大气污染及其防治张 杰 山西师范大学生命科学学院 微生物教研室 Tel.：13834879007 QQ：604072014 Fetion: 914266165 E-mail: zchy_2006126.com内容简介第一节 大气的结构与组成 第二节 大气污染及其大气污染物 第三节 影响大气污染的气象因素 第四节 大气污染的综合防治第一节 大气的结构与组成 一、大气的结构 1、大气与空气 大气与空气两个词从自然科学角度来说 并没有实质性差别，一般对于室内或 某个特定场所所供动植物生存的气体 ，习惯上称为空气，而在科学研究中 ，当以大区域或全球性作为研究对象 时候，则常用大气一词。第一节 大气的结构与组成 一、大气的结构2、大气的结构 地球的最外层被一层约51015t的混合气体包 围着。由于受地心引力的作用，大气在垂 直方向的分布极不均匀，大气的质量主要 集中在下部，50%的质量主要集中在离地 面5km以下，75%集中在10km以下，90% 集中在30km以下的范围内。距离地面 10001400km的高空，气体非常稀薄。根据大气垂直方向分布的特点，在结构 上可将大气圈分为5层 对流层 大气的最底层，平均厚度约12km，集 中了大气中80%的空气和几乎所有的 水蒸气。具有强烈的对流作用，云、 雾、雨、雪等主要天气现象均出现在 次层，对人类的生产生活影响最大， 也是大气污染的主要研究对象。根据大气垂直方向分布的特点，在结构 上可将大气圈分为5层 平流层 对流层顶到50km的大气层为平流层。平流层中空 气没有垂直空气运动，水平运动占显著优势， 空气比对流层稀薄干燥，水汽、尘埃等含量甚 微，大气透明度好，很难出现云、雨等天气现 象，因此是超音速飞机飞行的理想场所。 平流层中有厚约20km（1535km）的一层臭氧层 。能大量吸收太阳光中的对动植物有害的紫外 线，使地球生物免受紫外线的照射，同时还能 对地球起保温作用，被誉为地球生命的“保护伞” 。根据大气垂直方向分布的特点，在结构 上可将大气圈分为5层 中间层 平流层顶到80km高度范围内的大气称 为中间层。该层空气更为稀薄，出现 较强的垂直对流运动。根据大气垂直方向分布的特点，在结构 上可将大气圈分为5层 暖层 从80km约500km的高空称为暖层。在太阳和宇宙 射线的作用下，该层中的气体大多处于电离状 态，其下部基本上是由分子氮组成，上部由原 子氧所组成，因此暖层具有较高密度的带电离 子，又称为电离层。 电离后的氧能强烈吸收太阳的段波辐射，因而该 层气体温度很高，并随高度增加而迅速增加。 电子层能反射地面发射的电磁波，对地面的无线 电通讯起到重要作用。根据大气垂直方向分布的特点，在结构 上可将大气圈分为5层 散逸层 暖层之上的大气统称为散逸层。该层空 气极为稀薄，密度几乎与太空密度相 同。由于该层空气受地心引力极小， 分子运动快，很容易逃逸到宇宙空间 。第一节 大气的结构与组成 二、大气的组成 大气是由多种气体混合组成的，按其成分可概 括为3部分：干洁空气、水汽、悬浮颗粒。 1、干洁空气 即干燥清洁的空气，平均分子质量28.966，标准 状态下密度是1.293kg/m3。第一节 大气的结构与组成 二、大气的组成 大气是由多种气体混合组成的，按其成分可概 括为3部分：干洁空气、水汽、悬浮颗粒。 2、水汽 在正常状态下变化为0.02%6%。它是成云致雨的 必要条件，强烈吸收长波辐射，对地面起到保 温作用。 3、悬浮颗粒 除了水汽凝结物如云、雾滴、冰晶等，主要是大 气尘埃和悬浮在大气中的其他杂志。第二节 大气污染及大气污染物一、大气污染 大气污染是指由于自然过程或人类活动使大 气中的一些物质的含量达到有害的程度， 以致对人类健康和生态环境造成危害的现 象。大气污染物则是由人为或天然来源进 入大气环境。排放源大 气混合、迁移 、扩散、转 化污染物接受者大气污染的形成过程由三个环节组成，缺少任 何一个环节就构不成大气污染。根据大气污染物产生的分类，可将大气污染源 分为工业污染源、民用污染源、交通污染源和 农业污染源 工业污染源 各类工矿企业称为工业污染源，如火力发电厂、 钢铁厂、化工厂及水泥厂等 民用污染源 由于做饭、取暖、沐浴等生活需要，燃料燃烧向 大气排放煤烟等造成大气污染，具有面积广而 分散、排放高度低、排放量大等特点 交通污染源 由汽车、飞机、火车、船舶等交通工具排放尾气 所产生的污染源。 农业污染源二、主要大气污染物 大气的污染物根据污染物的来源，可分为一次 污染物及二次污染物。 一次污染物：直接从各种排放源进入大气的污 染物质，如颗粒物、硫氧化物、氮氧化物、碳 氧化物等 二次污染物：由一次污染物在大气中相互作用 ，或与大气中的正常组分发生化学反应或光化 学反应，而形成的与一次污染物物理、化学性 质完全不同的新的大气污染物，其毒性较一次 污染物强。最常见的二次污染物有硫酸烟雾及 光化学烟雾。光化学烟雾根据大气污染物存在的状态，可将 其分为颗粒污染物及气态污染物 颗粒污染物 颗粒物是包含在大气中的分散的液态或固态 物质，按粒径大小分为总悬浮颗粒物（ TSP）、降尘、飘尘、可吸入颗粒物（IP ）等。根据大气污染物存在的状态，可将 其分为颗粒污染物及气态污染物 气态污染物 大气中的气态污染物是以分子状态存在的， 其种类很多，其中既有污染源直接排入大 气中的一次污染物，也有由一次污染物经 化学反应或光化学反应生成的二次污染物 。常见的五大类，即含硫化合物、含氮化 合物、碳氧化物、碳氢化物及卤族化合物 。（1）含硫化合物 含硫化合物主要指SO2、 SO3 、H2S等， 其中又以SO2含量大，危害大，也严重影 响大气质量。 SO2无色，有刺激性气味，本身毒性不大 ，但其在大气中很容易被氧化生成SO3 ， 再与水结合形成H2SO4或SO42-，硫酸和 硫酸盐可形成硫酸烟雾和酸性降水，造成 较大的危害。全世界每天排入大气中的 SO2约1.5亿吨，主要来自煤及石油等燃烧 。（2）含氮化合物 种类很多，包括NO、NO2、N2O、N2O3、N2O4 等。造成大气污染的含氮化合物主要有NO、 NO2以及由它们生成的二次污染物。NO是无色 气味，毒性不大，但再进入大气后，会被氧化 成NO2这样一种红棕色的恶臭刺激性的气体，毒 性也因此大大增加。此外，NO2也会参与大气中 的光化学反应，形成光化学烟雾，毒性更大。 大气中的含氮氧化物（NOX）主要是由人为污 染源产生的，每年约500万t，如燃料的燃烧、 汽车尾气、硝酸工业、氮肥厂、有色及黑色金 属的生产过程等。（3）碳氧化物 碳氧化物主要指的是CO及CO2。CO是一种无色 无味无刺激性的气体，在吸入人体后，能与血 红蛋白结合，损害输氧能力，使机体缺氧，严 重时甚至导致人窒息死亡。CO主要来自燃料的 不完全燃烧和汽车尾气。在CO排入大气后，由 于大气的扩散稀释作用及氧化作用，一般不会 造成危害。 CO2是无毒气体，但在局部区域的空气中浓度过 高时，会导致氧含量相对减少而对人体产生不 良反应。此外，由于地球上CO2排放量逐年增加 ，产生“温室效应”，导致全球气候变暖，已引起 各国的关注。（4）碳氢化物 碳氢化合物指的是有碳、氢两种元素组成 的各种有机物的总称。大气受到碳氢化合 物的污染，能使人的眼睛、鼻子及呼吸道 受刺激，并可能影响生理功能，其更大危 害还在于它与氮氧化物共同引起光化学烟 雾，危害性也因此增加。大气中的碳氢化 合物主要来自煤和石油的燃烧，以及汽车 尾气等。（5）卤族化合物 卤族化合物主要指卤代烃及卤化物等。人 们生活中大量生产的用氟氯烃化合物作为 制冷剂、灭火剂或发泡剂，如CFCl3（氟 利昂11）、CFCl2（氟利昂12）等。这类 物质在低层大气中一般比较稳定，但一到 高空中就会分解，产生氯原子而加速臭氧 中的臭氧分解，导致“臭氧空洞”。三、区域性和全球性的大气污染大气环境污染问题由来已久，但大规模、高 速度的恶化趋势，只是近一个世纪以来， 特别是“二战”后出现的问题。其区域性和 全球性大气污染问题中，以酸雨、臭氧层 破坏及温室效应三大问题最为引人关注。1、酸雨 酸雨被称为大气污染造成生态破坏的“空 中死神”或“天堂的眼泪”。早在1852年，在 英国的一家杂志上，首次有关于曼彻斯特 附近地区降雨中有硫酸的报道，并由英国 科学家史密斯在1972年首先在他的著作中 提出“酸雨”这一专有名词。1、酸雨 酸雨是指pH值小于5.6的降水。广义的酸 雨（也称酸沉降）包括干沉降及湿沉降。酸雨的危害 酸雨降到地面，一方面使土壤中的营养元 素（如钙、镁、钾等）溶出而流失，也可 使土壤中的有毒金属元素（如铅、铜、锌 、镉等）溶解成水溶液，而被植物吸收， 影响植物生长甚至造成死亡。 酸雨降到湖泊中，可导致水体酸化鱼类死 亡，促使有毒金属融入水体而危及自然生 态系统。此外，酸雨加速建筑、雕刻、桥 梁、供水管网及通讯电缆等的腐蚀，对文 物古迹等也会造成严重损害。酸雨的危害酸雨腐蚀后的森林 酸雨的危害2、臭氧层破坏 大气中约90%的臭氧集中在距离地面 1550 km之间的大气平流层，尤其在 1530km处为臭氧浓度最高之区域，称为 臭氧层。臭氧层在保护生态环境方面作用 十分重要。它一方面吸收太阳紫外辐射变 成热能而增温，使其他生命得以维持，尤 为重要的是其吸收太阳光中的大部分紫外 线，屏蔽地球表面，所以被誉为“生命之 伞”。臭氧层破坏危害 增加皮肤癌的发病机 会 造成植物的抗病性下 降 导致浮游植物、幼体 鱼虾的破坏 导致平流层的温度下 降、会对全球气候产 生重大影响，威胁农 业生产和生态系统臭氧层破坏对人类健康的影响急性的阳光灼烧、皮肤变厚慢性的皮肤变化、表皮变薄致癌的非黑色素皮肤癌、细胞癌、有毒黑瘤眼的疾病白内障、雪盲、视网膜伤害、角膜肿瘤免疫障碍传染性疾病、自身免疫系统紊乱臭氧层破坏原因u多数科学家则认为由于人类过多地使用氟 氯碳类物质是造成臭氧层破坏的一个主要 原因。 u一些氟氯碳类物质由于强大的紫外线辐射 引起光解而放出氯原子，由于氯原子有强 大的破坏臭氧分子能力（1个氯原子能破 坏约10万个臭氧分子），它能夺去臭氧中 的氧原子，从而使臭氧失去吸收紫外线的 能力。3、温室效应 地球大气有类似玻璃温室的效应，而其作 用的加剧是当今全球变暖的主导因素。大 气当中的众多数量气体，如CO2、O3、 CH4、N2O等，可以让太阳段波辐射通过 ，使地球表面温度升高，同时吸收地面发 出的长波辐射。当此类气体在大气中的含 量增加时，就会导致大气吸收热量多而散 失少，使地球气温升高，形成大气的“温 室效应”，能强烈吸收地面辐射产生温室 效应的此类气体被称为温室气体。温室效应的危害温室效应的危害莫雷诺冰川 游客在阿根廷著名的莫雷诺冰川附近观光。该冰川位于阿根廷 南部巴塔哥尼亚地区，是极地之外最大型的冰川之一。由于温室效应，以 前难有机会看到的冰块破裂也让游客常得以一见。温室效应将引起降水量和风型的变化，暴风雨频率 和强度增大，淡水供应减少，海平面上升，对人类 生产生活产生严重影响预防温室效应的对策调整能源战略，通过提高现有能源利用率及向 清洁能源转化等方面减少二氧化碳的排放； 植树造林，利用植物的光合作用吸收二氧化碳 ，达到阻止大气中二氧化碳浓度增大的目的； 控制全球人类增长，提高人口素质，严控不发 达国家的人口的失控和发达国家的无节制消费 方式； 加强环境意识教育，促进全球合作，让全人类 都来认真对待地球变暖问题。四、大气污染的危害 大气污染与人类健康大气污染物侵入人体的主要途径有直接呼 吸道吸入，附于食物或溶解于水，随饮食 或饮用水侵入，或接触和刺激皮肤侵入。 大气对人的危害导致可分为急性中毒、慢 性中毒和致癌作用。四、大气污染的危害 2、常见污染物的危害（1）颗粒物 大于10um的颗粒物能被鼻毛吸溜住，一般 不会给人体健康造成直接危害；