大气环境污染与防治

大气环境污染与防治我们离不开大气，如同鱼儿离不开水。目录第一节、大气组成与结构第二节、大气污染（源、物、类型、危害）第三节、大气污染控制（四个对策）第四节、全球大气环境问一、大气的组成1、N2(78.09%)、O2(20.95%)4、冰晶和固体微粒（如尘埃、花粉）3、水滴（如云滴、雾滴）没有水汽和悬浮物的空气称为干洁空气第一节大气概述2、Ar(0.93%)CO2(0.03%)等微量气体下面给大家介绍一些与环境问题有关的大气成分二氧化碳：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。高度(km)二、大气的分层每升高100m，气温降低0.65℃N2O2ArCO2NeHeKrH2XeO3层越往上氧、氦等气体的原子态越多紫外线的强烈照射，N2和O2产生不同程度的离解各层次特点（一）对流层范围：随纬度而变化，低纬度地区17~18km，高纬度地区8~9km，平均12km；占大气质量的75%；全部水汽。特点： 温度垂直递减：г=-0.65C°/100m 空气强烈对流运动：主要气候现象发生层次 与人类关系最为密切：大气污染主要发生场所各层次特点（二）平流层范围：对流层顶至50~55km。无水汽、尘埃特点： 温度垂直变化：先较小，随后增加 无空气垂直对流运动，主要是平流运动：飞行器适宜场所、污染物难以扩散； 臭氧层：平流层内，高度15~35km范围内；与人类关系密切保护地球生物免收紫外线危害。地球保温作用。各层次特点（三）中间层（高空对流层）范围：平流层顶至85km。无水汽、尘埃。特点： 温度垂直变化：随高度增加气温迅速降低 空气垂直对流运动强烈：高空对流层 臭氧含量少、接受短波辐射少、温度低各层次特点（四）热成层（暖层）范围：平流层顶至85~800km。特点： 空气稀薄、处于电离状态，又称为电离层。 吸收大量短波辐射，气温随高度增加而增加 可反射无线电波：无线电通讯各层次特点（五）散逸层范围：热成层以上。特点： 空气极为稀薄、气温高。 高速运动粒子可散逸至太空。大气边界层：在对流层下部靠近下垫面的1.2~1.5公里范围内的薄层大气。由于贴近地面，空气运动受到地面摩擦作用影响，又称摩擦层。大气边界层的主要特征：湍流运动、风、温度的垂直分布第二节大气污染一、大气污染（一）概念：基于传统的公害概念的定义：人类活动或自然过程引起大气中某种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。延伸定义：人类活动导致物质和能量（如热能）引起释放进入大气，使大气中某些组分变化而产生的不良影响。（二）大气污染的类型1、按范围大小分： 局部性 区域性 广域性 全球性2、按污染物的化学性质 还原性 氧化性3、按污染来源煤炭型石油型混合型特殊型二、大气污染源及污染物污染源天然源：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煤汽车空调大气污染源按来源，分为一次污染物和二次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。大气污染物：由于人类活动或自然过程排入大气，并对人和环境产生有害影响的物质。直接由污染源排放的污染物按存在状态，分为颗粒物和气态污染物常示为总悬浮微粒物（TSP）、飘尘和降尘。主要有一次污染物：SO2、H2S、NO、NH3、CO、CO2、HF、HCl、C1—C12化合物。二次污染物：SO3、H2SO4、MSO4、NO2、MNO3、醛类、酮类、酸类。其粒径绝大多数在100μm以下，其中多数在10μm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<10μm）和PM2.5（粒径<2.5μm）。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30μm，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。时间：1930年12月1～5日地点：比利时马斯河谷工业区原因：处于狭窄的盆地中，工厂排出的有害气体在近地层积累。后果：胸痛、咳嗽、呼吸困难等。一周内有60多人死亡。心脏病、肺病患者死亡率最高。马斯河谷事件三、几种典型的大气污染（一）煤烟型污染—硫酸型烟雾时间： 1948年10月26～31日地点： 美国宾夕法尼亚洲多诺拉镇原因：大部分地区受反报旋和逆温控制，持续有雾，使SO2尘粒等大气污染物在近地层积累。后果：呼吸道、肠胃道疾病等。发病者5911人，占全镇人口43％，死亡17人。多诺拉事件 三、几种典型的大气污染（一）煤烟型污染—硫酸型烟雾伦敦烟雾事件时间： 1952年12月5～8日地点： 英国伦敦市原因：英国几乎全境为浓雾覆盖，使SO2尘粒等大气污染物在近地层积累。后果：呼吸道、肠胃道疾病等。四天中死亡人数较常年同期约多40000人。事件发生的一周中因支气管炎死亡是事件前一周同类人数的9.3倍主要污染源是燃煤。主要污染物是SO2、CO和微粒物质，它们遇上低温、高湿的阴天，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。洛杉矶光化学烟雾（二）交通型污染-光化学烟雾时间： 20世纪50年代初地点：美国洛杉矶市原因：该市临海依山，处于50公里长的盆地中，全市250多万辆汽车每天消耗汽油约1600万升，向大气排放大量碳氢化合物、氮氧化物、一氧化碳后果：光化学烟雾刺激人的眼、鼻、喉，引起眼病、喉炎和头痛。在1952年12月的一次烟雾事件中，65岁以上的老人死亡400人光化学烟雾原因大气中的碳氢化合物（RH）和氮氧化物（NOX）等一次污染物，在紫外线照射下发生一系列光化学反应，产生O3（85％以上）、过氧乙酰硝酸酯PAN（10％）、高活性自由基（RO2·、HO2·、RCO·等）、醛类、酮类和有机酸等二次污染物。这些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，被称为光化学烟雾。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。酸雨（三）酸沉降污染它是指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。（四）室内空气污染污染原因：建筑材料及装潢材料、涂料中有害物质的挥发、人们不健康的生活习惯。苯、甲醛、氡多开窗换气，戒烟，正确使用家庭化学剂，增加户外活动，摆放室内花卉植物（一）大气污染对人体健康的危害（二）大气污染对植物的危害（三）大气污染对材料的危害（四）大气污染对大气环境的危害三、大气污染的危害（一）大气污染对人体健康的危害A、呼吸道吸入；B、随食物和饮水摄入；C、体表接触侵入。1、大气颗粒物4、氮氧化物5、光化学氧化剂3、一氧化碳2、二氧化硫颗粒物的大小决定其沉积于呼吸道中的位置；化学组成决定沉积位置上对组织的影响。损害肝脏。且由于SO2通常与多种污染物共存，吸入之后产生的复合作用危害更大。NO2对呼吸器官有刺激性，可引起肺水肿、慢性支气管炎等疾病，若与SO2共存，则危害更重。所有大气污染物中散布最广的一种，严重阻碍血液输氧，引起缺氧中毒。臭氧：对鼻子、咽喉、肺等呼吸器官有刺激作用，运动时吸入则更严重。（二）大气污染对植物的危害损害植物酶的功能组织；影响植物新陈代谢的功能；破坏原生质的完整性和细胞膜。此外，还会损害根系生长及其功能；减弱输送作用与导致生物产量减少。1、二氧化硫 症状：在各种植物叶片的叶脉间出现伤斑，伤斑由漂白引起失绿，逐渐呈棕色而坏死。产生伤斑的叶片首先是功能叶片，危害严重时，其他叶片也受损害。 反应灵敏的植物：大麦、小麦、棉花、大豆、梨、落叶松等； 有抗性的植物：玉米、马铃薯、柑橘、黄瓜、洋葱等。大气污染对植物的危害:2、氟化物 症状：主要是在嫩叶、幼芽上首先发生。在叶上发生伤斑的部位主要是叶的尖端和边缘，伤斑由油渍状发展至黄白色，进而呈褐色斑块在被害组织与正常组织交界处，显现稍浓的褐色或近红色条带，有的植物表现大量落叶。 敏感的植物：玉米、苹果、葡萄、杏等； 具抗性的植物：棉花、大豆、番茄、烟草、扁豆、松树等。大气污染对植物的危害:（1）臭氧： 症状：主要是从叶背气孔侵入，通过周边细胞、海绵细胞间隙，到达栅栏组织，使其首先受害，然后再侵害海绵细胞，形成透过叶片的坏死斑点。同时，植物组织机能衰退，生长受阻，发芽和开花受到抑制，并发生早期落叶、落果现象。 敏感的植物：烟草、番茄、马铃薯、花生、大麦、小麦、苹果、葡萄等； 具抗性的植物：胡椒、松柏等。大气污染对植物的危害:（2）氮氧化物氮氧化物进入植物叶气孔后易被吸收产生危害，最初叶脉出现不规则的坏死，然后细胞破裂，逐步扩展到整个叶片。（3）PAN是光化学烟雾的剧毒成分。 症状：叶子背面气室周围海绵细胞或下表皮细胞原生质被破坏，使叶背面逐渐变成银灰色或古铜色，而叶子正面却无受害症状。 敏感的植物：番茄和木本科植物； 对PAN抗性强烈的植物：玉米、棉花等。（三）大气污染对材料的危害大气污染可使建筑物、桥梁、文物古迹和暴露在空气中的金属制品及皮革、纺织等物品发生性质的变化，造成直接和间接的经济损失。对物品的危害经历了60年，德国的这座雕像已经彻底被酸雨毁坏了。（四）大气污染对大气环境的危害大气污染会导致降水的增加或减少，它对降水化学的影响表现在酸性化合物的输入，即出现酸雨。大气污染还会产生全球性的影响：大气中CO2等温室气体浓度增加导致的全球变暖、人们大量生产氟氯烃化合物等导致的臭氧层耗竭等。第三节全球大气环境变化全球变暖臭氧层破坏酸沉降一、全球变暖原因：温室效应的加剧温室效应：太阳发出的短波辐射透过大气层到达地面，使地表温度上升，发出长波辐射，大气中的温室气体对短波吸收很弱，而对长波辐射吸收很强。因此地表从太阳辐射获得的热量相对多，而散失到大气层以外的热量相对少，地球表面的温度得以维持，这就是大气的温室效应。温室气体：二氧化碳、CFCs、甲烷、N2O、一氧化碳、臭氧、四氯化碳 太阳辐射：280~2800nm,可见光：380~760nm 地球辐射：λ>4µm,10µm处最大 4~8µm、13~20µm：可被CO2、水气吸收 8~13µm：不易被CO2、水气吸收散失70%~90%的地球辐射（地球之窗）可被CH4、O3、N2O、CFC吸收Contributionofgreenhousegasestoglobalwarming（1750～2000)*GlobalWarmingPotential（GWP)CO2=1；CH4=23;N2O=296*N2O,whichisproducedbyNitrificationandDenitrification,isoneofthemajorgreenhousegases.N2O,whichhasincreasedintheatmosphereoverthepast250years,contributes6%toglobalwarming.MaunsLoa岛本底站测定的大气中CO2的浓度变化（唐孝炎，1990）一些温室气体的大气浓度、变化率和年排放量Gg=109g;Tg=1012g;Pg=1015g 化合物 化学式 大气浓度①（ppt） 20世纪90年代变化率①（ppt/a） 20世纪90年代末年排放量 1998年 1750年 二氧化碳 CO2（ppm） 365 280 1.5 6.3PgC 甲烷 CH4（ppb） 1745 700 7.0 600Tg 氧化亚氮 N2O（ppb） 314 270 0.8 16.4TgN 过氟甲烷 CF4 80 40 1.0 约15Gg 过氟乙烷 C2F6 3.0 0 0.08 约2Gg 六氟化硫 SF6 4.2 0 0.24 约6Gg HFC－23 CHF3 14 0 0.55 约7Gg HFC－134a CF3CH2F 7.5 0 2.0 约25Gg HFC－152a CH3CHF2 0.5 0 0.1 约4Gg CFC－11 CFCl3 268 0 －1.4 CFC－12 CF2Cl2 533 0 4.4GlobalN2OemissionKroeze(1999)*AccordingtotheestimatesofglobalN2Oemission,N2Oemissionhasincreasedwiththedevelopmentofagriculture.N2Oemissionfromagricultureaccountsfor40%ofthecurrenttotalN2Oemission.Increasingglobalsurfacetemperaturesince198015.08oCistheaveragetemperaturebetween1961and1990*Themeanglobalsurfacetemperaturehasincreasedbyabout0.3to0.6Csinceindustrialrevolution.Especially,duringlast40yearsperiodthesurfacetemperatureincreasedbyabout0.2to0.3C.Thesevaluesarestatisticallysignificant.Therefore,wecansayglobalwarmingisproceedingcertainly.1、海平面上升：低地被淹，海岸被冲蚀，排洪不畅，土地盐渍化，海水倒灌等。全球变暖可能产生的影响2、气候变化：（1）：大部分地区温度升高，以高纬度地区更明显；（2）：全球降雨量增加，全球1%，但分布不平衡；（3）灾害性天气增加：暴雨、台风、飓风3、对生物多样性的影响： 一些地区某些物种将会消失；而有些则从气候变暖中得到益处； 植物种群变异； 动物种群变异； 森林火灾风险增加4、对人类的影响：（1）气候反常、世界粮食生产的稳定性和分布状况的改变，农产品贸易模式的变化。（2）威胁沿海城市、岛屿和平原（3）传染性疾病分布范围扩大（4）水资源分布和水量改变减缓全球变暖的对策主要是控制CO21、排放控制对策：控制化石燃料消耗，以抑制CO2的排放；2、固定化对策：使已生成的CO2变为其他物质，以防止其向大气中排放；3、适应对策：在已发生全球变暖的情况下，采取相适应的对策以使其影响降低到最小程度。技术对策：（1）发展核能和氢能（2）开发利用太阳能和风能（3）水力发电节能减排：发达国家：占世界人口不到24%，消耗能源75%；美国：5%人口，CO2排放总量占世界24%。《京都议定书》：1997.12：2008~2012，38个国家CO2平均较1990减排5.2%1、排放控制对策：控制化石燃料消耗，以抑制CO2的排放；2、固定化对策：使已生成的CO2变为其他物质，以防止其向大气中排放； 森林保护 绿色植物 深海埋藏3、适应对策：在已发生全球变暖的情况下，采取相适应的对策以使其影响降低到最小程度。探索研究：CO2浓度、温度增加对动植物的影响；CO2浓度、温度增加对人类的影响二、臭氧层破坏太阳光中的紫外线辐射，特别是UV-B辐射对生物有较大的伤害。而阻挡UV-B辐射的就是臭氧。（紫外线辐射按照其波长的不同，可划分为UV-A（315~400nm）、UV-B（280~315nm）和UV-C（280nm以下）三个波段）臭氧层：平流层内15~35km臭氧浓度：最高10µL/L吸收99%的紫外辐射1、臭氧平衡(切普曼,Chapman）机制：O2+hv(λ≤220nm)↔2O·O·+O2↔O3O·+O3↔2O2O3+hv↔O·+O2（1）1984年，英国科学家首次发现南极上空出现臭氧洞。（2）NASA的“Nimbus-7”卫星测定出，近年来南极上空的臭氧洞有恶化的趋势。（3）我国青藏高原上空也存在一个相对周围地区浓度较低的区域。2、臭氧破坏：大多数科学家认为，人类过多地使用氟氯烃、哈龙类化学物质（CFCS）是破坏臭氧层的主要原因。（CFCS于1930年由美国杜邦公司投入生产，二战后开始大量使用，主要用作气溶胶、制冷剂、发泡剂等）臭氧层中存在着O、O2、O3的动态平衡，CFCS非同寻常的稳定性使NOX、Cl、Br活性物质很容易在臭氧层中聚集，使平衡向着臭氧分解的方向转移。臭氧层破坏的原因催化机制：总反应：1个Cl原子可破环104~105个臭氧分子，Br原子的破坏能力是Cl原子的30~60倍臭氧层破坏的危害1、对人体健康的影响：破坏DNA，皮肤病，白内障等2、对陆生植物的影响：产量和质量下降，间接影响3、对材料的影响：加速老化4、对水生生态系统的影响：降低生产力，影响幼体主要是控制CFCS的使用。目前各国都在加紧替代物品的开发，从长远看，采用生物圈中固有的、对环境不起任何破坏作用的物质是制冷剂发展的方向。1985年《保护臭氧层维也纳公约》1987年《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》1999年11月29日《北京宣言》臭氧层的保护第四节大气污染控制无论是大气污染源、污染物、污染类型还是大气污染的危害，都具有多样性。多种手段五律协同清洁能源绿色交通末端治理环境自净清洁能源包括常规能源的清洁利用；可再生能源的利用；新能源的开发；各种节能技术等世界一次能源替代趋势清洁能源的典型案例1、洁净煤技术洁净煤技术是指从煤炭开发利用的全过程中，旨在减少污染排放与提高利用效率的加工、燃烧、转化及污染控制等新技术，主要包括煤炭洗选、加工、转化、先进发电技术、烟气净化等方面的内容。清洁能源的典型案例2、西气东输*清洁能源的典型案例3、西电东送它有南、中、北三大通道。一是将乌江、澜沧江、红河水的水电资源，以及黔、滇两省坑口火电厂的电能开发出来送往广东；二是将长江三峡和金沙江干支流水电送往华东地区；三是将黄河上游水电和山西、内蒙古坑口火电送往京、津、唐地区。它是从根本上实现全国能源资源优化配置的关键性，是一项东西部“双赢”的战略。绿色交通我国一些主要城市的大气污染类型正在由煤烟型向交通型转化，汽车尾气排放已成为城市重要污染源。合理的交通规划、发展清洁汽车绿色交通的典型案例1、上海的新世纪交通蓝图加快轨道交通建设：形成地铁、城市轻轨、新型有轨电车等多种方式组成的轨道交通网络体系。建设约650公里的高速公路网路：实现15分钟上网、30分钟互通、60分钟抵达的“15、30、60”目标。公交优先：大力发展轨道交通，优化调整地面交通，适度发展小汽车，限制摩托车，逐步替换助动车。绿色交通的典型案例2、电动汽车电动汽车是全部或部分由电能驱动电机作为动力系统的汽车，包括纯电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池汽车三种类型。经过多年的探索与努力，我国电动汽车电池、电机、电控三大关键技术相继取得突破。业内专家普遍认为，我国电动汽车技术群体性突破的时期已经到来，电动汽车将迅速、大规模地进入市场。环境自净污染物经过末端治理达到排放标准后被排入大气，但此时它们的浓度一般要高于环境空气质量标准，要使其进一步达标将要依靠环境的自净作用。利用气象规律稀释污染物、加强绿化环境自净的典型案例城市绿化城市绿化的实施需要五律协同自然：植物配植的适地适树原则技术：园艺人员要有相当的专业知识与技术环境：城市绿化应兼顾和谐与无污染经济：建立一套完善的市场机制保证其正常运行社会：城市广场是社会规律在特定时期的一种表现形式末端治理推行清洁能源与绿色交通从源头上减少了大气污染的产生。对于已经产生的污染，则需进行末端治理。除尘、脱硫氮氧化物的治理技术、氟化物的治理技术除尘技术参数：浓度：个/cm3,mg/cm3。处理量：m3/h,m3/s除尘效率：总效率：，分级效率：d多极除尘效率：总除尘装置：机械除尘：重力、惯性力、离心力过滤式除尘：多孔介质作为滤料湿式除尘：洗涤静电除尘：静电场作用脱硫技术湿法：用含碱液体洗涤烟气NH3、NaOH、Na2CO3、CaO、Ca(OH)2干法：活性炭吸附催化氧化法NOx废气治理技术（1）吸收法NH3、NaOH、Na2CO3吸收去除NO2稀HNO3吸收尾气中的NOx（2）吸附法活性炭沸石分子筛（3）催化还原法NOx+Reductant(H2、CH4、NH3、H2S）→N2+H2O…..汽车尾气治理技术主要污染物：CO、NOx、CH化合物、醛类、含铅化合物、BaP等机内净化：改变燃烧方式机外净化：废气治理。(1)一段净化法：催化燃烧法去除CO和CH化合物；(2)二段净化法：还原反应器+氧化反应器(3)三元催化法：同时催化CO和CH化合物的氧化和NOx的还原*N2O,whichisproducedbyNitrificationandDenitrification,isoneofthemajorgreenhousegases.N2O,whichhasincreasedintheatmosphereoverthepast250years,contributes6%toglobalwarming.*AccordingtotheestimatesofglobalN2Oemission,N2Oemissionhasincreasedwiththedevelopmentofagriculture.N2Oemissionfromagricultureaccountsfor40%ofthecurrenttotalN2Oemission.*Themeanglobalsurfacetemperaturehasincreasedbyabout0.3to0.6Csinceindustrialrevolution.Especially,duringlast40yearsperiodthesurfacetemperatureincreasedbyabout0.2to0.3C.Thesevaluesarestatisticallysignificant.Therefore,wecansayglobalwarmingisproceedingcertainly.*