第三章大气污染及其防治 第一节 大气结构和组成 一、大气的结构 根据大气在垂直方向上温度、化 学成分、荷电等物理性质的差异，同时考 虑到大气的垂直运动状况，可将大气圈分 为对流层、平流层、中间层、热成层和散 逸层。对流层主要成分：紧贴地面的一层，整个大气质 量的3/4和几乎全部的水汽都集中在这一层 。高度范围；从地面到12km ，低纬度17- 18km，高纬度8-9km. 主要特点：1 气温随高度的增加而递减。平均递减率为0.6/100m。 2 空气对流运动显著。3 天气现象复杂多变。 平流层主要成分；臭氧范围； 对流层顶50-55km 主要特点；1 随高度增加而升高。2 气流以平流运动为主,天 气晴 朗，能见度好。有利于飞机飞行。3 人类生存环境的天然屏 障。散逸层对流层平流层中间层热成层对流旺盛近地面， 纬度不同厚度变； 高度增来温度减， 只因热源是地面； 天气复杂且多变， 风云雨雪较常见气温初稳后升热 只因层中臭氧多 水平流动天气好 高空飞行很适合上冷下热 高空对流中间层顶到五百 氧原吸紫增温快电 离 层地球束缚引力小 空气质点往外跑二、大气的组成 （一）大气的恒定组分（二)大气的可变组分（三）大气的不定组分（一）大气的恒定组分大气的恒定组分是指大气中的O2、 N2和稀有气体。在近地层大气中这些气体 组分地含量几乎可认为使不变的，它们约占 大气总量的99.96%。 （二)大气的可变组分主要指CO2和H2O（g），这些气体 组分受不同地区气候、季节等多种因素的影 响而发生变化。正常状况下，H2O(g)约占0 4，CO2约占0.033%。由恒定组分和可变组分所组成的大 气称为洁净大气。 （三）大气的不定组分大气中的尘埃、硫化物、氮氧化物、硫氧化物等是大气中的不定组分，当它们进入大气后，可能造成大气污染。 成云致雨的必要条件主要 成分次要 成分水 汽固体杂质生物体的基本成分维持生物活动的必要物质 植物光合作用的原料；对地面保温 吸收紫外线，使地球上的生 物免遭过量紫外线的伤害成云致雨的必要条件，对地面保温作用大气组成主 要 作 用 干 洁 空 气O3N2 O2CO2大气各组成成分的作用第二节 大气污染及污染源一、大气污染的概念由于人类活动或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、动植物及物体的现象，叫大 气污染。 大气污染按影响范围可分为：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：指温室效应与全球气候变暖、酸雨、臭氧层空洞二、大气污染源按发生类型分： （一）工业污染源 （二）农业污染源 （三）生活污染源 （四）交通运输污染源（一）工业污染源 由火力发电、钢铁、化工和硅酸盐等 工矿企业在生产过程中所排放的煤烟、粉尘 及有害化合物等形成的污染源。此类污染源 由于不同工矿企业的生产性质和流程工艺的 不同，其所排放的污染物种类和数量大不相 同，但有一个共同的特点是：排放源集中、 浓度高、局地污染强度高，是城市大气污染 的罪魁祸首。（二）农业污染源 主要是不当施用农药、化肥、有机粪 肥等过程产生的有害物质挥发扩散，以及施 用后期NOX、CH4、挥发性农药成分从土壤 中逸散进入大气等形成的污染源。 （三）交通运输污染源 由汽车、飞机、火车和轮船等交通运 输工具运行时向大气中排放的尾气。这类污 染源属流动污染源，主要污染物是烟尘、碳 氢化合物、NOX 、金属尘埃等，是城市大 气环境恶化的主要原因之一。（四）生活污染源 是指居民日常烧饭、取暖、沐 浴等活动，燃烧化石燃料而向大气排放 烟尘、SO2 、NOX等污染物。这类污染 源属固定源，具有分布广、排放量大、 污染浓度低等特点，是一些城市大气污 染不可忽视的污染源。但是，随着城市 电气化的推进，城市生活污染源将从根 本上得到遏制。按污染源存在的形式分为：固定源 和流动源两类。固定源就是位置和地点固定不变的污染源 。主要指工矿企业在生产中排放的大量污染 物。冶金、钢铁、建材等工业企业都是对大 气环境污染严重的固定源。流动污染源是指交通工具在行驶时向大气 中排放的有害气体而形成的污染源。 大气污染源按排放空间高度分：1、高架源：在距地面一定高度排放污染物，如电厂烟囱等 。2、低架源：在地面上或离地面高度很低的排放源。大气污染源按排放形式分： 1、线源沿着一条线排放污染物，如汽车、火车等 2、面源在一个大范围内排放污染物，如煤田自燃的 煤堆、密集而低矮的居民住宅烟囱群等 3 3、点源：、点源：集中在一点或在可当作一点的小范围内排放集中在一点或在可当作一点的小范围内排放 污染物，如烟囱等污染物，如烟囱等三、大气中主要污染物 （一）颗粒物 （二）含硫化合物 （三）氮氧化物 （四）碳氧化物 （五）光化学氧化剂 （六）碳氢化合物 （一）颗粒物 1、颗粒物是指大气中弥漫着的固态和液态物质，成份较复杂。（1）总悬浮颗粒物：用标推大容量颗粒采样器在滤膜上所收集到的颗粒 物的总质量，通常称为总悬浮颗粒物 。用TSP表示。其粒径多在100um以 下，尤以10um以下的为最多。（2）飘尘：颗粒物粒径小于10um 的颗粒物称为飘尘。它们能长时间地 悬浮于大气中而不沉降下来。 （3）降尘：颗粒物粒径大于10um的 颗粒物叫降尘。它们在重力的作用下 能很快降落到地面。 （4）可吸入粒子：易于通过呼吸过 程而进入呼吸道的粒子。目前目际标 准化组织建议将其定为粒径10um。大气飘尘的危害（1）影响大气的物理性质 （2）使建筑物、金属制品等受到腐蚀；（3）对人、动植物产生危害；（4）与其它大气污染物协同作用形成大气污染。 时间 飘尘浓度 SO2浓度 死亡 人数（mg/m3） （mg/m3）1952.12 4.46 3.8 4000多1956 3.25 1.6 1000多1957 2.40 1.8 4001962.12 2.8 4.1 750 近年来，人们认识到大气悬浮颗粒中 的可吸入颗粒物对人体健康的危害远比粗颗 粒大，而且是引起城市大气酸雨、光化学烟 雾、能见度降低的重要因素，许多研究已经 揭示出PM10对人体健康的严重危害和对气 候的重要影响。 有研究表明：PM10每上10 g/mg/m3 3，每日总死亡率上升1%，呼吸系统疾 病上升3.4%，心血管病上升1.4%，哮 喘病上升3%，肺功能下降0.1%。（二）含硫化合物 污染大气的含硫化合物有H2S、SO2 、SO3、硫酸酸雾及硫酸盐气溶胶等，但在 大气中主要是SO2。 大气中的SO2主要来源于矿物燃 料的燃烧。据估计，全世界每年由于人类活 动排放到大气中的SO2可能超过一亿五千万 吨，其中2/3来自于煤的燃烧，1/3来自石油 的燃烧，矿物燃料燃烧时，主要生成SO2 。所以人类活动排放到大气中的硫氧化物主 要是SO2 。SO2是无色、有刺激性和窒息性的 气体，对呼吸道有刺激作用，能引起呼吸道 和心血管疾病。值得注意的是SO2与飘尘的 协同作用将使其毒性大大增强，使得大气污 染加剧。大气中的SO2可以通过均相或非均 相氧化生成SO3 。SO3一经形成，便迅速与 大气中的水蒸气作用生成硫酸，因此大气中 SO3的含量十分低微，生成的硫酸是严重危 害健康的物质，其毒性远大于SO2。 （三）氮氧化物 对流层中危害较大的氮氧化物是NO 和NO2，统称为总氮氧化物（ NOx）。当 矿物燃料高温燃烧时，空气中的N2与O2结 合而生成NO,温度越高，生成NO的速度和 量越大，由这种方式生成的NOx称为热NOx ；另一类是因燃料中含有吡啶、氨基化合物 等含氮化合物，在燃烧的过程中生成了NOx ，这种方式数生成的NOX称为燃料NOx；另 外一些工厂(如生产硝酸或使用硝酸、氮肥 厂等)的生产过程中排放到大气中的NOx。 NO是无色，有刺激性气味不活泼 的气体，它能与血红蛋白结合生成亚硝基血 红蛋白而引起中毒，并可产生缺氧症状和中 枢神经受损。NO氧化后生成红棕色、有刺激性的 NO2，它的毒性较强，能迅速破坏肺细胞， 可能是引起肺气肿和肺癌的病因。NO2又是一吸光物质，易发生光化 学反应，是形成光化学反应的元凶，由此产 生的二次污染物的危害更大。 （四）碳氧化物 1、一氧化碳大气中CO来源于燃料的燃烧。而由 汽车尾气中的CO造成的大气污染已引起世界各国的重视。值得注意的是一氧化碳的另一人工 源是吸烟排出的烟气。吸烟者吸入的CO远高于不吸烟者，尤其是吸过滤嘴香烟的人。CO的主要危害是妨碍体内氧气的传 输。它与血红蛋白的亲和力比氧大二百多倍 ，而生成的羰基血红蛋白的解离速度比氧合 血红蛋白小三千六百多倍，因此一旦生成羰 基血红蛋白就很难解离，导致输氧能力降低 ，造成机体缺氧，危害人体健康。体内缺氧 时对所有的器官都有影响，而最敏感的是中 枢神经系统和心肌。2、CO2CO2是无色、无毒的气体，目前由于人类 活动排放到大气中的CO2的量不断增加，而 吸收CO2的森林反遭到严重破坏，使得大气 中CO2的浓度不断增加。据测定，一个世纪 前，大气中CO2的含量约为284ppm,目前已 达到379ppm。 CO2浓度的增加，可能对全球的气候产生影响，因而是目前环境科学上 颇为注意的问题之一。 主要大气污染物的来源(部分)（五）光化学氧化剂 1、光化学反应和光化学烟雾在太阳紫外线作用下，大气中的某些污染物发生反应，生成新的 污染物，这种反应叫光化学反应。由 此产生的烟雾称为光化学烟雾。2、光化学烟雾形成的条件 （1）充足的阳光，无风； （2）出现逆温； （3）大气含有一定浓度的NO2和碳 氢化合物。3、光化学反应机理（1）污染空气中NO2的光解是光化 学烟雾形 成的起始反应NO2+hv ( 430nm) NO2*, NO2*NO+OO+O2+MO3+M O3+NO O2+NO2（2）碳氢化合物与O、O3、 OH、NO等自由基作用生成醛、酮、酸以及RO2、HO2、RCO等自由基。（3）、过氧自由基引起NO向NO2转 化，并导致O3和过氧乙酰硝酸脂（ PAN）等生成。4、光化学烟雾的危害（1）对人体健康的影响光化学烟雾最明显的危害是对人眼的刺 激作用。出现眼流泪、发红(俗称红眼病)。除 眼外，对鼻、咽、气管和肺均有明显的刺激作 用。对老人、儿童和病弱者尤为严重。污染严 重时，会引起哮喘发作，导致上呼吸道疾病恶 化，使视觉敏感度和视力降低。受害严重者， 呼吸困难、胸痛、头晕、发烧、呕吐、以致血 压下降、昏迷不醒。长期慢性伤害，可引起肺 机能衰退、支气管炎、甚至发展成肺癌等。据资料统计，美国加里福尼亚洲由于光化学烟雾的作用，曾使该州34的人发生了红眼病。日本东京19 70年发生的光化学污染时期有20000人患了红眼病。1952年洛杉矾事件发生时，两天内就使65岁以上的老人死亡400余人。（2）对植物的伤害光化学烟雾能使植物叶片受害 变黄以致枯死。据资料统计，仅加利 福尼亚州1959年由于光化学污染引起 的农作物减产损失已达800万美元。使 大片树木枯死，葡萄减产60以上， 柑橘也严重减产。对光化学烟雾敏感 的植物还有棉花、烟草、甜菜、番茄 、菠菜、某些花卉和多种树木。四、大气污染的类型 大气污染通常是指由于人类活动或自 然过程引起某种物质进入大气中，呈现出足 够的浓度，达到足够的时间，危害了人体的 舒适、键康和福利或危害了环境的现象。 （一）根据污染物的化学性质及其存在的 大气状况，可将大气污染分为还原型大气污 染和