化物(以F计)日平均1小时平均7①20①月平均植物生长季平均1.8②1.2②3.0③2.0③μg/(m2·d)各项污染物的浓度限值注：①适用于城市地区;②适用于牧业区和以牧业为主的半农半牧区，蚕桑区;③适用于农业和林业区第二节大气污染源及主要污染物•大气污染源•主要大气污染物一、大气污染源：•由自然灾害和人类活动所造成的,一般所说的大气污染问题多是人为因素所引起的污染物发生的类型:1.生活污染源2.工业污染源3.交通污染源4.农业污染源二、主要大气污染物具有普遍影响的污染物，最主要的来源是燃料燃烧。•(一)颗粒污染物1.粉尘(dust)2.烟(fume)3.飞灰(flyash)4.黑烟(smoke)5.雾(fog)6.煤烟尘(soot)•7.霾（Haze）8总悬浮微粒(TSP)•(二)气态污染物气态污染物种类很多。已经过鉴定的大气污染物有100多种一次污染物----由污染源直接排人大气的，一次气态污染物主要有以二氧化硫为主的含硫化合物、一氧化氮和二氧化氮为主的含氮化合物、碳的化合物、碳氢化合物、及卤素化合物等。二次污染物----由一次污染物经过化学或光化学反应生成的二次污染物某些污染物的发生源及其相关的行业物质名称化学式或符号发生源及其相关行业二氧化硫SO2含硫燃料及含硫物质燃烧,硫酸、冶金、造纸等工业三氧化硫S03含硫燃料及含硫物质燃烧,硫酸、有机化工工业硫化氢HS石油炼制,煤气工业,合成氨工业,纸浆生产硫酸H2S04硫酸生产,肥料工业,无机化工二硫化碳CS2二硫化碳生产,溶剂、植物熏蒸一氧化氮NO燃料及其他物质高温燃烧,硝酸工业,染料工业二氧化氮N02燃料及其他物质高温燃烧,硝酸工业,纸浆生产,甘油硝化,金属腐蚀和清洗一氧化二氮N20主要来自天然源(土壤硝酸盐N03经细菌脱氮作用)、燃料燃烧和化肥的施用氨NH3主要来自动物废弃物、土攘腐殖质的氨化、土壤氨基肥料的分解、细菌将废弃物中的有机物分解、燃料燃烧、合成氨工业物质名称化学式或符号发生源及其相关行业一氧化碳CO城市大气中一氧化碳主要来源是燃料燃烧,一氧化碳天然来源有甲烧的转化、海水中一氧化碳的释放、植物排放、短类氧化生成的一氧化碳及植物叶绿素光解二氧化碳C02天然源有甲烷转化、海洋脱气、动植物呼气、矿物燃料燃烧甲烷CH4主要来源是厌氧细菌发酵、发生在沼泽、泥搪、湿冻土带、水稻田底部、牲畜反刍、原油和煤气储罐或管线泄漏非甲烷烃NMHC自然界植物排放的非甲烷有机物(烷、烯烃及醇类),汽油燃烧、焚烧炉的排放,有机溶剂的使用,石油工业,交通运输业氯化氢HCl盐酸工业,烧碱工业,塑料处理、金属表面清洗氯Cl2盐酸工业,液氯的生产,氯碱工业,漂白粉生产氟化氢HF化肥生产,窑业,炼铝工业,炼钢业,玻璃工业,火箭燃料生产厂甲基氯CH3Cl主要来自海洋释放物质名称化学式或符号发生源及其相关行业甲基溴CH3Br主要来自海洋释放甲基腆CH3I主要来自海洋释放三氯甲烷CHCl3有机化学试剂生产和使用三氯乙烷C2H3Cl3有机化学试剂生产和使用四氯化碳CCl4有机化学试剂生产和使用氯乙烯C2H3Cl有机化学试剂生产和使用四氟化硅SiF4化肥生产光气COCl2印染工业,有机合成氰化氢HCN炼铁,煤气工业,化学工业,电镀业三氯化磷PCl3医药生产五氯化磷PCl5化工生产(一)硫氧化物1.来源•单体硫燃烧:S+02=SO2SO2+1/2Oz=S03•硫铁矿的燃烧4FeS2+1102=2Fe203+8S02S02+1/202=S03•硫醚、硫醇等有机硫化物的燃烧:CH3CH2CH2CH2SH→H2S+2H2十2C十C2H4•分解出的H2S再氧化为:2H2S+302→2SO2+2H20地球上全年S02的发生量单位:106t发生源发生量煤燃烧石油燃烧石油炼制有色金属冶炼从工厂发生的硫氧化物6225.53.710.71.9人为污染源排放的二氧化硫总量103.8从海洋发生的S02(其中H2S折算成S02)从陆地上发生的S02(其中H2S折算成S02)从海盐粒子形成的S02（S042-折算成S02）火山活动发生的SO2(将其中H2S折算成S02)5048445天然污染源排放的二氧化硫总量147S02—和氮氧化物一样都是形成酸雨或酸沉降的主要前提物•现在,世界酸雨区主要集中于欧洲、北美和中国三个地区。•20世纪80年代初,中国酸雨只出现在西南燃高硫煤少数城市地区。1983年酸雨严重区域是以重庆为中心的四川省;以贵阳为中心的贵州省;以南昌为中心的江西省,形成了西南、中南两个明显的酸雨区。而到1985年,我国已形成四个明显酸雨污染区,西南地区,湘赣浙地区,厦门、福州沿海的东南地区,青岛地区。此外还发现石家庄、太原地区也在日益酸化。2.对人体健康的影晌•SO2是无色具有恶臭剌激性气体，对鼻腔和呼吸道粘膜产生剌激，如果吸人浓度超过10ml/m3,人们不仅有强剌激感，而且还会发生鼻腔出血、呼吸受阻等现象。•S02还可增强致癌物苯并(a)芘的致癌作用硫酸烟雾•硫酸烟雾是大气中SO2在相对温度比较高，气温比较低，并有颗粒气溶胶存在时而发生的。大气中颗粒气溶胶具有凝聚大气中水分和吸收SO2与氧气的能力。在颗粒气溶胶表面上发生SO2的催化氧化反应，生成亚硫酸和硫酸，即SO2溶解于水滴时发生的化学反应为:SO2+H2O→2H++SO32-2SO32-+4H++O2→2H2SO4•最严重的一次硫酸烟雾事件，发生在1962年12月5日，历时5天，死亡4000多人（二）氮氧化物1.来源•NOx类很多,它是NO、N2O、NO2、N2O3、N2O4、N2O5等的总称•由燃烧过程生成的NO2有两类:一类是在高温燃烧时，助燃空气的N2和O2发生反应而生成的NO2•另一类是燃料中的吡啶(C5H5N)哌啶(C5H11N)等含氮化合物，经高温分解成N2和O2后再反应生成的NO2,N2十O2＝2NO2NO+O2=2NO2全世界由人为和天然污染源向大气排放NOx的估算值单位106t/a污染源排放量估算Stedman等人(1983)Logan(1983)天然源:闪电平流层注入NH3氧化生物质燃烧土壤排放103316332623－333926天然源总计排放量6596－126人为污染源661082.氮氧化物对人体健康的影晌•NOX主要是指NO和NO2•如果动物与高浓度NO相接触，可出现中枢神经病变。•NO与血红蛋白(Hb)亲和力强，比CO大几百倍。对动物作高浓度NO试验，证实有变性血红素〔Met.Hb〕和一氧化氮血红蛋白(NOHb)生成。使动物血压降低、血管扩张、血液中生成变性血红素，以及对神经系统有一定的麻醉作用等•NO2对人体的影响还与其他污染物的存在有关。NO2的浮游微粒最容易侵人肺部，沉积率很高，可导致呼吸道及肺部病变，出现气管炎、肺气肿及肺癌等症。空气中NO2浓度对人体的影晌N02浓度/mlm-3作用时间/h人体所产生的症状0.12有嗅觉1.6-2.00.25慢性支气管炎患者呼吸困难52从事间歇运动的健康人出现呼吸阻力增大、动脉血液中氧气分压降低13眼和鼻有刺激感,胸部不适25-751胸部绞痛300-500发生支气管炎及肺水肿死亡（三）一氧化碳1.来源•C+1/2O2→CO•C+CO2→2CO•烷烃OH自由基氧化形成的CO•海水中CO的释放•植物叶绿素光分解产生的CO•汽车尾气排放的CO2.一氧化碳对人体健康的影晌•CO是无色、无嗅的气体。•由呼吸道吸入的CO容易与血红蛋白(Hb)相结合生成碳氧血红蛋白(COHb)。碳氧血红蛋白阻碍血红蛋白向体内供氧•当人与浓度大于1200ml/m3的CO接触时，可使神经麻痹，发生生命危险。（四）碳氢化合物来源•大气中的碳氢化合物(HC)通常是指C1-C8可挥发的所有碳氢化合物，属于有机烃类碳氢化合物对人体健康的影晌•碳氢化合物--以碳元素(C)和氢元素(H)形成的化合物总称•它与氮氧化物一样同是形成光化学烟雾的主要物质•光化学反应产生的衍生物丙烯醛、甲醛等都对眼睛有剌激作用。•多环芳烃中有不少是致癌物质，如苯并(a)芘就是公认的强致癌物（五）光化学烟雾来源•引起光化学烟雾的是NO2•危害：城市上空笼罩着白色烟雾（有时带有紫色或黄色),大气能见度降低，具有特殊气味，剌激眼睛和喉黏膜，造成呼吸困难。生成的强氧化剂臭氧(O3)可使橡胶制品开裂，植物叶片受害、变黄甚至枯萎。光化学氧化剂对人体健康的影晌•光化学氧化剂对人体的影响类似NOx，但比NOz的影响更强。光化学氧化剂有臭氧和过氧乙酰基硝酸酯等多种物质，臭氧是其中主要氧化剂之一。•与浓度为1mL/m3臭氧接触1h能使肺细胞蛋白质发生变化，接触4h，在24h后出现肺水肿。•臭氧可直接侵人呼吸道深处；