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1、1,第7章 大气污染的防治prevention and cure of atmosphere pollution,主要内容：大气质量atmosphere quality 颗粒污染物控制control of granule pollutant 气态污染物控制control of gaseous pollutant,2,第一章 大气质量atmosphere quality,基本要求：了解天然大气的结构与组成，大气各主要层次的特点；了解大气污染物的来源和发生量；了解大气质量控制标准；大气污染控制的基本方法。,3,第一节 大气的结构及组成 structure and constitute of atm
2、osphere,一、大气结构大气圈厚度约为地球表面到10001400千米的范围，其总质量估计为6000万亿吨，约为地球质量的百万分之一。根据大气气温的垂直分布、化学组分和运动规律，大气圈可以相对分为五个气层，即对流层、平流层、中间层、暖层和散逸层（外大气层）。（一）对流层(troposphere)是最接近地面的一层，其平均厚度约为12千米，大气总质量的90%集中在这一层，该层有如下特点：(1)气温随高度增加而降低。在不同地区、不同季节和不同高度，降低的数值并不相同。(2)空气具有强烈的对流运动。(3)气体密度大。这层对人类的影响较大，通常所讲的大气污染就是指这一层。,4,（二）平流层paral
3、lel flow lay 此层在对流层上面，距地面高度可达5060千米，总质量只占大气总质量的5%，特点：(1)大气温度随高度的增加而上升。(2)平流层内垂直对流运动很小。(3)大气透明度高。（三）中层(middle-lay)平流层上面是中层，该层距地面8085千米。特点：(1)气温随高度的增加而下降，顶界温度可降至-83-113。(2)空气具有强烈的对流运动。(3)大气透明度高。,第一节 大气的结构及组成structure and constitute of atmosphere,5,第一节 大气的结构及组成 structure and constitute of atmosphere,（四
4、）暖层 warm lay 中间层顶到800千米高度为暖层。特点：(1)气温随高度增高而普遍上升，温度最高可升至1200这一极大值。(2)空气处于高度电离状态。电离层能使无线电波返回地面，这一层对远距离通讯极为重要。（五）散逸层scatter lay 在暖层上部800km以上的大气层称为散逸层(或外层大气层)。由于那里空气已极其稀薄，同时又远离地面，受地球引力作用较小，因而大气质点将不断地向星际空间逃逸。同时该层气体距地面越远，气温越高，气体的电离度也越大，粒子的运动速度也越快。,6,7,第一节 大气的结构及组成structure and constitute of atmosphere,二、大
5、气的组成 大气和空气的区别：空气是指对于室内或特指某个场所供人和动植物生存的气体。大气是以大区域或全球性气体流为研究对象，如大气物理学、大气气象学等。大气是多种气体混合物，其组成包括恒定的、可变的和不定的组分。恒定组分：N2、O2及惰性气体；可变组分：CO2、水蒸气等，这些气体受地区、季节、气象以及人们生活和生产等因素的影响而有所变化。不定组分：尘埃、硫、H2S、硫氧化物、氮氧化物、恶臭气体，这些不定组分随时间、地点、气象条件的不同而有较大的变化。大气中的固体悬浮物主要来自工业烟尘、火山喷尘和海浪飞逸的盐质，一般把大于l0m颗粒称为降尘，几小时后可落到地面。粒径小于l0m的颗粒，称为飘尘，可在
6、大气中飘荡数年。,8,第二节 大气污染,一、大气污染的定义(definition of atmosphere pollution)当污染物超过环境所能允许的极限时（环境容量），大气质量发生恶化，使人们的生活、工作、身体健康和精神状态，以及设备财产等直接地或间接地遭受破坏或受到恶劣影响，这种现象称为大气污染。根据国际标准化组织作出的定义：大气污染通常是指由于人类活动和自然过程所引起某种物质进入大气中，呈现足够浓度达到足够的时间，并因而危害了人体健康、舒适感或环境。按大气污染的范围来说，大致可分为四类：1、局部地区大气污染；2、区域性大气污染；3、广域性大气污染；4、全球性大气污染。,9,第二节
7、大气污染,二、大气污染物的种类（一）颗粒污染物 1、粉尘(dust)：是指悬浮于气体介质中的细小固体粒子。其粒径一般在1200m之间，大于10m的粒子称为降尘，小于10m的粒子称为飘尘。2、烟(fume)：通常是指冶金过程形成的固体粒子的气溶胶。粒径范围 一般在0.01 1m之间。3、飞灰(flyash)：是指燃料燃烧后产生的烟气带走的灰分中分散得较细的粒子。4、黑烟(smoke)：通常是指燃烧产生的能见气溶胶。粒径范围 一般在0.05 1m之间。5、雾(fog)：一般泛指小液体粒子的悬浮体。6、总悬浮微粒(TSP)：是指大气中粒径小于100 m的所有固体颗粒。,10,第二节 大气污染,（二）
8、气态污染物气态污染物种类较多，主要有五个方面：以二氧化硫为主的含硫化合物，以一氧化氮和二氧化氮为主的含氮化合物、碳的化合物、碳氢化合物及卤素化合物等。,11,第二节 大气污染,1、含硫化合物（sulphide）大气中硫化合物主要包括硫化氢sulfureted hydrogen、二氧化硫sulfur dioxide、三氧化硫sulfur trioxide、硫酸vitriol、亚硫酸盐sulphite、硫酸盐sulphate和有机硫化合物等。其中最主要的是硫化氢、二氧化硫和硫酸盐。二氧化硫和硫化氢可能是从火山喷射出来的，后者也可能是由土壤、坑道、潮汐低地的厌气性细馏产生的。有些硫酸盐颗粒物也可能直
9、接从火山或海水散发出来，但多数是硫化氢和二氧化硫的最终氧化产物。人类的活动，使大量硫化合物进入大气。,12,第二节 大气污染,2、含氮化合物（nitride）大气中主要含氮化合物为N2O、NO、NO2、N2O5、NH3、硝酸盐、亚硝酸盐和铵盐等。N2O是无色气体，这种称为“笑气”的麻醉剂可通过微生物的作用产生，是目前已知的温室气体之一，含量约为0.3ppm。N2O的催化循环反应，导致了臭氧的不断损耗。而N2O如催化剂的作用，其本身不被破坏。N2O的天然源主要有海洋、土壤、淡水和雷电。人为源主要有氮肥、化石燃料燃烧及工业排放等。,13,第二节 大气污染,无色无味的NO和刺激性的红棕色NO2均是大
10、气中的重要污染物，通常用NOx表示。通过闪电、微生物固定及NH3的氧化等各种天然源和污染源进入大气。大气中的氮在高温下能氧化成一氧化氮，进而转化为二氧化氮。火山爆发和森林大火等都会产生氮氧化物。人为污染源是各种燃料在高温下的燃烧以及硝酸、氮肥、炸药和染料等生产过程中所产生的含氮氧化物废气造成的，其中以燃料燃烧排出的废气造成的污染最为严重。,14,第二节 大气污染,3、含碳化合物（carbide）大气中含碳化合物主要包括一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物及含氧烃类等。3.1、一氧化碳carbon monoxide CO是由含碳燃料的不完全燃烧而产生，或者是在内燃机的高温、高压的燃烧条件下产生，几乎主
11、要是来自人为源，估计约80%的CO来自汽车。CO的天然源主要来自海洋中生物的作用、植物叶绿素的分解、森林中放出萜的氧化、森林大火以及大气中CH4的光化学氧化和CO2的光解等。此外，放电作用引起云层中有机物的光氧化作用，二氧化碳的轻微解离作用，种子发芽、籽苗生长及人和动物新陈代谢过程中都会产生一氧化碳。,15,第二节 大气污染,3.2、二氧化碳carbon dioxide 二氧化碳是一种无毒的温室气体，它几乎在所有生物中都起着重要的作用。动物和人类呼出二氧化碳，而植物却吸收二氧化碳，生物可以把碳转化成它们需要的碳水化合物。在大气污染问题中，CO2之所以引起人们的关注是由于CO2的增加将引起温室效
12、应的加剧，而导致全球气候变暖的重大影响。大气中CO2是自然存在的，它可通过动物的呼吸排出CO2，植物体废弃物作为燃料燃烧或腐败而自然氧化时，均将产生CO2排入大气。甲烷在平流层中与OH自由基反应的最终产物为CO2。此外，海水中CO2比大气高60余倍，因此可以进行交换作用而排出CO2。,16,第二节 大气污染,由于化石燃料的大量使用，矿物燃料燃烧过程中使大量CO2排入大气，导致CO2浓度增加25%，陆地上森林破坏，也使CO2浓废增加。但是燃烧矿物燃料对大气中CO2浓度的影响还是难以估计，迄今都是假设排入大气的CO2一半留在大气里，一半被海洋和植物吸收掉。由于CO2能强烈吸收12.5至17.0m波
13、段的光谱，因而能有效地吸收地面发射的长波辐射从而造成温室效应，使地面大气变暖。3.3、碳氢化合物carbon hydrid 碳氢化合物通常指C1C8的可挥发的碳氢化合物，它包含烷烃、烯烃、炔烃、脂肪烃和芳香烃等，其中CH4是主要的碳氢化合物。,17,第二节 大气污染,碳氢化合物主要来自天然源，其次是植物排出的萜烯化合物。CH4主要是由厌氧细菌的发酵过程如沼泽、泥塘、湿冻土带、水稻田底部、牲畜反刍和白蚁的墓穴等产生，其中牲畜反刍、水稻田是很大的排放源。CH4是唯一由天然源排放造成环境浓度较高的气体。人为排出的碳氢化合物占总产生量不到5%，主要来自汽油燃烧、焚烧、溶剂蒸发、石油蒸发、氮肥的使用和运
14、输损耗等。其中汽车废气排出的碳氢化合物数以百计，但主要可分为两类，烃类-甲烷、乙烯、乙炔、丙烯和丁烷等；醛类-甲醛、乙醛、丙醛、丙烯醛和苯甲醛等，此外还有少量多环芳烃和芳烃。,18,第二节 大气污染,CH4是重要的温室气体之一，其温室效应要比CO2大20倍。碳氢化合物从大气中去除的途径主要是土壤微生物活动、植被的吸收和消化，对流层和平流层化学反应以及颗粒物转化等。4、含卤素化合物halide 由于氟氯烃类对臭氧层的破坏等几种大气现象的发生，引起人们对含卤素化合物的关注。其中CH3Cl、CH3Br、CH3I来自天然源，主要是来自海洋，其余含卤素化合物都是由于人类活动产生的。氟氯烃类(CFCs)化
15、合物可用作冰箱制冷剂、喷雾器中的推进剂、溶剂和塑料起泡剂等。CFCs在大气层中不是自然存在的，而完全是由人为产生的。,19,第二节 大气污染,由于CFCs在平流层紫外线的作用下，分解出氯原子可进一步引起臭氧的分解，从而威胁能够防御地球上生物免遭紫外线袭击的臭氧层，尤其是南极发现臭氧洞以后，国际上已经开展许多活动，限制CFCs的生产和使用。此外，CFCs类化合物也是温室气体，在对流层中十分稳定，并具有很强的吸收红外线的能力，具有比CO2更强的吸收能力。因此，CFCs化合物是具有破坏臭氧层和影响对流层的双重效应的物质。,20,第二节 大气污染,（三）大气中的离子及自由基1、大气中的离子 高层大气的
16、特征之一是存在显著数量的电子及正离子，由于高层大气中空气稀薄，因此离子重结合生成中性分子以前，可以长期存在。在约50km以上的高空是离子普遍存在的电离层，该层离子主要受紫外线照射产生，在夜间，紫外线不再照射到电离层，正离子慢慢地与自由电子重新结合，在电离层的较低区域，由于离子浓度较高，这个过程进行得特别快。2、大气中的自由基 高层大气中的光致电离及电磁辐射可以产生自由基。,21,第二节 大气污染,2.1、自由基反应 凡是有自由基生成或由其诱发的反应都叫自由基反应。甲烷与氯在光的存在下发生的反应就是一种自由基反应：Cl2 2Cl Cl+CH4 CH3+HCl CH3+Cl2 CH3 Cl+Cl
17、放出的Cl又可和甲烷反应而使反应继续进行。2.2、大气中主要自由基的来源 最主要的是OH自由基，它能与大气中各种微量气体反应，几乎控制了这些物质的氧化和去除过程，其次是HO2 及H3C、H3CO和H3COO 等在大气中也比较活跃。,22,第二节 大气污染,（1）OH基的来源 HONO OH+NO（光400nm）H2O2 2OH（光370nm）O+H2O 2OH（O来自O3光解）其中臭氧分解所产生的原子氧参与的反应，是未受污染的对流层中氢氧自由基的主要来源。由于氢氧自由基参与大气中许多微量气体的化学转变，因此，氢氧自由基在大气化学过程研究中日益受到重视。目前已发现OH 与烷烃、醛类烯烃、芳烃和卤
18、代烃等有机物的反应速度常数要比O3大几个数量级。由此可见，OH在大气化学反应过程中是十分活泼的氧化剂。,23,第二节 大气污染,（2）HO2的来源 HO2主要来自大气中甲醛的光解，CH3ONO的光解所产生的自由基HCO和H3CO与空气中的氧作用的结果以及HO与H2O2或CO作用的结果。（3）H3C、H3CO、H3COO等的来源 H3C主要来自乙醛和丙酮的光解；H3CO主要来自甲基亚硝酸储光解；H3COO来自H3C与O2的作用。,24,第二节 大气污染,三、温室气体和温室效应（greenhouse air and greenhouse effect)（一）地球的热平衡 辐射于地球的太阳能约有50
19、%是直接的或由云、大气或颗粒物散射到地球的表面，余下的50%直接从大气反射或者为大气吸收以后再辐射返回空间，大部分到达地球表面的太阳能被吸收而且必须返回空间以维持热平衡。能量传递可通过三种机理来进行：(1)通过红外可见或紫外光的电磁波产生的能量辐射；(2)通过相邻原子或分子间的相互作用的能量传导；(3)整个空气质量迁移的对流。,25,第二节 大气污染,（二）温室气体和温室效应 增加大气中CO2浓度，阻止地球热量的散失，使地球发生可感觉到的气温升高，这就是有名的“温室效应”。破坏大气层与地面间红外辐射正常关系，吸收地球释放出来的远红外辐射，就像“温室”一样，促使地球气温升高的气体称为温室气体。二
20、氧化碳是数量最多的温室气体，约占大气总容量的0.03%。氟里昂等也具有温室效应作用。除二氧化碳外还应考虑各种具有温室效应的其他气体及气溶胶的作用。温度效应引起的气候变暖在全球有明显的地域差异。,26,第二节 大气污染,四、大气污染物的来源和发生量 大气污染物主要来源于自然过程和人类活动。自然环境中，由于火山爆发、森林大火和森林排放、海浪飞沫、陨星破碎所产生的宇宙尘以及自然尘等向大气排放出各种物质。人类活动排放源主要有三：燃料燃烧；工业生产过程；交通运输。前两类污染源统称为固定源，交通运输工具则称为流动源。大气污染物的来源和发生量是因各国、各地区的经济发展、能源结构、工艺方法以及管理水平等不同，
21、而差别很大。,27,第二节 大气污染,五、大气的自净作用进入大气的污染物，经过自然条件下的物理和化学作用，有的向空间扩散，稀释使其浓度大幅度下降，有的受重力作用，粒子间结成较大的颗粒沉降于地面。有的在雨水洗涤作用下返回大地，有的与其它物质发生化学反应被分解为无害的物质，有的在空气中被建筑物或植物接触吸附除去，从而使空气得以净化，另外绿色植物的光合作用也是一种自净作用，它们能够消耗CO2，又向大气补充O2，是一种自然环境调节的重要机能。当大气的污染物数量超过其自净能力时，就出现大气污染。,28,第三节 大气质量控制标准,大气质量控制标准是以保障人体健康和生态系统不受破坏为目标，对大气环境中各种污
22、染物所规定的含量限度。一、大气环境质量标准 一级标准：为保护自然生态和人群健康，在长期接触的情况下，不发生任何影响的空气质量要求。二级标准：为保护人群健康和城市、乡村的动植物在长期和短期接触情况下，不发生伤害的空气质量要求。三级标准：为保护人群不发生急性、慢性中毒和城市一般动植物正常生长的空气质量要求。具体执行又根据各地区地理、气候、生态、经济等情况和大气污染程度将大气质量分为三类：一类：国家规定的自然保护区、风景游览区、名胜古迹和疗养地。二类：为首都、著名旅游城市以及各城市规划中确定的居民区、商业交通居民混合区、文化区、名胜古迹和广大农村等。三类：污染较严重的工业城镇和工业区以及城市交通枢纽
23、、干线等。,29,第三节 大气质量控制标准,空气污染物三级标准浓度限度值,30,第三节 大气质量控制标准,二、空气污染物排放标准空气污染物排放标准是以实现大气质量标准为目的，而对污染源排入大气的污染物含量的限度。（一）按污染扩散规律推算排放标准这种方法是应用污染物在大气中的扩散规定和计算模式算出不同烟囱高度下的容许排放量，或者根据污染源的排放量，推算出最低烟囱高度。（二）K值法计算排放标准日本对二氧化硫容许排放量的公式中引入了地区系数K，Q=K10-3H2（m3/h)H=Hs+HHs：烟囱的实际高度；H：烟流的抬升高度；K：地区系数。K值法的特点是：对不同的地区要求不同，污染越严重，K值越小，
24、且随客观情况发展而改变，修订方便。,31,第三节 大气质量控制标准,（三）总量控制标准总量控制标准是对整个地区排放的污染物总量加以限制的方法。它是根据地区环境的自净能力环境容量，确定出该地区允许的污染物排放总量。确定地区环境容量要考虑两个方面：一是维持自然环境净化污染的能力；二是要使环境污染的程度维持在一定的水平以下，即要达到大气环境标准的目标。,32,第四节 大气污染控制的基本方法,一、大气污染控制的含义大气污染控制可从两个方面来理解：一种理解是从立法角度，用法律来限制或禁止污染物的扩散。第二种理解是指控制一词具有防止的意思。大气污染控制的重点是控制污染源。二、废气排放控制系统（一）污染物的捕集（二）颗粒污染物控制（三）气态污染物控制（四）污染物稀释法控制,
