10-大气污染

第十章大气污染10.1大气污染物及其类型10.2影响大气污染的气象条件10.3酸雨及其危害10.4臭氧层破坏及其危害10.1大气污染物及其类型按污染物的存在状态可概括为两大类：气溶胶状态污染物：气溶胶是指固体粒子、液体粒子或它们在气体介质中的悬浮体。其直径约为从0.002—100μm大小的液滴或固态粒子。按其来源及其物理形态的不同，又可分为粉尘、烟、飞灰、黑烟和雾等。•气体状态污染物：以分子状态存在的污染物。主要有含硫化合物、含氮化合物、碳氧化合物、碳氢化合物及卤素化合物。还可分为一次污染物和二次污染物。污染物一次污染物二次污染物含硫化合物SO2、H2SSO3、MSO4、H2SO4含氮化合物NO、NH3NO2、HNO3、MNO2碳氧化合物CO、CO2碳氢化合物CH醛、酮、过氧乙酰硝酸酯、O3卤素化合物HFHCL气体状态污染物的种类10.2影响大气污染的气象条件•风和大气湍流•大气降水•逆温•大气稳定度风和大气湍流风对大气污染的影响包括风向和风速两个方面。•风向影响着污染物的水平迁移扩散方向，使污染物向下风向扩散。大气中风速、风向的无规则变化或摆动称为大气湍流，又称乱流。湍流是在空气层相互之间发生摩擦或空气流过粗糙不平的地面时产生的。•风速越大，湍流越强，污染物的扩散速度就快，污染物浓度就低。大气降水降水净化大气的作用主要有两个方面：•许多污染物颗粒充当了降水凝结核，然后随降水落到地面；•雨滴等在下降过程中会碰撞、捕获一部分颗粒物。这两种作用既发生在云中，也发生在云下降水的下落过程中。降水对大气的清洁作用与降水强度和持续时间有关。降水越强，降水持续的时间越长，降水后大气污染物浓度就越低。降水的冲洗作用虽然净化了空气，但它同时也把污染物带到了地面，使水体或土壤中污染物的含量增加。逆温在边界层中，由于气象和地形等条件的影响，气温随高度的增加反而升温的现象称为逆温。当逆温出现时，大气处于非常稳定的状态，大气垂直运动很难发展，污染物的输送和扩散受到抑制，可能造成严重的大气污染，故逆温层又称阻挡层。按形成的原因可分为四类：辐射逆温、平流逆温、下沉逆温、锋面逆温•辐射逆温经常发生在晴朗无风或小风的夜晚。由于强烈的有效辐射，地面和近地层大气强烈冷却降温，上层降温较慢而形成上暖下冷的逆温现象。辐射逆温全年都可出现，但冬、秋季更容易产生，且强度大，高度也高。在山谷和盆地区域，冷却的空气沿斜坡流入谷地和盆地，因而低凹处的辐射逆温得以加强，甚至持续数天而不消失，即形成地形逆温。•平流逆温主要发生在冬季的中纬度沿海地区，由于海陆之间存在温差，在海上暖空气平流到陆地上空时形成的。•下沉逆温下沉的空气来自高空，水汽含量本来就不多，再加上空气下沉压缩引起的明显增温作用，使大气在下沉运动终止的高度上出现逆温，即为下沉逆温。下沉逆温多出现在高压区内，影响范围很广，逆温层的厚度也较大，在离地面数百米到数千米的高空都可能出现。•锋面逆温在对流层中，冷暖空气相遇，暖空气密度小，爬到冷空气的上面，两者之间形成的一个倾斜的过渡区即锋面。在锋面上，如果冷暖空气的温度差比较显著，也可出现逆温，这种逆温成为锋面逆温。一个地区高浓度的大气污染大多是几种逆温形式同时作用的结果。世界上一些严重的大气污染事件都发生在有逆温及静风的气象条件下，如洛杉矶光化学烟雾事件，所以应对逆温加以重视。大气稳定度是指气块受任意方向气流扰动后返回或远离原平衡位置的趋势和程度。它表示在大气层中的个别空气块是否安于原在的层次、是否易于发生垂直运动，即是否易于发生对流。大气稳定度是影响大气扩散能力的重要因素。•当大气处于不稳定状态时，对流和湍流容易发生、发展，污染物在增强的湍流下扩展迅速，当排放条件相同时，一般不会形成大气污染；•当大气处于随机平衡状态时，烟云在大气中做等速运动，烟流扩散呈锥形，这种情况一般是强风和阴天的特征；•大气处于静力稳定状态时，对流和湍流受到抑制，污染物很难扩散稀释，容易形成大气污染。大气稳定度有明显的日变化，一般夜晚空气层较稳定，日出后逐渐变得不稳定，中午11：00—14:00时最不稳定。什么是酸雨？pH值小于5.6的雨、雪或其他形式的大气降水叫做酸雨（acidrain）10.3酸雨及其污染酸雨的形成引起酸雨的主要物质：二氧化硫、氮氧化物酸雨的主要成分：硫酸、硝酸二氧化硫、氮氧化物的天然来源：海洋雾沫,它们会夹带一些硫酸到空中；土壤中某些机体，如动物死尸和植物败叶在细菌作用下可分解某些硫化物，继而转化为SOx；火山爆发,也将喷出可观量的SOx气体；雷电和干热引起的森林火灾也是一种天然SOx排放源,因为树木也含有微量硫。酸性物质NOx排放有两大类天然源：闪电,高空雨云闪电,有很强的能量,能使空气中的氮气和氧气部分化合,生成NO,继而在对流层中被氧化为NO2,NOx即为NO和NO2之和；土壤硝酸盐分解，既使是未施过肥的土壤也含有微量的硝酸盐,在土壤细菌的帮助下可分解出NO,NO2和N2O等气体。二氧化硫、氮氧化物的人工来源：酸性物质SOx，NOx排放人工源之一，是煤、石油和天然气等化石燃料燃烧；酸性物质SOx,NOx排放人工源之二是工业过程,如金属冶炼，某些有色金属的矿石是硫化物，再如化工生产，特别是硫酸生产和硝酸生产，再如石油炼制等；酸性物质SOx、NOx排放人工源之三是交通运输,如汽车尾气。酸雨的分布近二十年监测结果：中国大陆有相对稳定的一大块酸雨区域在长江以南,包括江苏，上海,浙江,福建,江西,湖北,湖南,广东,广西,海南,贵州,四川,重庆,云南等省市大部分地区；及两小块酸雨区域在胶东半岛和图门江地区,后两者“酸雨”孤岛的形成，一方面是由于附近有较大城市(青岛、长春、吉林),有酸性物质强排放源,另一方面它们濒临海洋，海洋性潮湿气候提供了产生酸雨的温床。酸雨的危害1、使植物叶子中的叶绿素含量降低，光合作用受阻，引起叶子萎缩和畸形，造成植物死亡。2、对建筑石料和金属材料有很强的腐蚀作用。3、使河川湖泊变成酸性，使鱼类等水生生物不能生存。4、会直接影响人体健康，刺激人的皮肤，并引起哮喘等呼吸道疾病。黑雨1994年重庆及其郊区下了数场黑雨,色如墨汁,且有强酸性。人们发生了恐慌，纷纷询问地区环保部门，欲知其详。经化学分析,黑色物是煤屑，原来在锅炉内化石燃料未能燃烧充分,析出一些细的碳粒，也通过烟囱排向高空。酸性物主要是硫酸根,来自煤中燃烧的杂质硫。结论是：黑雨就是强酸性雨；也可以说是酸雨发展到某种极端情况。黑雪无独有偶,1991年我国喜马拉雅山区,下了数场“黑雪”。它来自于中东战争,伊拉克军队从科威特撤退时,放了一把大火,主要油气井火光冲天,喷出浓浓的黑烟,夹杂令人窒息SOx和NOx气味,直向高空，随风漂向东方,遇到喜马拉雅高山,难以跨越,随雪落下,成为有酸性的黑雪。人迹罕至的世界屋脊也未能逃出“空中死神”的灾难。酸雾其实,酸雾不止高空有,大气污染严重的城市的临近地面也有。重庆是我国有名的雾都,每年大雾日数居各大中城市之冠;蒙胧而飘渺的雾是重庆久富盛名的景观之一。重庆又是严重酸雨污染的城市,雾也免不了酸化。80年代,全市酸雾pH平均值为4.39;市区最低值达到2.98,是典型的酸雾。雾滴是尺度微细的飘浮空中的水滴,极易吸附和吸收各种酸性气体和颗粒物,因此,雾滴所含污染物的浓度特别大,其总离子浓度最高值竟达到9.7克/升,占雾滴重量的近1%,较同期雨水含量高出十余倍。经医务工作者潜心研究,认明此种酸雾对儿童的呼吸系统十分有害。由于污染物浓度大,含水少,厚度大,能见度越来越低劣。其次生效应,诸如车祸等,更加不容忽视。我国目前酸雨的主要责任者——燃煤中的杂质硫与石油和天然气相比,在我国煤的消耗量要多得多。一般估计煤的消耗量占化石燃料总消耗量的90%左右。而煤的燃烧排放SOx的数量,除了决定于煤的消耗数量,尚决定于煤的含硫量。我国幅员辽阔，煤矿分布十分分散。我国南方产煤含硫量比北方要高,特别是西南地区,产含硫量高煤的中小煤窑如满天星斗,其煤的含硫量要比东北和华北地区产的高叁肆倍，当地居民称之为“臭煤”,因为家庭炊饭的炉子烧用此煤，能发出令人窒息的恶臭气味,它就SOx。一般情况是当地消耗当地产的煤,以减少运输过程的损失和增加成本,这也加速了我国长江以南酸雨区域的形成。此外，我国产石油和天然气含硫量一般比煤要低得多。而且它们的年消耗量为煤的消耗量的十分之一左右,因此，燃煤中的杂质硫将是我国目前酸雨的主要负责者。酸雨与建筑酸雨能使非金属建筑材料（混凝土、砂浆和灰砂砖）表面硬化水泥溶解，出现空洞和裂缝，导致强度降低，从而建筑物损坏。科学家曾收集许多被酸雨毁害的石灰石和大理石建筑材料,分析发现该样品的碳酸盐的颗粒中总是嵌入硫酸钙晶体,硫从哪里来?认定与酸雨有关。沙浆混凝土墙面经酸雨侵蚀后,出现白霜;经分析此种白霜就是石膏(硫酸钙)。重庆市1956年建成的重庆体育馆水泥栏杆,由于酸雨腐蚀,石子外露,深达1厘米之多,按时间估计,平均每年浸蚀0.4毫米,十分惊人。这种水泥栏柱石子外露现象,在路旁电线杆上也每每发生。除了影响材料强度之外,尚影响市容观瞻。雾都建筑的黑壳效应建筑材料变脏,变黑,影响城市市容质量和城市景观,被人们称之为“黑壳”效应。我国雾都重庆“黑壳”效应相当明显。天然大理石,俗称汉白玉,三年之后,经酸雨淋洗,完全变色;失去光泽的时间为3至8年。酸雨与文物酸雨能使文物面目皆非。碑林文字模糊；著名的杭州灵隐寺的“摩崖石刻”近年经酸雨侵蚀，佛像眼睛、鼻子、耳朵等剥蚀严重，面目皆非，修补后，古迹不“古”。碑林、石刻大都由石灰岩雕成，遇到酸雨立即起化学反应，酸碱中和，即被腐蚀。南方某地属于酸雨区,有一块五百年历史的大理石碑,50年前字迹尚清晰,现在已一片模糊,这说明此事与近40至50年间的酸雨现象有关。上海市嘉定城中明代万历年间古建金沙塔,在酸雨产生的水滴石穿的腐蚀作用下,表面层日益灰暗,更显颓废。酸雨尚可使油漆泛白，褪色。给古建筑和仿古建筑带来许多麻烦，缩短粉刷装修的时间周期。受酸雨淋的酚醛磁漆及醇醛磁漆,大约两个月开始变色,失去光泽,部分涂膜脱落锈蚀。嘉定名园秋霞圃,江龙潭,古建筑十年内粉刷油漆多次,不久又暗淡无光,使游人摇头而去。土壤酸化酸雨可导致土壤酸化。我国南方土壤本来多呈酸性，再经酸雨冲刷，加速了酸化过程；我国北方土壤呈碱性，对酸雨有较强缓冲能力，一时半时酸化不了。土壤中含有大量铝的氢氧化物，土壤酸化后，可加速土壤中含铝的原生和次生矿物风化而释放大量铝离子，形成植物可吸收的形态铝化合物。植物长期和过量的吸收铝，会中毒，甚至死亡。酸雨尚能加速土壤矿物质营养元素的流失；改变土壤结构，导致土壤贫脊化，影响植物正常发育；酸雨还能诱发植物病虫害，使作物减产。酸化土壤肥力减退、农业减产酸雨可使土壤微生物种群变化，细菌个体生长变小，生长繁殖速度降低，如分解有机质及其蛋白质的主要微生物类群牙孢杆菌，极毛杆菌和有关真菌数量降低，影响营养元素的良性循环，造成农业减产。特别是酸雨可降低土壤中氨化细菌和固氮细菌的数量，使土壤微生物的氨化作用和硝化作用能力下降，对农作物大为不利。科学家试验后估计我国南方七省大豆因酸雨受灾面积达2380万亩，减产达20万吨，减产幅度约6%，每年经济损失1400万元。火力发电厂周围的粮地稻、麦等禾本科作物叶面积小，蜡质层厚，可湿性差，对酸雨敏感性弱，但强酸雨仍将导致叶面扭曲，褐黄或褐红伤班，大麦减产。重庆电厂附近酸雨区域受害粮地4.1%。赤稻水稻生长期是翠绿色的,到了成熟期是黄色的,在加上诱人的稻米香味,稻香村成为田园特殊风光;如果变成赤色的,又如何?我们见过赤豆,红高粮,谁也没见过赤稻。怪事发生在重庆,1982年6月18日下了一场pH值为3.9的强酸雨,某乡上万亩水稻叶片迅速变成赤色,一场灾害产量损失80万斤。酸雨大棚实验也证明,强酸雨将导致叶面产生赤色伤斑。酸雨与森林衰退比较不同年代树木年轮，可知产生酸雨前后对林木生长的影响。在我国南方森林地区，50年前树木生长较为粗壮，近年来状况不佳。酸雨可造成叶面损伤和坏死，早落叶，林木生长不良，以致单株死亡。土壤肥力降低，产量下降，造成