【教学课件】第3章大气环境化学.ppt

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1、第3章大气环境化学3.1大气环境化学概述3.2天然大气环境特征及化学组成3.3大气光化学反应3.4气溶胶化学3.5酸沉降化学3.6平流层化学3.7大气污染的控制化学2天然大气环境特征及化学组成大气温度层结大气温度层结 图图2-1 大气温度的垂直分布大气温度的垂直分布图图2-2 大气密度的垂直分布大气密度的垂直分布热层热层中间层顶中间层顶中间层中间层平流层顶平流层顶对流层顶对流层顶平流层平流层对流层对流层100806040200160200240280T(K)Z(km)0.8020481216Z(km)00.20.40.61.00 0/0s0s 大气温度层结大气温度层结 大气温度层结大气温度层结

2、 由于地球的旋转作用以由于地球的旋转作用以及距地面不同高度的各层次及距地面不同高度的各层次大气对太阳辐射吸收程度上大气对太阳辐射吸收程度上的差异，使得描述大气状态的差异，使得描述大气状态的温度、密度等气象要素在的温度、密度等气象要素在垂直方向上呈不均匀分布。垂直方向上呈不均匀分布。人人们们把把静静大大气气的的温温度度和和密密度度在在垂垂直直方方向向上上的的分分布布称称为为大大气气温温度度层层结结和和大大气气密密度度层结。层结。Stratification of the Atmosphere对流层对流层 Troposphere 高高度度为为1112米米；温温度度变变化化特特点点是是：通通常常0.

3、6K/100m；气气体体垂垂直直运运动动激激烈烈；含含有有大大气气全全部部质质量量的的3/4和和几几乎乎全全部水气，复杂的天气现象。部水气，复杂的天气现象。(15-56)平流层平流层Stratosphere高高度度为为1250 km；温温度度随随高高度度的的增增高高而而递递增增；垂垂直对流少，大气稳定。（直对流少，大气稳定。（-56 -2）135176 nm;240260 nmO3+hv O+O2200-300 nm,300-360 nm max=254 nm 小小 知知 识识decimeter(dm);centimeter(cm);millimeter(mm);micrometer(m)(测

4、微计、千分测微计、千分尺、微米尺、微米)；nanometer(nm);angstrom();liter(L);milliliter(mL);microlitre(L)大气温度层结大气温度层结 O+O2+M O3+MO2+hv O+Oangstrom n.埃（光埃（光谱线谱线波波长单长单位）位）大气温度层结大气温度层结 中间层中间层 Mesosphere高度为高度为4878 km；气温随高度的增加而降低；空气运动；气温随高度的增加而降低；空气运动激烈；激烈；(meso-)热层热层(电离层电离层)Thermosphere高度为高度为80800 km；温度随高度增加而迅速上升；温度随高度增加而迅速上

5、升；散逸层散逸层 Exosphere 空气非常稀薄空气非常稀薄 n.气气 中中间层间层n.气气 热层热层 n.气气 外逸层外逸层 大气温度层结大气温度层结 图图2-1 大气温度的垂直分布大气温度的垂直分布图图2-2 大气密度的垂直分布大气密度的垂直分布热层热层中间层顶中间层顶中间层中间层平流层顶平流层顶对流层顶对流层顶平流层平流层对流层对流层100806040200160200240280T(K)Z(km)0.8020481216Z(km)00.20.40.61.00 0/0s0s 大气温度层结大气温度层结 Figure.Major regions of the atmosphere(not

6、to scale).EarthSealevelStratosphereN2,O2 H2O,CO2 TroposphereMesosphereThermosphereO310-16 km50 km85 km500 km15-56-2-92 1200 O3+hv(220 nm-330 nm)O2+OO2+,NO+Incoming Solar radiationOO2O2+,O+,NO+1200 km,O=O2 High energy ultraviolet:330 nm,penetration to Eearths surface Ultraviolet:200-330200-330 nm,pen

7、etration to 50 km 一般按照停留时间把大气物质分为三类：1、准永久性气体N2、Ar、Ne、Kr、氙2、可变组分CO2、CH4、H2、N2O、O3、O23、强可变组分H2O、CO、NOx、NH3、SO2、HC、颗粒物、H2S大气组成的分类大气组成的分类大气中的的自由基大气中的的自由基大气中的的自由基大气中的的自由基自由基在清自由基在清自由基在清自由基在清洁洁的大气中的的大气中的的大气中的的大气中的浓浓度度度度仅为仅为1/101/101/101/1012121212左右，左右，左右，左右，但但但但对对对对流流流流层层光化学反光化学反光化学反光化学反应应有很重要的作用。自由基有很重要

8、的作用。自由基有很重要的作用。自由基有很重要的作用。自由基的外的外的外的外层电层电子子子子层层有不成有不成有不成有不成对电对电子，子，子，子，倾倾向得到一个向得到一个向得到一个向得到一个电电子子子子达到达到达到达到稳稳定定定定结结构，因此具有极构，因此具有极构，因此具有极构，因此具有极强强的化学活性。的化学活性。的化学活性。的化学活性。大气中存在的重要自由基包括：大气中存在的重要自由基包括：H H、HOHO、HOHO2 2、RR、RORO、RORO22、HCOHCO、RCORCO等氢氧自由基（氧自由基（OH）的来源）的来源O3+hv(320nm)O(1D)+O2O(1D)+H2O2OHHONO

9、+hv(400nm)OH+NOH2O2hv(360nm)OH+OH过氧氧氢氧自由基（氧自由基（HO2）的来源）的来源HCHO+hv(10m，降尘10m，飘尘2.2.气溶胶的分气溶胶的分类类气溶胶气溶胶(来源来源)l l天然源天然源l l人人为为源源气溶胶气溶胶(形成机制形成机制)l l一次一次颗颗粒物粒物l l二次二次颗颗粒物粒物气溶胶（颗粒物成因）分散性气溶胶固态或液态物质经粉碎、喷射，形成微小粒子，分散在大气中形成的气溶胶凝聚性气溶胶由气体或蒸汽(其中包括固态物升华而成的蒸汽)遇冷凝聚成液态或固态微粒，而形成的气溶胶气溶胶（物理状态）固态气溶胶烟和尘液态气溶胶雾固液混合态气溶胶烟雾(smo

10、g)气溶胶（粒径）总悬浮颗粒物(totalsuspendedparticulates,TSP)，用标准大容量颗粒采样器(流量在1.11.7m3/min)在滤膜上所收集到的颗粒物的总质量飘尘可在大气中长期飘浮的悬浮物称为飘尘，其粒径小于10m的微粒降尘粒径大于10m，由于自身的重力作用会很快沉降下来的微粒可吸入粒子(inhalableparticles或IP)，易于通过呼吸过程而进入呼吸道的粒子IP为粒径DP10m的粒子DP的 定 义 为 与 所 研 究 粒 子 有 相 同 终 端 降 落 速 率 的,密度为1的球体直径二二.颗颗粒物的粒径分布粒物的粒径分布气溶胶粒径分布是指所含气溶胶粒径分布是

11、指所含颗颗粒物的粒物的浓浓度按粒子度按粒子大小的分布情况。由于大小的分布情况。由于颗颗粒物形状的不粒物形状的不规则规则性，性，粒径的表示有空气粒径的表示有空气动动力学直径（力学直径（D DP P的定的定义为义为与与所研究粒子有相同所研究粒子有相同终终端降落速率的端降落速率的,密度密度为为1 1的的球体直径）或斯托克斯直径（系指一球体直径）或斯托克斯直径（系指一颗颗粒子与粒子与另一球形另一球形颗颗粒物具有相同平均密度及沉降速率粒物具有相同平均密度及沉降速率的直径）。的直径）。近年来，近年来，对对气溶胶的粒径分布与其来源和形成气溶胶的粒径分布与其来源和形成过过程的关系方面开展了不少研究。程的关系方

12、面开展了不少研究。WhitbyWhitby概括概括提出了气溶胶粒子的三模提出了气溶胶粒子的三模态态模型并解模型并解释释了气溶了气溶胶的来源和胶的来源和归归宿。宿。按照按照这这个模型，气溶胶粒子可以表示个模型，气溶胶粒子可以表示为为三种模三种模结结构：构：粒径小于粒径小于0.050.05mm的粒子称的粒子称为爱为爱根核模根核模粒径粒径0.05m0.05mDDP P22mm的粒子称的粒子称为积为积聚模聚模粒径大于粒径大于2m2m的粒子称的粒子称为为粗粒子模粗粒子模图图中中还还表示出三种大气气溶胶的表面表示出三种大气气溶胶的表面积积按粒径按粒径的分布及各个模的分布及各个模态态粒子的主要来源和去除机制

13、粒子的主要来源和去除机制气溶胶的粒径分布及来源和汇(引自WhitbyandCantrell,1976)气溶胶的源与汇1.气溶胶粒子源天然源人为源2.2.气溶胶的气溶胶的汇汇气溶胶的去除与粒子的粒径、化学气溶胶的去除与粒子的粒径、化学组组成以及气成以及气象条件有关。象条件有关。气溶胶粒子的迁移率随着粒径的增大而迅速减气溶胶粒子的迁移率随着粒径的增大而迅速减小，所以主要是粒径小于小，所以主要是粒径小于0.20.2mm的粒子的粒子发发生凝生凝聚聚现现象，即因碰撞而合并成象，即因碰撞而合并成较较大的粒子，然后大的粒子，然后通通过过干沉降（重力沉降或与地面碰撞后沉降）干沉降（重力沉降或与地面碰撞后沉降）

14、和湿沉降（雨除和冲刷）清除和湿沉降（雨除和冲刷）清除气溶胶粒子的化学气溶胶粒子的化学组组成成1 1、气溶胶粒子中的无机、气溶胶粒子中的无机颗颗粒物粒物(1)(1)硫酸及硫酸硫酸及硫酸盐盐气溶胶粒子气溶胶粒子(2)(2)硝酸及硝酸硝酸及硝酸盐盐气溶胶粒子气溶胶粒子(3)(3)颗颗粒粒态态碳碳,如烟怠、炭黑和石墨如烟怠、炭黑和石墨(4)(4)有毒无机有毒无机颗颗粒，如石棉、汞、粒，如石棉、汞、铅铅等等 2、气溶胶粒子中的有机物气溶胶粒子中的有机物(particulatesorganicmartterPOM)，其粒径一般在0.110m之间，其中大部分是2m以下的细粒子气溶胶粒子中有机物的种类很多，其

15、中烃类烷烃、烯烃、芳香烃和多环芳烃等是主要成分，还含有亚硝胺、氮杂环化合物、环酮、醌类、酚类和酸类等。其浓度从ng/m3到mg/m3的量级，且因地而异多环芳烃（PAHs）两个或两个以上苯环以稠环形式相连的化合物。它是石油、煤炭等化石燃料及木材烟草等有机物在不完全燃烧过程中产生的;火山爆发等也会产生PAHs空气中PAHs以气态、颗粒态形式存在PAHs的致癌和(或)诱变性；环境中存在PAHs对人体健康有很大的影响 PAHs的基本性质PAHsNAPHACENFLUORPHENFLUR 中文名称 分子量 结构式 萘 128 0/+苊 152 0/+芴 166 0/+菲 178 0/+AN 蒽 178

16、+荧蒽 202 0/+两个或两个以上苯两个或两个以上苯环以稠以稠环形式相形式相连PAHs 中文名称 分子量 结构式 PY 芘 202 BaA 苯并(a)蒽 228 +CHRY 屈 228 0/+BeP 苯并(e)芘 252 0 BkF 苯并(k)荧蒽 252 0/+BaP 苯并(a)芘 252 +注：0 为无致癌性，0/+为怀疑具致癌性，+为具致癌性，+为强致癌性3、气溶胶粒子中的微量元素气溶胶粒子中的元素达70余种，其中Cl、Br和I主要以气体形式存在于大气中，它们在气溶胶粒子中分别占总量的2%、3.5%和17.0%Cl-主要分布在粗模范围，地壳元素如Si、Fe、Al、Sc、Na、Ca、Mg

17、和Ti一般以氧化物的形式存在于粗模中；Zn、Cd、Ni、Cu、Pb和S等元素则大部分存在于细粒子中气溶胶的形成机制气溶胶的形成机制n n均相成核或非均相成核均相成核或非均相成核,形成形成细细粒子分散在空粒子分散在空气中气中n n在在细细粒子表面粒子表面,经过经过多相气体反多相气体反应应,使粒子使粒子长长大大n n由布朗凝聚和湍流凝聚由布朗凝聚和湍流凝聚,粒子粒子继续长继续长大大n n通通过过干沉降（重力沉降或与地面碰撞后沉降）干沉降（重力沉降或与地面碰撞后沉降）和湿沉降（雨除和冲刷）清除和湿沉降（雨除和冲刷）清除颗粒物的环境健康效应 气溶胶的气候效应全球气温、能见度 气溶胶的健康效应呼吸道疾病

18、PM2.5在PMl0的质量中占30-70%，细颗粒具有更大的环境活性，对人体健康危害更大现现在普遍在普遍认为认为,粒径小于粒径小于2.52.5的的细细粒子粒子对对人体健康人体健康的危害最大，的危害最大，许许多多发发达国家开始达国家开始对细对细粒子制定粒子制定大气大气质质量量标标准并准并进进行控制。我国的空气了行控制。我国的空气了质质量量标标准以前只限制气溶胶粒子准以前只限制气溶胶粒子总总量（量（TSPTSP），），现现在在也开始重也开始重视细视细粒子的粒子的问题问题，开始制定，开始制定PM10PM10的控的控制指制指标标，而，而PM2.5PM2.5也在考也在考虑虑之中之中三、在颗粒物表面上的氧

19、化2SO2+2H2O+O22H2SO4综上所述，大气中SO2的氧化有多种途径，其主要途径是均相气相氧化和液相氧化。催化剂酸沉降（AcidDeposition）大气中的酸通过降水，如雨、雾、雪等迁移到地表，或在含酸气团气流的作用下直接迁移到地表湿沉降（WetDeposition）酸雨干沉降（DryDeposition）3.5酸沉降一、酸雨的研究概况pH值小于5.6的雨雪或其他形式的大气降水1761-1767年，Marggraf测定雨和雪等降水的化学组成1872年，Smith首次提出酸雨的概念并讨论煤燃烧、降水量和降水频率的影响20世纪50年代，欧洲发现降水酸性增强酸雨问题受到普遍重视 美国15个

20、州，降水的pH平均值在4.8以下最严重的降水pH为1.5 1971年日本首次报导酸雨酸雨是跨越国界的公害之一我国酸雨概况 20世纪70年代末，开始研究酸雨主要分布在秦岭淮河以南严重的地区：西南、华东和东南沿海酸雨区占国土面积的30%主要致酸物质:硫酸、硝酸、有机酸酸雨的前体物：SO2、NOx、有机物2002年全国酸雨区域分布示意图2007年浙江省环境状况公报年浙江省环境状况公报喜忧参半喜忧参半n n全省酸雨污染仍较严重全省酸雨污染仍较严重全省酸雨污染仍较严重全省酸雨污染仍较严重n n全省酸雨污染仍较严重，省控测站降水全省酸雨污染仍较严重，省控测站降水全省酸雨污染仍较严重，省控测站降水全省酸雨污

21、染仍较严重，省控测站降水PHPH年均值年均值年均值年均值都在都在都在都在5.605.60以下，全省平均为以下，全省平均为以下，全省平均为以下，全省平均为4.324.32，比上年上升，比上年上升，比上年上升，比上年上升0.020.02；平；平；平；平均酸雨率为均酸雨率为均酸雨率为均酸雨率为92.6%92.6%，比上年上升了，比上年上升了，比上年上升了，比上年上升了1.01.0个百分点。个百分点。个百分点。个百分点。3232个个个个省控城市中有省控城市中有省控城市中有省控城市中有2727个为重酸雨区，较上年增加两个；其个为重酸雨区，较上年增加两个；其个为重酸雨区，较上年增加两个；其个为重酸雨区，较

22、上年增加两个；其余余余余5 5个为中酸雨区。个为中酸雨区。个为中酸雨区。个为中酸雨区。n n全省城市环境空气质量总体良好，全省城市环境空气质量总体良好，全省城市环境空气质量总体良好，全省城市环境空气质量总体良好，78%78%的省控城的省控城的省控城的省控城市达到国家二级标准，对城市空气质量影响最大的仍市达到国家二级标准，对城市空气质量影响最大的仍市达到国家二级标准，对城市空气质量影响最大的仍市达到国家二级标准，对城市空气质量影响最大的仍为可吸入颗粒物，其次是二氧化硫和二氧化氮。各项为可吸入颗粒物，其次是二氧化硫和二氧化氮。各项为可吸入颗粒物，其次是二氧化硫和二氧化氮。各项为可吸入颗粒物，其次是

23、二氧化硫和二氧化氮。各项污染指标与上年相比，二氧化硫年日均值略有上升，污染指标与上年相比，二氧化硫年日均值略有上升，污染指标与上年相比，二氧化硫年日均值略有上升，污染指标与上年相比，二氧化硫年日均值略有上升，二氧化氮和可吸入颗粒物略有下降。二氧化氮和可吸入颗粒物略有下降。二氧化氮和可吸入颗粒物略有下降。二氧化氮和可吸入颗粒物略有下降。n n其中，城市日空气质量一项指标中，其中，城市日空气质量一项指标中，其中，城市日空气质量一项指标中，其中，城市日空气质量一项指标中，1111个设区市个设区市个设区市个设区市全年的全年的全年的全年的I-III-II级空气质量天数均达到级空气质量天数均达到级空气质量

24、天数均达到级空气质量天数均达到84%84%以上，其中宁波、以上，其中宁波、以上，其中宁波、以上，其中宁波、温州、湖州、衢州、舟山、台州和丽水市达到温州、湖州、衢州、舟山、台州和丽水市达到温州、湖州、衢州、舟山、台州和丽水市达到温州、湖州、衢州、舟山、台州和丽水市达到90%90%以以以以上。上。上。上。浙江酸雨现状 基本被酸雨覆盖，酸雨率已达83.7%降水pH（酸度）年均值都在5.6以下96.9%的地区pH5.0临安、开化、安吉等地pH4.5主要酸性污染物SO42-NO3-的影响正在逐年加重二、降水的化学性质1、降水的化学组成（1）降水组成 大气固定气体成分O2，N2，CO2，H2及惰性气体 无

25、机物：土壤矿物离子、海洋盐类离子、大气转化产物、人类排放物 有机物：如有机酸（甲酸、乙酸）、醛类、烯烃、PAHs等 光化学反应产物:H2O2、O3和PAN等 不溶物：土壤粒子和燃烧排放烟尘中的不溶物重要离子：SO42-，NO3-，Cl-，NH4+，Ca2+，H+SO42-：1-20mg/L美国东北部降水：H2SO4、HNO3、HCl所占比例分别为60%、30%和5%我国酸雨为硫酸型，SO42-含量是NO3-的3-10倍（2）降水中的离子成分及平衡降水中的主要离子阴离子SO42-、NO3-、Cl-、HCO3-阳离子H+、NH4+、Ca2+、K+、Mg2+、Na+雨水呈电中性，阴阳离子基本平衡H+

26、NH4+Na+K+Ca2+Mg2+=SO42-+NO3-+Cl-+HCO3-（阴离子）当代表酸性物质的阴离子总量大于代表碱性物质的阳离子总量时，降水的H+含量增高，pH值降低，形成酸雨雨水酸度与酸碱成分(g/mL)地点pHSO42-NO3-Ca2+NH4+重庆4.1213.291.391.531.21北京6.713.113.123.682.54瑞典4.33.41.90.280.56美国3.926.02.40.300.202、降水的pH及酸雨的定义 降水的天然酸度为pH5.6CO2(g)+H2OCO2H2OCO2H2OH+HCO3-HCO3-H+CO32-HK1K2按电中性原理得：H+=OH-+

27、HCO3-+CO32-=Kw/H+K1HPco2/H+2K1K2HPco2/H+2式中:Kw为水的离子积，PCO2为CO2在大气中的分压K1、K2分别为CO2H2O的一级和二级电离常数计算可得洁净雨水的pH为5.6对pH5.6能否作为酸性降水界限的异议 高清洁大气中，除CO2外还存在着各种酸、碱性气态和气溶胶物质，降水酸度是其中各种酸、碱性物质综合作用的结果，其pH不一定正好是5.6作为对降水pH值有决定影响的强酸，尤其是硫酸和硝酸，并不都来自人为源 降水pH5.6的地区并不都意味着没有人为污染，有的地区空气中酸性物质污染严重，但碱性尘粒或其他碱性物质如NH3含量高，降水冲刷的结果使pH值大于

28、5.6（如北京等地）H+浓度不是一个守恒量，它不能表示降水受污染的程度。同一酸度的降水，其中的SO42-、NO3-等含量可以相差很大在偏远地区（如林区,有些树木排放有机酸），降水pH低不一定表示污染严重（临安等地）城市附近的降水，有时pH并不低，降水实际上已受到了污染 降水pH与其中的酸、碱离子平衡有关合适的pH(5.0)世界某些降水背景点的pH值地点样品数pH 平均值中国丽江2805.00Amsterdan(印度洋)264.92Porkflot(阿拉斯加)164.94Katherine(澳大利亚)404.78Sancarlos(委内瑞拉)144.81St.Georges(大西洋白慕群岛)67

29、4.79绍兴酸雨的成因 空气中酸雨前体物SO2、NOx浓度较高 高温、高湿等气象条件有利于SO2、NOx的转化 土壤粒子呈酸性，大气中碱性物质少三、酸雨的形成（降水酸化的过程）酸雨的形成涉及一系列复杂的物理、化学过程，包括污染物的远程输送过程、成云成雨过程以及在这些过程中发生的气相、液相和固相等均相或非均相化学反应等1、大气中酸性物质的形成 主要致酸物质：H2SO4、HNO3，有机酸 气相路径和液相路径(1)SO2和NOx在气相中氧化成H2SO4和HNO3，以气溶胶或气体的形式进入液相(2)SO2和NOx溶入液相后，在液相中被氧化成SO42-和NO3-(3)SO2和NOx在气液界面发生化学反应

30、转化为SO42-和NO3-SO2和NOx的气相转化(OH自由基反应)SO2+OHH2SO4(1)NO2+OHHNO3(2)在大气环境中反应(1)产生的H2SO4占气相反应产生的H2SO4总量的98%以上反应(2)是气相产生HNO3最主要的反应，它比反应(1)约快10倍多步H2O2+HSO3-SO42-+H+H2OO3+HSO3-H+SO42-2NO2+HSO3-2NO3-+3H+SO42-pH5时，H2O2氧化S()是最有效的途径pH5时，O3氧化S()比H2O2快10倍Fe3+和Mn2+催化O2氧化S()在高pH下比较重要H2OSO2和NOx的液相氧化溶于水中的SO2和NOx可被大气中的H2

31、O2、O3及OH、HO2等氧化成SO42-和NO3-NOx可被OH、H2O2、O3等氧化成NO3-OH+NOHONOOH+NO2NO3-+H+H2O2+HONONO3-+H+H2OO3+NO2-NO3-+O2后两个反应与pH有很大关系大气中有机酸的形成乙酸CH3CHO+HO2CH3CO2+H2OCH3CHO+OHCH3CO+H2OCH3CHO+hvCH3O2+HO2+COCH3CO+O2CH3CO3CH3CO3+CH3O2 CH3COOH+HCHO+O2O2甲酸CH2=CH2+OHHOC2H4O2+C2H3HOC2H4O2HCOOHC2H3HCOOHCH2=CH2+O3CH2OO*CH2OO*

32、HCOOH多步多步M2、降水的酸化过程云内清除或雨除(in-cloudscavengingorrainout)在云内，云滴相互碰并或与气溶胶粒子碰并，同时吸收大气中的气体污染物，在云内部发生化学反应云下清除或冲刷(below-cloudscavengingorwashout)在雨滴下落过程中，雨滴冲刷着所经过空气中的气体和气溶胶，雨滴内部也会发生化学反应酸雨的形成过程(a)由源排放的气态SO2、NOx经气相反应生成H2SO4、HNO3或硫酸盐、硝酸盐气溶胶(b)云形成时，含SO42-和NO3-的气溶胶粒子以凝结核的形式进入降水(c)云滴吸收了SO2、NOx气体，在水相氧化形成SO42-、NO3

33、-(d)云滴成为雨滴，降落时清除了含有SO42-、NO3-的气溶胶(e)雨滴下降时吸收SO2、NOx，再在水相中转化成SO42-、NO3-途径(b)、(c)为雨除（云内清除过程），(d)、(e)为冲刷(云下清除过程)在雨除和冲刷过程中同时进行着SO2、NOx的吸收及其液相氧化；H2O2、O3及OH、HO2对SO2、NOx液相氧化起重要作用大气中的其他气态物质和NH3、H2O2、O3和碳氢化合物等也会被清除进入降水，其中的一些物质(如碳氢化合物)可发生氧化转化，从而对降水起酸化作用因此，酸雨的形成是酸化的化学过程与清除的物理过程交织在一起的四、酸雨的危害 酸雨降落到地面后得不到中和，可使土壤、湖

34、泊、河流酸化，危害水生生态系统与陆地生态系统。对土壤生态的危害使土壤酸化，(抑制有机物的分解和氮的固定，淋洗钙、镁、钾等营养元素，使土壤贫瘠化),并危害植物根系和茎叶。对水生生态的危害水体酸化可能改变水生生态系统，同时严重影响鱼类的繁殖和发育.酸雨还使土壤中的铝、汞等十分有害的金属离子游离出来。这不仅对陆地植物，而且对水生的动植物都是十分有害的。欧洲和北美几千个湖泊鱼类灭绝成为死湖，这是一个重要原因。l对对植物的危害植物的危害只要水的只要水的pHpH值值低到低到3 3以下，水稻、松以下，水稻、松树树、向日、向日葵等叶子表面就会出葵等叶子表面就会出现现坏死斑点；坏死斑点；显显微微镜镜下下观观察叶

35、子表面的毛孔和气孔都受到察叶子表面的毛孔和气孔都受到损损害，害，严严重影重影响光合作用。响光合作用。对对材料和古迹的影响材料和古迹的影响对对人体健康的影响人体健康的影响酸雨可造成很大的酸雨可造成很大的经济损经济损失失中国酸雨区面积占国土面积的30%，61.8%的南方城市出现酸雨，宜宾、怀化、绍绍兴兴、遵义、宁波、温州等南方城市酸雨频率超过90%。中国环境科学研究院、清华大学的研究结果表明，酸雨污染给中国造成的的损损失失每年超过人民币1100亿元.目前世界上减少二氧化硫排放量的主要措施有：目前世界上减少二氧化硫排放量的主要措施有：1 1、原煤脱硫技、原煤脱硫技术术，可以除去燃煤中大，可以除去燃煤

36、中大约约4040一一6060的的无机硫。无机硫。2 2、优优先使用低硫燃料，如含硫先使用低硫燃料，如含硫较较低的低硫煤和天然气低的低硫煤和天然气等。等。3 3、改、改进进燃煤技燃煤技术术，减少燃煤，减少燃煤过过程中二氧化硫和氮氧化程中二氧化硫和氮氧化物的排放量。例如，液物的排放量。例如，液态态化燃煤技化燃煤技术术是受到各国是受到各国欢欢迎迎的新技的新技术术之一。它主要是利用加之一。它主要是利用加进进石灰石和白云石，石灰石和白云石，与二氧化硫与二氧化硫发发生反生反应应，生成硫酸，生成硫酸钙钙随灰渣排出。随灰渣排出。4 4、对对煤燃煤燃烧烧后形成的烟气在排放到大气中之前后形成的烟气在排放到大气中之

37、前进进行烟行烟气脱硫。目前主要用石灰法，可以除去烟气中气脱硫。目前主要用石灰法，可以除去烟气中8585一一9090的二氧化硫气体。不的二氧化硫气体。不过过，脱硫效果，脱硫效果虽虽好但十分好但十分费费钱钱。例如，在火力。例如，在火力发电发电厂安装烟气脱硫装置的厂安装烟气脱硫装置的费费用，用，要达要达电电厂厂总总投投资资的的2525之多。之多。这这也是治理酸雨的主要也是治理酸雨的主要困困难难之一。之一。五、酸雨研究及污染控制中有关问题1、酸雨的监测准确测定降水的pH？(传统方法和单柱离子排斥-阳离子交换色谱法)(互动内容)2、酸雨的控制 酸雨前体物SO2、NOx的污染源及贡献率局地源及外源输入（远

38、距离输入）合适的pH（如5.0or5.6?）SO2、NOx的控制技术及相关的环境政策一一.平流平流层层臭氧臭氧离地面约1535km范围内，有厚约20km的臭氧层对流层平流层20KmO3紫外线氟里昂平流层臭氧二二.平流平流层层臭氧的形成和破坏臭氧的形成和破坏1.1.平流平流层层臭氧化学臭氧化学在大气中，每天大在大气中，每天大约约有有3.5103.5108 8KgOKgO3 3被生成和被生成和破坏。破坏。OO2 2hvhv（240nm240nm）2O2O OOO O2 2MOMO3 3OO3 3hvhv（325nm325nm）OO2 2 O OO OO O3 32O2O2 2太阳光太阳光驱动驱动臭

39、氧的生成和去除，但是参与的波臭氧的生成和去除，但是参与的波段不同。段不同。这这些吸收和后些吸收和后续续的反的反应应使得地面不受使得地面不受200nm200nm、230320nm230320nm两个高能紫外两个高能紫外线线的的辐辐射。射。同同时时光子的能量被光子的能量被转转化化为热为热能，能，这这就可以解就可以解释释为为何在中平流何在中平流层层温度相温度相对较对较高，是因中平流高，是因中平流层层的臭氧生成和破坏反的臭氧生成和破坏反应应最最为为活活跃跃。还存在未被发现的天然去除机制破坏平流层臭氧。这些去除机制被认为是催化过程，每一个都是自由基链反应循环。一般表达式为：XO2XOOXOOXO2OO3

40、2O2现现已已发现发现四种催化循四种催化循环环，都涉及到催化，都涉及到催化剂剂XX，一种奇，一种奇电电子物种。子物种。XX可以是可以是氯氯原原子（子（ClCl）、一氧化氮（）、一氧化氮（NONO）、）、羟羟基自由基基自由基（OHOH）、或）、或氢氢原子（原子（H H）2.2.臭氧耗臭氧耗损损的后果的后果紫外紫外线线分分为为UV-AUV-A（400320nm400320nm）UV-BUV-B（320290nm320290nm）UV-CUV-C（290nm290nm）臭氧臭氧层层中臭氧含量的减少等于在屋中臭氧含量的减少等于在屋顶顶上开了天上开了天窗，窗，导导致太阳致太阳对对地球紫外地球紫外线辐线辐

41、射增射增强强。大量紫。大量紫外光照射外光照射进进来，来，严严重重损损害害动动植物的基本植物的基本结结构，构，降低生物降低生物产产量，使气候和生量，使气候和生态环态环境境发发生生变变异，异，特特别对别对人人类类健康造成重大健康造成重大损损害。害。三三.臭氧臭氧层层耗耗损损物物质质氯氯氟氟烃类烃类化合物化合物氯氯氟氟烃烃化合物（化合物（CFCsCFCs），氟里昂是它的商品名称。它不），氟里昂是它的商品名称。它不易燃易燃烧烧，不具腐，不具腐蚀蚀性，无毒，性能性，无毒，性能稳稳定，价格便宜，定，价格便宜，作作为为一种工一种工业业用化学物用化学物质质，被广泛使用在各种冷，被广泛使用在各种冷冻冻空空调调的

42、冷媒、的冷媒、电电子和光学元件的清洗溶子和光学元件的清洗溶剂剂、化、化妆妆品等品等喷喷雾剂雾剂，以及泡沫塑料，以及泡沫塑料PUPU、PSPS、PEPE的的发发泡泡剂剂等等。从等等。从2020世世纪纪的的3030年代初到年代初到9090年代的五六十年中，人年代的五六十年中，人类总类总共生共生产产了了15001500万吨万吨氯氯氟氟烃烃。哈哈龙类龙类化合物化合物其他化合物其他化合物 四四.保保护护臭氧臭氧层层国国际际公公约约19871987年年9 9月月1616日在加拿大蒙特利日在加拿大蒙特利尔尔会会议议上，通上，通过过了了关于消耗臭氧关于消耗臭氧层层物物质质的蒙特利的蒙特利尔议尔议定定书书。为为

43、了了实实施施议议定定书书的的规规定，定，19901990年年6 6月在月在伦伦敦召开的敦召开的议议定定书缔约书缔约国第二次会国第二次会议议上，决定上，决定设设立多立多边边基金，基金，对发对发展中国家展中国家淘汰有关物淘汰有关物质质提供提供资资金援助和技金援助和技术术支持。支持。19911991年建立年建立了了临时临时多多边边基金，基金，19941994年年转为转为正式多正式多边边基金。到基金。到19951995年底，多年底，多边边基金共集基金共集资资4.54.5亿亿美元，在美元，在发发展中国家共安展中国家共安排了排了11001100多个多个项项目。目。五五.替代化合物替代化合物在在现现代代经济

44、经济中，氟里昂等物中，氟里昂等物质应质应用非常广泛，用非常广泛，要全面淘汰，必要全面淘汰，必须须首先找到氟里昂等的替代物首先找到氟里昂等的替代物质质和替代技和替代技术术。在特殊情况下需要使用，也。在特殊情况下需要使用，也应应努力回收，尽可能重新利用。努力回收，尽可能重新利用。目前，世界上一些氟里昂的主要生目前，世界上一些氟里昂的主要生产产厂家参与厂家参与开开发发研究了替代氟里昂的含氟替代物（含研究了替代氟里昂的含氟替代物（含氢氯氢氯氟氟烃烃HCFCHCFC和含和含氢氢氟氟烷烃烷烃HCFHCF等）及其合成方等）及其合成方法，有可能用作法，有可能用作发发泡泡剂剂、制冷、制冷剂剂和清洗溶和清洗溶剂剂

45、等，等，但但这类这类替代物也替代物也损损害臭氧害臭氧层层或或产产生温室效生温室效应应。同同时时，也在开，也在开发发研究非氟里昂研究非氟里昂类类型的替代物型的替代物质质和方法，如水清洗技和方法，如水清洗技术术、氨制冷技、氨制冷技术术等。等。地球的能量平衡温室效应(Greenhouseeffects)地球表面能量返回大气由三种能量地球表面能量返回大气由三种能量传输传输机制来机制来完成完成:传导传导-通通过过相相邻邻分子的相互碰撞作用来完分子的相互碰撞作用来完成。成。对对流流-是当空气是当空气团团移移动动越越过过一个地区一个地区时时陡然陡然的空气的空气变变化。化。辐辐射射-地球受地球受热热后，能量后

46、，能量辐辐射比太阳光到达射比太阳光到达地面地面辐辐射更射更长长波波长长的的长长波波辐辐射，把能量射，把能量带带离地离地球表面，以球表面，以维维持地球持地球热热量平衡量平衡二二.温室效温室效应应太阳光被地表吸收，受太阳光被地表吸收，受热热地球表面以更地球表面以更长长的波的波长长（红红外波段）再外波段）再辐辐射返回太空。在返回射返回太空。在返回过过程程中，一些中，一些辐辐射被大气中的温室气体吸收，被温射被大气中的温室气体吸收，被温室气体吸收的能量向四面八方再室气体吸收的能量向四面八方再发发射，其中向射，其中向下的能量返回地面，使地表增温。下的能量返回地面，使地表增温。三三.全球全球变变暖暖在在过过

47、去的一个世去的一个世纪纪里，全球表面平均温度上升里，全球表面平均温度上升了了0.30.3至至0.60.6摄摄氏度，海平面上升了氏度，海平面上升了1010至至2525厘米。厘米。目前地球大气中的二氧化碳目前地球大气中的二氧化碳浓浓度已由工度已由工业业革命革命（17501750年）之前的年）之前的280ppm280ppm增加到了近增加到了近360ppm360ppm。19961996年政府年政府间间气候气候变变化小化小组发组发表的表的评评估估报报告表告表明：如果世界能源消明：如果世界能源消费费的格局不的格局不发发生根本性生根本性变变化，到化，到2121世世纪纪中叶，大气中的二氧化碳中叶，大气中的二氧

48、化碳浓浓度将度将达到达到560ppm560ppm，全球平均温度可能上升，全球平均温度可能上升1.51.5至至4 4摄摄氏度。氏度。中国气候出中国气候出中国气候出中国气候出现变现变暖暖暖暖趋势趋势近近4040年来中国的气候存在着年来中国的气候存在着变变暖的暖的总趋势总趋势，8080年代的年均气温年代的年均气温值值比前比前3030年的平均气温年的平均气温值值高高0.210.21摄摄氏度。氏度。气温增高增大了地表水的蒸气温增高增大了地表水的蒸发发量，从而加量，从而加重了中国重了中国华华北和西北地区的干旱、土地沙化、北和西北地区的干旱、土地沙化、碱化以及草原退化，使得近年来，春季北方沙碱化以及草原退化

49、，使得近年来，春季北方沙尘尘天气异常天气异常频频繁。繁。气候气候变变暖暖对对中国西北、中国西北、华华北、北、东东北、西南、北、西南、华华中中的夏季气候造成影响，使的夏季气候造成影响，使农业农业病虫害病虫害频频繁繁产产生。生。20002000年中国遭受了罕年中国遭受了罕见见的全国性干旱，而且干旱高温致使的全国性干旱，而且干旱高温致使北方部分省市北方部分省市发发生大面生大面积严积严重的蝗虫灾。重的蝗虫灾。全球气候全球气候变变暖造成的海平面上升暖造成的海平面上升对对三角洲地三角洲地带带和和平原沿岸危害最大，而平原沿岸危害最大，而这这些地区都是中国些地区都是中国经济经济密集、密集、比比较发较发达的地区

50、。海平面上升，必将达的地区。海平面上升，必将对对中国的社会、中国的社会、经济发经济发展展产产生巨大影响。生巨大影响。气温和海平面气温和海平面变变化化到到20252025年：年：气温升高气温升高11，海平面上升海平面上升20cm20cm 四四四四.温室气体温室气体温室气体温室气体温室气体是指大气中由自然或人温室气体是指大气中由自然或人为产为产生的能生的能够够吸吸收和收和释释放地球表面、大气和云所放地球表面、大气和云所辐辐射出的射出的红红外波外波谱谱段特定波段特定波长长的气体成分。的气体成分。该该特性特性导导致温室效致温室效应应。水汽（水汽（H H2 2O O）、二氧化碳（）、二氧化碳（COCO2