何强环境学导论课件-大气污染

蓝蓝的天空 绿绿的草原 这是我的家啊.受到污染的空气受到污染的空气第第1313章章 大气的污染大气的污染13.1 13.1 大气的组成13.2 13.2 大气污染的形成和污染源大气污染的形成和污染源13.3 13.3 一次污染物和二次污染物一次污染物和二次污染物13.4 13.4 大气污染物各论大气污染物各论13.5 13.5 空气污染与人体健康空气污染与人体健康 思考题与习题思考题与习题7 13.1 13.1 大气的组成大气的组成区别区别 空气：对于室内和特指某个地方如车间、厂区等供空气：对于室内和特指某个地方如车间、厂区等供动植生存的气体动植生存的气体 大气：大区域或全球性的气流大气：大区域或全球性的气流大气的总质量约为大气的总质量约为6107 6107 亿亿t t，相当于地球质量的，相当于地球质量的1/106 1/106。大气的厚度约。大气的厚度约1000km1000km，其中我们赖以生存的空气主要是，其中我们赖以生存的空气主要是地面地面1012km1012km范围内的一局部。范围内的一局部。可变的：二氧化碳和水蒸气可变的：二氧化碳和水蒸气不定的：污染物煤烟、硫氧化物、氮不定的：污染物煤烟、硫氧化物、氮氧化物等氧化物等恒定的：氮恒定的：氮 、氧、氩、氧、氩、微量的氖、微量的氖、氦、氪、氙、氡等稀有气体氦、氪、氙、氡等稀有气体大气组成气体气体体积分数体积分数/ppm/ppm 气体气体体积分数体积分数/ppm/ppm 氮氮780900780900 氪氪1.01.0 氧氧209400209400 一氧化碳一氧化碳0.50.5 氩氩93009300 氢氢0.50.5 二氧化碳二氧化碳315315 氙氙0.080.08 氖氖1818 二氧化氮二氧化氮0.020.02 氦氦5.25.2 臭氧臭氧0.010.010.040.04 甲烷甲烷1.01.01.21.2正常枯燥空气的气体成分正常枯燥空气的气体成分13.2 13.2 大气污染的形成和污染源大气污染的形成和污染源大气空气污染的定义：大气空气污染的定义：自然界中局部的质能变化和人类的生产和生活自然界中局部的质能变化和人类的生产和生活活动，改变大气圈中某些原有成分和向大气中排放有活动，改变大气圈中某些原有成分和向大气中排放有毒害物质，以致使大气质量恶化，影响原来有利的生毒害物质，以致使大气质量恶化，影响原来有利的生态平衡体系，严重威胁着人体健康和正常工农业生产，态平衡体系，严重威胁着人体健康和正常工农业生产，以及对建筑物和设备财产等构成损坏即为大气污染。以及对建筑物和设备财产等构成损坏即为大气污染。大气污染源的划分方法：大气污染源的划分方法：按污染源存在形式按污染源存在形式 按污染物排放的方式按污染物排放的方式 按污染物排放的时间按污染物排放的时间 按污染物产生的类型按污染物产生的类型按污染源存在的形式划分固定污染源移动污染源 适用于进行大气质量评价时满足绘制污染源适用于进行大气质量评价时满足绘制污染源分析图的需要。分析图的需要。根据能源性质根据能源性质石油型大石油型大气污染气污染混合型大混合型大气污染气污染煤炭型大煤炭型大气污染气污染按污染物排放的方式划分线源面源高架源 适用于大气扩散的计算。适用于大气扩散的计算。按污染物排放的时间按污染物排放的时间划分划分瞬间源瞬间源间断源间断源连续源连续源适用于分析污染物排放的时间规律。适用于分析污染物排放的时间规律。按污染物产生的类型划分按污染物产生的类型划分汽车排汽车排气气家庭炉灶家庭炉灶排气排气工业污工业污染源染源1.重要的空重要的空气污染物气污染物碳氢化合物碳氢化合物HCHC一氧化碳一氧化碳COCO微粒物质微粒物质particulatesparticulates硫氧化物硫氧化物SOSO氮氧化物氮氧化物NONO13.3 13.3 一次污染物和二次污染物一次污染物和二次污染物 这些污染物排放到大气中后，与正常空气这些污染物排放到大气中后，与正常空气成分相混合，在一定条件下会发生各种物理化成分相混合，在一定条件下会发生各种物理化学变化，并可能生成一些新的污染物质学变化，并可能生成一些新的污染物质。2.2.一次污染物一次污染物定义：指从各类污染源排出的物质定义：指从各类污染源排出的物质分类：反响性污染物和非反响性污染物分类：反响性污染物和非反响性污染物 一次污染物在大气中的物理化学反响可分为：一次污染物在大气中的物理化学反响可分为：1 1气体污染物之间的化学反响气体污染物之间的化学反响 例例 2 2空气中粒状污染物对气体污染物的吸附作用，空气中粒状污染物对气体污染物的吸附作用，或粒状或粒状 污染物外表上的化学物质与气体污染物之污染物外表上的化学物质与气体污染物之间的化学反响间的化学反响 例例3 3气体污染物在气溶胶中的溶解作用气体污染物在气溶胶中的溶解作用4 4气体污染物在太阳光作用下的光化学反响气体污染物在太阳光作用下的光化学反响 3.3.二次污染物二次污染物定义：由上述各种化学反响的结果所产生的一些定义：由上述各种化学反响的结果所产生的一些 新的污染物称为二次污染物新的污染物称为二次污染物常见的二次污染物：常见的二次污染物：臭氧、过氧化乙酰硝酸酯臭氧、过氧化乙酰硝酸酯PANPAN、硫酸及、硫酸及硫酸盐气溶胶、硝酸及硝酸盐气溶胶，以及一些活硫酸盐气溶胶、硝酸及硝酸盐气溶胶，以及一些活性中间产物，如过氧化氢基性中间产物，如过氧化氢基HO HO 、氢氧基、氢氧基OH OH、过氧化氮基、过氧化氮基NO NO 和氧原子和氧原子O O 等。等。常温下，有催化剂存在时，硫化氢和二常温下，有催化剂存在时，硫化氢和二氧化硫气体污染物之间的反响氧化硫气体污染物之间的反响尘粒中的某些金属氧化物与二氧化硫直尘粒中的某些金属氧化物与二氧化硫直接反响，生成硫酸盐接反响，生成硫酸盐13.4 13.4 大气污染物各论大气污染物各论一、碳的氧化物一、碳的氧化物大气中碳的氧化物主要是大气中碳的氧化物主要是CO和和CO2，CO是是大气的主要污染物之一。大气的主要污染物之一。COCO的形成原因：的形成原因：碳氢化合物不完全燃烧的碳氢化合物不完全燃烧的产物产物COCO主要来源：主要来源：燃料、日益增加的交通燃料、日益增加的交通量、固体废弃物的处置、量、固体废弃物的处置、树叶等的燃烧等树叶等的燃烧等一氧化碳一氧化碳性质：无色、无臭、无味的气体性质：无色、无臭、无味的气体危害：它能与血红素作用生成羧基血红素危害：它能与血红素作用生成羧基血红素COHbCOHb，使血液携氧能力降低引起缺氧，使血液携氧能力降低引起缺氧 图图2.氮氧化物氮氧化物 造成大气污染的含氮氧化物主要有造成大气污染的含氮氧化物主要有NO和和NO2以及它们可能产生的二次污染物。以及它们可能产生的二次污染物。2主要来源：主要来源：石化燃料的燃烧汽车排气、石化燃料的燃烧汽车排气、火力发电、硝酸的生产火力发电、硝酸的生产或使用、氮肥厂、有色金或使用、氮肥厂、有色金属冶炼厂的生产过程等。属冶炼厂的生产过程等。燃料燃烧生成的氮氧化物主燃料燃烧生成的氮氧化物主要是要是NO。1性质：浓度高的气体呈棕黄色性质：浓度高的气体呈棕黄色 图图3 3 氮氧化物对人体健康的危害氮氧化物对人体健康的危害与与血血红红蛋蛋白白的的亲亲和和力力比比COCO大大几几百百倍倍，使使血血液液运送氧的功能下降运送氧的功能下降NONO：NONO2 2：是腐蚀剂，毒性比是腐蚀剂，毒性比NONO大大5 5倍，损害肺功能倍，损害肺功能 形成光化学烟雾的主要物质之一形成光化学烟雾的主要物质之一 与与SOSO2 2、颗粒物共存时，表现出污染物的协同作用、颗粒物共存时，表现出污染物的协同作用热解热解NO燃烧燃烧NO区分？“黄黄 龙龙3.3.碳氢化合物碳氢化合物 性质：有机物性质：有机物危害：城市空气中的碳氢化合物虽然对健康无害，危害：城市空气中的碳氢化合物虽然对健康无害，但能导致生成有害的光化学烟雾但能导致生成有害的光化学烟雾来源：自然界中主要是由生物分解作用产生的来源：自然界中主要是由生物分解作用产生的 (CH4)(CH4)(萜烯萜烯C5H8)C5H8)；人为的碳氢化合物来源有二：即不完全人为的碳氢化合物来源有二：即不完全的燃烧和有机化合物的蒸发如室内装潢溶剂挥的燃烧和有机化合物的蒸发如室内装潢溶剂挥发。发。一般是指可挥发的所有碳氢化合物ClC84.4.含硫化合物含硫化合物主要指二氧化硫主要指二氧化硫SO2、三氧化硫、三氧化硫SO3、硫化氢、硫化氢H2S和硫酸盐等。和硫酸盐等。性质：腐蚀性强性质：腐蚀性强SO2主要来源：主要来源：含硫煤和石油等燃料的燃烧含硫煤和石油等燃料的燃烧含硫氧化物是形成酸雨或酸沉降的主要前体物之一含硫氧化物是形成酸雨或酸沉降的主要前体物之一SO2浓度（浓度（ppm）对人体健康及生物的影响对人体健康及生物的影响0.03慢性植物损伤，叶落过多慢性植物损伤，叶落过多0.04支气管炎及肺癌死亡率增高支气管炎及肺癌死亡率增高0.046学龄儿童呼吸系统疾病增多学龄儿童呼吸系统疾病增多0.11-0.19老年人呼吸系统疾病增多老年人呼吸系统疾病增多0.21慢性肺癌加重慢性肺癌加重0.25死亡增加，发病率急增死亡增加，发病率急增2 2、二氧化硫对人体健康的危害、二氧化硫对人体健康的危害危害：腐蚀破坏钢制物品；危害：腐蚀破坏钢制物品；皮革失去强度，建筑材料破坏，塑像毁坏；皮革失去强度，建筑材料破坏，塑像毁坏；损害植物叶片，影响其生长并降低其产量；损害植物叶片，影响其生长并降低其产量；刺激人的呼吸系统；刺激人的呼吸系统；SO2 SO2还有促癌作用等。当空气中有微粒物还有促癌作用等。当空气中有微粒物质共存时其危害可增大质共存时其危害可增大3434倍倍 图图5.颗粒污染物气溶胶颗粒污染物气溶胶指所有包含在大气中的分散的固态、液态物质，其直径约为0.002m-100m。总悬浮颗粒物TSP:指能悬浮在空气中，空气动力学当量直径100m的颗粒物的总称。可吸入颗粒物PM10:指悬浮在空气中，空气动力学当量直径10m的颗粒。大气质量评价中通用的重要污染指标：5.颗粒污染物气溶胶颗粒污染物气溶胶一般是指粒径大于75m的颗粒物 由于粒径较大，易于沉降到地面尘粒固体物料的研磨、粉碎、装卸、输送过程中产生的粒径小于75m的颗粒物。粉尘燃料燃烧、高温熔融、化学反响等过程中形成的粒径小于1m、漂浮于大气中的颗粒物。烟尘粒径小于100m的小液体粒子的总称，包括水雾、酸雾、碱雾、油雾等。雾尘x 空气中微粒的危害：空气中微粒的危害：1.遮挡阳光，使气温降低或形成冷凝核心使遮挡阳光，使气温降低或形成冷凝核心使云雾雨水增多，以致影响气候云雾雨水增多，以致影响气候2.使可见度降低，交通事故增加使可见度降低，交通事故增加 附：可附：可见度计算见度计算3.可见度差，照明耗电增加，燃料消耗增多，可见度差，照明耗电增加，燃料消耗增多，空气污染也更严重，形成恶性循环空气污染也更严重，形成恶性循环4.燃煤生成的燃煤生成的SO 加上微粒的作用，对呼吸加上微粒的作用，对呼吸系统的危害特别大系统的危害特别大5.用四乙基铅作汽油防爆剂时，排入空气中用四乙基铅作汽油防爆剂时，排入空气中的铅有的铅有97为直径小于为直径小于0.5m的微粒，分布的微粒，分布广危害大广危害大3 可见度计算：可见度计算：r 可见度可见度 kmC微粒浓度微粒浓度g/m3“沙尘天气沙尘天气1 1、颗粒污染物对人体健康的危害、颗粒污染物对人体健康的危害n造成血液中毒；造成血液中毒；n造成细胞破坏，造成细胞破坏，侵入肺组织或侵入肺组织或淋巴结可引起淋巴结可引起尘肺尘肺 PM2.5根据20212021年试点监测数据，PM2.5正是灰霾的主要污染物，南京市PM2.5浓度约占PM10可吸入颗粒物浓度的50-60%。2021、2021、2021年这三年来，南京市城区PM2.5年均值呈逐年上升趋势，平均浓度为63微克/立方米，超标?环境空气质量标准?(二次征求意见稿)0.8倍。2021年南京城区PM2.5年平均值70微克/立方米，超标1倍；而今年截止到目前，南京的PM2.5年均浓度为52微克/立方米，仍超标0.5倍。PM2.5最高值出现在大年除夕至初一，当时超标2.21倍。据陆晓波分析，南京PM2.5污染也是有规律可循的。7-9月份受夏季降雨及有利扩散条件的影响，PM2.5超标的几率相对较小；而在秋冬季节，受区域雾霾天气影响，排放的大气污染物难以扩散和去除，那么易造成PM2.5浓度的超标，其PM2.5占PM10的比重一般在60%以上。同时，受春节烟花爆竹燃放和夏收秸秆燃烧影响，2月和6月的PM2.5浓度超标相对较多，PM2.5占PM10的比重根本在80%以上。这些数据也和城市的霾天月分布一致。C 早晚的空气质量最糟糕陆晓波说，根据对近几年空气主要污染物的监测情况来看，一般空气质量相对较差是在夜间和清晨。分析其中原因：主要是排放到大气中的污染物难以扩散，尤其到了夜间一般会出现大气逆温，风速明显减弱减小。所以排放到大气中的污染物一时难以扩散，造成污染物浓度指标持续上升。一般到了午后，地表温度上升和近地面风速的增大，空气质量会明显改善。6.6.其他有害的空气污染物其他有害的空气污染物 石棉、铍、汞石棉、铍、汞a.a.石棉石棉危害：引起多种疾病，还能引起职业性肺癌危害：引起多种疾病，还能引起职业性肺癌来源：石棉开采加工，石棉制品生产处理，建筑材来源：石棉开采加工，石棉制品生产处理，建筑材料和刹车材料的应用以及石棉沥青铺设路面等料和刹车材料的应用以及石棉沥青铺设路面等b.b.铍铍危害：引起肺病，急性中毒多引起死亡危害：引起肺病，急性中毒多引起死亡来源：研磨、切割和燃烧等作业来源：研磨、切割和燃烧等作业c.c.汞汞危害：汞蒸气对中枢神经系统毒性极大危害：汞蒸气对中枢神经系统毒性极大来源：油漆、水力发电站、汞加工厂和有色金属冶来源：油漆、水力发电站、汞加工厂和有色金属冶炼炼HC醛类NONO2O2洛杉矶光化学烟雾各成分一日内的变化洛杉矶光化学烟雾各成分一日内的变化HC醛类醛类NONO2O3洛杉矶光化学烟雾各成分一日内的变化洛杉矶光化学烟雾各成分一日内的变化414166浓度/ppm7.7.光化学烟雾光化学烟雾photochemical smogphotochemical smog 是是HCHC和和NOx NOx 在阳光作用下发生化学反响而生在阳光作用下发生化学反响而生成的成的刺激性产物刺激性产物太阳能(紫外线)NO2+hvNO+OO、HO及O3与烃类反应生成高活性烃类自由基O+O2O3烃类自由基进一步与NO2等反应生成PAN、醛类等汽车尾气排放矿物燃料燃烧烃类NONO与O3或RO2反响生成NO2图 光化学烟雾的形成过程示意图光化学烟雾的危害性：光化学烟雾的危害性：1.1.刺激眼睛甲醛、刺激眼睛甲醛、PBzNPBzN过氧化苯甲酰硝酸酯、过氧化苯甲酰硝酸酯、PANPAN过氧乙酰基硝酸酯、丙稀醛过氧乙酰基硝酸酯、丙稀醛2.2.引起胸部压缩、刺激粘膜，头痛咳嗽臭氧引起胸部压缩、刺激粘膜，头痛咳嗽臭氧3.3.损害有机物质，如橡胶、棉布、尼龙等臭氧损害有机物质，如橡胶、棉布、尼龙等臭氧4.4.引发哮喘病增多，还会引起植物毁坏氧化剂引发哮喘病增多，还会引起植物毁坏氧化剂注意：注意：“伦敦烟雾不是光化学烟雾，其作用机理伦敦烟雾不是光化学烟雾，其作用机理是是 不同的，不同的，“伦敦烟雾是硫酸烟雾。伦敦烟雾是硫酸烟雾。洛杉矶光化学烟雾洛杉矶光化学烟雾世界著名的光化学烟雾事件世界著名的光化学烟雾事件1946年美国加利福尼亚州光化学污染大片树木枯死，葡萄减产60%以上，柑桔严重减产，农作物损失达800万美元 1970年日本东京光化学污染事件20，000人患红眼病 1946年美国洛杉矶光化学污染事件死亡400余人近年的光化学烟雾事件1997年3月7日，法国首都巴黎上空就蒙上了一层灰色的雾。到10日，空气中二氧化氮含量超过了300微克立方米，巴黎市政府决定拉响大气污染警报，要求汽车按紧急状况下单双号行驶规定。1997年7月22日开始，智利首都圣地亚哥的空气中氮氧化物含量严重超标。市政府发出紧急通知，规定20万辆汽车停止行驶，中小学校停止上课，劝阻居民不要外出。4)我国光化学烟雾发生情况表 兰州西固地区夏季大气臭氧浓度水平及超标情况北京、广州地区大气臭氧浓度水平及超标情况城市名称粉尘mg/m3一氧化碳mg/m3氮氧化物mg/m3光氧化物mg/m3总烃mg/m3合肥1.213.40.100.250.3包头0.85.90.170.053.8西安1.916.40.140.17长沙1.211.30.250.422.1北京3.931.00.600.761.1郑州0.816.60.240.404.1国家标准粉尘一氧化碳 氮氧化物 光氧化物总烃一级0.154.00.050.12二级0.304.00.100.16三级0.506.00.150.20表表4-1 4-1 各城市交通道路大气污染监测结果各城市交通道路大气污染监测结果(1991-1993)(1991-1993)环保总局将制定光化学烟雾事件紧急预案环保总局副局长汪纪戎日前表示，随着我国机动车的快速开展，今后一些城市发生光化学烟雾污染事故的可能性很大。为此，环保总局正组织制定应对光化学烟雾事件的紧急预案。目前机动车污染排放已成为我国很多城市空气污染的主要来源，一些城市发生光化学烟雾污染事故的可能性很大。据透露，北京和南宁曾分别于1998年和2001年发生过光化学烟雾现象；深圳具有发生光化学烟雾的地理、气象条件，也不排除发生光化学烟雾的可能。2004年7月3日1.1.空气污染事故空气污染事故 事件名称事件名称发生时间发生时间发生地点发生地点污染类型污染类型污染源污染源/物物马斯河谷马斯河谷烟雾事件烟雾事件1930.121930.12比利时比利时马斯河谷马斯河谷大气污染大气污染谷地中工厂密布，烟谷地中工厂密布，烟尘、尘、SO2SO2排放量大排放量大洛杉矶洛杉矶光化学光化学烟雾事件烟雾事件1943.5101943.510美国美国洛杉矶市洛杉矶市大气污染大气污染光化学污染光化学污染该市该市400400万辆汽车每万辆汽车每天排放烃类天排放烃类10001000多吨多吨多诺拉多诺拉烟雾事件烟雾事件1948.101948.10美国美国多诺拉镇多诺拉镇大气污染大气污染河谷内工厂密集，排河谷内工厂密集，排放大量烟尘和放大量烟尘和SO2SO2伦敦伦敦烟雾事件烟雾事件1952.121952.12英国英国伦敦市伦敦市大气污染大气污染燃煤中含硫量高，排燃煤中含硫量高，排放大量放大量SO2SO2和烟尘和烟尘四日事件四日事件(哮喘病哮喘病)19551955年年以来以来日本四日市日本四日市大气污染大气污染工厂大量排放工厂大量排放SO2SO2和和煤尘，重金属颗粒煤尘，重金属颗粒13.5 13.5 空气污染与人体健康空气污染与人体健康2 空气污染事故的一些主要特征可归纳为：空气污染事故的一些主要特征可归纳为：a.a.逆温层和低风速，使空气处于停滞状态；逆温层和低风速，使空气处于停滞状态；b.b.烟、烟、SO SO 及其它污染物浓度增大引起咳嗽及其它污染物浓度增大引起咳嗽眼疼等其他疾病眼疼等其他疾病c.c.污染水平达顶峰时死亡率增大污染水平达顶峰时死亡率增大d.d.年岁越大，过度死亡人数越多年岁越大，过度死亡人数越多e.e.各种年岁的死亡人数均增加各种年岁的死亡人数均增加f.f.死亡多由于呼吸系统和心脏疾病所引起死亡多由于呼吸系统和心脏疾病所引起g.g.多种污染物的结合，使各种疾病增加多种污染物的结合，使各种疾病增加h.h.事故持续事故持续57d57d2.2.慢性健康影响慢性健康影响 空气污染引起的急性死亡显而易见，空气污染引起的急性死亡显而易见，但关于低水平污染对健康的连续慢性影但关于低水平污染对健康的连续慢性影响那么很难得到精确的结论。对于这种响那么很难得到精确的结论。对于这种情况，一般采用流行病学和毒理学的情况，一般采用流行病学和毒理学的方法进行分析研究。方法进行分析研究。思考题与习题思考题与习题1.1.你对空气污染和大气污染有何认识？你对空气污染和大气污染有何认识？2.2.请你详细表达空气污染源、空气污染请你详细表达空气污染源、空气污染物的物的 类别与种类。类别与种类。3.3.试分析空气急性污染与慢性污染的区试分析空气急性污染与慢性污染的区别。别。4.4.试分别指出不同城市街区中主要的污试分别指出不同城市街区中主要的污染物是什么。染物是什么。