第二章第一节大气环境精选文档.ppt

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1、第二章第一节大气环境本讲稿第一页，共四十二页 第一节 大气环境(Air Quality Issues)一、大气的结构与组成本讲稿第二页，共四十二页1.1、大气的结构(Atmospheric structure)O3 本讲稿第三页，共四十二页1.2、大气的组成(Atmospheric composition)大气是一个由多种气体组成的混合物。它是由干洁空气、水汽和杂质三部分组成的。干洁空气中的主要成分为N2（占78.09%）、O2(占20.95%)、Ar(占0.93%)及一些微量气体，如CO2、O3、H2、CH4、He、Kr、Ne等。大气成分中有些是可变的成分，主要包括CO2、O3、水汽和杂质。

2、这些可变成分如含量正常，则对环境和生命有机体是有益而无害的，但含量变化后(过多或缺乏)都会造成不良影响及危害。本讲稿第四页，共四十二页二氧化碳：来源：呼吸作用，有机体的燃烧与分解。现状：在大气中的含量有增加的趋势。影响：强烈吸收地面的长波辐射，引起温室效应的加剧。臭氧：来源：高空通过光化学作用，低空通过闪电或有机物氧化及高空传输。作用：能大量吸收太阳紫外线，使地面生物免受过量紫外线的灼伤。分布：自然大气中含量很少。随高度分布不均匀，也随纬度和时间而异。水汽：来源：海洋和地面蒸发与植物蒸腾。分布：随时间、地点变化很大。在铅直方向，一般随高度增加而减少。影响：形成云、雾、雨、雪等大气现象。对生物的

3、生长和发育有重要影响。微粒：种类：固体微粒与液体微粒。影响：影响太阳辐射传输，使能见度变低，有的能起凝结核的作用。1.2、大气的组成(Atmospheric composition)本讲稿第五页，共四十二页大气污染物达到一定浓度，并持续足够的时间，达到对公众健康、动植物、材料、大气特性或环境美学产生可以测量的影响，就是大气污染。例如，大量能量（如热能）释放进入大气引起不良影响，人类活动导致大气中某些组分变化产生的危害等也归入了大气污染的范畴。大气污染构成要件 大气污染物/污染因素 达到一定浓度 持续足够的时间 可以测量的影响2.1 大气污染 二、大气污染和大气污染物本讲稿第六页，共四十二页2.

4、1 大气污染 二、大气污染和大气污染物大气污染指由于人类活动或自然过程使大气中一些物质的含量达到有害的程度(一般指有害物质，如SO2、NOX、HC、O3、飘尘等超过国家质量标准)，以至破坏人和生态系统的正常生存和发展，对人体、生态和材料造成危害的现象。人类活动自然过程本讲稿第七页，共四十二页二、大气污染和大气污染物 2.2 大气污染物的来源大气污染物的来源（Sources of atmospheric pollutants）污染源天然源：自然界自行向大气环境排放污染物的污染源。人为源：人类的生产活动和生活活动所形成的污染源。火山雷电造成的森林大火燃料燃烧工业生产交通运输本讲稿第八页，共四十二页

5、二、大气污染和大气污染物本讲稿第九页，共四十二页二、大气污染和大气污染物2.2 大气污染物的来源（Sources of atmospheric pollutants）其他：如农业活动排放；也是造成大气污染的重要污染源其他：如农业活动排放；也是造成大气污染的重要污染源。农药会以粉尘等颗粒物形式散逸到大气中，残留在作物体上或粘附在作物表面的仍可挥发到大气中。进入到大气中的农药可被悬浮的颗粒物吸收并随气流向各地输送，造成大气农药污染。本讲稿第十页，共四十二页污染源特 点 主要来源 排放的污染物 天 然 源它和人为源相比产生的污染物较少，浓度较低，具有局部地区某段时间内可能形成严重影响的特点。火山喷发

6、二氧化硫、硫化氢、二氧化碳、一氧化碳、火山灰森林火灾一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、碳氢化合物等自然尘风砂、土壤尘等 森林植物释放萜稀类碳氢化合物。海浪飞沫 硫酸盐和亚硫酸盐人为源移动源汽车和火车、飞机等，分布广泛分散，难于监测和治理。交通运输过程：现代化交通运输工具一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物、硫氧化合物和铅等静止源 静止源则包括工厂、焚化炉等不移动的污染源。静止源污染面积广，易于集中监测治理。燃料燃烧二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳、一氧化碳工业生产过程二氧化硫、硫化氢等农业活动排放：农药、化肥 颗粒物、粉尘、氧化亚氮等本讲稿第十一页，共四十二页大气污染物：由于人类活动或自然过程排入大气，并对

7、人和环境产生有害影响的物质。二 大气污染和大气污染物2.3 大气污染物（Air pollutants）据不完全统计，进入大气的污染物大约有100多种，其中对人类环境威胁较大、危害较严重的有：颗粒物、SO2、CO、H2S、HC、氟化物及光化学氧化剂等。本讲稿第十二页，共四十二页按来源，分为一次污染物和二次污染物直接由污染源排放的污染物进入大气的一次污染物之间或与正常大气组分发生反应，以及在太阳辐射下引起光化学反应而产生的新的污染物，它常比一次污染物对环境和人体的危害更为严重。二、大气污染和大气污染物 排放到大气中的污染物，在与其正常的空气组分相混合的过程中会发生各种物理、化学变化，因此，按照其形

8、成过程的不同，可将大气污染物分为一次污染物和二次污染物。本讲稿第十三页，共四十二页一次污染物：由污染源直接排放到环境中，其物理、化学性质均未发生变化的污染物。最主要的一次性污染物是颗粒物、二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物等。二次污染物：是指由一次污染物在大气中互相作用经化学反应或光化学反应形成的与一次污染物的物理、化学性质完全不同的新的大气污染物；其毒性比一次污染物还强。本讲稿第十四页，共四十二页按存在状态，分为颗粒物和气态污染物常表示为总悬浮微粒物（TSP）、飘尘和降尘。其粒径绝大多数在100m以下，其中多数在10m以下。它是分散在大气中的各种粒子的总称，也是目前大气质量评价中的一个

9、通用的重要污染指标。飘尘指可在大气中长期飘浮的悬浮物，分为PM10（粒径10m）和PM2.5（粒径2.5m）。PM10可以通过呼吸道进入人体，从而对人体健康产生危害，PM2.5的危害则更为严重。降尘是指用降尘罐采集到的大气颗粒物,一般直径大于30m，由于其自身的重力作用会很快沉降下来。单位面积的降尘量可作为评价大气污染物程度的指标之一。按存在状态，分为颗粒物和气态污染物本讲稿第十五页，共四十二页二、大气污染和大气污染物2.4主要污染物简述（MaJor air pollutants）总总悬悬浮浮物物（TSP）：英文total suspendedparticulate的缩写，指悬浮在空气中的空气动

10、力学当量直径100m的颗粒物。粒径小于10m的称为PM10，即可吸入颗粒。TSP和PM10在粒径上存在着包含关系，即PM10为TSP的一部分。总悬浮颗粒物是大气质量评价中的一个通用的重要染指标。按存在状态，分为颗粒物和气态污染物本讲稿第十六页，共四十二页二、大气污染和大气污染物1）气溶胶状态污染物飘尘：（可吸入粒子(IP)指可在大气中长期飘浮的粒径小于10 m悬浮物，分为PM10（粒径10m）和PM2.5（粒径2.5m）。PM10可以通过呼吸道进入人体，从而对人体健康产生危害，PM2.5的危害则更为严重。降尘：是指用降尘罐采集到的大气颗粒物。在总悬浮颗粒物中一般直径大于30m的粒子，由于其自身

11、的重力作用会很快沉降下来，所以将这部分的微粒称为降尘。单位面积的降尘量可作为评价大气污染程度的指标之一。本讲稿第十七页，共四十二页二、大气污染和大气污染物2）气体状污染物 常见的有五大类；以SO2为主的含硫化合物，以NO和NO2为主的含氮化合物，COx、碳氢化合物以及卤素化合物硫化物：主要指SO2、SO3和H2SSO2在相对湿度比较大，以及有催化剂存在时，含硫化合物最终被氧化形成硫酸，是形成酸雨的主要来源。SO2腐蚀性很大，会严重刺激人的呼吸系统，出现咳嗽、嗓子疼、胸闷和呼吸受阻，可以造成肺气肿和支气管炎。并加重哮喘病情。SO2破坏植物的叶绿素，使植物脱水坏死。适当条件下和飘尘结合在一起，或与

12、水汽中的水蒸汽结合形成硫酸雾，硫酸雾微粒侵入人体肺部，可以引起肺水肿和肺硬化等疾病导致死亡。本讲稿第十八页，共四十二页氮氧化物：NOX是NO、NO2、N2O、NO3、N2O4、N2O5等的总称，造成大气污染的NOX最主要是NO和NO2氮氧化物来源：主要来源于人类生产生活活动，以汽车尾气排放造成的污染最为严重。氮氧化物危害：1）氮氧化物可以转化为硝酸，是形成酸雨主要物质之一2）是形成光化学烟雾的重要物质3）是消耗臭氧的重要因子4）NO2对人有刺激和腐蚀作用，引起城市居民产生急性呼吸道病变的一种原因5）可腐蚀织物、材料、破坏染料，使它褪色6）危害植物，使其组织受害而落叶，甚至枯萎2）气体状污染物二

13、、大气污染和大气污染物本讲稿第十九页，共四十二页2）气体状污染物二、大气污染和大气污染物碳氧化物：碳氧化物主要指CO和CO2CO主要是由含碳化合物不完全燃烧产生的无色无味无刺激性的有毒气体。对人体的危害主要是与血红蛋白作用生成羧基血红素，使血液携带氧的能力降低而引起缺氧CO2是一种无毒的气体，是大气中的“正常”成分，主要来源于生物的呼吸和化石燃料等的燃烧。目前，大气中CO2浓度逐渐升高，每年上升0.4%。由于二氧化碳吸收地面长波辐射，使地球升温，导致温室效应，从而引起全球气候变化。本讲稿第二十页，共四十二页2）气体状污染物二、大气污染和大气污染物碳氢化合物(HC)HC是形成光化学烟雾的主要成分

14、。在活泼的氧化物自由基作用下，碳氢化合物将发生一系列链式反应，生成如醛、酮、烷、烯以及重要的中间产物自由基。自由基进一步促进NO向NO2转化，造成光化学烟雾的重要二次污染物。目前污染大气的碳氢化合物主要是由广泛应用石油和天然气作燃料和工业原料造成的含卤素化合物主要指一些氟氯烃类物质，它们主要破坏臭氧层，引起温室效应过去1000年CH4浓度变化全球O3变化本讲稿第二十一页，共四十二页二、大气污染和大气污染物2.5几种典型的大气污染还原型(煤炭型)：常发生在以煤炭为主要燃料，同时也使用石油的地区，主要污染物是SO2、CO和颗粒物，在低温、高湿和阴天，且风速很小，伴随有逆温存在的情况时，一次污染物受

15、阻，在低空聚积，生产还原性烟雾。最典型的当属1952年12月发生在英国首都伦敦的SO2烟雾中毒事件。氧化型(汽车尾气型)：污染物主要来自于汽车排气、燃油锅炉以及石油化工生产。一次污染物主要为NOX和HC、生成的二次污染物为O3、醛类、酮类、过气乙酸硝酸脂。发生在光照强烈的热带、亚热带、89月中午或午后阳光强烈时。最典型的当属1965年前后的洛杉矶光化学烟雾。大气污染类型主要取决于所用能源的性质和污染物的化学反应特性，但气象条件也起着重要的作用如光、温度、湿度等。本讲稿第二十二页，共四十二页（一）煤烟型污染:（还原性）主要污染源是燃煤。主要污染物是SO2CO和微粒物质，它们遇上低温、高湿的阴天，

16、且风速很小并伴有逆温存在的情况时，一次污染物扩散受阻，易在低空聚积，生成还原型烟雾。二、大气污染和大气污染物2.5几种典型的大气污染本讲稿第二十三页，共四十二页伦敦烟雾事件1952年12月58日。地处泰晤士河河谷地带的伦敦城市上空处于高压中心，一连几日无风，风速表读数为零。大雾笼罩着伦敦城，又值城市冬季大量燃煤，排放的煤烟粉尘在无风状态下蓄积，烟和湿气积聚在大气层中，致使城市上空连续四五天烟雾弥漫。由于大气中的污染物不断积蓄，不能扩散，许多人都感到呼吸困难，眼睛刺痛，流泪不止。伦敦医院由于呼吸道疾病患者剧增而一时爆满，伦敦城内到处都可以听到咳嗽声。仅仅4天时间，死亡人数达4000多人。就连当时

17、举办的一场盛大的得奖牛展览中的350头牛也惨遭劫难。一头牛当场死亡，52头严重中毒，其中14头奄奄待毙。2个月后，又有8000多人陆续丧生。这就是骇人听闻的“伦敦烟雾事件”。本讲稿第二十四页，共四十二页（二）交通型污染（氧化型）:污染源主要是机动车（汽油车和柴油车）和机动船。主要污染物是CO、NOX和HC。在相对湿度较低的夏季睛天，交通污染严重的地区可能会出现典型的二次污染光化学烟雾。它对人体、动植物、材料均会产生破坏作用，并且严重影响大气能见度。二、大气污染和大气污染物2.5几种典型的大气污染本讲稿第二十五页，共四十二页洛杉矶光化学烟雾从20世纪40年代初开始，人们就发现洛杉矶一改以往的温柔

18、，变得“疯狂”起来。每年从夏季至早秋，只要是晴朗的日子，城市上空就会出现一种弥漫天空的浅蓝色烟雾，使整座城市上空变得浑浊不清。这种烟雾使人眼睛发红，咽喉疼痛，呼吸憋闷、头昏、头痛。1943年以后，烟雾更加肆虐，以致远离城市100千米以外的海拔2000米高山上的大片松林也因此枯死，柑橘减产。仅19501951年，美国因大气污染造成的损失就达15亿美元。1955年，因呼吸系统衰竭死亡的65岁以上的老人达400多人；1970年，约有75以上的市民患上了红眼病。这就是最早出现的新型大气污染事件光化学烟雾污染事件。本讲稿第二十六页，共四十二页光化学烟雾本讲稿第二十七页，共四十二页（三）酸沉降污染:它是指

19、大气中的酸通过降水（如雨、雾、雪）迁移到地表，或在含酸气团气流的作用下直接迁移到地表。引起酸沉降的主要物质是人为和天然排放的SOX（SO2和SO3）和NOX（NO和NO2），其天然源一般是全球分布的，而人为排放的SOX和NOX则具有地区性分布的特点。pH5.6酸雨二、大气污染和大气污染物2.5几种典型的大气污染本讲稿第二十八页，共四十二页酸雨对生态系统的危害土壤酸化湖泊、河流酸化加速建筑物和文物的腐蚀和风化对人体健康具有直接和潜在的影响本讲稿第二十九页，共四十二页主要酸雨区：世界三大酸雨区：欧洲、北美、中国中国：长江以南、青藏高原以东以及四川盆地本讲稿第三十页，共四十二页本讲稿第三十一页，共四

20、十二页三、污染物在大气中的转化3）硫酸烟雾型污染硫酸烟雾也称为伦敦烟雾，因为其最早发生在英国伦敦。它主要是由于燃煤而排放出来的SO2，颗粒物以及由SO2氧化所形成的硫酸盐颗粒物所造成的大气污染现象。二氧化硫氧化生成的硫酸盐颗粒物所造成的大气污染现象。这种污染一般发生在冬季、气温低、湿度高和日光弱的天气条件下。硫酸烟雾形成过程中，二氧化硫转化为三氧化硫的氧化反应主要靠雾滴中锰、铁、氨的催化氧化过程。本讲稿第三十二页，共四十二页三、污染物在大气中的转化 3.4光化学烟雾光化学烟雾（光化学烟雾（Photochemical Smog），），又称石油烟雾，是汽车、工厂等污染源排入大气的烃类化合物（HC）

21、和氮氧化物等一次污染物，在阳光的作用下发生光化学反应，生成臭氧、醛、酮、过氧乙酰硝酸酯（PAN）等二次污染物，参与光化学反应过程的一次污染物和二次污染物的混合物所形成的烟雾污染现象称为光化学烟雾。光化学烟雾首先出现在美国的第三大城市洛杉矶，以后陆续在世界其他地区出现。一般多发生在中纬度（亚热带）车辆高速机动化的城市，例如蒙特利尔、渥太华、波恩、悉尼、东京等。本讲稿第三十三页，共四十二页三、污染物在大气中的转化1）光化学烟雾的形成光化学烟雾形成的反应机制可概括为如下 12 个反应：光化学烟雾是光化学烟雾是高浓度氧化剂的混合物，因此也称为氧化烟雾氧化烟雾。硫酸烟雾型污染物硫酸烟雾型污染物，从化学上

22、看是属于还原性混合物，故又称为还原烟雾还原烟雾。这两种烟雾在许多方面具有相反的化学行为。它们发生污染的根源各不同，伦敦烟雾主要由燃煤引起的，光化学烟雾则主要是由汽车排气引起的。这两种类型烟雾污染可交替发生。夏季以光化学烟雾为主，而冬季则以硫酸烟雾为主。本讲稿第三十四页，共四十二页四、污染物在大气中的迁移扩散 污染物从污染源排放到大气中，只是一系列复杂过程的开始，污染物在大气中的迁移、扩散是这些复杂过程的重要方面。大气污染物在迁移、扩散过程中对生态环境产生影响和危害。大气污染物的迁移、扩散规律为人们所关注。4.1影响大气污染的气象因子 大气污染物的行为都是发生在千变万化的大气中，大气的性状在很大

23、程度上影响污染物的时空分布，世界上一些著名大气污染事件都是在特定气象条件下发生的。影响大气污染的气象因素最重要的是流场和温度层结。本讲稿第三十五页，共四十二页四、污染物在大气中的迁移扩散1）风和大气湍流的影响风可使污染物向下风向扩散湍流可使污染物向各方向扩散浓度梯度可使污染物发生质量扩散其中风和湍流起主导作用湍流本讲稿第三十六页，共四十二页四、污染物在大气中的迁移扩散2）温度层结和大气稳定度大气温度层结 大气状态的温度、密度等气象要素在垂直方向上呈不均匀的分布。人们通常把静大气的温度和密度在垂直方向上的分布，称为大气温度层结 气温随高度的增加而递减，有利有利于污染物的扩散。于污染物的扩散。气温

24、不随高度变化，为等温层结。等温层结。气温随高度增加而增加，称为逆温，不利于大气污染不利于大气污染物的扩散。物的扩散。本讲稿第三十七页，共四十二页四、污染物在大气中的迁移扩散大气稳定度大气稳定度是空气团在铅直方向稳定程度的一种度量气团受到对流冲击力，产生向上或向下的运动，外力消失后，气团继续运动的趋势，将存在三种可能气团的运动速度逐渐减小，并有返回原来高度（状态）的趋势。这种情况表明此时的气层对该气团是稳定的气团仍继续上升或下降，并且速度不断增加，运动的结果是气团逐渐远离原来的高度。这表明此时的气层是不稳定的气团被推到某一高度就停留在那一高度保持不动，这表明该气层是中性的当大气处于稳定状态时，湍

25、流受到限制，大气不易产生对流，因而大气对污染物的扩散能力很弱会引起高浓度污染；当大气处于不稳定状态时，空气对流很少阻碍，湍流可以充分发展，对大气中的污染物扩散稀释能力就很强。本讲稿第三十八页，共四十二页四、污染物在大气中的迁移扩散大气稳定度与污染物扩散的关系通过大气稳定度对烟流扩散的影响，可以直观地看出大气稳定度与污染物扩散的关系。图表示的是不同温度层结情况下烟流的典型形状。本讲稿第三十九页，共四十二页四、污染物在大气中的迁移扩散大气稳定度与污染物扩散的关系本讲稿第四十页，共四十二页四、污染物在大气中的迁移扩散4.2大气污染物扩散与下垫面的关系1)城市下垫面的影响城市下垫面以两种基本方式改变着局地的气象特征：城市的热力效应，即城市热岛效应；城市粗糙地面的动力效应城市热岛效应:指城市温度高于郊野温度的现象。由于城市地区水泥、沥青等所构成的下垫面导热率高，加之空气污染物多,能吸收较多的太阳能，有大量的人为热进入空气；另一方面又因建筑物密集，不利于热量扩散，形成高温中心，并由此向外围递减本讲稿第四十一页，共四十二页四、污染物在大气中的迁移扩散4.2大气污染物扩散与下垫面的关系3）水陆交界区对大气污染的影响海陆风的环状气流不能把污染物完全输送、扩散出去，当海陆风转换时，原来被陆风带走的污染物会被海风带回原地，形成重复污染本讲稿第四十二页，共四十二页