环境保护概论——大气污染及其防治-

第五章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。对流层（0—12km）平流层（12—50km）中间层（50—80km）电离层（80—500km）散逸层（500km以上）大气圈的构成在平流层的中上部，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。二、大气的组成（一）大气的恒定组分（二)大气的可变组分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：用标准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。目前国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）飘尘的危害（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。伦敦几次烟雾事件对比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19572.401.84001962.122.84.1750（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。（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）。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；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。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工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、二氧化碳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的森林却遭到严重破坏，使得大气中CO2的浓度不断增加。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（2）对植物的伤害（3）对物品的损坏第三节大气污染的危害一、大气污染对人体健康的影响二、大气污染对气候的影响（一）大气污染对城市气候的影响（二）对全球气候的影响三、大气污染对臭氧层的破坏三、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。但紫外线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——2O2Cl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的破坏作用仍将持续下去。(四）、淘汰消耗臭氧层物质的国际行动1985年，制定了保护臭氧层的《维也纳公约》,我国于1989年加入《维也纳公约》。1987年，制定了《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》，对8种破坏臭氧层的物质（简称受控物质）提出了削减使用的时间要求。这项议定书得到了163个国家的批准。1990年、1992年和1995年，对议定书又分别作了3次修改，扩大了受控物质的范围，并提前了停止使用的时间。根据修改后的议定书的规定，发达国家到1994年1月停止使用哈伦，1996年1月停止使用氟利昂、四氯化碳、甲基氯仿；发展中国家到2010年全部停止使用氟利昂、哈伦、四氯化碳、甲基氯仿。中国于1992年加入了《蒙特利尔议定书》。四、酸沉降酸沉降是指大气中的酸性物质通过干、湿沉降两种途径迁移到地表的过程。（一）、酸雨的化学组成酸雨中含有多种无机酸和有机酸及其盐。其中绝大部分是硫酸和硝酸，多数情况下以硫酸为主。从污染源排放出来的SO2和NOX是形成酸雨的主要起始物。除此以外，不少地方的降水中发现有机酸（甲酸、乙酸）。酸雨的化学组成酸雨的化学组成（三）、酸雨的危害1、使湖泊酸化。2、酸雨使流域土壤和水体底泥中的金属(例如铝)可被溶解进入水中毒害鱼类。3、抑制土壤中有机物的分解和氮的固定、淋洗与土壤粒子结合的钙、镁、钾等营养元素，使土壤贫瘠化。4、酸雨伤害植物的新生芽叶，干扰光合作用，影响其发育生长。5、腐蚀建筑材料，金属结构、油漆及名胜古迹等（四）世界酸雨发展状况和我国酸雨现状酸雨早在19世纪中叶就在英国发生过，英国是工业革命的发源地，煤炭的大规模的利用和燃烧，造成大气质量恶化和酸雨的产生。从1870年起到1963年近百年中发生了几十起烟雾事件20世纪50一60年代，北欧的瑞典和挪威地区开始受到来自欧洲中部工业区(英、法、德等国)S02的长距离输送(高烟囱)的影响，湖泊中鱼类开始减少，古建筑和石雕受侵蚀。到60年代末北欧湖水酸化十分明显，许多湖泊成为没有鱼类和其他水生生物的“死湖”，酸雨的危害逐步发展为“区域性”事件。最早欧洲的酸雨多发生在挪威、瑞典等北欧国家，后来扩展到东欧和中欧，直至几乎覆盖整个欧洲。在酸雨最严重的时期，挪威南部约5000个湖泊中有1750个由于pH过低而使鱼虾绝迹；瑞典的9万个湖泊中有1／5已受到酸雨的侵害。20世纪70一80年代，随着经济快速发展，酸雨范围由北欧扩大至中欧。德国约有1/3的森林受到酸雨不同程度的危害；在巴伐利亚每4株云杉就有一株死亡；在瑞士，森林受害面积已达50％以上。20世纪80年代初，整个欧洲的降水pH在4.0~5.0之间，雨水中硫酸盐含量明显升高。同时，在北美(主要是美国的东部和北部五太湖美、加交界区)也形成了大面积的酸雨区。成为美国和加拿大棘手的环境问题。加拿大抽样调查的8500个湖泊已全部酸化.在美国南部的15个州曾达到降水平均pH值在4.2～4.5之间。美国曾报道至少有1200个湖泊己酸化，占可能酸化地区中全部湖泊的4％，在这些湖泊中．生物无法生存：此外，还有5％的湖泊酸度正在上升，虽未完全酸化，但已严重到威胁某些生物生存的程度。1972年在斯德哥尔摩召开的联合国人类环境会议上，瑞典政府提交给大会的研究报告《跨越国境的空气污染：大气和降水中的硫对环境的影响》标志着酸雨真正被作为一种国际性环境问题正式提上议事日程。1982年6月在瑞典斯德哥尔摩召开了“国际环境酸化会议”，这标志着酸雨污染已成为当今世界重要的环境问题之一。中国酸雨现状从2