環(huán)境學概論第二章大氣環(huán)境課件

*研究環(huán)境污染問題的主線索污染源污染物污染物在環(huán)境中的遷移、轉(zhuǎn)化和擴散規(guī)律控制和管理措施及對策*研究環(huán)境污染問題的主線索污染源污染物污染物在環(huán)境中的遷移、第二章大氣環(huán)境第二章大氣環(huán)境主要內(nèi)容第一節(jié)：大氣的組成和結(jié)構(gòu)第二節(jié)：大氣污染和污染物第三節(jié)：大氣環(huán)境中污染物的化學轉(zhuǎn)化第四節(jié)：大氣中污染物的擴散第五節(jié)：大氣污染綜合防治與管理錄相教學：人類活動對大氣圈的影響主要內(nèi)容第一節(jié)：大氣的組成和結(jié)構(gòu)§1大氣的結(jié)構(gòu)和組成1、N2、O2等氣體3、冰晶和固體微粒（如塵埃、花粉）2、水滴（如云滴、霧滴）除去水汽和雜質(zhì)的空氣稱為干潔空氣問題1：大氣的垂直分層結(jié)構(gòu)？問題3：大氣由哪幾個組份組成？干潔空氣指什么？問題2：大氣環(huán)境問題主要集中在層？對流§1大氣的結(jié)構(gòu)和組成1、N2、O2等氣體3、冰晶和固體微粒二氧化碳：來源：呼吸作用，有機體的燃燒與分解?，F(xiàn)狀：在大氣中的含量有增加的趨勢。影響：強烈吸收地面的長波輻射，

引起溫室效應的加劇。臭氧：來源：高空通過光化作用，低空通過閃電

或有機物氧化及高空傳輸。作用：能大量吸收太陽紫外線，使地面生

物免受過量紫外線的灼傷。分布：自然大氣中含量很少。隨高度分布

不均勻，也隨緯度和時間而異。水汽：來源：海洋和地面蒸發(fā)與植物蒸騰。分布：隨時間、地點變化很大。在鉛直

方向，一般隨高度增加而減少。影響：形成云、霧、雨、雪等大氣現(xiàn)象。

對生物的生長和發(fā)育有重要影響。微粒：種類：固體微粒與液體微粒。影響：影響太陽輻射傳輸，使能見度

變低，有的能起凝結(jié)核的作用。與環(huán)境問題有關(guān)的大氣成份二氧化碳：臭氧：水汽：微粒：與環(huán)境問題有關(guān)的大氣成份§2大氣污染和污染物

大氣污染：是指大氣中某些物質(zhì)的含量遠遠超過了大氣自凈能力，以至對人體、生態(tài)、材料

造成危害的現(xiàn)象。(圖123)污染源：即造成環(huán)境污染的發(fā)生源。一般指向環(huán)境排放有害物質(zhì)或?qū)Νh(huán)境產(chǎn)生有害影響的場所、設(shè)備和裝置等。大氣污染源：指向大氣中排放污染物質(zhì)的發(fā)生源。一、大氣污染的發(fā)生二、大氣污染的來源1、定義

§2大氣污染和污染物大氣污染：是指大氣中某些物質(zhì)的含量遠2、分類

火山噴發(fā)燃料燃燒森林火災工業(yè)生產(chǎn)過程天然污染源自然塵人為污染源

交通運輸過程森林植被釋放農(nóng)業(yè)活動排放海浪飛沫

固定污染源②按污染源存在形式

流動污染源

無組織排放源①按照污染物質(zhì)的來源2、分類火山噴

點源③按污染源排放的形式

線源

面源

體源

連續(xù)源

④按污染源排放時間

間斷源

瞬時源⑤按污染源排放點高度

地面源

高架源點源*按污染物存在的

顆粒物質(zhì)（粉塵、霧塵、煙塵、煤塵）物理形態(tài)

氣態(tài)物質(zhì)（硫化物、氮氧化物等）三、大氣污染物及大氣污染類型1、大氣污染物及其分類

*按污染物形成過程

直接從污染源排放的污染物質(zhì)。分為反應物和非反應物。

一次污染物在大氣中經(jīng)化學反應或光化學反應形成的與

一次污染物物理化學性質(zhì)完全不同的新的污染物質(zhì)，其毒性比一次污染物更強。

二次污染物一次污染物①定義P17②分類*按污染物存在的顆粒物質(zhì)（粉塵、霧塵、煙塵、煤塵）①氣溶膠狀污染物

按粒徑的大小可分為

總懸浮顆粒物（ＴＳＰ）：D<１００微米，是分散在大氣中各種粒子的總稱，是目前大氣質(zhì)量評價中的重要污染指標。

飄塵：Ｄ＜１０微米，能在大氣中長期飄浮，是環(huán)保工作者研究對象之一。

降塵：Ｄ＞３０微米，可在重力作用下降落下來，單位面積的降塵量可作為評價大氣污染程度的指標之一。

可吸入粒子（ＩＰ）：ＩＳＯ（國際標準化組織）定Ｄ≤１０微米為可吸入呼吸道的粒子。

②氣態(tài)污染物

（硫化物、碳氧化物、氮氧化物、碳氫、鹵素化合物）P212.主要大氣污染物質(zhì)①氣溶膠狀污染物按粒徑的大小可分為2.主主要氣態(tài)污染物的來源及所產(chǎn)生的一次，二次污染物

污染物

主要來源

一次污染物

二次污染物

硫化物

煤、石油的燃燒SO2,H2SSO3,H2SO4,MSO4氣溶膠碳氧化物

汽車尾氣CO,CO2無含氮化合物

汽車尾氣NO,NH3NO2,HNO3,MNO3氣溶膠，O3碳氫化合物汽車尾氣及石油化工工業(yè)CMHN（形成光化學煙霧前體物）醛、酮、過氧乙酰硝酸酯鹵素化合物有機合成工業(yè)，化工廠，塑料廠HF,HCL

無主要氣態(tài)污染物的來源及所產(chǎn)生的一次，二次污染物污染物3.大氣污染類型①根據(jù)污染物的性質(zhì)劃分

還原型（煤炭型）：氧化型（汽車尾氣型）3.大氣污染類型①根據(jù)污染物的性質(zhì)劃分還原型（煤炭型）：氧②根據(jù)燃料性質(zhì)和大氣污染物的組成劃分P26

石油型煤炭型混合型特殊型②根據(jù)燃料性質(zhì)和大氣污染物的組成劃分P26石油型煤炭型§3大氣環(huán)境中污染物的化學轉(zhuǎn)化大氣污染的化學轉(zhuǎn)化：從污染源排放進入大氣中的污染物，在擴散、輸送過程中，由于其自身的物理、化學性質(zhì)的影響和其他條件（如陽光、溫度、濕度等）的影響，在污染物之間，以及它們與空氣原有組分之間進行化學反應，形成新的二次污染物的過程。包括光化學過程和熱化學過程。當前受到關(guān)注的大氣污染化學問題有：氣體硫化物污染，氮的氧化物污染，光化學煙霧、酸雨及臭氧層的變化問題。

§3大氣環(huán)境中污染物的化學轉(zhuǎn)化大氣污染的化學轉(zhuǎn)化：從污染源SO2SO3H2SO4(H2SO4)m(H2O)n一、大氣光化學特性二、硫氧化物在大氣中的化學轉(zhuǎn)化直接光氧化

光化學氧化間接光氧化催化氧化SO2的氧化作用1、光輻射特點2、光化學特性SO2SO3SO2SO3H2SO4(H2S1、SO2的光化學氧化

NONO2HNO3

或(MNO3)m(H2O)n緩慢三、氮氧化物在大氣中的化學轉(zhuǎn)化2、SO2的催化氧化（非均相反應）思考：在由碳氫化合物和氮氧化物污染了的大氣環(huán)境中,SO2光氧化反應速率大大高于在清潔大氣中的情況.②SO2的間接光化學氧化P29.①SO2的直接光化學氧化P28NONO21、SO2的光化學氧化NONO2★在大氣中無其它反應干預下，O3的濃度取決于；低層大氣壓中O3增加的前提是NONO2.1、NO2的光化學反應2、NO2的化學反應P31①光解NO2+hv(290—430nm)NO+O*②O*+O2+MO3+M(對流層中O3的唯一人為源）③O3+NONO2+O2★在大氣中無其它反應干預下，O3的濃度取決于四、“光化學煙霧”的形成(photo-chemicalsmog)1.光化學煙霧的定義及特征P32*光化學煙霧：指含有氮氧化物和烴類的大氣,在陽

光中紫外線的照射下發(fā)生反應所產(chǎn)生的產(chǎn)物及反應物的混合物被稱為光化學煙霧.(圖)

特征：煙霧呈藍色,具有強氧化性,刺激人們眼睛,

傷害植物葉子,能使橡膠開裂,并使大氣能見度降低。四、“光化學煙霧”的形成(photo-chemicalsm2.光化學煙霧的形成P33

重要過程(關(guān)鍵性的反應)：◆碳氫化合物的氧化生成了活性自由基◆過氧自由基引起NO向NO2轉(zhuǎn)化，并導致含N

的二次污染物的生成◆NO2的光解導致了O3的生成2.光化學煙霧的形成P33重要過程(關(guān)鍵性的反應)：＊＊形成機制：(P35)B

NO向NO2轉(zhuǎn)化是產(chǎn)生“光化學煙霧”的關(guān)健C碳氫化合物是產(chǎn)生“光化學煙霧”的主要成分A

NO2的光解是“光化學煙霧”形成的開始

光化學煙霧的形成過程是由一系列復雜的鏈式反應組成的，是以NO2光解生成O的反應為引發(fā)，導致了O3的生成；碳氫化合物的存在打破了NO2的光解循環(huán)，生成了重要的自由基(HO2和RO2)，促使NO向NO2快速轉(zhuǎn)化；NO2繼續(xù)光解產(chǎn)生O3，同時在轉(zhuǎn)化過程中產(chǎn)生的自由基又繼續(xù)參與反應生成更多的自由基。如此循環(huán)直到NO或碳氫化合物消失為止。所產(chǎn)生的醛類、O3、PAN等二次污染物是最終產(chǎn)物。＊＊形成機制：(P35)BNO向NO2轉(zhuǎn)化是產(chǎn)生“光化學煙3.光化學煙霧的形成條件P35在副熱帶高壓控制地區(qū)的夏季和早秋季節(jié)為光化學煙霧發(fā)生的有利季節(jié)

位置條件：太陽天頂角θ<60°A地理條件時間條件：夏季中午前后天氣條件：晴朗，高溫、低濕、逆溫

以石油為動力燃燒的工廠

汽車排氣B污染源條件3.光化學煙霧的形成條件P35在副熱帶高壓控制地區(qū)的夏4.光化學煙霧的危害A危害健康

ａ刺激眼睛和呼吸道粘膜ｂ使哮喘病增多ｃ引起潛在性的全身影響D損害有機物質(zhì)B降低能見度E毀壞植物4.光化學煙霧的危害A危害健康ａ刺激眼睛和呼吸道粘膜§4大氣中污染物的擴散Diffusionofatmosphericpollution影響大氣污染的因素：氣象條件

動力因子：風和湍流熱力因子：大氣溫度層結(jié)和大氣穩(wěn)定度天氣形勢：降水；霧下墊面條件：地形和地物；山谷風；海陸風；城市熱島環(huán)流其它因素：污染物的性質(zhì)和成分；污染源的幾何形狀和排放方式(地理因素)§4大氣中污染物的擴散影響大氣污染的因素：氣象條件一、氣象條件1.熱力因子①大氣溫度層結(jié)溫度層結(jié)：氣溫沿垂直高度的分布曲線.

四種類型：（1）γ＞0，稱為正常分布層結(jié)或遞減層結(jié)；（2）γ=γd，稱為中性層結(jié)；（3）γ=0，稱為等溫層結(jié)；（4）γ＜0，稱為逆溫區(qū)別rd和rrd是對氣塊而言，r則是對周圍空氣而言；rd是常數(shù)，而r大小與周圍環(huán)境有關(guān)一、氣象條件1.熱力因子①大氣溫度層結(jié)溫度層結(jié)：氣溫沿垂直高②大氣穩(wěn)定度(atmosphericstability)γ-γd≥0為大氣靜力穩(wěn)定度的判據(jù)當γ-γd＞0時，a＞0，氣塊加速運動，大氣不穩(wěn)定；當γ-γd＜0時，a＜0，氣塊減速運動，大氣穩(wěn)定；當γ=γd時，a=0，大氣是中性的。③逆溫(Inversion)會造成嚴重的大氣污染現(xiàn)象輻射逆溫(Radiationinversion)與大氣污染的關(guān)系最為密切即垂直方向上大氣穩(wěn)定的程度②大氣穩(wěn)定度(atmosphericstability)γA翻卷型（波浪型wavilness）：煙流呈波浪狀,氣溫層結(jié)處于不穩(wěn)定狀態(tài)，即γ＞0；γ-γd＞0時，擴散條件較好，污染物落地最大濃度點距煙囪較近，多發(fā)生在晴朗的白天。④不同溫度層結(jié)下的煙型五種典型的煙流形狀

A翻卷型（波浪型wavilness）：煙流呈波浪狀,氣溫B錐型coniform：煙流呈圓錐形，發(fā)生在中性條件下，即γ＞0；γ-γd≈0。擴散速度、落地濃度較波浪型低，污染物輸送較遠，多出現(xiàn)于多云或陰天的白天，強風的夜晚或冬季夜間。B錐型coniform：煙流呈圓錐形，發(fā)生在中性條件下，即C平展型(扇型Fanning）：垂直方向擴散很小，出現(xiàn)逆溫層，大氣處于穩(wěn)定狀態(tài)，即γ＜0；γ-γd＜0。污染物可傳送很遠，多出現(xiàn)于弱晴朗的夜晚和早晨。C平展型(扇型Fanning）：垂直方向擴散很小，出現(xiàn)逆溫D屋脊型（上升型climbing）：煙流下部是穩(wěn)定的大氣，上部是不穩(wěn)定的大氣。持續(xù)時間短，對近地面污染較小，一般在日落前后出現(xiàn)。D屋脊型（上升型climbing）：煙流下部是穩(wěn)定的大氣，上F熏蒸型（漫煙型Fumigation）：煙流上部是穩(wěn)定的大氣，下部是不穩(wěn)定的大氣。持續(xù)時間短，但地面污染嚴重，一般在日出后出現(xiàn)。F熏蒸型（漫煙型Fumigation）：煙流上部是穩(wěn)定的大2.動力因子①大氣的水平運動風對污染物的擴散有兩個作用整體輸送作用

沖淡稀釋作用

②大氣的湍流運動A.定義：不規(guī)則的大氣運動稱為湍流

風和湍流是決定污染物在大氣中擴散稀釋的最直接最本質(zhì)的因素，風速越大，湍流越強，污染物的擴散速度就越快，污染物的濃度就越低。

B.分類：根據(jù)形成原因分為熱力湍流和機械湍流C.湍流擴散理論湍流統(tǒng)計理論；

梯度輸送理論；

相似擴散理論

2.動力因子①大氣的水平運動風對污染物的擴散有兩個作用整體假定大氣湍流場是均勻、穩(wěn)定的。則從原點放出大量粒子在x軸上的濃度最高，且濃度分布以x軸為對稱軸，并符合正態(tài)分布。由湍流引起的擴散假定大氣湍流場是均勻、穩(wěn)定的。則從原點放出大量粒子在x軸3.天氣形勢①降水的淋洗作用：②霧的凝聚作用：降水，能沖洗空氣中的污染物質(zhì)，凈化空氣，但過多的SO2之類的氣體會溶于降水中，往往形成酸雨，導致二次污染。霧形成于穩(wěn)定的大氣條件，會凝聚大量的污染物，使污染物擴散受阻，因而會造成不利的地面空氣污染狀況。3.天氣形勢①降水的淋洗作用：②霧的凝聚作用：降水，能二、影響大氣污染的地理因素(下墊面條件)1．地形和地物的影響2．山谷風3．海陸風4．城市熱島環(huán)流三、影響大氣污染的其他因素1.污染物的性質(zhì)和成分2.污染源的幾何形狀和排放方式二、影響大氣污染的地理因素(下墊面條件)1．地形和地物的影響補充：大氣中污染物的擴散模式1．坐標系2．高斯模式的四點假設(shè)（P47）

（一）有界條件下的大氣擴散模式補充：大氣中污染物的擴散模式1．坐標系2．高斯模式的四點假3．高架連續(xù)點源擴散的高斯模式C總=c實+c虛3．高架連續(xù)點源擴散的高斯模式C總=c實+c虛（二）幾種常用的大氣擴散模式1．高架連續(xù)點源2．地面連續(xù)點源：He=0

3．有效源高He：地面上任一點的濃度z=0：He=Hs+ΔH

Hs－煙囪（或排放筒）本身的高度ΔH－煙氣抬升高度(由霍蘭德〈Holland〉公式計算（二）幾種常用的大氣擴散模式1．高架連續(xù)點源2．地面連續(xù)1、大氣污染對人體健康的危害(表)

大氣污染物侵入人體主要有三條渠道：

a、呼吸道吸入；b、隨食物和飲水攝入；

c、體表接觸侵入3、大氣污染對材料的危害2、大氣污染對植物的危害4、大氣污染對大氣環(huán)境的影響補充：大氣污染的危害污染物對健康的影響隨污染物質(zhì)強度、感染時間以及人體健康狀況而異。1、大氣污染對人體健康的危害(表)大氣污染物侵入人體室內(nèi)空氣污染：主要是由于人造板、內(nèi)墻涂料、木器涂料、膠粘劑、地毯、壁紙、家具、地板革和建筑材料等及不健康的生活習慣引起。室內(nèi)裝修污染存在的主要問題⑴芳香“殺手”苯⑵游離“殺手”甲醛⑶無孔不入的氡清除室內(nèi)污染的有效對策⑴增加室內(nèi)換氣頻度⑷正確使用家庭化學劑⑵室內(nèi)拒絕吸煙⑸增加戶外活動時間⑶講究廚房內(nèi)空氣衛(wèi)生⑹室內(nèi)擺放花卉植物室內(nèi)空氣污染：主要是由于人造板、內(nèi)墻涂料、木器涂料、膠粘劑名稱對人體的影響二氧化硫視程減少，流淚，眼睛有炎癥。聞到有異味，胸悶，呼吸道有炎癥，呼吸困難，肺水腫，迅速窒息死亡硫化氫惡臭難聞，惡心、嘔吐，影響人體呼吸、血液循環(huán)、內(nèi)分泌、消化和神經(jīng)系統(tǒng)，昏迷，中毒死亡氮氧化物聞到有異味，支氣管炎、氣管炎，肺水腫、肺氣腫，呼吸困難，直至死亡粉塵傷害眼睛，視程減少，慢性氣管炎、幼兒氣喘病和塵肺，死亡率增加，能見度降低，交通事故增多光化學煙霧眼睛紅痛，視力減弱，頭疼、胸痛、全身疼痛，麻痹，肺水腫，嚴重的在1小時內(nèi)死亡碳氫化合物皮膚和肝臟損害，致癌死亡一氧化碳頭暈、頭疼，貧血、心肌損傷，中樞神經(jīng)麻痹、呼吸困難，嚴重的在1小時內(nèi)死亡氟和氟化氫強烈刺激眼睛、鼻腔和呼吸道，引起氣管炎，肺水腫、氟骨癥和斑釉齒，氯氣和氯化氫刺激眼睛、上呼吸道，嚴重時引起中毒性肺水腫鉛神經(jīng)衰弱，腹部不適，便泌、貧血，記憶力低下幾種大氣污染物對人體的危害

名稱對人體的影響二氧化硫視程減少，流淚，眼睛有炎§5大氣污染的綜合防治與管理一、控制大氣污染物的途徑1.顆粒污染物的控制：

措施：改變?nèi)剂系臉?gòu)成：

設(shè)備除塵除塵裝置：從廢氣中分離、捕集、回收顆粒物的設(shè)備分類

重力除塵

機械式除塵慣性力除塵

過濾式除塵離心力除塵

依除塵機制濕式除塵

靜電除塵§5大氣污染的綜合防治與管理一、控制大氣污染物的途徑1.顆類型結(jié)構(gòu)形式處理粒度（km）壓力降*(mmH2O)除塵效率（％）設(shè)備費用程度運轉(zhuǎn)費用程度用途重力除塵沉降式50-100010-1540-60小小預除塵慣性力除塵煙囪式10－10030-7050-70小小離心力除塵旋風式3－10050-15085-95中中鍋爐煙氣濕式除塵文丘里式0.1－100300-100080-95中大★深度除塵過濾除塵袋式0.1―20100-20090-99中以上中以上★★電除塵0.05－2010-2095-99.9大小-大★★★★處理高溫、易燃、易爆物，氣體安全性好，可去除氣體中的有害物質(zhì)★工業(yè)廢氣除塵，細粉捕集作用強，不適于高溫含塵及含油水和粘結(jié)性粉塵★★工業(yè)除塵，對細微粉塵及霧狀液滴捕集性好類型結(jié)構(gòu)形式處理粒度（km）壓力降*除塵效率（％）設(shè)備費2.氣態(tài)污染物的控制：(1)常用治理方法：①吸收法：采用適當?shù)囊后w作為吸收劑，使含有有害物質(zhì)的氣體與吸收劑接觸，廢氣中的有害物質(zhì)被吸收于吸收劑中，使氣體得到凈化。

②吸附法：利用固體表面的吸附性質(zhì)，使廢氣與大表面多孔性固體物質(zhì)相接觸，將廢氣中的有害組分吸附在固體表面上，使其與氣體混和物分離，達到凈化目的。③催化法：利用催化劑的催化作用，使廢氣中的有害組分發(fā)生化學反應并轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)或易于去除物質(zhì)的一種方法。2.氣態(tài)污染物的控制：(1)常用治理方法：①吸收法：采用適當④燃燒法：即對含有可燃有害組分的混和氣體進行氧化燃燒或高溫分解，從而使這些有害組分轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)的方法。⑤冷凝法：物質(zhì)在不同溫度下具有不同的飽和蒸汽壓，利用這一性質(zhì)，采用降低廢氣溫度或提高廢氣壓力的方法，使一些有害氣體或蒸汽態(tài)的污染物冷凝成液體并從廢氣中分離出來。(2)SO2的凈化技術(shù)（P58）(3)汽車尾氣催化凈化（略）④燃燒法：即對含有可燃有害組分的混和氣體進行氧化燃燒或高溫分二、大氣污染綜合防治1.全面規(guī)劃，合理布局工業(yè)(1)污染企業(yè)合理分散(2)廠址選擇避免小盆地、小谷地

(3)大污染企業(yè)和居民區(qū)要有綠化隔離帶

2.區(qū)域集中供暖、供熱集中采暖的優(yōu)點：提高鍋爐設(shè)備的效率；可利用廢熱，提高熱利用率;

適于采用高效率的除塵器3.選擇高煙囪和集合式煙囪排放二、大氣污染綜合防治1.全面規(guī)劃，合理布局工業(yè)(1)污染企業(yè)4.改變?nèi)剂蠘?gòu)成；開發(fā)新能源5.大氣污染控制技術(shù)6.綠化造林“軟”能源：白煤---水能藍煤---海洋能紅煤---地熱能綠煤---風能金色煤---太陽能三、大氣環(huán)境標準(P61)4.改變?nèi)剂蠘?gòu)成；開發(fā)新能源5.大氣污染控制技術(shù)6.綠化造林補充3：大氣中主要污染物的采集(2)QG---型100PM10切割器(1)QG---100型TSP切割器切割粒徑：≤100μm；采氣流量：100L/min工作原理：略采樣時間：60min切割粒徑：≤10μm；采氣流量：100L/min工作原理：略采樣時間：60min測定方法：重量法W—阻留在濾膜上的TSP重量(mg)Qn—標準狀況下的采樣流量t—時間Q1—現(xiàn)場采樣流量P1—采樣時大氣壓力(KPa)P2—采樣器現(xiàn)場校準時大氣壓力(KPa)T1—采樣時大氣溫度(K)T2—采樣器現(xiàn)場校準時大氣(K)補充3：大氣中主要污染物的采集(2)QG---型100PM1（3）硫氧化物的采集采樣時間：30min(4)氮氧化物的采集連接：