《大气污染与防治》PPT课件.ppt

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1、第四章 大气污染与防治,第一节 概 述,一、大气的组成 1、大气的概念：是指围绕地球周围的混合物气体，通常称为大气圈或大气环境。,2、大气的组成,恒定组分：N2、O2、Ar 占总量的99.97%，还有其他惰性气体,可变组分：CO2、H2O,不定组分：由人类活动引起的突发灾害物质：SO2、NOX、H2S、粉尘（自然灾害、火山爆发、森林火灾、地震等）。,干洁空气（恒定组分+可变组分）的组成：,二、大气的结构 大气圈：厚度 1100 1400km，空气越往上越稀薄。大气圈分层：对流层、平流层、中间层、暖层、散逸层。1、对流层：大气最下层，下界与地面相接，上界随纬度和季节而变。,低纬：17 18km,

2、中纬：10 12km,高纬：8 9km,集中了整个大气圈3/4的质量和几乎全部的水汽,对流层主要特征：（1）气温随海拔高度的增加而降低 对流层从太阳直接得到的热量很少，主要靠地面反射，因此，大气温度是向上递减的，平均上升100m，气温下降0.65。（2）具有强烈的对流运动 使高层、低层空气交换，近地面的热量、水汽、杂质易于向上输送，因此大气污染也多发生在这一层。（3）天气现象复杂多变 雨、雪、寒潮、台风、雷暴,2、平流层 对流层顶 55km 对流层顶 30km：温度保持在-3（恒温层）对流层顶 30km，气温随高度升高而上升，形成逆温层 距地面 2225km：臭氧层，阻挡紫外线 3、中间层 距

3、地面5585km，气温随高度升高100m，降1。又称“上对流层”或“高空对流层”80km高度上，大气分子白天开始电离，形成白天出现的电离层。D层,4、暖层 距地85 800km 气温随高度的增高而增高，300km高度上，气温可达1000 以上，形成电离层 E层、F层。5、散逸层 暖层以上，气温极高，空气稀薄，大气粒子运动速度极快，常可以摆脱地球引力而散逸到太空中去。,大气垂直方向上的分层,三、大气污染（一）概念：通常指由于人类活动（生产、生活）和自然过程（火山、森林火灾、海啸、岩石风化）引起某种物质、能量进入大气中，呈现足够的浓度，达到足够的时间，并因此而危害了人体的舒适、健康和福利或危害了环

4、境的现象。或：大气中污染物质的浓度达到了有害程度，以致破坏生态系统和人类正常生存和发展条件，对人和物造成危害的现象。,（二）污染的分类 按污染的范围，可分为四类：局部地区大气污染：如工厂区域性大气污染：如城市广域性大气污染：工业带全球性大气污染：整个大气层。如臭氧层破坏、温室效应,第二节 大气污染源及主要污染物发生机制,一、大气污染源 污染源：造成环境污染的发生源，一般指向环境排放有害物质或对环境产生有害影响的场所、设备和装置等。大气污染源：指向大气排放污染物质的发生源。,固定污染源：发电厂、烟囱,移动污染源：汽车、火车,污染源分类：（一）按污染物存在形式分类,（二）按污染物排放形式分类,点源

5、：集中一点或可小的当作点的小范围排放污染物,线源：沿线排放污染物,面源：连成一片,（三）按污染物排放空间分类,高架源：在距地面一定高度上排放污染物的污染源,地面源：在地面上排放污染物的污染源,（四）按污染物排放时间分类,连续源：连续排放污染物，例如发电厂,间断源：间断排放污染物，例如取暖锅炉,瞬时源：无规律地短时排放污染物，例如事故排放,（五）按污染物发生类型分类,工业污染源：工业废气,生活污染源：生活（煤、液化气、煤气）,农业污染源：农业燃料燃烧、农药、氮肥、CH4,交通污染源：燃油放出CH4、CO、NXOX、Pb,我国大气污染源主要来自燃料燃烧：70%,其次：工业生产：20%,交通运输：1

6、0%,二、大气污染物（一）一次污染物与二次污染物 一次污染物：直接从污染源排放的污染物质，例如 SO2、NO、CO。二次污染物：指一次污染物在大气中相互作用或与大气正常组分作用，经化学或光化学反应生成的新的污染物。,10m，降尘,10m，可吸入颗粒“气溶胶”,（1）粉尘：粒径 1200m,（二）几种主要大气污染物,1、颗粒污染物,（2）烟和黑烟 烟：指固体升华、液体蒸发、化学反应等过程生成的蒸汽在空气或气体中凝结成浮游粒子的气溶胶。1m 黑烟：指固体或液体在燃烧时所产生的细小的粒子在大气中漂浮出现的气溶胶现象。0.051m（3）雾：由蒸汽状态凝结成液体的微粒悬浮在大气中所出现的现象（4）总悬浮

7、颗粒（TSP）：指大气中粒径小于100m的所有固体颗粒,2、气态污染物（1）硫氧化物：主要指SO2和SO3 H2S不稳定，可迅速氧化成SO3 煤燃烧放出SO2，转化成SO3（2）氮氧化物：NO、NO2、N2O（大气正常组分，来自微生物分解）N2O3、N2O4，造成污染的主要为 NO、NO2（人为造成的）NO NO2 HNO3（3）碳氧化物：CO、CO2 CO：燃料的不完全燃烧、汽车尾气（占80%以上）CH4转化、海水CO释放,（4）碳氢化和物：CXHY，又称烃类，分为甲烷烃和非甲烷烃，CH4占大气中碳氢化合物的8085%,甲烷烃：主要源于厌氧细菌的发酵过程（沼泽、泥塘等）温室气体,非甲烷烃：主

8、要源于石油的不完全燃烧和石油类物质的蒸发（车辆等）光化学烟雾的主要成分,（5）卤素化合物：F与HF，Cl与HCl为主要污染物刺激性、毒性、腐蚀性 氟氯烃：破坏臭氧层 主要来源：工业生产中排放的 如：冶金工业排放HF、SiF4,（三）大气污染的类型,常规能源利用中排放的工业废气是引起大气污染的主要原因。按能源性质和污染物的种类可将大气污染划分为四种类型。1、煤烟型主要由煤炭燃烧时排放的硫氧化物、烟尘、粉尘等造成的污染，以及这些污染物发生化学反应而生成的硫酸及其盐类所构成的气溶胶而形成的二次污染物。,2、石油型在石油开采、冶炼，石化企业生产，石油制品使用尤其是汽车使用中向大气排放的氮氧化物、碳氧化

9、物、碳氢化合物等造成的污染，以及这些污染物经过光化学反应形成的光化学烟雾污染等。3、混合型大气污染物的排放具有煤烟型和石油型的综合特征，其污染源包括以煤碳为燃料的污染源，以石油为燃料或原料的污染源，汽车尾气排放源，以及从工厂企业排出各种化学物质的污染源。,4、特殊型由工厂排放某些特殊的气态污染物所造成的局部或有限区域的污染，其污染特征由所排污染物决定。如核工业排放的放射性尘埃和废气，氯碱厂排放的含氯气体，以及生产磷肥的工厂排放的特殊含氟气体所造成的污染。,三、污染物质在大气中的化学转化（一）硫化物在大气中的化学变化,大气中的硫化物主要有：H2S、SO2、SO3、H2SO4、（NH4）2SO4

10、2 H2S+3 O2=2 SO2+2 H2O SO2转化成：2 SO2+O2+2 H2O 2 H2SO4 SO2 1SO2 单重态 SO2 3SO2 三重态,铁、锰,催化剂,h（290340nm）,h（340400nm）,吸收能量 1SO2+M SO2+M 1SO2+M 3SO2+M 3SO2+O2 SO3+O（重要的光化学反应）,1.H2S氧化,2.SO2催化氧化,3.SO2光化学氧化,进一步与水结合：SO2+H2O H2SO3 H2SO3 2H+SO32-SO32-+O2 SO42-在含有氮氧化物和碳氢化合物的空气中：与其他光反应产物（HO、HO2、O、O3、NO3、N2O5、RO2、RO

11、）进一步反应：SO2 SO3进一步转化为硫酸盐气溶胶：SO3+H2O H2SO4 H2SO4+H2O（H2SO4）m（H2O）n H2SO4+H2O+2NH3(NH4)2SO4m(H2O)n(NH4)2SO4)m(H2O)n 气溶胶长大,SO2、SO3、H2SO4、H2O,4.硫酸和硫酸盐的生成,（二）氮氧化物在大气中的化学变化（1）主要的氮氧化物：NO2、NO和NH3 与水、氧分子、金属 硝酸盐气溶胶（主要）（2）化学变化 光照条件下，NO、NO2与CxHy等 光化学烟雾 A、硝酸盐气溶胶的生长（主要形式）：NOX NO3-、NO2-、NH4+NO3-+A A（NO3）X B、光化学烟雾的形

12、成（特殊形式）a：二氧化氮、一氧化氮、臭氧在光照条件下发生化学循环反应 NO2+h NO+O（3P）O（3P）+O2+M O3+M O3+NO NO2+O2 b：上述反应，如有碳氢化合物，则生成醛、酮、过氧酰基硝酸酯类：,氧原子与碳氢化合物反应生成烷基R和酰基RCOO+HC R+RCO臭氧分子与碳氢化合物反应生成醛、酮、酰基：O3+HC RCO2+RCHO R2CO酰类自由基与一氧化氮和氧反应生成过氧酰类游离基：RCO2+NO NO2+RCORCO+O2 RCO3,过氧化酰类游离基与二氧化氮反应生成过氧化酰硝酸酯，以过氧乙酰硝酸酯（PAN）为例，反应式为：O O CH3C+NO2 CH3C O

13、O OONO2（PAN）这些反应在光照条件下连续发生，直到一次污染物全部反应完为止。,（3）光化学烟雾形成的条件 a、太阳辐射强，5 10 月，上午 9-10点下午2点。b、高温低湿，有逆温出现，无风或风力不大。,烃和NO的最大值发生在早晨交通繁忙时刻，属一次污染物。随着太阳辐射的增强，NO2、醛、O3的浓度迅速增大，中午时刻已达到较高浓度，属二次污染物。,（三）酸雨的形成机制什么是酸雨？酸雨是指pH值小于5.6的雨雪或其它形式的降水，是大气污染的一种表现。纯净的雨雪降落时，由于空气中有一定浓度的二氧化碳，一般为316l/L，溶于其中形成pH值5.6以上的弱酸性降水。20世纪从60年代开始，随

14、着工业的发展和矿物燃料消耗的增多，世界上一些地区（如北欧南部和北美东部）降水的pH值降到5以下，而且范围不断扩大。,酸雨的成因 是由于SO2、NOX和氯化物等大气污染物进入大气后，经过一系列的光化学反应，催化反应而生成 H2SO4、HNO3和HCl 并随降水降落到地面形成酸雨。酸雨的分布特征 美国东北部和加拿大交界的五大湖区域，欧洲以芬兰为中心的西北欧地区，我国长江以南、青藏高原以东的华南西南地区是世界上酸雨集中分布的三大区域。国外酸雨中硫酸与硝酸之比约2:1，我国硫酸与硝酸比约10/1，所以我国酸雨的形成与国外不同的是SO2起着决定性的作用。,（四）臭氧层破坏臭氧层的分布 臭氧（O3）是大气

15、的微量气体之一，大气中臭氧只占千万分之几，其中平流层臭氧占大气总臭氧的91，主要浓集在平流层中20-25km的高空，即大气的臭氧层，但最大浓度也只有大气的十万分之一左右。臭氧层有效地吸收了对地球表面生物有害的、波长小于290nm的太阳紫外线，成为地球上人类与生物的一道天然屏障。,臭氧层破坏的发现 英国科学家Farmen等人1985年报导，南极上空出现巨大的臭氧空洞。美国国家宇航局（NASA）的监测报告指出，北半球上空臭氧的浓度同南极一样在逐年减少。我国设在昆明、北京的臭氧监测站，也监测到臭氧含量减少。监测结果证实了臭氧层的破坏已遍及全球，成为人们所关注的全球性环境问题。现代分析化学测定结果说明

16、：近三十年来臭氧层已遭到严重损耗破坏。南极上空1979年为290DU，1987年降为121DU，1991年降为110DU。1994年国际臭氧委员会宣布：1969年以来，全球臭氧总量减少了10%，南极上空下降了70。,臭氧层破坏的原理 含氯氟甲烷威胁平流层内臭氧层的可能性，最早是由莫林纳（Mario Molina）和罗兰德（F.Sherwood Rowland）在1947年首次发现的，他们于1995年获得诺贝尔化学奖。大气平流层，氧气在太阳紫外线作用下形成臭氧层：O2+h（243nmA）O+O O2+O+M O3+M O2+h（312nm）O+O,氮氧化物与臭氧的化学反应 NO+O3 NO2+O

17、2 NO2+O NO+O2 O+O3 O2（净反应）氯氟甲烷氟利昂-11（CFCl）和氟利昂-12（CF2Cl2），在平流层发生降解，产生 Cl 原子 Cl+O3 ClO+O2 ClO+O Cl+O2,破坏臭氧层的污染物主要是：氮氧化物和氯氟烃：,（五）温室效应,什么是温室效应 地球大气层中的CO2和水蒸气等气体分子吸收和阻止地面热量散发，犹如在地球上空镶上了“玻璃层”，致使地面保持一定温度，适宜人和生物生存。“温室气体”主要有二氧化碳、甲烷、臭氧、氧化亚氮和氯氟烃（氟利昂）等，其中二氧化碳数量最多。温室效应的产生机理 二氧化碳等温室气体对来自太阳的短波辐射具有高度的透过性，而对地面反射出来的

18、长波辐射却具有高度的吸收性。,2、转移,向下侧更远方向转移,向地面水体或大气转移,向平流层转移,3、形成二次污染或转化成二次污染物,1、自净,扩散：稀释和移除,沉降：重力沉降到其他环境介质当中,氧化：大气中的自由基可以氧化某些还原性污染物,中和作用：酸碱污染物中和，降低毒性,植物吸收作用：有些植物能吸收某些污染物,四、大气污染物的转归,第三节 影响大气污染物扩散的因素,一个地区的大气污染程度与下列因素有关：源参数：指污染源排放污染物的数量、组成、排放方式、排放源密度。气象条件：污染物在到达受体前经气象因子的转化作用。地理因素：下垫面 气象条件 本身的机械作用,一、影响大气污染物扩散的气象因素,

19、1、风：空气的水平运动称为风（1）风对污染物的扩散作用,（2）污染系数 污染程度与风向频率和平均风速有关，风向频率越大，污染越重；平均风速越大，污染越轻；二者综合影响：风向频率 平均风速,污染系数,2、湍流（1）湍流：风存在着不同于主流风向的各种不同尺度的次生运动或旋涡运动，这种不规则的运动叫湍流。（2）热力湍流：热力因子及垂直方向的变化引起的 机械湍流：近地面风速及下垫面因素引起的,（二）大气的温度层结和大气稳定度 1、大气的温度层结 温度层结：指地球表面上方大气的温度随高度的变化而变化的情况。,（1）气温垂直递减率（）在标准大气中，每升高100m，气温下降平均0.65 特殊情况有三种情形：

20、a、气温随高度增加而降低，（0）出现于晴朗的白天 b、气温随高度增加而不变，（0）出现于阴天、风速较大情况 c、气温随高度增加而增加，（0）出现于晴朗的夜晚,（2）干绝热递减率（d）气团上升，与周围气体热交换很少，自身由于膨胀或压缩引起温度变化，每上升100m，温度下降.98，叫干绝热递减率。d=0.98/100m 1/100m,2、大气的稳定度及判定（1）大气稳定度 表示空气是否安于原来的层次，是否易于发生垂直运动，也即是否易于发生对流。,（2）大气稳定度的判定 大气稳定度取决于气温垂直递减率（）与干绝热递减率（d）之对比。,a、当 d 时，气块上升，气块温度下降比周围快，后果：气块比周围空

21、气冷密度大，气块有下沉的趋势，此时大气处于稳定状态。,b、当 d 时，气块上升，气块温度下降比周围慢，结果气块温度高，密度小，气块加速上升，大气的这种状态是不稳定的。,c、当=d 时，气块温度变化与周围大气一致，气块加速度为零，此时大气处于中性平衡状态。,结论：大气温度垂直递减率越大，大气越不稳定，在这种情况下，有利于大气污染物的扩散稀释。,大气稳定度与烟云形状,（3）,（三）逆温 逆温层的气温垂直分布是下面为冷空气，上面为热空气，很难使大气发生上下扰动，不利于污染物扩散。逆温的类型（根据逆温的形成原因）：,逆温形成的因素：1、热力因素：在静风或微风、晴朗少云的夜晚，近地面层辐射冷却产生下冷上

22、热的辐射逆温。暖气团抬升到冷气团之上，产生锋面逆温。2、动力因素：高压气团过境，气流下沉增温，下沉运动终止的高度出现下沉逆温，又称上部逆温。平流逆温主要是由海陆温差引起的。3、地形因素：特殊地形（盆地或谷底）形成地形逆温。夜晚冷空气下沉谷底上部空气较暖，形成逆温层。,（四）云、雾和降水 云：反射太阳辐射，地面不易增温。同时，云量增多使地面有效辐射降低，地面不易冷却。因此，云量增多，气温随高度的变化幅度减小，使大气稳定度趋于平衡状态，不利于污染物扩散。雾：象被子，阻挡污染物扩散，大气中的 SO2、NOX被雾吸收，形成硫酸或硝酸，危害更大。降水：清洗大气中的污染物（凝结、溶解、水化反应）使某些大气

23、污染物转化为水体污染。,二、影响大气污染扩散的地理因素（一）地形和地物 地形：主要是盆地、山谷 地物：主要指城市各类建筑物和构筑物（二）局地气流 由于下垫面性质差异、地面热力状况不均匀造成的。1、山谷风 白天 谷风：山坡受热，同高度自由大气增温慢，风从谷地吹向山坡 夜晚 山风：山坡冷却快，空气从山坡流向山谷,2、海陆风 海风 白天：陆地受热气温高于海面，陆地上空热空气上升，海洋下层冷空气向陆地吹。陆风 夜晚：夜晚陆地冷却快，风从陆地向海洋吹。,3、城市风 城市热岛：白天吸热，夜晚散热慢，使近地面温度 乡村。城市风：把农村污染气体带入城市。,第四节 大气污染的危害,一、大气污染对人体健康的危害

24、吸入途径 呼吸道（危害最严重）饮食 体表接触 呼吸道进入人体造成危害如下：1、急性中毒：污染物一次或24小时内多次大剂量作用于人体对人引起严重伤害，污染物骤然排出。气象条件突变（无风、逆温、大雾天气）地理位置特殊（盆地、谷地）例如：1984 年，印度农药储罐爆裂，造成2500多人死亡，十几万人受伤害。,2、慢性中毒：污染物小剂量、长时间作用于人体，对人体造成慢性损害。SO2、硫酸雾、氯气、臭氧、粉尘 积累有毒物质：Cd、Be、Sb、Pb、Ni、Cr、Mn、Hg、As 氟化物、石棉、有机氯杀虫剂 3、致癌作用 多数致癌物为有机物，如多环芳烃及其他衍生物 少数无机物：As、Ni、Be、Cr 例：烟

25、尘、汽车废气中可检出30多种多环芳烃组分，其中苯并芘超标，致癌风险很高。,二、大气污染物对动植物的危害 1、植物：急性伤害：坏死斑 慢性伤害：生长受阻，发育不良，叶片失绿、早衰、粮食减产 主要污染物：SO2、MFx、氧化剂、乙烯 2、动物：食用积累了大气污染物的植物和水而发生中毒或死亡。,三、大气污染对材料的损害 腐蚀（化学反应）：金属、建筑、橡胶、电子器件 飘尘（物理）：影响精密仪器、设备的生产、安装、调试、使用 例如：重庆 嘉陵江大桥四、大气污染物对大气和气候的影响 1、CO2“温室效应”污染物颗粒物浓度加大“阳伞效应”2、工厂、汽车排放的微粒水汽凝结核水滴、冰晶下风地区降水量多“拉波特效

26、应”,五、温室效应对环境的影响,气候变化引起全球性气候变暖，极端性天气现象增加。北半球冬天变短变湿，夏季变长变干，气候带北移。亚热带可能会比现在更干，而热带则可能变得更湿。强热带风暴、台风、飓风更频繁。海平面上升气温升高加速极地或高山上的冰川融化，导致海平面上升。据推算，全球增温1.5-4.5，海平面会上升20-165cm，最终可能会淹没沿海大量的城市、低地、农田和海洋中的岛屿。生态环境变化气温和降水变化，引起各类生态系统的结构和组成成分改变，自然生态和农业发生难以预料的变化，可能导致物种的灭绝，农作物的减产，破坏生态平衡，给人类带来灾难。,六、臭氧层破坏的危害,大量紫外光辐射将到达地面而危害

27、人体健康，对人体免疫系统功能产生抑制作用，会引起白内障、雪盲、视网膜伤害和角膜肿瘤等多种眼部疾病。接受额外紫外线辐射的植物，其生长速度下降20-50%，叶绿素含量减少10-30%，有害突变的频率增加20倍，幼苗受到的伤害更为严重。臭氧层破坏还将导致地球气候出现异常，由此带来灾害。,七、酸雨的危害,酸化地表水，危害水生生物破坏土壤结构，降低农作物产量 严重腐蚀建筑物和工业设备 影响人体健康,第五节 大气污染防治途径与措施,一、控制大气污染的途径（一）合理布局工业 1、大分散、小集中布设 2、考虑地形条件（不设在山谷内）3、下风向区域 4、生产、生活区有一定间隔 5、淘汰落后工艺，发展高新科技,（

28、二）城市要有合理的功能分区,分类布局,工业企业,仓库,居住,（三）区域采暖和集中供热 一家一户的煤炉 集中供热（四）用高烟囱排烟和集合式烟囱排放 1、高架烟囱：降低地面污染物浓度，但污染物可飘向远方，因此也需要进行烟尘处理。2、集合式烟囱：将 2-4 个排烟设备集中到一个烟囱中，可提高排烟出口温度，增加排烟速度，扩散效果好。（五）改变能源结构 煤 天然气、煤气、液化石油气 汽车燃油 提高油品质，天然气替代,（六）改革生产工艺，推行清洁生产 1、变废为宝：一种生产的废气作为另一种生产的原料 2、减少污染物排放量：提高热效率（改善燃烧过程、改造旧锅炉）（七）绿化造林、净化空气 调节温度、湿度、城市

29、小气候，水土保持，减少扬尘，净化空气。,二、控制大气污染的技术措施（一）烟尘治理技术 1、烟尘存在形态：固态或固液共存 2、除尘：采用除尘器,（二）二氧化硫治理技术 1、燃料脱硫,重油脱硫：,2、燃烧脱硫 石灰石、煤 2mm 燃烧 多孔氧化钙吸收 硫 硫酸盐,（1）湿法排烟脱硫：氨法、钠法、石灰 石膏法、镁法、催化氧化法 氨法脱硫：2NH3H2O+SO2（NH4）2SO3+H2O（NH4）2SO3+SO2+H2O 2NH4HSO3 钠法脱硫：2NaOH+SO2 Na2SO3+H2O Na2CO3+SO2 Na2SO3+CO2 Na2SO3+SO2+H2O 2NaHSO3 钙法脱硫：Ca（OH）2+SO2 CaSO3+H2O 2CaSO3+O2 2CaSO4,3、烟气脱硫,湿法,干法,（2）干法排烟脱硫：活性碳法、活性氧化锰吸收法、接触氧化法、还原法 活性碳法：SO2+1/2O2+H2O H2SO4 接触氧化法：以硅石为载体，以 V2O5 或 K2SO4 为催化氧化剂，使SO2氧化制成无水或78%硫酸。,