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1、第二章 大气污染源和主要污染物,第一节 大气污染源,引起大气环境污染的物质主要来自两个方面：一是自然界各种过程产生的，即所谓“自然源”；二是人类生产和生活过程中产生的9即所谓“人工源”。引起大气污染广泛而严重的主要是后一种，在污染科学中“污染源”通常是指人工源。,污染源的分类,从整个大气环境出发可分为：工业企业污染源、交通运输污染源、生活炉灶污染源、农业污染源等等。从污染物在大气中迁移扩散规律出发可分为：按几何形状：点源、线源、面源。按排放高度：高架源、地面源。按排放时间：瞬时源、连续源。按运动状态：移动源、固定源,、工业企业污染源,工业生产过程中产生的大气污染物是大气中污染物的主要来源，这类
2、排放源的特点是大而集中。据统计，我国工业企业的烟尘和SO2的排放量占全国总排放量的84。火电、钢铁、有色金属治炼、炼油、石油化工等企业是主要大气污染源。工业生产过程中，燃料燃烧过程所产生的污染物占相当比重。火电厂以煤或石油为燃料，煤的含硫量通常为0.55，灰份很高，可达520。石油含硫量为0.53，其中80的硫是可燃的。另外在燃烧的高温下，氮和氧化合成以NO为主的氧化物（NOx），因此火电厂排放出大量SO2、粉尘和NOx。据美国统计，火电厂排放的SO2占整个工业排放的50，粉尘和NOx分别占25。,二、交通运输污染源,汽车、火车、轮船、飞机等交通运输工具和工厂相比，具有小型、分散、流动等特点，
3、但是其数量庞大，污染物排放总量也相当可观。以美国为例，1970年全国排放CO达1.47亿吨，其中交通运输占76，硫的氧化物排放量达034亿吨，其中交通运输占3，氮的氧化物为023亿吨，交通运输占50，碳氢化合物035亿吨，交通运输占56，粉尘025亿吨，交通运输占27，除硫的氧化物和粉尘外，其它几种污染物大部分是交通工具排放的。表（32）是汽车车速与汽车废气组成成分之间关系。,三、生活炉灶污染源,家庭炉灶及取暖设备，数量大、分散广、排放高度低，其排放的污染物常弥漫于居住区及其周围，排放的污染物主要是燃料，燃烧产生的烟尘、CO、SO2等，特别是由于工业发展带来的城市人口集中，生活用煤产生的污染相
4、当可观，成为城市低空大气污染不可忽视的污染源。我国尤其是北方城市，冬季取暖用煤是城市大气污染的重要原因。,四、农业污染源,农药一般以粉尘或气溶胶喷洒，喷洒过程中农药随风飘扬，污染大气。尤其使用飞机、烟剂、气雾弹等，施药时可造成大量的农药在大气中飘浮。喷洒后的农药也可以从土壤和植物表面挥发进入大气。氮肥施人土壤后，由于在土壤中发生的反硝化作用、氨化作用和硝化作用，这些过程导致了分子氮、NH3、N2O、NO、NO2的产生，从土壤向大气中散发。家畜饲养时，粪尿本身及其分解物产生恶臭、H2S、醇、酚、醛、氨、酰、氨类、胺类、吲哚、氨苯类物质和病原微生物。水稻生产过程中，稻田排放出甲烷。目前大气中甲烷的
5、浓度正以每年1以上速度上升，这一趋势可能对大气光化学和全球气候产生明显影响。所以农业作为大气污染源的作用是不可忽视的。,第二节 大气污染物,进入大气的污染物种类相当多，迄今为止还没有很完整、确切的统计。已经产生危害或者已经为人们所关注的约有100种左右。大气污染物的分类 按污染物的物理形态：气态污染物、液态污染物、固态污染物。按污染物形成原因；一次（原始）污染物、二次（次生）污染物。按污染物化学组成：含硫化合物、氮氧化物、碳氧化物、氟化物、碳氢化合物、光化学氧化剂、颗粒物等。所谓“一次污染物”是指从发生源直接排放的污染物“二次污染”则是由固定或流动的排放源排放的一次污染物在大气中发生物理或化学
6、反应而生成的新污染物。,一、主要大气污染物,1含硫化合物 大气中主要含硫化合物是SO2、H2S、H2SO4和硫酸盐。,SO2在大气中的主要归宿是SO3，硫的化合物从大气中去除的途径主要是降水冲洗，向土壤和植物的扩散、硫酸盐微粒的干沉降。,SO2是大气中分布很广，影响也较大的主要污染物，所以常以它作为大气污染的一个主要指标。对流层中SO2的背景浓度约为0.2 mm3m3，城市和工业区空气中SO2的浓度则要高出几个数量级。因为SO2主要来自人工源，因此其浓度随测定地点有很大差异。H2S作为人工源，全世界人工排放的H2S是SO2的2，约为300万吨（据Sheehy，1963），作为自然源，每年海洋和
7、陆地生物腐烂分解产生的H2S量不同学者有不同估计，从0.9072.87亿吨不等，但都认为远远超过人工源。H2S进人大气后可被原子氧、分子氧、臭氧等氧化成SO2，一般认为大气中H2S的寿命仅为几个小时。SO2在大气中的主要归宿是SO3，硫的化合物从大气中去除的途径主要是降水冲洗，向土壤和植物的扩散、硫酸盐微粒的干沉降。,2.氮氧化物,氮氧化物中重要的人为污染物是NO和NO2，,NO在大气中也可氧化成NO2，形成NO2速度取决于NO的浓度和环境温度。NOx在大气中的寿命约为5天，绝大部分氮氧化物最终被转化成硝酸盐，然后通过雨降、冲刷和干沉降等过程而被排除。,3.碳的氧化物,一氧化碳（CO）和二氧化
8、碳（CO2）是低层大气中最主要的污染物，主要来源于燃料燃烧。CO可来自燃料的不完全燃烧。CO在大气中的停留时间大约为一个月。CO2是大气的组成成分之一，它在生理上无毒害作用，因此有人并不把它认为是污染环境的物质。然后，CO2的所谓“温室效应”有可能影响大气圈的温度而对全球气候带来影响，所以受到特别的关注。,4.氟化物,污染环境的氟化物基本上都来源于工业生产过程。工业排放的氟化物以氟化氢（HF）数量最大，其次是四氟化硅（SiF4），至于四氟化碳（CF4），化学惰性较大，数量又小，一般不把它作为污染环境的因素。主要的工业氟污染源为电解铝厂、钢铁厂、磷肥厂、砖瓦玻璃厂、火力发电厂等。,气态无机氟进入
9、大气后，一般迅速扩散容易被地面植物吸收和吸附，同时也容易被大气中的颗粒物表面吸附。气态无机氟还极容易溶于水滴中被淋洗。因此气态无机氟在大气中滞留时间是很短暂的。,5.碳氢化合物,由碳元素和氢元素组成的化合物总称为碳氢化合物，可用符号HC表示。碳氢化合物包括脂肪烃、脂环烃、芳香烃。脂肪烃又包括烷烃、烯烃、炔烃，在常温下随碳原子的多少不同而分别呈气态、液态和固态。目前污染大气的碳氢化合物主要是广泛应用石油和天然气作燃料和工业原料而产生的。从大气中去除碳氢化合物的机制依赖于它们所含的单个组分。在有氮的氧化物存在时，由于光化学反应，HC向其它有机化合物的转化进行得非常迅速。,6光化学氧化物,光化学氧化
10、剂是指空气中氧化性能高的那组化合物，这组化合物主要是臭氧，此外还有过氧乙酰硝酸酯（PAN）、NO2，高活性游离基及某些醛类等。光化学氧化剂通常是由氮氧化物、碳氢化合物以及CO等在阳光下发生光化学反应生成的。,7.颗粒物,固体或液体的小离散体叫颗粒物。小至分子大小的颗粒，大到直径在10微米以上的颗粒都属于颗粒物质。对环境影响最大的是0.110微米的颗粒。在环境科学中，常常根据颗粒物的沉降状况，将其分为两类；粒径在10微米以上的，由于重力作用能迅速沉降，称之为降尘；粒径在10微米以下的称之为飘尘。由于飘尘的颗粒小，比较轻，可以在大气中长期滞留，甚至可以随大气环流在全球范围内运动。作为颗粒物的人工源
11、主要来自燃料燃烧、冶炼、粉碎、爆破等过程。颗粒物是一个总称，根据颗粒物的形成过程和性质等分别称为气溶胶（aerosol）、悬浮物质（suspended matter）、粉尘（dust）、尘粒（grit）、灰（ash）、飞灰（fly ash）、烟（smoke）、烟雾（smog）和烟尘（fume）等。,二、大气污染物浓度表示法与单位换算,大气中所含污染物的浓度通常有两种表示方法：体积体积；质量体积。,1.体积体积浓度表示法,这是国际上常用的一种表示方法。一般按cm3m3表示，即每立方米空气中所含污染物的体积立方厘米数。因1m3106cm3，故实际使用时，曾以百万分率符号PPM10-6表示，更小的单
12、位还有PPb10-9，ppt10-12。,2质量体积浓度表示法,这是我国常用的一种表示方法，一般以mgm3（毫克立方米）表示。如果污染物浓度很低，则可用gm3（微克立方米）表示。,由于气体的体积是随温度、压力的变化而变化的，通常把体积换算成标准状况下的体积。所谓标准状史是指温度在273K（即0）、大气压力在1.013105Pa（即760mm汞柱）时的体积，用NM3（标米3）表示。将任意温度和压力下的体积换算成标准状态下的体积可利用下列公式：式中P为压力（Pa），V为体积（m3），T为绝对温度（K）。另外美国、日本及国际全球监测系统内所使用的标准状态是指温度为298.1K（25），大气压力为1.
13、013105Pa，这是需要注意的。,以上两种表示方法的换算，即mgNm3和cm3m3（ppm）之间的换算关系式为：CmMCppm22.4 Cppm22.4 CmM式中 Cm是以mgNm3计算的大气污染物浓度；M是污染物的分子量；Cppm是以cm3m3（ppm）计算的大气污染物浓度。,3质量面积时间浓度,这种表示大气污染物量的方法一般只适用于某些项目的监测，例如用集尘缸测定大气中灰尘自然沉降量时，其单位为：吨千米2月,三、污染物排放量的估算,目前污染物排放量的估算通常用三种方法，即实测计算法、物料衡算法和经验计算法。,1实测计算法,通过对污染物排放源实地测定其单位时间废气排放量及废气中某污染物的
14、浓度，计算该污染物的排放量。计算公式如下：（1）烟尘源强计算 从烟囱口排出的污染物以每秒排出多少mg作为污染物排放源强单位用Q表示 Q尘WAB（11）式中 W燃煤量 A 煤的灰分含量（），它与煤的种类、质量有关 B 烟尘占灰分量（），它与燃烧方式有关 1 除尘器总效率，它与采用的除尘器有关,（2）SO2 源强计算,Q SO2WS2C（12）（1一3）式中 S煤中含硫量，与煤的种类有关 2乘上2是因为一个硫分子量是32，在燃烧 过程中会吸收空气中2个氧原子，因此分子量增大了一倍变成64 C 可燃硫占全硫量的百分比 2 除尘器脱硫率 3 灰渣固硫率,（3）NOx源强计算,QNOxW3.52 式中W
15、如果用吨作单位，所得结果是公斤数。计算中要注意浓度、流量等计算单位的换算，保证计算量纲的一致性。污染物的监测，例如测点的选择、采样和分析方法等均应按国家规定的统一标准、方法进行。,2.物料衡算法,物料衡算的物理基础是物质不灭定律和定组成定律。在生产过程中投人的物料量是GG1G2G等于产品重量Gl;物料流失量（G2）的总和：此式既适用于整个生产过程的总物料衡算，也适用于生产过程中任何一个步骤或某一生产设备的局部物料衡算，不论进人系统的物料是否发生化学反应或反应是否完全，都是成立的。,3.经验计算法,根据生产过程中单位产品的经验排放系数进行计算，求得污染物的排放量，计算式如下：GiKiMi 式中G
16、i是某污染物i的排放量（千克年）；Ki是单位产品的污染的经验排放系数（千克吨）；Mi是某产品的年产量（吨年）。这种计算方法的关键在于要取得不同生产工艺，不同生产规模下准确的单位产品的污染物排放经验系数。有了准确的经验系数，就可以命名污染物排放经验系数。,第三节 气象因素对大气污染的影响,在大气扩散试验和空气污染监测时都可以发现，在不同气象条件下，同一个污染源造成的地面污染浓度可相差几十倍至几百倍。这是由于大气的扩散稀释能力因气象条件的变化而发生巨大改变所造成的。,、风和湍流,风的第一个作用是整体的输送作用。污染区总是处在污染源的下风向。风的另一个作用是对污染烟气的冲淡稀释作用。风速越大，单位时
17、间内与烟气混合的清洁空气越多，所以污染浓度与风速成反比。在近地层，风速随高度的变化还与湍流的强度及性质有关，对扩散产生间接作用。总之，风大以及湍流强时，扩散稀释速率就快，污染浓度就低，反之则扩散稀释速率就慢，污染浓度就高。其它气象因子也都是通过风和湍流的作用间接影响污染的。所以凡是有利于增大风速、加强湍流的气象条件都有利于污染物的扩散稀释，反之亦然。,二、温度层结,温度层结是指大气在铅直方向的温度梯度，它是大气铅直运动稳定度的标志。当温度梯度属不稳定时，湍流活动加强，有利于大气污染物的扩散稀释；当温度梯度属稳定时，湍流受到抑制，大气污染物的扩散稀释减缓。所以温度层结是与大气污染有密切联系的气象
18、因子。下面是五种不同温度层结时烟流的典型形状。,1平展型,这种情形出现在稳定条件下。此时湍流受到抑制，特别是铅直湍流交换十分微弱，烟流在铅直方向的伸展很小，象扁平的飘带向远处伸展。烟流在水平方向是缓慢弯曲偏转的。从长时间来看，会造成有效的侧向扩散。,2锥型图,这种情况出现在近中性条件下，此时湍流强度比平展型大，但比不稳定时小。这种扩散一般是大风和云天的特征。,3波型（环型）,这种情况出现在不稳定条件下，此时流场中较大尺度的湍流活动相当活跃，扩散十分迅速。烟气在离烟囱较近的地方就扩散到地面。最大地面浓度反而比稳定层结时更高，但随着距离的增加，很快降低。,4漫烟型（熏蒸型）,当夜间近地面为逆温而风
19、速又较小时，处于这一层内的烟流扩散缓慢。在烟源高度上聚积了大量的污染物质。日出后的一个暂短时间里，由于地面加热而发展起来的湍流交换作用达到了这个高度，而上部的逆温还尚未破坏（起一个“顶盖”作用，污染物上不去），使夜间积聚起来的污染气层很快向下混合，地面浓度突然增大，造成局地严重污染状况。,5上升型（屋脊型）,这种情况的温度层结与上面的漫烟型正好相反，下部是稳定层结，上部是不稳定层结，下部逆温湍流扩散弱，上层湍流扩散强，形成烟流下缘浓密清晰，上部稀松或有碎块。温度层结不稳定（或稳定）引起的湍流扩散（或抑制）是热力因子形成的。影响大气扩散的还有机械湍流部分，即烟流扩散的形状不能仅仅用温度层结来解释
20、，还应考虑动力因子的作用。在近地层主要考虑风和地面粗糙高度。,三、风速廓线与地面粗糙度,近地层机械湍流的能量来源于风速梯度（即风速随高度的增加）。在同一地点上，机械湍流总是随高度的增加、风速的增加而增加。从这个意义上讲，风不但具有直接的冲淡稀释污染物的作用，而且强风促使机械湍流增加，从而有利于污染扩散。粗糙地面会促进湍涡的形成，因此气流流过不平坦地表面时，扩散速率将增大。但在强风条件下，由于上、下层空气得以充分混合，使温度层结拉近中性，此时机械湍流虽然加强，热力湍流却难以发展，反而不一定出现最有利的扩散形势。,四、云量与辐射的昼夜变化,有时可以用近地面温度层结的资料来估计污染物在大气中的扩散稀
21、释情况。为此应当先了解近地面温度层结变化的原则。晴朗的白天，在阳光照射下，地面开始升温，空气从下部先被加热，温度递度是递减的，大气处于不稳定状态。夜间地面向上辐射损失热量，地面温度降低，空气从下面先冷却，形成逆温，大气处于稳定状态。午后递减最强，层结最不稳定。日出前散热最多，出现了强逆温，层结最稳定。山出后不久，以及日落前后处于转换期，接近中性，是过渡期。云对辐射起屏障作用，它既阻挡白天太阳向地面的辐射，又阻挡夜间地面向上的辐射，总的效果是减小气温随高度的变化，使白天的递减和夜间的逆温都受到削弱。减弱程度视云量多少而定。在阴天，近地层温度层结的昼夜变化基本消失，大气始终处于近中性状况。同理，可
22、以分析温度层结的季节变化和下垫面性质以及天气形势的影响。,五、降水清洗和干沉积,降水（包括雨、雪）对于污染物质的扩散本身并没有影响，但是降水能起到直接净化大气的作用。例如比较混浊的天空，在一阵大雨之后，能将10微米以上粒子清洗掉一半，空气就变得清新起来，这就是降水对大气的净化作用。降水的净化作用可包括对污染颗粒的冲洗作用和对污染气体的溶解作用等两个方面。,降水的冲洗作用是这样的；首先考虑单个降水滴以W速度下降，它的半径为r，在单位时间内水滴掠过的空间面积为r2w，如果单位体积空气中的污染物浓度（质量）为q，则在水滴掠过的体积中的污染物的质量是qr2w。但是实际上由于湍流作用以及雨滴下降过程中对
23、空气的扰动作用，水滴所捕集到的污染物质并不等于这个数值，而是qr2wE，这个E称为捕集率。,这是指一个水滴在单位时间内对污染物的冲洗作用，显然冲洗的体积与水滴的大小及多少有关。考虑雨水中所有不同大小的水滴的作用，设单位体积空气内半径在rrdr之间的水滴个数为Nr，那么在单位时间、单位体积空气中水滴的总捕集量应是对不同半径水滴的积分方程，最后污染浓度随时间下降的表达式为：qq0eSAt 这里q是受水滴冲洗后的浓度 q0 是未受水滴冲洗的浓度；SA 是冲洗系数；t 是时间。此式表明在有降水时，污染浓度随时间按指数律下降。上述只是理论上的分析。,2、干沉积,所谓“干沉积”就是由于重力、惯性力、静电力
24、、湍流运动，热力运动等因素的作用，污染物在迁移扩散过程中，随时有可能被下垫面所阻留，形成持续不断地向地表面的质量转移过程。污染物从大气向下垫面的质量转移过程称为干沉积过程。它主要包括重力沉降和下垫面的清除作用两个方面。,（1）重力沉降,通常粒径大于10微米的颗粒物，在重力作用下产生明显的沉降，对这类污染物在研究其扩散过程时，需要考虑重力沉降的影响。粒子的沉降速度主要取决于气体动力学阻力和地球重力之间的平衡。粒子的大小即粒径和密度可以通过采样测定，其沉降速度的理论值与粒径有如下关系,（2）下垫面的清洗,对于小的粒子和气态污染物除了重力对其干沉积作出贡献外，其它机制的作用随粒径的减小而加大。至于气
25、态污染物更主要是重力以外的其它机制支配其干沉积。这些其它机制表现为下垫面的清除作用，例如碰撞、静电、植物吸收、吸附、化学反应、溶解等，其机理比较复杂，过程也较缓慢。对于气体和小粒子（10d1（微米）来说，湍流扩散起主导作用。而对于小于0.1微米的粒子，布朗扩散的重要性增加。理论数据和实验资料表明0.11微米间粒子的沉积速度最小。表（311）列出一些下垫面上SO2的沉积速度。,第四节 大气污染的危害,、对农业生产的危害农业生产的正常进行需要一定质量的大气为基本条件。各种来源的污染物输人大气，使大气质量发生相应变化。如果输送强度与大自然净化过程相协调，则为农业生产所容许，对农产品产量、质量无不良影
26、响，可认为大气是清洁的；如果输送强度超过大气自然净化能力，大气污染物浓度超过农业的容许水平，对农业生产造成不良影响，农业生物受到一定程度危害，产量降低、质量下降、价值变低，使生产遭受损失，这就是大气污染对农业产生了不良影响。,1危害农业的大气污染物,我国在一个世纪以前对大气污染与农业受危害就有所认识，所谓“烟斑”就是指污染物对植物造成叶片伤害的症状。在极其复杂的大气污染物中，常见的危害植物的污染物主要有硫氧化物、氟化物、臭氧、过氧乙酰硝酸酯（PAN）、氯气、乙烯、氮氧化物、氰化氢、氯化氢、硫化氢、氨、磷化氢、三氯化磷、五氯化磷、碳酰氯、甲醇、甲醛、苯、酚、吡啶、硫醇、粉尘等等。,大气污染对植物
27、产生危害的毒作用过程是不同的，大体可分为氧化、还原、酸性、碱性过程等,氧化物有：臭氧、过氧乙酰硝酸（PAN）NO2、Cl2等。还原物有：SO2、H2S、CO、甲醛等。酸性物有：HF、HCl、HCN、SO、SiF4等。碱性物有：NH3等。有机物有：C2H4、甲醇、苯、酚等。无机物有：重金属及其氧化物、粉尘、烟尘、尘土等。,毒性强弱可分为三级,A级：毒性强，一般在大气中浓度达到nmm3m3n10mm3m3（体积）水平就能对植物产生直接毒害。如HF、SiF4、C2H4、PAN等。B级：毒性中等，它们对植物产生危害的浓度是mm3cm3m3水平。如SO2、NO、硫酸烟雾、硝酸烟雾等。C级：毒性较弱，需要
28、达到较高的大气污染浓度，才能对植物造成直接伤害，如甲醛、H2S、CO、NH2、HCN等。它们对植物产生毒害的浓度一般为n1on10 cm3m3。,一般而言，就世界范围来说，对植物影响最大的大气污染物主要有SO、03、PAN、Cl2、HF、C2H4和NOx等。,2植物遭受危害的条件,大气污染物对植物产生直接危害时，一定有污染物存在，而且这种存在必须达到一定浓度，即所渭“临界值”，超过临界值才会造成危害。,使植物产生5伤害的SO2临界剂量,（2）接触时间,植物受大气污染影响时，除污染物种类和浓度外，接触时间长短也是一个很重要因素。在同一种大气污染物、同一浓度环境中生长的植物，接触时间越长，进人植物
29、体的污染物越多，影响越大。因此，能否产生危害及危害程度如何，受时间影响相当大。而浓度和时间二个因素构成了导致植物伤害的毒害因子量剂量。剂量的表达式为：Dct 式中D为剂量；C为大气污染物浓度（cm3m3）；t为接触时间（以小时计算）,（3）植物因素对污染物抗性差异,植物是大气污染的受害者，在同样污染物、同样剂量、同样环境下，不同植物受害情况有很大差异。不仅在植物种间如此，而且同样作物的不同品种间也表现不同，同种、同品种作物，在不同生育期的影晌也不相同。这就是植物对大气污染物的抗性能力抗性差异，也可以说是敏感性。敏感性强，则抗性弱。抗性是植物的重量特性之一，我们可以充分利用植物物种间、品种间、不
30、同生育阶段间的抗性差异来保护农业生产。下面表（314）是部分植物对SO2的抗性指数。,（4）环境因素,污染物对植物造成危害的情况，除与危害者和受害者有关外，还受环境因素的影响。,温度,在一定范围内，适当提高温度能促进植物生长，较高的温度也促进植物对大气污染的吸收，因而增加危害程度。在温度较低情况下，莴苣等对大气污染物的敏感性降低。桑叶对氟化物的吸收也减少。大气污染对农作物产生危害因季节而异。一般在春季、夏季容易发生，这是由于温度较高、生命活动旺盛、组织较为幼嫩、机械组织不发达，对污染物的吸收和在体内产生毒性均有促进作用；秋冬季气温渐低，作物的组织发育完成，生理上逐渐经受锻炼，形成了防御系统，抵
31、抗力增强，代谢水平亦逐步降低，吸收污染物的能力相应下降，所以很少发生大气污染问题。,光照,光照条件对植物的生理、代谢活动有直接联系。气孔的开闭受光照的影响，在黑暗中气孔常呈关闭状态，因而污染物难以进入植物体内，受害减轻。在光照下则情况相反。在同样条件下给以同样剂量的大气污染物，光照处理比黑暗处理一般较易受危害。,水分,水分的影响一般是水分不足时，植物对大气污染物反应较不敏感；土壤水分供给充足，则加重大气污染造成的损伤。在大气湿度高的条件下，常促进大气污染物对植物的危害。有试验表明，秋海棠对臭氧和二氧化硫的敏感性，随大气湿度的提高而增加。水分状况对植物吸收大气污染物造成伤害的影响，主要是影响植物
32、体内水分状况，引起气孔开度增大的结果。除此之外，风向、风速、逆温、地形地貌等与污染物扩散也有直接关系，在研究大气污染对农业影响时也不可忽略。,植物受危害的基本症状,大气污染造成的危害，一般分为可见危害和不可见危害二种情况。,急性伤害,急性伤害是在污染物浓度高、接触时间短的情况下产生的症状，如接触13天或更短的时间就产生伤害症状。一般毒性较强的一些污染物，在特殊的气象条件下，如湿度高、风向适宜、气流停滞、气温较高、光照较充足等情况；易于在短时间内表现出症状。失绿、组织坏死等都是常见的症状，有时还出现灼伤症状。因其变化较快，伤害较重，往往易于发现。,慢性伤害,在污染物浓度较低情况下，经长时间接触如
33、几十天后，植物表现出生育不良、生长势较差、轻度缺绿、色泽较淡等现象，能导致一定程度减产或品质受到轻度影响。因其症状轻，不明显，且发展缓慢，往往不易引起注意。,混合伤害,混合伤害是急性、慢性症状兼而有之，常在低浓度污染物、长时间接触，植物产生慢性伤害基础上，又发生了高浓度、短时间的急性伤害，所以表现上述症状。图（36）是主要大气污染物在植物叶片上的典型症状。,二、酸雨,酸雨是一个引起广泛注意的环境污染问题。是80年代大气化学研究课题之一。所谓酸雨是指降水中强无机酸（硫酸、硝酸及盐酸）的一种混合物，其pH值比未受污染的降水pH值（5.56）低。,（1）酸雨的化学组成,酸雨pH值指标 目前一般认为，
34、在标准大气状态下，降水的pH值低于5.6即称为酸雨。通常大气中含有CO2，CO2溶于雨水中形成H2CO3，使降水呈微酸性。图（37）是不同物质与pH值关系示意图。未受污染的雨水pH值的本底值定为5.6是比较合理的。,酸雨中的主要离子组分,对于酸雨，仅知道其pH值还是不够的，为了判断酸雨的形成和来源，还必须了解它的化学组成。目前在酸雨的研究中，一般分析测定降水中有下列离子组成：阳离子：NH4+、Ca2+、Na、K、Mg2、H 阴离子：SO4-、NO3-、Cl-上述离子代表了酸雨的主要化学组成。,酸雨中的酸,酸雨中的强酸有硫酸、硝酸和盐酸。由于它们在水溶液中完全电离，对降水的pH值贡献最大。在不同
35、地区，它们之间的比例是不一样的。在多数地区，硫酸是主要的，硝酸次要，盐酸最少。酸雨中还存在有一定数量的弱酸。弱酸是指电离常数大大小于1的酸类，酸雨中常见的弱酸是有机酸（甲酸、乙酸、乳酸、柠檬酸等）、布朗斯台德酸（溶解态Al和Fe）及H2CO3等。由于这些酸在pH5时几乎不电离，因此它们对降水的pH值影响较小，不超过10。,降水中的碱,降水中的阳离子Ca2、K、Na、Mg2+和NH4+代表进人降水中的碱性物质，这些物质对酸起中和作用。其中Ca2、K和Mg2主要来自土壤中的碳酸盐。建筑业和燃烧煤也是大气中Ca2的重要来源。Na主要来自海洋，由于Na和Cl一的当量浓度接近，它们对降水酸度实际上不起多
36、少作用。NH4+是大气中唯一的气态碱，对酸雨的形成有重要影响。NH3的主要来源是土壤中的生物过程，氮肥的挥发也是重要来源，土壤中NH3的挥发量将随土壤pH值的上升而增大，NH3与H结合就形成了NH4+。,（2）云雾的酸度和化学组成,降水除了雨雪外，还包括雾、露和霜。60年代以来，人们对酸性降雨、降雪研究的同时，也十分重视对云、雾的酸化问题的研究。近年来雾的强酸性对一些高山森林生态系统的潜在危险性，已引起了各国研究人员的极大关注。雾是由悬浮在近地面上的液态气溶胶组成的胶体系统。但在高山上，许多雾实际上是等高度上的层状云。雾滴极其微小，因此总的接触面积很大，极易吸附各种类型的污染物，致使雾有很高的
37、酸度和离子浓度。研究不同地区和高山的酸雾，有利于进一步了解空气污染物与降水酸化之间的关系。,云雾的酸度,许多研究者的测定表明，雾水比雨水的酸度更大，一般雾水酸度比同一地区的雨水酸度要大几倍到几十倍，最低pH值在2.23.4之间。产生这一现象的主要原因可能是雾的形成接近于地面，这里有固定的污染源，同时雾水液滴所包含的水分比雨滴要小得多，故不能把酸度稀释到跟雨水一样的程度。,云雾的化学组成,和酸雨一样，雾水的离子浓度也比雨水高出许多。B水的离子组分有SO42-、NO3-、K、NH4+和Ca2+等。另外也发现雾水中还有CH2O、Fe、Mn和SO32-，其浓度也较高。现有的测定表明，由于雾（尤其是城市
38、）在近地面形成，大量直接吸收近地面的污染气体和颗粒物，因此雾水中的化学组成与空气中的污染物有较好的相关性。表（318）是我国贵州梵净山雾水和雨水主要离子浓度的对比情况。,（3）大气中硫的输送,酸雨问题一开始就跟大气中硫的长距离输送联系在一起。一些工业发达国家，初期着重采用高烟囱排放的方法，来控制城市的大气污染。虽然降低了近地面大气污染的浓度，但却使污染物输送至几百甚至几千公里以外，在远离污染源的地方形成酸雨。一般来说，排入大气中硫大约20沉降在距排放源50100千米的范围内，其余80将随气流输送到远离污染源的地方。然而，目前对于大气中硫的输送、转化和沉降过程还不很清楚，同时由于实测资料的不充足
39、，所以还很难准确地预测主要的沉降地区。,（4）大气颗粒物在酸雨形成中的作用,大气中的颗粒物是一种普遍而大量存在的污染物。它在大气中的有效清除途径是作为云或降水的凝结核，洗脱出来。因此，降水的化学性质受大气颗粒物化学性质的强烈影响。在酸雨研究中，了解颗粒物的来源、化学性质和对酸雨形成的作用有着重要的意义。,对降水中的酸起中和作用,人们认为碱性颗粒物与大气中的酸起反应而中合其中的酸。燃烧过程中产生的飞灰含有CaO和MgO等碱性成分，对酸雨的中合起着重要作用。美国学者认为目前美国的酸雨之所以越来越严重，不是因为SO2等污染物排放量的增多，而是因为烟气除尘的不断普及，使碱性物质大幅度的减少。表（319
40、）是美国伊利诺州的降水化学数据。,可以看出，钙、镁等阳离子数量的减少是降水酸化的主要原因,对大气中SO2氧化起催化作用,大气中的一些颗粒物，主要是含Mn、Fe、V等金属成分的颗粒物能促进酸雨的形成。Ananth等人研究过燃煤产生的微粒物质可加速SO2氧化成H2SO4，这种作用实质上是催化氧化。许多研究成果已经证明许多微量元素和痕量元素具有催化作用，其中2O5对SO2的催化氧化作用比其它金属都要大得多。在燃烧残油时会产生2O5，在燃煤中产生的飞灰含有铁、猛等金属成分。因此，催化氧化是燃油电厂、燃煤电厂烟羽中SO2迅速生成硫酸根的主要原因。大气中颗粒物的这种催化氧化作用导致降水酸度的增加。,（5）
41、酸雨的危害,使河流湖泊的水酸化.使水中金属浓度增加，包括铝、镁、锌、镉、汞和铅等等。这些金属或由土壤和沉积岩中清滤出来，或沉积于降水之中，其中有些是有毒性的。由于河湖水的酸化，对水生植物、苔藓、无脊锥动物都产生不利影响，其中最严重的表现在鱼类因窒息、体液酸化、中毒而死亡，而且通过饮水和误食鱼类进入人类的食物键。由于土壤的酸化，影响农作物、森林树木的正常生长，据报道，我国重庆南山27000亩马尾松已死近过半；四川奉节县9万亩华山松几乎全部死光。最近关于酸雨危害的研究，还仅限于森林和农业两个方面，但有关专家通过观察认为，酸雨给建筑物造成的损失要比对农林的危害更为严重，对人类健康也造成威协。,峨眉山
42、冷杉（Abiec fabri)受酸沉降和冰雹的影响,重庆南山马尾松受酸雨的危害（自右至左：严重、中等、较轻）,重庆南山金属栏杆受酸雨危害腐蚀壮,（6）我国的酸雨问题,1981年我国召开“全国第一次降水污染和酸雨问题讨论会”，会后国家环保部门组织开展了酸雨的普查工作。随后又组织了“西南地区酸雨课题组”对西南地区的酸雨进行专门的研究。1982年又召开了“全国酸雨测报工作会议”，并确定了1983年在全国范围内开展酸雨的普查工作。目前已在全国建起了300多个监测站和900多个酸雨监测点，组成了重点站，地市级站以及区县级站的酸雨监测体系，开展了酸雨的监测工作。,我国降水的化学组分,我国的酸雨主要是硫酸污
43、染引起的,由于我国能源结构以煤为主,因此硫污染有主要是燃煤引起的.,我国的酸雨分布状况,近几年来据全国酸雨普查结果，我国酸雨大致分布在长江以南，主要有以下几片：四川盆地、黔中地区、湘鄂赣地区、沪杭地区、闽粤沿海等地区。其中以四川、贵州、江西、湖南等较为严重，华东和华南地区次之。除石家庄外，东北和西北、华北和各地目前尚未发现酸雨。,我国酸雨分布的另一特点是一般大中城市酸雨要比小城市和农村严重，市区比较严重。从酸雨的时空分布看，我国冬季酸雨较严重，而春、夏季节较轻。这种季节的变化趋势同我国城市SO2浓度的季节性变化趋势基本上是一致的。,我国酸雨区与土壤pH值的关系,我国由于南方和北方自然条件和耕作
44、方式的差别，土壤的化学性质南北区域分带很明显，土壤的pH值、阳离子交换量、盐基饱和度大体上都是由南向北逐渐升高；土壤对酸沉降的忍耐性也大体上是由南向北逐渐提高，地表水体的酸缓冲容量也自南向北逐渐增大。这些地理因素使得我国主要酸雨区均分布在土壤pH值比较低，且偏酸性的区域。这些区域的地表水体酸化缓冲容量较小，因此酸雨将成为我国南方重大的环境问题。目前就全国来说，酸雨分布的范围还不算大，危害也不太严重，但个别地区酸雨危害令人关注，且有进一步恶化的趋势。酸雨比较集中，危害又较严重的四川省，酸雨面积已达20多万平方公里。其中重酸雨区是重庆和涪陵，pH值已达到4.04。,4大气污染对臭氧层的影响,臭氧主
45、要分布在1050km高度范围内，其最大浓度出现在2030km间，称为臭氧层。高空臭氧的形成过程是：O2吸收波长在0.10.24m的太阳辐射后，形成氧原子，即：O2hOO 若O2、O与另一中性分子M（如N2、O2等）发生三体碰撞，便形成O3，即：OO2MO3M 若O3吸收了波长11m的太阳辐射，就产生离解。O3 h O2O然后：OO32 O2上面几个反应式是O3生消的重要反应式。O3生、消反应速率的差异就决定了O3浓度的大小。低空的臭氧一部分从高度输入，另一部分是由闪电、有机物氧化而生成的。,4大气污染对臭氧层的影响,一般认为这是由于某些污染物进人平流层，从而加速了O3的破坏。目前最引人注目的污
46、染物是NOx和氟氯甲烷。NOx主要是NO和NO2，目前大规模对土壤施氮肥，它在土壤的反硝化细菌作用下能生成N2O，而N2O能扩散进人臭氧层，在那里通过与O反应，产生NO。另外，超音速飞机在高空飞行也排放出NO、NO2，大气层中的核爆炸也能产生NO、NOx进人臭氧层后，即发生以下反应：NOO3NO2O2，NO2ONOO2 其净结果为：OO32 O2,4大气污染对臭氧层的影响,氟氯甲烷（CFM）即氟利昂是常用的致冷剂、喷雾剂、洗涤剂。最常见的是氟利昂11（F11），即（CFC13）和氟利昂12即（CF2C12）。由于气溶胶喷雾器，冰箱和冷冻机的广泛使用，致使F11和F12的世界产量大大增加。由于氟
47、利昂是人工合成物，微生物对它无降解作用，它们完全能扩散进人平流层。当它们进人平流层中上部（2530公里），氟利昂开始吸收紫外线（0.1850.227m），然后分解出氯原子：CF2C12hCF2Cl十Cl,Cl又与O3发生以下反应：ClO3ClOO2，ClOOClO2 其净结果为：O3O2 O2 一个氯原了破坏一个O3分子，而反应的最后结果氯原子仍又产生。所以每一个氟利昂分子的解体都能够引起化学连锁反应，导致成百、上千个O3分子的破坏。1976年美国国家各部委认为，若氟利连继续保持1973年的使用量，那么平流层内O3的减少将达220，最可能的数字是7。,三、对人类健康的危害,1含硫化物对人体的危
48、害 硫化氰（H2S）是一种无色的，有坏鸡蛋臭味的气体。对人体神经有强烈的刺激作用。二氧化硫（SO2）对人体健的危害多表现在对呼吸系统的刺激，受害者多为患各种肺部疾病。长期低浓度的SO2刺激可致气喘。当SO2与烟尘并存时，其毒性更大，世界上有些著名的烟雾事件常与它有关。,2氮的氧化物,一氧化碳（NO）和血红蛋白的亲和能力较强，对正常人最高允许浓度为25cm3m3。一旦发生高浓度急性中毒，将迅速导致肺部充血和水肿，甚至窒息死亡。不过目前一般城市中NO存在水平尚不构成对健康的危害。二氧化氮（NO2）对心、肺、肾、造血组织等重要器脏都有某种影响。有资料认为NO2可在肺内转变成亚硝胺，其中有一些也许是致
49、癌物质，并且NO2刺激肺泡，引起肺气肿症状。此外，NO2还可以转移到血液中去，形成一种被称为正铁血红蛋白的化合物危害身体。,3碳的氧化物,一氧化碳（CO）对人体健康的主要危害是它和血红蛋白的亲和能力比氧大200300倍，从而能使人出现各种缺氧症状，甚至死亡。,4氟化物,氟化氢（HF）对人的呼吸器官和眼结膜有强烈的刺激性。长期吸入低浓度的HF会引起慢性中毒，最典型的是引起牙齿酸蚀的所谓“斑釉齿症”和使骨中钙的代谢紊乱的氟沉着症。在大气污染区，氟对人体健康的危害常以植物为中间介质，即植物吸收大气中的氟并在体内积累，然后通过食物链进入人体而产生危害。,6光化学氧化物,光化学氧化剂能引起呼吸道疾病和刺
50、激眼睛。O3是呼吸道刺激物，人接触O3感觉很不舒服，咳嗽、下胸骨痛，咽喉受刺激、头痛、呼吸困难，剂量较高时甚至可以因肺水肿导致死亡。还有一些光化学氧化物，如甲醛等对眼睛有刺激，引起流泪等症状。,7颗粒物,颗粒物随呼吸进入人体，危及人的健康。特别是粒径小于1微米的危害更大，可在肺泡沉积，甚至随血液循环影响全身。许多颗粒本身就有毒或可致癌，例如石棉尘、氧化铍、铅尘，等。许多颗粒物表面粘附有各种有机化合物，不少大分子有机化合物是致癌性很强的芳香烃；高浓度的烟尘和SO2是构成伦敦烟雾的主要成分，SO2以烟尘为载体，进入肺泡造成严重后果。据流行病学凋查，呼吸道病、支气管炎、肺气肿等引起的死亡率与当地烟尘
