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1、 第四章第四章 大气污染与防治大气污染与防治 第一节第一节 概概 述述一、大气的组成一、大气的组成 1、大气的概念：、大气的概念：是指围绕地球周围的混合物气体，通常称为大气圈或大气环境。2、大气的组成、大气的组成恒定组分：恒定组分：N2、O2、Ar 占总量的99.97%，还有其他惰性气体可变组分：可变组分：CO2、H2O不定组分：不定组分：由人类活动引起的突发灾害物质：SO2、NOX、H2S、粉尘（自然灾害、火山爆发、森林火灾、地震等）。干洁空气（恒定组分干洁空气（恒定组分+可变组分）的组成：可变组分）的组成：二、大气的结构二、大气的结构 大气圈：大气圈：厚度 1100 1400km，空气越往
2、上越稀薄。大气圈分层：大气圈分层：对流层、平流层、中间层、暖层、散逸层对流层、平流层、中间层、暖层、散逸层。1、对流层：、对流层：大气最下层，下界与地面相接，上界随纬度和季节而变。低纬：17 18km中纬：10 12km高纬：8 9km集中了整个大气圈集中了整个大气圈3/4的质的质量和几乎全部的水汽量和几乎全部的水汽对流层主要特征：对流层主要特征：（1）气温随海拔高度的增加而降低）气温随海拔高度的增加而降低 对流层从太阳直接得到的热量很少，主要靠地面反射，因此，大气温度是向上递减的，平均上升100m，气温下降0.65。（2）具有强烈的对流运动）具有强烈的对流运动 使高层、低层空气交换，近地面的
3、热量、水汽、杂质易于向上输送，因此大气污染也多发生在这一层。（3）天气现象复杂多变）天气现象复杂多变 雨、雪、寒潮、台风、雷暴 2、平流层、平流层 对流层顶 55km 对流层顶 30km：温度保持在-3（恒温层）（恒温层）对流层顶 30km，气温随高度升高而上升，形成逆温层逆温层 距地面 2225km：臭氧层臭氧层，阻挡紫外线 3、中间层、中间层 距地面5585km，气温随高度升高100m，降1。又称“上对流层上对流层”或“高空对流层高空对流层”80km高度上，大气分子白天开始电离，形成白天出现的电离层。电离层。D层层 4、暖层、暖层 距地85 800km 气温随高度的增高而增高，300km高
4、度上，气温可达1000 以上，形成电离层电离层 E层、层、F层层。5、散逸层、散逸层 暖层以上，气温极高，空气稀薄，大气粒子运动速度极快，常可以摆脱地球引力而散逸到太空中去。大大气气垂垂直直方方向向上上的的分分层层三、大气污染三、大气污染（一）概念：（一）概念：通常指由于人类活动人类活动（生产、生活）和自然过自然过程程（火山、森林火灾、海啸、岩石风化）引起某种物质、能量进入大气中，呈现足够的浓度，达到足够的时间，并因此而危害了人体的舒适、健康和福利或危害了环境的现象危害了人体的舒适、健康和福利或危害了环境的现象。或：大气中污染物质的浓度达到了有害程度，以致破坏生态系统和人类正常生存和发展条件，
5、对人和物造成危害的现象。（二）污染的分类（二）污染的分类 按污染的范围，可分为四类：1.局部地区局部地区大气污染：如工厂2.区域性区域性大气污染：如城市3.广域性广域性大气污染：工业带4.全球性全球性大气污染：整个大气层。如臭氧层破坏、温室效应 第二节第二节 大气污染源及主要污染物发生机制大气污染源及主要污染物发生机制一、大气污染源一、大气污染源 污染源：污染源：造成环境污染的发生源，一般指向环境排放有害物质或对环境产生有害影响的场所、设备和装置场所、设备和装置等。大气污染源：大气污染源：指向大气排放污染物质的发生源。固定污染源：发电厂、烟囱移动污染源：汽车、火车污染源分类：污染源分类：（一）
6、按污染物存在形式分类（一）按污染物存在形式分类（二）按污染物排放形式分类（二）按污染物排放形式分类点源点源：集中一点或可小的当作点的小范围排放污染物线源线源：沿线排放污染物面源面源：连成一片（三）按污染物排放空间分类（三）按污染物排放空间分类 高架源高架源：在距地面一定高度上排放污染物的污染源地面源地面源：在地面上排放污染物的污染源（四）按污染物排放时间分类（四）按污染物排放时间分类连续源连续源：连续排放污染物，例如发电厂间断源间断源：间断排放污染物，例如取暖锅炉瞬时源瞬时源：无规律地短时排放污染物，例如事故排放（五）按污染物发生类型分类（五）按污染物发生类型分类工业污染源工业污染源：工业废气
7、生活污染源生活污染源：生活（煤、液化气、煤气）农业污染源农业污染源：农业燃料燃烧、农药、氮肥、CH4交通污染源交通污染源：燃油放出CH4、CO、NXOX、Pb 我国大气污染源主要来自燃料燃烧：70%其次：工业生产：20%交通运输：10%二、大气污染物二、大气污染物 （一）一次污染物与二次污染物（一）一次污染物与二次污染物n 一次污染物：一次污染物：直接从污染源排放的污染物质，例如 SO2、NO、CO。n 二次污染物：二次污染物：指一次污染物在大气中相互作用或与大气正常组分作用，经化学或光化学反应生成的新的污染物。10m，降尘10m，可吸入颗粒“气溶胶”（1）粉尘：粒径）粉尘：粒径 1200m（
8、二）几种主要大气污染物（二）几种主要大气污染物1、颗粒污染物、颗粒污染物（2）烟和黑烟）烟和黑烟 烟：烟：指固体升华、液体蒸发、化学反应等过程生成的蒸汽在空气或气体中凝结成浮游粒子的气溶胶。1m 黑烟：黑烟：指固体或液体在燃烧时所产生的细小的粒子在大气中漂浮出现的气溶胶现象。0.051m（3）雾：）雾：由蒸汽状态凝结成液体的微粒悬浮在大气中所出现的现象（4）总悬浮颗粒（）总悬浮颗粒（TSP）：）：指大气中粒径小于100m的所有固体颗粒2、气态污染物、气态污染物（1）硫氧化物）硫氧化物：主要指SO2和SO3 H2S不稳定，可迅速氧化成SO3 煤燃烧放出SO2，转化成SO3（2）氮氧化物：）氮氧化
9、物：NO、NO2、N2O（大气正常组分，来自微生物分解）N2O3、N2O4，造成污染的主要为 NO、NO2（人为造成的）NO NO2 HNO3（3）碳氧化物：）碳氧化物：CO、CO2 CO：燃料的不完全燃烧、汽车尾气（占80%以上）CH4转化、海水CO释放（4）碳氢化和物）碳氢化和物：CXHY，又称烃类，分为甲烷烃甲烷烃和非甲烷非甲烷烃烃，CH4占大气中碳氢化合物的8085%甲烷烃：甲烷烃：主要源于厌氧细菌的发酵过程（沼泽、泥塘等）温室气体非甲烷烃：非甲烷烃：主要源于石油的不完全燃烧和石油类物质的蒸发（车辆等）光化学烟雾的主要成分（5）卤素化合物：）卤素化合物：F与HF，Cl与HCl为主要污染
10、物刺激性、毒性、腐蚀性 氟氯烃：破坏臭氧层 主要来源：工业生产中排放的 如：冶金工业排放HF、SiF4 （三）大气污染的类型（三）大气污染的类型 常规能源常规能源利用中排放的工业废气是引起大气污染的主要原因。按能源性质和污染物的种类可将大气污染划分为四种类型。1、煤烟型、煤烟型u主要由煤炭燃烧时排放的硫氧化物、烟尘、粉尘等造成的污染，以及这些污染物发生化学反应而生成的硫酸及其盐类所构成的气溶胶而形成的二次污染物。2、石油型、石油型u在石油开采、冶炼，石化企业生产，石油制品使用尤其是汽车使用中向大气排放的氮氧化物、碳氧化物、碳氢化合物等造成的污染，以及这些污染物经过光化学反应形成的光化学烟雾污染
11、等。3、混合型、混合型u大气污染物的排放具有煤烟型和石油型的综合特征，其污染源包括以煤碳为燃料的污染源，以石油为燃料或原料的污染源，汽车尾气排放源，以及从工厂企业排出各种化学物质的污染源。4、特殊型、特殊型u由工厂排放某些特殊的气态污染物所造成的局部或有限区域的污染，其污染特征由所排污染物决定。如核工业排放的放射性尘埃和废气，氯碱厂排放的含氯气体，以及生产磷肥的工厂排放的特殊含氟气体所造成的污染。三、污染物质在大气中的化学转化三、污染物质在大气中的化学转化 （一）硫化物在大气中的化学变化（一）硫化物在大气中的化学变化大气中的硫化物主要有：大气中的硫化物主要有：H2S、SO2、SO3、H2SO4
12、、（、（NH4）2SO4 2 H2S+3 O2=2 SO2+2 H2O SO2转化成：转化成：2 SO2+O2+2 H2O 2 H2SO4 SO2 1SO2 单重态 SO2 3SO2 三重态铁、锰催化剂h（290340nm）h（340400nm）吸收能量吸收能量 1SO2+M SO2+M 1SO2+M 3SO2+M 3SO2+O2 SO3+O（重要的光化学反应）（重要的光化学反应）1.H2S氧化氧化2.SO2催化氧化催化氧化3.SO2光化学氧化光化学氧化进一步与水结合：进一步与水结合：SO2+H2O H2SO3 H2SO3 2H+SO32-SO32-+O2 SO42-在含有氮氧化物和碳氢化合物
13、的空气中：在含有氮氧化物和碳氢化合物的空气中：与其他光反应产物（HO、HO2、O、O3、NO3、N2O5、RO2、RO）进一步反应：SO2 SO3进一步转化为硫酸盐气溶胶：进一步转化为硫酸盐气溶胶：SO3 +H2O H2SO4 H2SO4+H2O （H2SO4）m（H2O）n H2SO4+H2O+2NH3 (NH4)2SO4m(H2O)n (NH4)2SO4)m(H2O)n 气溶胶长大SO2、SO3、H2SO4、H2O4.硫酸和硫酸盐的生成硫酸和硫酸盐的生成（二）氮氧化物在大气中的化学变化（二）氮氧化物在大气中的化学变化 （1）主要的氮氧化物：）主要的氮氧化物：NO2、NO和和NH3 与水、氧
14、分子、金属 硝酸盐气溶胶（主要）（2）化学变化）化学变化 光照条件下，NO、NO2与CxHy等 光化学烟雾 A、硝酸盐气溶胶的生长（主要形式）：、硝酸盐气溶胶的生长（主要形式）：NOX NO3-、NO2-、NH4+NO3-+A A（NO3）X B、光化学烟雾的形成（特殊形式）、光化学烟雾的形成（特殊形式）a：二氧化氮、一氧化氮、臭氧在光照条件下发生化学循环反应 NO2+h NO+O（3P）O（3P）+O2+M O3+M O3+NO NO2+O2 b：上述反应，如有碳氢化合物，则生成醛、酮、过氧酰基硝酸酯类：n 氧原子与碳氢化合物反应生成烷基R和酰基RCO O+HC R+RCOn 臭氧分子与碳氢
15、化合物反应生成醛、酮、酰基：O3+HC RCO2+RCHO R2COn 酰类自由基与一氧化氮和氧反应生成过氧酰类游离基：RCO2+NO NO2+RCO RCO+O2 RCO3n 过氧化酰类游离基与二氧化氮反应生成过氧化酰硝酸酯，以过氧乙酰硝酸酯（PAN）为例，反应式为：O O CH3C +NO2 CH3C OO OONO2 （PAN）u这些反应在光照条件下连续发生，直到一次污染物全部反应完为止。（3）光化学烟雾形成的条件）光化学烟雾形成的条件 a、太阳辐射强，5 10 月，上午 9-10点下午2点。b、高温低湿，有逆温出现，无风或风力不大。n烃和NO的最大值发生在早晨交通繁忙时刻，属一次污染物
16、一次污染物。n随着太阳辐射的增强，NO2、醛、O3的浓度迅速增大，中午时刻已达到较高浓度，属二次污染二次污染物物。（三）酸雨的形成机制（三）酸雨的形成机制u什么是酸雨？什么是酸雨？酸雨是指pH值小于5.6的雨雪或其它形式的降水，是大气污染的一种表现。纯净的雨雪降落时，由于空气中有一定浓度的二氧化碳，一般为316l/L，溶于其中形成pH值5.6以上的弱酸性降水。20世纪从60年代开始，随着工业的发展和矿物燃料消耗的增多，世界上一些地区（如北欧南部和北美东部）降水的pH值降到5以下，而且范围不断扩大。u酸雨的成因酸雨的成因 是由于SO2、NOX和氯化物和氯化物等大气污染物进入大气后，经过一系列的光化学反应，催化反应而生成 H2SO4、HNO3和HCl 并随降水降落到地面形成酸雨。u酸雨的分布特征酸雨的分布特征 美国东北部和加拿大交界的五大湖区域，欧洲以芬兰为中心的西北欧地区，我国长江以南、青藏高原以东的华南西南地区是世界上酸雨集中分布的三大区域。国外酸雨中硫酸与硝酸之比约2:1，我国硫酸与硝酸比约10/1，所以我国酸雨的形成与国外不同的是SO2起着决定性的作用。（四）臭氧层破坏（四）臭氧层
