武汉理工大学环境保护概论选修课课件与习题作业3
第三章 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。,（1）、对流层 对流层是大气圈的最下层，是指从地表至离地1012km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80500km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04，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）、交通运输污染源 （四）、生活污染源,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）颗粒污染物 （二）含硫化合物 （三）氮氧化物 （四）碳氧化物 （五）光化学氧化剂,（一）、颗粒污染物,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PM10为最多，其中又以PM2.5危害最大，所以，PM2.5是所有大气污染物重危害最大的污染物，主要来自汽车尾气和工业排烟，也是城市大气污染防治的重点。,（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、 2.5um （ PM10 和PM2.5等可吸入颗粒物)。,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） 1952.12 4.46 3.8 4000多 1956 3.25 1.6 1000多 1957 2.40 1.8 400 1962.12 2.8 4.1 750,（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）。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、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(如：氮氧化物与碳氢化合物），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 ( 430nm)NO2*, NO2*NO+O O+O2+MO3+M O3+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34的人发生了红眼病。日本东京19 70年发生的光化学污染时期有20000人患了红眼病。1943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+hv2O(3P) O2+O+MO3+M 同时臭氧也会因光解而破坏。 O3hvO2+O 此外臭氧也能与O作用： O3+O2O2 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(320400nm)、 紫外线B(290320nm)、 紫外线C(190290nm)。 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CH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NO NO+O3NO2+O2 NO2+ONO+O2 总反应为：O+O32O2 平流层中NO的来源有N2O及超音速飞机排放的NOx.
