复件第二章大气环境(最终稿).ppt

第二章大气环境第一节大气结构和组成,一、大气的结构大气圈共分5层：对流层、平流层、中间层、热成层、逸散层。,对流层：是大气的最低层,在赤道低纬度17-18公里;在中纬度地区10-12公里;两极附近高纬度地区8-9公里。在1-2公里以下,排入大气的污染物绝大部分活动在此层。在1-2公里以上主要天气过程如雨和雪的形成均出现在此层。,高度范围:从地面到12km，低纬度17-18km，高纬度8-9km.,对流层,主要特点：,1大气最低层，密度大，大气总质量的3/4以上集中在此层。2厚度随纬度和季节变化而变化。3气温随高度的增加而递减，平均递减率为0.6/100m。4空气对流运动显著，天气现象复杂多变。,平流层：是对流层顶到约50公里的大气层,在高约15-35公里的范围内,有厚约20公里的一层臭氧层,具有吸收太阳短波紫外线的能力。,平流层,范围：是对流层顶到约50公里的大气层主要特点：1温度随高度增加而升高。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。,中间层范围：平流层顶至80公里特点：气温随高度升高而降低垂直对流运动强烈热成层范围：中间层顶至800公里气温随高度升高而增加逸散层范围：800公里以上,散逸层,对流层,平流层,中间层,热成层,上冷下热高空对流,二、大气的组成地球表面大气主要由氧、氮和几种惰性气体等组成,其中水蒸汽和二氧化碳是可变成分,二氧化碳的含量通常为0.033%,但1985年已为0.036%。,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,干洁空气,O3,N2,O2,CO2,大气各组成成分的作用,第二节大气污染和污染物一、大气污染的发生大气污染的概念指大气中一些物质的含量达到有害程度,以至破坏人和生态系统的正常生存和发展,对人体、生态和材料造成危害的现象。,大气污染的发生大气污染物由人为源或天然源进入大气(输入),参与大气的循环过程,经过一定的滞留时间后,又通过大气中的化学反应、生物活动和物理沉降等过程从大气中去除(输出)。,二、大气污染物的来源大气污染源：指向大气环境排放有害物质或对大气环境产生有害影响的场所,设备和装置。,（一）天然污染源：自然界中某些自然现象向环境排放有害物质或造成有害影响的场所。是大气污染的一个很重要的场所。1火山喷发：SO2、H2S、CO2、CO、HF等。2森林火灾：CO、CO2、SO2、NO2、HC等。3自然尘：风砂、土壤尘等。4森林植物释放：萜稀类碳氢化合物。5海浪飞沫：颗粒物为硫酸盐与亚硫酸盐。,（二）人为污染源：人类活动向大气输送污染物的发生源。1.燃料燃烧：煤在燃烧过程中排放一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、有机化合物及烟尘等有害物质。2.工业过程排放：石油化工企业排放二氧化硫、硫化氢、二氧化碳、氮氧化物;有色金属冶炼工业排出二氧化硫、氮氧化物;钢铁工业排放出粉尘、硫氧化物、氰化物、一氧化碳、硫化氢、酚、苯类、烃类。3.交通运输排放:汽车、飞机、船舶等排放尾气,一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物、含氧有机化合物、硫氧化合物和铅的化合物。4.农业活动排放:化肥、农药排放氮氧化物。,三、大气污染物及大气污染类型大气污染物指由于人类活动或自然过程排入大气的并对环境或人产生有害影响的物质。一次污染物:指直接从污染源排放的污染物,如二氧化硫、一氧化氮、一氧化碳、颗粒物等。二次污染物:指由一次污染物在大气中互相作用经化学反应或光化学反应形成的与一次污染物的物理、化学性质完全不同的新的大气污染物,其毒性比一次污染物还强。最常见的二次污染物如硫酸及硫酸盐气溶胶、硝酸及硝酸气溶胶、臭氧等。,主要大气污染物目前已经对环境和人类产生危害的大气污染物约有100种左右。其中影响范围广，具有普遍性的污染物有颗粒物质、硫化物、氮氧化物、碳氧化物，碳氢化合物等。,1.气溶胶状态污染物在大气污染物中，气溶胶指固体粒子、液体粒子或它们在气体介质中的悬浮体。其粒径范围为0.002100um。,总悬浮颗粒物（TSP）：用标准大容量颗粒采样器在滤膜上所收集到的颗粒物的总质量。粒径绝大多数在100um以下，其中多数在10um以下。是分散在大气中的各种粒子的总称。,降尘：粒径大于30um，在重力作用下可以降落的颗粒状物质。其多产生于固体破碎，燃烧残余物的结块及研磨粉碎物质。自然界刮风及沙暴也可以产生降尘。,飘尘：指粒径小于10um的煤烟，烟气和雾等颗粒状物质。由于这些物质粒径小，重量轻，在大气呈悬浮状态，其分布极为广泛。飘尘可通过呼吸道被人吸入体内，对人体造成危害。,可吸入粒子（IP）：粒径15um的粒子。目前我国将可吸入粒子定义为粒径10um的粒子。,2.硫化物：常以SO2和H2S的形态进入大气，也有一部分以亚硫酸盐及硫酸盐微粒形式进入大气。人为源产生的硫排入的主要形式是SO2，主要来自含硫煤和石油的燃烧、石油炼制、有色金属冶炼、硫酸制造等。大气中的硫约2/3来自天然源，其中以细菌活动产生的硫化氢量最为重要。由自然源排入大气的H2S，会被氧化成为SO2，是大气中SO2的另一主要来源。,3碳氧化物：主要有两种物质，即CO、CO2。CO：主要是由含碳物质的不完全燃烧产生的，天然源较少。1970年全世界排入在大气层中的CO约为3.5108t,而由汽车等移动源产生的CO约占排放量的70%。CO2：是大气中的一种正常的成分，它主要来源于生物的呼吸作用和化石燃料等的燃烧过程。,4.氮氧化物有N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4、N2O5等多种，主要NO和NOX是常见的大气污染物。天然排放的NOX主要来自土壤和海洋中有机物的分解，属于自然界的氮循环过程的一部分。人为活动排放的NOX大部分来自化石燃料的燃烧过程，如汽车、飞机、内燃机及工业窑炉的燃烧过程，也来自生产，使用硝酸的过程，如氮肥厂、有机化工厂，有色及黑色金属冶炼厂等，据20世纪80年代初估计，全世界每年由人类活动向大气排放的NOX约5.3107t。,5.碳氢化合物：包括烷烃、烯烃和芳香烃等复杂多样的物质。大气中大部分碳氢化合物来源于植物的分解，人类排入的量最小，却非常重要。碳氢化合物的人为来源主要是石油燃料的不充分燃烧和石油类的蒸发过程。在石油炼制，石油化工生产中也能产生多种碳氢化合物。燃油的机动车辆是主要的碳氢化合物污染源。碳氢化合物是形成光化学烟雾的重要组成部分。碳氢化合物中的多环芳香烃化合物，如3，4一苯并芘，具有明显的致癌作用。,6.卤素化合物卤素化合物包括氟利昂，Br2、I2、HF、HCL等。环境空气中的I2、Br2主要来自土壤和海洋的天然释放，而人类活动如一些化工厂的废气则排放HF、HCl等。氟里昂主要用来制作制冷剂，在对流层中不发生化学反应，通过大气环流到达平流层，会损害臭氧层。,四大气污染类型根据污染物性质分为：还原型（煤碳型）、氧化型（汽车尾气型）。1.还原型：常发生在煤碳和石油为燃料的地区。主要污染物是SO2、CO和颗粒物，在低温，高湿度的阴天，风速很小，并有逆温存在时，一次性污染物在低空聚积，生成还原性烟雾，如“伦敦烟雾”事件发生时的大气污染等类型。2.氧化型：以石油为燃料的地区，污染主要来源汽车排气、燃油锅炉以及石油化工生产。一次污染物有：CO、NOX、HC。这里大气污染物在阳光照射下能引起光化学反应，并生成二次污染物，如臭氧、醛类、酮类、过氧乙酸硝酸酯物质。如“洛杉矶化学烟雾”。,第三节大气环境中污染物的化学转化一、大气光化学特征（一）光辐射特点p27（二）光化学特性p27,二、硫氧化物在大气中的化学转化据估计，人为排入大气中的SO2约为其中来自煤的燃烧，约占76%。大量SO2进入大气后，在合适的氧化剂存在时，就会发生化学反应而生成酸雨。其形成过程的机理为：,三、氮氧化物在大气中的化学转化形成大气污染的NOX主要是NO和NO2。人为排放的NOX主要是化石燃料在高温下燃烧生产的。在化石燃料燃烧过程中，NO占NOX总排放量的95%以上，但一进入大气后，NO又大部分转化为NO2。在大气中，NOX转化为HNO3包含以下过程：慢过程：2NO+O22NO23NO2+H2O2NO3-+NO+2H+快过程，O3参与反应：NO+O3NO2+O23NO2+H2O2NO3-+NO+2H+,NO2和O3达到较高浓度时，出现N2O5：2NO2+O3N2O5+O2N2O5+H2O2NO3-+2H+NO2在雾和水滴中，在Fe、Mn、SO2作催化剂的条件下：4NO2+2H2O+O催化剂4NO3-+4H+NO2除了本身直接反应形成HNO3外，当它与SO2同时存在时，还可以促进SO2向SO3和H2SO4转化，从而加速酸雨的形成。,四、大气污染“光化学烟雾”的形成（一）定义：大气中的碳氢化合物，氮氧化合物等，在受到太阳光的照射后，在大气环境中发生光化学反应，产生了其它生成物（如臭氧、醛类、酮类、过氧乙酰硝酸酯），这些反应物（一次污染物）和生成物（二次污染物）形成的特殊混合物称“光化学烟雾”。（二）形成条件天气晴朗，高温低湿和逆温，风力不大时，易形成光化学烟雾。在副高压控制地区的夏季和早秋季节常成为光化学烟雾发生的有利时节。污染源条件：大气中NO2，碳氢化合物存在，以石油为原料的工厂排气和汽车等污染源的存在。,（三）形成机制：1NO向NO2转化是产生“烟雾”的关键。NO2在光照条件下分解出O3，NO与O3作用产生NO2，因此大气中NO2、O3和NO形成循环反应。P31(232)（233）*低层O3主要来自NO2的光分解。2碳氢化合物是产生“烟雾”的主要成分O、O3、NO2均与碳氢化合物反应，使得污染大气中的NO能快速地向NO2转化，随即O3的浓度大大增加，进而形成一系列的带有氧化性，刺激性的中间产物和最终产物，从而导致“光化学烟雾”的形成。,