第三节 大气污染及其防治

课件63张PPT。大气污染及其防治 1 大气圈的组成及其结构
2 大气主要污染物及其来源
3 人类活动对大气圈的影响——温室效应
4 人类活动对大气圈的影响——酸雨
5 人类活动对大气圈的影响——臭氧层耗损
6 大气污染防治概要 1.1 大气的组成（1） 干洁空气 1 大气圈的组成及其结构地球与最邻近行星的大气组成比较（2） 水汽：
所占百分比低，但含量变化大
（3） 悬浮微粒物
含量、种类及化学成分变化较大★大气颗粒物
粒径 10～200μm—— 降尘
颗粒物
粒径 <10μm—— 飘尘（可吸入颗粒物）
总悬浮颗粒物(TSP)：大气中粒径0.1～100?m的
所有固体颗粒。
来源： 自然来源——火山喷发，森林火灾，海水蒸
发的 土壤侵蚀吹扬……
人为来源——燃料燃烧，工业生产，
交通运输……对流层特点：
①气温随高度增加而降低；
②空气具有剧烈的对流运动；
③密度大平流层的特点：
①温度随高度的增加而升高；
②大气稳定，没有上下对流；
臭氧层：15-50km1.2 大气层结构对流层(troposphere)
平流层(stratosphere)
中间层(mesosphere)
热层(thermosphere)
外层2 主要大气污染物及其来源2.1 大气污染物来源及分类大气污染 （Atmosphere Pollution)
是指由于人类活动和自然过程引起某种物质进入大气中，呈现出足够的浓度，达到了足够的时间，并因此而危害了人体的舒适、健康和福利或危害了环境的现象
——国际标准化组织（ISO）（1） 造成大气污染的原因 人类活动
自然过程（2） 大气污染的来源
按类型分：生活、工业、农业、交通
按位置分：点源、线源、面源
（3） 分类
局部地区大气污染
区域性大气污染
广域性大气污染
全球性大气污染空气污染指数(Air Pollution Index，API ）API＝max(I1,I2…Ii,…In)
In——各污染物（二氧化硫、氮氧化物和总悬浮颗粒物TSP）
的分指数 空气污染指数及对应的空气质量级别 空气质量日报2000年中国环境状况公报——大气环境2.2 影响大气污染物迁移的气象因素 风
定义：空气的水平运动成为风
（水平称风，垂直称升降气流，不规则称乱流运动）
作用：
输送作用
扩散和稀释作用
（1） 风和大气湍流的影响 大气湍流
定义：大气从不同的尺度作无规
则运动的流体状态
作用：使气体各部分得到充分的
混合
形成因素：
机械因素——当空气流过粗糙
的表面时，随地面的起伏而抬升
或下沉，产生垂直方向的湍流
热力因素——由于大气铅直
方向温度变化所引起的湍流（2） 温度层结和逆温
温度层结就是指大气的温度垂直分布
在对流层内，实际的气温垂直分布比较复杂，分三种情况：
气温随高度递减；
气温随高度递增（逆温）；
气温随高度变化不大（等温）。
逆温的发生原因：
辐射逆温；
地形逆温
锋面逆温（3） 地理因素
海陆风 山谷风白天风从谷底吹向山坡， 这种风叫谷风；
到夜晚，风从山坡吹向山谷，这种风称山风。
山风和谷风总称为山谷风。谷风山风 城市风城市所发出的巨大热量，使得城区成为好比在冷凉郊区农村包围中的温暖岛屿，因此得名“城市热岛”。
城市风是由城市热岛效应造成的。
造成的原因：
城市能源消耗量大
城市建筑物及路面硬化覆盖率大，散热差。
3 人类活动对大气圈的影响——温室效应 （1） 温室效应：
大气层中的某些微量组分，能使太阳的短波辐射通过，加热地面，而地面增温后所放出的热辐射却被这些组分吸收，使大气增温，这种现象称温室效应。 3.1 温室效应和温室气体（2） 温室气体：能使大气增温的微量组分称温室气体。
主要的温室气体有二氧化碳和水蒸汽对地球热辐射的吸收◎ CO2◎CH4
和
N2O（）◎氟里昂
和
CCl43.2 全球气候变化趋势 1860年以来全球气温的变化 过去1000年北半球气候变化的趋势
对沿海地区的影响
对人类健康的影响
对水资源的影响
对森林影响
对生物物种的影响
对农业生产影响 3.3 温室效应的影响和危害几种不同的气候模型对于下一百年全球气温变化的预测 对于海平面上涨的预测。纵坐标的单位是m 南极巨型冰架拉森Ｂ轰塌 ——美国国家冰雪信息中心2002年3月19日3.4 全球变暖控制对策
(1) 能源对策——提高能源效率与节能 发展核能和氢能。 开发利用新能源——太阳能与风能 开发替代能源——水力发电
(2) 绿色对策——绿化造林 固碳技术
风力发电场（简称风电场）是将多台大型并网式的风力发电机安装在风能资源好的场地，按照地形和主风向排成阵列，组成机群向电网供电。 大坂城风力发电厂 《京都议定书》(1997.12, 160个国家参加）
在2008年至2012年期间，发达国家的温室气体排放量要在1990年的基础上平均削减5.2％，其中美国削减7％，欧盟8％，日本6％。
但美国2001年3月28日突然宣布将不履行《京都议定书》规定的义务！4 人类活动对大气圈的影响——酸雨 4.1 酸雨
（1） 酸雨的定义
酸雨又称酸沉降，它是指pH<5.6的天然降水(湿沉降)和酸性气体及颗粒物的沉降(干沉降) ◎关于酸雨的本底值：
对于未被污染的大气中，可溶于水且含量比较大的酸性气体是二氧化碳，如果只把它作为影响天然降水pH的因素，则根据化学平衡可得： 按上式计算得到此时pH=5.6(空气中CO2浓度为316ppm) 。（2） 降水中的离子成分我国与欧美发达国家的酸雨在化学组成上的明显差异：降水中[SO42-]占绝对优势,[SO42- ] /[NO3 ] 的平均比值 在5～10之间，而国外一般为1左右[SO42- ] /[NO3 ]
1.1
1.1
0.6
2.3
0.8[SO42- ] /[NO3 ]
9.8
5.5
5.7
3.4
2.8
5.5◎ 酸雨中的有机酸对酸度也有贡献，在美国城市地区，其贡献在16～35%，在偏远地区的贡献还要大。
◎ 我国酸雨中的Ca2+浓度较大，它也提供了相当大的中和能力。 ◎ 大气中的氨：是大气中唯一的常见气态碱，它能与酸性气溶胶或雨水中的酸起中和作用，从而降低雨水的酸度。 4.2 酸雨的形成和特征
（1） 酸雨的 形成
矿石燃料的燃烧排放大量的SO2和氮氧化物NOx，在大气层里，由于水蒸汽的存在，它们可以转化为硫酸、硝酸，在特定条件下随雨水降落下来就成为酸雨。酸雨的形成过程SO2有两种氧化途径：

(1)气相反应

(2)液相反应

NO的氧化过程：
2NO+[O]?2NO2
2NO2+H2O?HNO3+HNO2
◎[O]指各种氧化剂，如O3,HO· ,Mn,V等。（2）我国酸雨的基本特征:
降水化学组分以含硫量为突出，[SO42-]/[NO-3]比值为5 ～ 10，而国外在1～2。
城市降水酸度
高，酸雨呈现
以城市为中心
的多中心分布。4.3 酸雨的
危害
（1） 对鱼类和
水生生物的危害
当水体酸化至pH为6.5-6时，鱼类的孵化率明显下降；pH为6以下时，鱼苗的数量减少；pH小于5.5时，大部分鱼类难以生存；pH为5以下时，各种鱼类和两栖动物和绝大部分昆虫将死亡，水草大量死亡，浮游生物濒临灭绝。 （2）对陆生生态系统的危害酸雨对森林的危害Ulrich分为四个阶段：
第一阶段，由于酸雨增加了硫和氮，同时使土壤中营养元素加速释放，树木生长变化较为迅速，呈现受益的倾向。
第二阶段，随着硫和氮的长期降落，土壤不断进行着离子交换，养分被淋失，致使土壤的中和能力以及养分的供应能力大大减弱。
第三阶段，连续的酸雨活化了土壤中的铝离子和其它重金属离子并把它们释放出来，由非溶态变为可溶态对树木根毛产生危害。这个阶段土壤溶液和根部的 Ca／Al率小于1。当其比率小于0.15时，所溶出的Al具有D毒性，它使树木生长受到抑制。
第四阶段，生态系统失去了恢复力，树木濒临死亡。 （3） 对建筑材料和金属材料的腐蚀（4）酸雨对人体
健康的影响 4.4 对酸雨的防治对策
技术改造
改善能源结构
风能电站太阳能利用三峡水利工程5 臭氧层破坏和耗损5.1 臭氧层及其作用
臭氧层：浓度峰值在于平流层(30km)以下离地面20～25km 的大气中
臭氧的生成和消除：臭氧在平流层的产生和消除都是通过光化学反应进行的 臭氧的作用：
它能强烈吸收太阳辐射中大部分波长为220-330nm的紫外线，从而防止过强的紫外线对地球上生物的直接伤害。臭氧吸收紫外线的过程：
O3+hν(210nm<λ<290nm) ?O2+O
O+O ?O2+热能臭氧的径向输送 目前人类认识到的直接破坏臭氧层的基团主要有4种类型：
　　(1)可产生自由基ClOx.(如Cl.,ClO.)的物质。　　(2)可产生自由基BrOx.(如Br.,BrO.)的物质。　　(3)氮氧化物NOx(如NO，NO2)及可生成氮氧化物的物质。　　(4)可产生自由基HOx.(如H.，HO.，HO2.)的物质。 5.2 臭氧层耗损 2000年6月美国宇航局（NASA）科学家拍摄到的南极上空臭氧层空洞照片（面积到达2830万平方公里） 5.3 氯氟烷烃及其对臭氧层的破坏
导致臭氧耗损的物质：
◎氟里昂(氟氯烷烃，记为 CFCs)：如
CFCl3(F-11)、CF2Cl2(F-12)、CF3Cl(F-13)、
CHFCl2(F-21)、CHF2Cl(F-22)
◎哈龙(溴氟烷烃) ：如
哈龙1211(CF2ClBr)、哈龙1301(CF3Br)
◎ N2O
◎ CCl4 臭氧耗损潜势（ozone depletion potentail,ODP) 氟里昂类分子破坏臭氧层的化学原理：链反应结果：1个氯原子可以消耗10万个臭氧 分子！净效果： 5.4 臭氧层耗损造成的危害对人类健康的危害：
使皮肤癌、白内瘴患者增加，人的免疫能力下降（臭氧每减少1%，到达地球表面的紫外线B强度增加2%，皮肤癌的发病率可能上升5-7%，，白内障的发病率将上升0.6-0.8% ）
加速气候变暖
造成农牧业的减产、生态系统破坏和导致 某些生物物种的突变制定国际协定减少或禁止氟里昂生产
《消耗臭氧层物质的蒙特利尔协定书》
研制氟里昂替代品
氢氟烃
HFC-134a(CF3CH3)----CFC-12替代物
氢氯氟烃
HCFC-134(CF3CHCl2)----CFC-11(发泡剂)的替代物
其它替代物
5.5臭氧层耗损对策6 大气污染防治概要 6.1 大气污染的综合防治
全面规划，合理布局
改善能源结构，提高能源有效利用率
区域集中供热
植树造林、绿化环境 1、颗粒污染物的去除 6.2 大气污染处理技术 干法
湿法
过滤法
静电法 2、气态污染物的治理 吸收法 （化学吸收和物理吸收）
吸附法
冷凝法
催化转化法