大氣的組成及主要污染物

關于大氣的組成及主要污染物第1頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三一、大氣的主要成分大氣主要由氮、氧和幾種惰性氣體組成，它們約占大氣總量的99.9%以上。除氣體外，大氣中還懸浮著大量固體和液體顆粒。按照停留時間的長短，大氣組分可分為三類：準永久氣體：N2、He、Ne、Ar、Kr、Xe；

可變組分：CO2、CH4、H2、N2O、O3、O2

強可變組分：H2O、CO、NO、NH3、SO2、H2S、碳氫化合物(HC)、顆粒物第2頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三可變組分和強可變組分可變組分和強可變組分在大氣中停留時間短，有可能參與平流層或對流層中的化學變化，它們在大氣中的時空分布受地域的影響，在不同地區(qū)或高度，其分布往往有很大的不同。如冶煉廠、電廠所在地上空的大氣中含煙塵、SO2、NOX等強可變組分較多；在化工區(qū)周圍的大氣中含有較多的無機或有機物質；當這些物質在大氣中達到一定濃度時，就有可能產生局部的大氣污染。第3頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三大氣各成分及其作用大氣組成主要成分干潔空氣主要成分N2生物體的基本成分O2維持生物活動的必要物質次要成分CO2植物光合作用的原料；對地面保溫O3吸收紫外線，使地球上的生物免遭過量紫外線的傷害水成云致雨的必要條件；對地面保溫固體雜質成云致雨的必要條件（凝結核）第4頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三空氣作用沒有空氣就沒有生命①空氣是生命的支柱，它為人類及動物提供呼吸所需要的O2。一般成年人每天吸入大約13kg(10m3)的空氣。②為植物的光合作用提供CO2，合成碳水化合物，提供人類和動物的食物。③大氣中的氮通過不同形式的固氮作用以及一系列復雜的生物化學反應，轉變?yōu)樯豢扇鄙俚陌被?。?頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三空氣作用④大氣在以太陽為能源的龐大的蒸餾室中起冷凝器的作用，形成降雨，從而把水從海洋輸送到陸地，為陸地生物提供了必要的生活條件。

⑤大氣還吸收來自外層空間的宇宙射線和來自太陽的大部分電磁輻射，濾掉了紫外輻射，使地球上的生物免受其傷害。第6頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三二、大氣層結構根據(jù)溫度隨海拔高度的變化分為對流層、平流層、中間層、熱層、散逸層。大氣層次海拔高度/Km溫度/℃對流層0~(10~16)15~-56平流層(10~16)~50-56~-2中間層50~80-2~-92熱層80~800-92~1200第7頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三對流層(troposphere)對流層是大氣的底層，其平均厚度為12km。溫度：15~-56℃。海拔升高100m，溫度降低0.6℃。對流層內大氣的重要熱源是來自地面的長波輻射。大氣中絕大多數(shù)天氣現(xiàn)象都發(fā)生在對流層中。這一層內含有全部大氣質量3/4的大氣和幾乎所有的水汽，加之空氣的運動會造成風、雨、雷電和冷暖轉變等復雜的天氣現(xiàn)象，對天氣分析和預報具有重要意義。從污染源排放出的污染物幾乎都直接進入對流層，因而這些污染物的遷移轉化過程也主要發(fā)生在這一層內。第8頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三對流層頂層在對流層頂部有一層叫做對流層頂層的氣體。這一層氣體溫度特別低，水分子到達這一層后會迅速轉化為冰，從而阻止了水分子進入平流層。H2O→H?+HO?（hv）第9頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三平流層（stratosphere）高度：17～50km。溫度：-56~-2℃。在35km以下的低層，隨高度的增加氣溫保持不變或稍有上升。從35km開始，氣溫隨高度增加而升高。到平流層頂時，溫度可接近0℃。平流層內水汽和塵埃都很少，幾乎沒有云、雨等天氣現(xiàn)象出現(xiàn)。大氣透明度也很好，現(xiàn)代超高速飛機多在平流層底部飛行，既平穩(wěn)又安全。然而飛機排放出來的廢物可破壞臭氧層，因而成了人們關注的全球性的問題。第10頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三中間層（mesosphere）高度：50～80km溫度：-2~-92℃。氣溫隨高度的增加而降低。頂部可達-92℃左右。垂直溫度分布特征與對流層相似。由于層內熱源僅靠其下部的平流層提供，因而下熱上冷，故空氣垂直運動相當強烈。第11頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三熱層（thermsphere）高度：80-500km。溫度：-92~1200℃。溫度隨高度的增加而迅速上升。該層內空氣極稀薄，在太陽紫外線和宇宙射線的輻射下，空氣處于高度電離狀態(tài)，因而熱層也可稱為電離層?？梢苑瓷錈o線電波，因此它又被人類利用進行遠距離無線電通信。第12頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三三、大氣中主要污染物含硫化合物含氮化合物含碳化合物含鹵化合物第13頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三含硫污染物大氣中的含硫化合物主要包括：COS、CS2、(CH3)2S、H2S、SO2、SO3、H2SO4、MSO4、MSO3等。第14頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三硫化氫硫化氫是一種無機化合物，化學式為H2S。正常情況下是一種無色、易燃的酸性氣體，濃度低時帶惡臭，氣味如臭蛋；濃度高時反而沒有氣味（因為高濃度的硫化氫可以麻痹嗅覺神經）。硫化氫是一種劇毒物質，吸入少量高濃度硫化氫可于短時間內致命。低濃度的硫化氫對眼、呼吸系統(tǒng)及中樞神經都有影響。第15頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三化學性質不穩(wěn)定性：

H2S→H2+S（加熱）酸性：

H2S水溶液叫氫硫酸，是二元弱酸還原性：

S為-2價，具有較強的還原性，很容易被SO2，Cl2，O2等氧化。第16頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三化學性質可燃性：

2H2S+3O2→2H2O+2SO2（O2過量）點燃

2H2S+O2→2H2O+2S（O2不足）點燃沉淀反應：實驗室中用于去除硫化氫氣體的反應

CuSO4+H2S→CuS↓+H2SO4氧化性：

2Na+H2S→Na2S+H2↑CuSO4第17頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三危險性與空氣混合能形成爆炸性混合物，遇明火、高熱能引起燃燒爆炸，爆炸極限為4.3~45.5%。與濃硫酸、發(fā)煙硫酸或其它強氧化劑劇烈反應，發(fā)生爆炸。H2S比空氣重，能在較低處擴散到相當遠的地方，遇明火會引起回燃。第18頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三天然來源許多天然來源都可以向環(huán)境中排放含硫化合物，如火山噴射、海水浪花和生物活動等。硫化氫自然存在于原油、天然氣、火山氣體和溫泉之中。原油中存在少量的硫化氫；但天然氣可以包含高達90%的硫化氫。它也可以在細菌分解有機物的過程中產生。人體釋放出的屁也含有及小量（少于屁成分的1%）的硫化氫。第19頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三人為來源采礦、深井開掘；從礦石中特別是硫化礦提煉銅、鎳、鈷、鉛等；煤的低溫焦化，含硫石油的開采和提煉；人造纖維、制革和硫化染料的制造；含硫橡膠加熱，熒光粉和某些有機磷農藥的生產；有機或無機化合物的分解或腐敗的場所，如下水道、污水溝、垃圾堆及糞池。通風不良的場所，如沉箱、紙漿發(fā)酵池、蓄水池、酒窖、隧道、礦內水坑。第20頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三煤礦中H2S的成因1生物降解2微生物硫酸鹽還原（BSR）3熱化學分解4硫酸鹽熱化學還原5巖漿成因第21頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三煤礦中H2S的成因1生物降解生物降解是在腐敗作用主導下形成硫化氫的過程。腐敗作用是在含硫有機物質形成之后，由于環(huán)境發(fā)生變化，發(fā)生含硫有機物質的腐敗分解，從而釋放出硫化氫。這種方式出現(xiàn)在煤化作用早期，生成的硫化氫規(guī)模和含量不會很大，也難以聚集。第22頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三煤礦中H2S的成因2微生物硫酸鹽還原（BSR）微生物硫酸鹽還原菌利用各種有機質或烴類來還原硫酸鹽，在異化作用下直接形成硫化氫。該過程是硫化氫生物化學成因的主要作用類型，由于這種異化還原作用是在嚴格的厭氧環(huán)境中進行的，有利于所生成的硫化氫的保存和聚集，但形成的硫化氫豐度一般不超過2%，在地層深層難以發(fā)生。第23頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三煤礦中H2S的成因3熱化學分解指煤中含硫有機化合物在熱力作用下，含硫雜環(huán)斷裂形成硫化氫，又稱為裂解型硫化氫。這種方式形成的硫化氫濃度一般小于1%。4硫酸鹽熱化學還原主要是指硫酸鹽與有機物或烴類發(fā)生作用，將硫酸鹽礦物還原生成H2S和CO2。它是生成含量較高硫化氫的天然氣的主要形式，反應發(fā)生溫度一般大于150℃。MSO4+烴類→H2S+CO2第24頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三煤礦中H2S的成因5巖漿成因

由于地球內部硫元素的豐度遠高于地殼，巖漿活動使地球深部的巖石熔融并產生含硫化氫的揮發(fā)成分，所以巖漿中常常含有硫化氫。而硫化氫的含量主要取決于巖漿的成分、氣體運移條件等，因此巖漿中硫化氫的含量極不穩(wěn)定，而且也只有在特定的運移和儲集條件下才能在煤層中聚集下來。第25頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三H2S中毒機制H2S具有脂溶性，易滲透生物膜。H2S對皮膚有刺激作用，經皮膚吸收甚少。H2S主要經呼吸道吸收中毒。一旦吸入迅速分布于腦、肝、腎、胰腺等組織，且對缺氧最敏感的中樞神經系統(tǒng)首先受到影響。H2S在體內代謝有三種途徑：即氧化、甲基化與金屬離子或雙巰基團的蛋白質反應，氧化及甲基化代謝過程具有解毒作用，與金屬離子或雙巰基團的蛋白質反應，主要是與酶的堿金屬離子結合，抑制細胞色素氧化酶的活性而產生毒性作用。微量的H2S在體內易被氧化，一般無蓄積性。第26頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三H2S中毒機制高濃度H2S吸入后，在體內不能及時氧化和甲基化，則引起急性中毒。由于H2S與色素蛋白中金屬離子有很強的親和力，尤易與氧化型細胞色素氧化酶中的二硫鍵結合，影響細胞的生物氧化過程，阻斷細胞內的呼吸并作用于血紅蛋白產生硫化血紅蛋白，導致細胞窒息，組織缺氧。H2S全身的毒性作用主要是由于抑制細胞色素氧化酶活性所致。第27頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三H2S的毒性作用與濃度有關濃度mg/m3接觸時間毒性反應0.035嗅覺閾(人開始嗅到臭味)0.4明顯嗅出4~7中等強度難聞臭味30~40嗅覺疲勞70~1501-2h出現(xiàn)眼及呼吸道刺激癥狀3001h可引起嚴重反應——眼和呼吸道粘膜強烈刺激癥狀，并引起神經系統(tǒng)抑制76015-60min可能引起生命危險，發(fā)生肺水腫、支氣管炎及肺炎1000數(shù)秒鐘很快引起急性中毒，出現(xiàn)明顯的全身癥狀。開始呼吸加快，接著呼吸麻痹而死亡1400立即昏迷并呼吸麻痹而死亡，除非立即人工呼吸急救第28頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三生殖毒性第29頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三H2S事故易發(fā)場所1.加工含硫產品的化工(石化)生產過程中易發(fā)生硫化氫中毒事故。

2009年11月7日，南京龍溪化工有限公司在停產檢修增白劑車間3號硫化釜過程中，發(fā)生硫化氫中毒事故，導致2名機修工和1名操作工中毒身亡。2.天然氣管道安裝工程中易發(fā)生硫化氫中毒。

2007年7月7日，中國第八冶金建設安裝工程有限公司蘭州分公司承接的蘭州天然氣管道安裝工程施工時，1人中毒昏倒，隨后4人因盲目施救也昏倒，導致3人死亡、2人中毒受傷。第30頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三H2S事故易發(fā)場所3.有機物發(fā)酵腐敗場所，如制糖、造紙、制革等行業(yè)易發(fā)中毒事故。

2011年8月14日，浙江富陽某紙業(yè)公司一名工人在清理漿池時硫化氫中毒而掉入池中，在漿池口2名工人在沒采取任何防護措施的情況下，便下漿池救人，隨即也昏倒，最后造成兩名工人身亡。4.污水管道、污水泵站、煉油池、發(fā)酵池、垃圾堆放場、糞池等清淤、維修作業(yè)也會發(fā)生中毒事故。

2010年5月4日，杭州華興印染有限公司一清理工在清理池底污泥時因硫化氫中毒而昏倒，其他人員在未采取有效防護措施的情況下，貿然入池救人，導致事故擴大。共造成3人死亡，4人輕度中毒。第3