大气污染与治理

大气污染及其防治第一节大气环境一、大气圈及其构造1、大气圈在自然地理学上，把随地球旋转的大气层称为大气圈。在通常状态下，可以认为从地表至1000-1400km的气层作为大气圈的厚度。在大气圈中的大气分布不均匀，随着离地表高度的增加，空气越来越稀薄。2、大气圈的组成根据大气圈中大气组成状况以及大气垂直高度上大气的温度变化，大气圈可分为对流层、平流层、中间层、电离层和散逸层。（1）、对流层对流层是大气圈的最下层，是指从地表至离地10－12km以内的这一层大气。对流层的大气密度最大，只有十几千米厚的对流层的空气量就占了整个大气层大气总质量的75％左右。在对流层中，正常条件下的空气温度是随高度增加而降低的，因此具有强烈的对流运动，但有时会形成逆温。（2）平流层对流层以上直至离地表50km的大气层为平流层。在平流层中没有什么尘埃和水汽，空气比对流层稀薄得多。平流层中气温随高度的增加有所增加，因此平流层大气处于平流状态，气流稳定且透明度好，适宜飞机飞行。然而一旦污染物进入平流层，则会长期滞留。在平流层的中上部，由于受阳光紫外线辐射，使O2发生化学反应生成了O3而形成了臭氧层，臭氧层吸收了阳光中对生物杀伤力极强的短波紫外线和宇宙射线，从而保护了地球上的生物免受其害。所以一定厚度的臭氧层的形成对地球环境至关重要。目前由于人类活动，使一些有机污染物进入平流层，使臭氧层受到破坏，给地球上的生物造成危害，必须引起我们的高度重视。（3）中间层平流层顶至离地表80km这一层。（4）电离层在离地80－500km左右的这一空间称为电离层。（5）散逸层电离层以上的大气层称为逸散层，是大气层向星际空间过渡的区域，没有什么明显的界限。二、大气的组成（一）大气的恒定组分（二)大气的可变组分（三）大气的不定组分（一）大气的恒定组分大气的恒定组分是指大气中的O2、N2和稀有气体。在近地层大气中这些气体组分地含量几乎可认为使不变的，它们约占大气总量的99.96%。（二)大气的可变组分主要指CO2和H2O（g），这些气体组分受不同地区气候、季节等多种因素的影响而发生变化。正常状况下，H2O(g)约占0－4％，CO2约占0.033%。由恒定组分和可变组分所组成的大气称为洁净大气。（三）、大气的不定组分大气中的尘埃、硫化物、氮氧化物、硫氧化物等是大气中的不定组分，当它们进入大气后，可能造成大气污染。第二节大气污染及污染源一、大气污染的概念由于人类活动或自然过程引起某种物质进入大气中，呈现出足够的浓度，达到了足够的时间并因此而危害了人、动植物及物体的现象，叫大气污染。二、大气污染源按发生类型分：（一）、工业污染源（二）、农业污染源（三）、生活污染源（四）、交通运输污染源按排放空间分：1、高架源：在距地面一定高度排放污染物，如电厂烟囱等2、低架源：在地面上或离地面高度很低的排放源按排放形式分1、线源沿着一条线排放污染物，如汽车、火车等2、面源在一个大范围内排放污染物，如煤田自燃的煤堆、密集而低矮的居民住宅烟囱群等3、点源：集中在一点或在可当作一点的小范围内排放污染物，如烟囱等三、大气主要污染物（一）颗粒物（二）含硫化合物（三）氮氧化物（四）碳氧化物（五）光化学氧化剂（一）、颗粒物1、颗粒物是指大气中弥漫着的固态和液态物质，成份较复杂。（1）总悬浮颗粒物：用标推大容量颗粒采样器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。用TSP表示。其粒径多在100um以下，尤以10um以下的为最多。（2）飘尘：颗粒物粒径小于10um的颗粒物称为飘尘。它们能长时间地悬浮于大气中而不沉降下来。（3）降尘：颗粒物粒径大于10um的颗粒物叫降尘。它们在重力的作用下能很快降落到地面。（4）可吸入粒子：易于通过呼吸过程而进入呼吸道的粒子。目前目际标准化组织建议将其定为粒径≤10um。2、大气飘尘的危害据分析，在总悬浮颗粒物中硫酸盐：约10％（主要为硫酸铵）硝酸盐：约5％金属：约5％（三十多种，以铁为最多）有机物：约5％（脂肪烃多于芳香烃）（1）影响大气的物理性质（2）使建筑物、金属制品等受到腐蚀；（3）对人、动植物产生危害；（4）与其它大气污染物协同作用形成大气污染。时间飘尘浓度SO2浓度死亡人数（mg/m3）（mg/m3）1952.124.463.84000多19563.251.61000多19572.401.84001962.122.84.1750（二）、含硫化合物污染大气的含硫化合物有H2S、SO2、SO3、硫酸酸雾及硫酸盐气溶胶等，但在大气中主要是SO2。大气中的SO2主要来源于矿物燃料的燃烧。据估计，全世界每年由于人类活动排放到大气中的SO2可能超过一亿五千万吨，其中2/3来自于煤的燃烧，1/3来自石油的燃烧，矿物燃料燃烧时，主要生成SO2。所以人类活动排放到大气中的硫氧化物主要是SO2。SO2是无色、有刺激性和窒息性的气体，对呼吸道有刺激作用，能引起呼吸道和心血管疾病。值得注意的是SO2与飘尘的协同作用将使其毒性大大增强，使得大气污染加剧。大气中的SO2可以通过均相或非均相氧化生成SO3。SO3一经形成，便迅速与大气中的水蒸气作用生成硫酸，因此大气中SO3的含量十分低微，生成的硫酸是严重危害健康的物质，其毒性远大于SO2。（三）氮氧化物对流层中危害较大的氮氧化物是NO和NO2，统称为总氮氧化物（NOx）。三个来源：①当矿物燃料高温燃烧时，空气中的N2与O2结合而生成NO,温度越高，生成NO的速度和量越大，由这种方式生成的NOx称为热NOx；②另一类是因燃料中含有吡啶、氨基化合物等含氮化合物，在燃烧的过程中生成了NOx，这种方式数生成的NOX称为燃料NOx；③另外一些工厂(如生产硝酸或使用硝酸、氮肥厂等)的生产过程中排放到大气中的NOx。NO是无色，有刺激性气味不活泼的气体，它能与血红蛋白结合生成亚硝基血红蛋白而引起中毒，并可产生缺氧症状和中枢神经受损。NO氧化后生成红棕色、有刺激性的NO2，它的毒性较强，能迅速破坏肺细胞，可能是引起肺气肿和肺癌的病因。NO2又是一吸光物质，易发生光化学反应，是形成光化学反应的元凶，由此产生的二次污染物的危害更大。（四）碳氧化物1、一氧化碳大气中CO来源于燃料的燃烧。而由汽车尾气中的CO造成的大气污染已引起世界各国的重视。值得注意的是一氧化碳的另一人为源是吸烟排出的烟气。吸烟者吸入的CO远高于不吸烟者，尤其是吸过滤嘴香烟的人。CO的主要危害是妨碍体内氧气的传输。它与血红蛋白的亲和力比氧大二百多倍，而生成的羰基血红蛋白的解离速度比氧合血红蛋白小三千六百多倍，因此一旦生成羰基血红蛋白就很难解离，导致输氧能力降低，造成机体缺氧，危害人体健康。体内缺氧时对所有的器官都有影响，而最敏感的是中枢神经系统和心肌。2、CO2CO2是无色、无毒的气体，目前由于人类活动排放到大气中的CO2的量不断增加，而吸收CO2的森林反遭到严重破坏，使得大气中CO2的浓度不断增加。据测定，一个世纪前，大气中CO2的含量约为284ppm,目前已达到379ppm。CO2浓度的增加，可能对全球的气候产生影响，因而是目前环境科学上颇为注意的问题之一。（五）光化学氧化剂1、光化学反应和光化学烟雾在太阳紫外线作用下，大气中的某些污染物发生反应，生成新的污染物，这种反应叫光化学反应。由此产生的烟雾称为光化学烟雾。2、光化学烟雾形成的条件（1）充足的阳光，无风；（2）出现逆温；（3）大气含有一定浓度的NO2和碳氢化合物。3、光化学反应机理（1）污染空气中NO2的光解是光化学烟雾形成的起始反应NO2+hv(λ＜430nm)——NO2*,NO2*——NO+OO+O2+M——O3+MO3+NO——O2+NO2（2）碳氢化合物与O、O3、OH、NO等自由基作用生成醛、酮、酸以及RO2、HO2、RCO等自由基。（3）、过氧自由基引起NO向NO2转化，并导致O3和过氧乙酰硝酸脂（PAN）等生成。4、光化学烟雾的危害（1）、对人体健康的影响光化学烟雾最明显的危害是对人眼的刺激作用。出现眼流泪、发红(俗称红眼病)。除眼外，对鼻、咽、气管和肺均有明显的刺激作用。对老人、儿童和病弱者尤为严重。污染严重时，会引起哮喘发作，导致上呼吸道疾病恶化，使视觉敏感度和视力降低。受害严重者，呼吸困难、胸痛、头晕、发烧、呕吐、以致血压下降、昏迷不醒。长期慢性伤害，可引起肺机能衰退、支气管炎、甚至发展成肺癌等。据资料统计，美国加里福尼亚洲由于光化学烟雾的作用，曾使该州3／4的人发生了红眼病。日本东京1970年发生的光化学污染时期有20000人患了红眼病。1952年洛杉矾事件发生时，两天内就使65岁以上的老人死亡400余人。（2）对植物的伤害光化学烟雾能使植物叶片受害变黄以致枯死。据资料统计，仅加利福尼亚州1959年由于光化学污染引起的农作物减产损失已达800万美元。使大片树木枯死，葡萄减产60％以上，柑橘也严重减产。对光化学烟雾敏感的植物还有棉花、烟草、甜菜、番茄、菠菜、某些花卉和多种树木。第三节大气污染的危害一、大气污染对人体健康的影响大气污染物的种类繁多，排放量大，污染范围广，对人体健康的危害是多方面的，如呼吸道疾病、中枢神经系统受损、癌症等。大气污染对人体健康的影响与污染物的种类、性质、暴露时间及个体敏感性有关。二、大气污染对气候的影响（一）大气污染对城市气候的影响大气污染使得城市气温高于农村，城市的能见度较农村低，云、雾、降雨比农村多。（二）对全球气候的影响目前对地表气温上升的真正原因还未证实，提得较多的是“温室效应”。的确，人类的活动已使得大气中二氧化碳的含量有所升高，因此不得不引起人们的高度重视。三、大气污染对臭氧层的破坏（一）平流层中臭氧的形成O2+hv——2O(3P)O2+O+M——O3+M同时臭氧也会因光解而破坏。O3＋hv——O2+O此外臭氧也能与O作用：O3+O——2O2通常情况下，臭氧的形成和分解达到平衡，臭氧保持一定浓度，约为10ppm，结果在平流层中上部形成臭氧层。（二）平流层中臭氧层对地球生命的重要性以紫外线对人体效应为依据，按照波长的顺序将紫外线分为紫外线A(320~400nm)、紫外线B(290~320nm)、紫外线C(190~290nm)。尽管紫外线C的危害最大，但它几乎全部被臭氧层吸收，即使是平流层中臭氧浓度大大降低，紫外线C也几乎不能到达地球。紫外线B能强烈影响人类的基因物质脱氧核糖核酸而导致皮肤衰老，产生晒斑，形成皮肤癌。而且这种波长的紫外线的能量足以破坏C—H键，对地球上的生命及有机物均有破坏作用。正是由于臭氧层能吸收λ≤330nm的紫外线，因而对地球上的生物起了保护作用。紫外线B的吸收与臭氧的浓度密切相关，随着臭氧层中臭氧浓度大大降低，到达地面的紫外线的量大大增加，给人类的生存带来极大威胁，同时，危害农作物和水生生物，所以臭氧层的破坏已引起全世界的广泛重视和关注。（三）大气污染物对臭氧层的破坏1.NOx对臭氧层的破坏作用平流层中破坏臭氧层的主要NOx是NONO+O3——NO2+O2NO2+O——NO+O2总反应为：O+O3——2O2平流层中NO的来源有N2O及超音速飞机排放的NOx.2.HO自由基对臭氧的破坏作用HO+O3——HO2+O2HO2+O3——HO+2O2或HO2＋O——HO＋O2总反应：2O3——3O2或O3+O——2O2平流层中HO主要来源于H2O（g）、CH4、H2与O的作用H2O+O——2HOCH4+O——CH3+HOH2+O——HO+H3．氟氯烃类对臭氧的破坏O3+Cl——ClO+O2ClO+O——Cl+O2总反应：O3+O——2O2一个氯原子可使10万个O3分子被破坏，因此其危害相当大。Cl来源于氟氯烃，在对流层中氟氯烃具有无毒、不燃烧且有较高的稳定性等特点而被广泛用作制冷剂（25万吨/年）、喷雾剂（30万吨/年）、溶剂（18万吨/年）及制作泡沫塑料（26万吨/年）等。全世界估计年产量在100多万吨，目前世界上许多国家对禁止使用氟氯烃持积极支持的态度。但就算目前全世界都禁止使用氟氯烃，已经散发到环境中的氟氯烃对臭氧层