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1、第二节 大气污染及大气污染物本讲稿第一页，共二十七页三、大气污染物三、大气污染物 大气污染物：指由于人类活动或自然过程排入大气污染物：指由于人类活动或自然过程排入大气的对环境或人产生有害影响的那些物质。大气的对环境或人产生有害影响的那些物质。种类相当多，据不完全统计，大约有种类相当多，据不完全统计，大约有100种左右种左右1、分类、分类物理状态物理状态 气体状态污染物气体状态污染物 占占90%固体颗粒状态污染物（悬浮于空气固体颗粒状态污染物（悬浮于空气 中）占中）占10%本讲稿第二页，共二十七页形成过程形成过程：一次污染物：指直接从污染源排放的污染一次污染物：指直接从污染源排放的污染二次污染物
2、：指由一次污染物在大气中互相作用二次污染物：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经化学反应或光化学反应形成的与一次污染物的理化性质完全不同的新的大气污染物。其毒的理化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。性比一次污染物还强。本讲稿第三页，共二十七页化学状态化学状态：P19表表2-2 含硫化合物含硫化合物 SO2、H2S、MSO4 含氮化合物含氮化合物 NO、NH3、MNO3 碳的氧化物碳的氧化物 碳氢化合物碳氢化合物 卤素化合物卤素化合物 颗粒物颗粒物 放射性物质放射性物质本讲稿第四页，共二十七页2、主要大气污染物、主要大气污染物1）颗粒物）
3、颗粒物颗粒物指大气中液体固体状物质，又称尘，其中颗粒物指大气中液体固体状物质，又称尘，其中有固体的灰尘，烟尘、烟雾，以及液体的云有固体的灰尘，烟尘、烟雾，以及液体的云雾、雾滴。粒经分布大致在雾、雾滴。粒经分布大致在100um0.002um。按粒径大小可分为两类按粒径大小可分为两类:降尘降尘:指粒径指粒径30 um的颗粒的颗粒,它们可在重力作它们可在重力作用下降落下来，称为降尘。尘的自然沉降量，用下降落下来，称为降尘。尘的自然沉降量，用每个月沉降于单位面积上尘的重量表示，用每个月沉降于单位面积上尘的重量表示，即即t/（km2 月）。它作为大气污染程度的指月）。它作为大气污染程度的指标之一。标之一
4、。本讲稿第五页，共二十七页、飘尘：指粒径、飘尘：指粒径10 um的长期飘浮在大气中的长期飘浮在大气中的是浮状颗粒。它包括粒径在的是浮状颗粒。它包括粒径在10um0.25 um的在空气中等速沉降的雾尘，以及粒径小的在空气中等速沉降的雾尘，以及粒径小于于0.1 um的随空气作布朗运动的云雾尘。的随空气作布朗运动的云雾尘。由于小于由于小于0.1 um的微粒，不因重力作用而沉降，的微粒，不因重力作用而沉降，可悬浮在大气中长达数日或数年之久，能被人可悬浮在大气中长达数日或数年之久，能被人直接吸入呼吸道内造成危害，而且易将污染物直接吸入呼吸道内造成危害，而且易将污染物带到很远的地方，导致污染范围扩大。带到
5、很远的地方，导致污染范围扩大。本讲稿第六页，共二十七页、总悬浮颗粒（、总悬浮颗粒（TSP）n指飘浮在空气中各种不同粒径的液体或固体微指飘浮在空气中各种不同粒径的液体或固体微粒（粒径在粒（粒径在100um0.002 um）的总量称总）的总量称总悬浮颗粒物。悬浮颗粒物。n一般指用大流量采样器，流量为一般指用大流量采样器，流量为1.1m3/min1.7 m3/min，用超细玻璃纤维滤膜面积为，用超细玻璃纤维滤膜面积为20.3cm25.4cm,连续采集连续采集24h，所得颗粒物，所得颗粒物总量，作为总悬浮颗粒物的日平均浓度，总量，作为总悬浮颗粒物的日平均浓度，（mg/m3 或或 ug/m3），其量的多
6、少，反映大），其量的多少，反映大气质量的好坏，是大气质量的一个重要指标。气质量的好坏，是大气质量的一个重要指标。本讲稿第七页，共二十七页2）硫氧化合物）硫氧化合物n硫氧化合物（硫氧化合物（SOx）主要通常有）主要通常有SO2、SO3、S2O3、SO 等，等，其中其中SO2是大气中分布最广，影响最大的污染物质，常是大气中分布最广，影响最大的污染物质，常用用SO2作为大气污染的指标，（人类活动排放的作为大气污染的指标，（人类活动排放的SO2总总量仅次于量仅次于CO）n危害机理：危害机理：2SO2+O22SO3 SO3+H2OH2SO4 MSO4 H2SO4 和和MSO4可形成硫酸雾和酸性降水可形成
7、硫酸雾和酸性降水危害危害 SOX大部分来自煤和石油的燃烧、石油炼制、有色金属大部分来自煤和石油的燃烧、石油炼制、有色金属冶炼、硫酸制备等等，在排放冶炼、硫酸制备等等，在排放SO2的各种过程中约有的各种过程中约有96%来自燃料燃烧过程。来自燃料燃烧过程。本讲稿第八页，共二十七页通常煤和石油中的硫包括无机硫和有机硫两种形通常煤和石油中的硫包括无机硫和有机硫两种形式，它们燃烧过程中发生如下反应：式，它们燃烧过程中发生如下反应：n无机硫氧化：无机硫大部分为硫铁矿，燃烧时无机硫氧化：无机硫大部分为硫铁矿，燃烧时氧化为氧化为SO2 4FeS2+11O2 2Fe2O3+8SO2形成形成SO2 后，部分可转变
8、为后，部分可转变为SO3：SO2+1/2O2=SO3n有机硫氧化：包括硫醇、硫醚等，在燃烧过程有机硫氧化：包括硫醇、硫醚等，在燃烧过程中先形成中先形成H2S，H2S再被氧化为再被氧化为SO2。本讲稿第九页，共二十七页n如硫醇：如硫醇：CH3CH2CH2CH2SH H2S+2H2+2C+C2H42H2S+3O2 2H2O+2SO2CH3CH2 SH2S+2H2+2C+C2H4CH3CH2 3）碳的氧化物）碳的氧化物n 大气中主要包括大气中主要包括CO2和和CO，CO2 是大气中正是大气中正常的组成，常的组成，CO则是大气中排放呈最多的污染则是大气中排放呈最多的污染物。物。本讲稿第十页，共二十七页
9、COCO是在燃料不完全燃烧时产生：是在燃料不完全燃烧时产生：C+1/2O2 COC+CO2 2COCO2 CO+On城市大气中城市大气中CO80%是由汽车排出来的，所以是由汽车排出来的，所以现在北京等一些大城市已制定出汽车尾气排现在北京等一些大城市已制定出汽车尾气排放标准，未灰到标准的汽车必须进行改进，放标准，未灰到标准的汽车必须进行改进，否则不能使用。否则不能使用。本讲稿第十一页，共二十七页nCO的天然源主要有：的天然源主要有：n甲烷的转化：生命中机体分解产生的甲烷的转化：生命中机体分解产生的CH4经经OH自由基氧化形成自由基氧化形成CO;海水中海水中CO的挥发：海的挥发：海水中水中CO过饱
10、和程度很大，可以不间断地向大过饱和程度很大，可以不间断地向大气提供气提供CO。n植物排放物的转化：植物排放的萜烯烃，经植物排放物的转化：植物排放的萜烯烃，经OH自由基氧化成自由基氧化成CO，植物叶绿素的光解产生，植物叶绿素的光解产生CO和森林火灾，农业废弃物焚烧等等产生和森林火灾，农业废弃物焚烧等等产生CO。本讲稿第十二页，共二十七页 CO2nCO2本身是一种元毒的气体，对人体无显著本身是一种元毒的气体，对人体无显著危害作用，但危害作用，但CO2对会引起全球性环境的演对会引起全球性环境的演变，如气温的变暖，所以变，如气温的变暖，所以CO2越来越引起人越来越引起人们的普遍关注。人为产生的们的普遍
11、关注。人为产生的CO2，主要是矿，主要是矿物燃料的燃烧过程产生的，天然产生的物燃料的燃烧过程产生的，天然产生的CO2主要有海洋脱气，甲烷转化和动植物呼吸。主要有海洋脱气，甲烷转化和动植物呼吸。本讲稿第十三页，共二十七页4）氮氧化物）氮氧化物 氮氧化物是氮的氧化物的总称，包括：氧化亚氮氧化物是氮的氧化物的总称，包括：氧化亚氮（氮（N2O，也称笑气或一氧化二氮），一氧化，也称笑气或一氧化二氮），一氧化氮（氮（NO），二氧化氮（），二氧化氮（NO2）三氧化二氮）三氧化二氮（N2O3），四氧化二氮（），四氧化二氮（N2O4）、五氧化二）、五氧化二氮（氮（N2O5）等，其中）等，其中N2O5是固体。是固
12、体。n大气中除大气中除NO2、NO较稳定外较稳定外,其他氮氧化物都其他氮氧化物都不太稳定不太稳定,故通常所指的氮氧化物主要是故通常所指的氮氧化物主要是NO2、NO的混合物，用的混合物，用NOx，那么造成大气污染的，那么造成大气污染的NOx主要也是指主要也是指NO 和和NO2。本讲稿第十四页，共二十七页大气中大气中NOx的人为源主要是燃料的燃烧的人为源主要是燃料的燃烧,燃料燃燃料燃烧生成的烧生成的NOx，可分为燃料型，可分为燃料型NOx和温度型和温度型 NOx;燃烧过程中燃烧过程中NO的生成量主要与燃烧温度和空燃的生成量主要与燃烧温度和空燃比有关。比有关。空燃比空燃比=空气质量空气质量/燃料质量
13、燃料质量n富燃料：空气的量少于化学计量的量富燃料：空气的量少于化学计量的量n贫燃料：空气的量大于化学计量的量贫燃料：空气的量大于化学计量的量本讲稿第十五页，共二十七页n燃烧温度和燃烧温度和NO的生成量的关系如表的生成量的关系如表24所示。所示。本讲稿第十六页，共二十七页n空燃比与空燃比与NO排放量的关系如图排放量的关系如图22所示。所示。本讲稿第十七页，共二十七页氮氧化物的天然源主要有氮氧化物的天然源主要有1、由生物机体腐烂形成的硝酸盐，经细菌作用、由生物机体腐烂形成的硝酸盐，经细菌作用产生的产生的NO及随后缓慢氧化形成的及随后缓慢氧化形成的NO2；2、生物源产生的氧化亚氧（、生物源产生的氧化
14、亚氧（N2O）氧化形成）氧化形成NOx；3、有机体中氨基酸分解产生的氨经、有机体中氨基酸分解产生的氨经OH自由基氧自由基氧化形成的化形成的NOx。本讲稿第十八页，共二十七页n据估算，天然源产生的据估算，天然源产生的NOx和人为源产生的和人为源产生的量几乎相等。量几乎相等。n大气中的大气中的NOx最终转化为最终转化为HNO3和硝酸盐微粒，和硝酸盐微粒，经湿沉降和干沉降从大气中去除。经湿沉降和干沉降从大气中去除。本讲稿第十九页，共二十七页5）碳氢化合物（）碳氢化合物（HC）n（定义）（定义）碳氢化合物是以碳元素（碳氢化合物是以碳元素（C）和氢元）和氢元素（素（H）形成的化合物总称。种类很多，包括）
15、形成的化合物总称。种类很多，包括烷烃，烯烃，芳烃等等复杂多样的含碳和氢的烷烃，烯烃，芳烃等等复杂多样的含碳和氢的化合物。化合物。n（来源）该类物质主要是来自石油燃料的不充（来源）该类物质主要是来自石油燃料的不充分燃烧过程和蒸发过程，其中汽车排放占有相分燃烧过程和蒸发过程，其中汽车排放占有相当大的比重，石油炼制，化工生产等也产生多当大的比重，石油炼制，化工生产等也产生多种类型的碳氢化合物，自然源产生的种类型的碳氢化合物，自然源产生的HC大部大部分是生物活动产生的。分是生物活动产生的。本讲稿第二十页，共二十七页n（危害）碳氢化合物是形成光化学烟雾的主要（危害）碳氢化合物是形成光化学烟雾的主要物质，
16、光化学反应产生的衍生物对人们的眼睛物质，光化学反应产生的衍生物对人们的眼睛有刺激作用；多环芳烃中有不少是致癌物质，有刺激作用；多环芳烃中有不少是致癌物质，如如3、4苯并（苯并（2）芘是强致癌物。）芘是强致癌物。n大气污染研究中通常把大气污染研究中通常把HC分为：分为：n甲烷甲烷CH4：大气中占：大气中占80%85%，光化学反应，光化学反应中是惰性的，无害烃中是惰性的，无害烃n非甲烷烃：（非甲烷烃：（NMHC），主要参与了光化学反），主要参与了光化学反应。应。本讲稿第二十一页，共二十七页qCH4的来源：主要源于厌氧细菌的发酵过程，的来源：主要源于厌氧细菌的发酵过程，自然界的淹水土体，如水稻田底有
17、机质的分自然界的淹水土体，如水稻田底有机质的分解。解。q非甲烷烃非甲烷烃:n 天然源：由于非甲烷烃种类多，来源也多，天然源：由于非甲烷烃种类多，来源也多，其中排放量最大的是由植物释放的萜烯类化其中排放量最大的是由植物释放的萜烯类化合物，约占总量的合物，约占总量的65%，目前已发现的有，目前已发现的有蒎烯、蒎烯、蒎烯等蒎烯等11种。种。n其中最主要的还是异戊（间）二烯和单萜烯，其中最主要的还是异戊（间）二烯和单萜烯，二者会在大气中发生化学作用而形成光化学二者会在大气中发生化学作用而形成光化学氧化剂和气溶胶粒子。氧化剂和气溶胶粒子。本讲稿第二十二页，共二十七页n人为源：人为源：n汽油燃烧：汽油燃烧
18、排放非甲烷烃的量约占汽油燃烧：汽油燃烧排放非甲烷烃的量约占人为源总量的人为源总量的38.5%。n汽油燃烧后由尾气排放的产物主要决定于空气汽油燃烧后由尾气排放的产物主要决定于空气/燃料比。燃料比。n焚烧：有机物品的焚烧排放。焚烧：有机物品的焚烧排放。n溶剂蒸发：有机溶剂的蒸发而产生。制鞋、溶剂蒸发：有机溶剂的蒸发而产生。制鞋、油漆油漆n石油蒸发和运输损耗。石油蒸发和运输损耗。n废物提炼：资源再利用。废物提炼：资源再利用。n含卤素化合物：卤代烃、含氯化合物、氟化含卤素化合物：卤代烃、含氯化合物、氟化物物本讲稿第二十三页，共二十七页（6）、其他有害物质）、其他有害物质进入大气的污染物是复杂的，除了上
19、述几类外，进入大气的污染物是复杂的，除了上述几类外，还有金属类，如：铅，铅化合物；镉，镉化还有金属类，如：铅，铅化合物；镉，镉化合物，以及其他气体，如：氧及氟化氢，氯合物，以及其他气体，如：氧及氟化氢，氯及氯化氢等，对环境和人类健康都构成严重及氯化氢等，对环境和人类健康都构成严重威胁。威胁。四、大气污染类型四、大气污染类型n 大气污染类型主要取决于所用能源的性质大气污染类型主要取决于所用能源的性质和污染物的化学反应特性。此外，气象条件和污染物的化学反应特性。此外，气象条件也起着重要的作用（光照、温湿度、风等）也起着重要的作用（光照、温湿度、风等）本讲稿第二十四页，共二十七页n根据污染物的化学性
20、质以及它们存在的大气环根据污染物的化学性质以及它们存在的大气环境状况为依据。境状况为依据。（1）还原型（煤炭型）还原型（煤炭型）n 这种污染常发生在以煤炭和石油工业为燃料这种污染常发生在以煤炭和石油工业为燃料的地区，其主要污染物是的地区，其主要污染物是SO2、CO和颗粒物。和颗粒物。在低温、高湿度的阴天，风速很小，并伴有逆在低温、高湿度的阴天，风速很小，并伴有逆温存在的情况下，一次性污染物在低空聚积生温存在的情况下，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成还原性烟雾。如：伦敦烟雾事件发生时的大气污染类型，所以也称之为伦敦烟雾型。气污染类型，所以也称之为伦敦烟雾型。本讲
21、稿第二十五页，共二十七页n（2）、氧化型（汽车尾气型）、氧化型（汽车尾气型）n 这种类型大多发生在以使用石油为燃料的地这种类型大多发生在以使用石油为燃料的地区，污染物中一次污染物是区，污染物中一次污染物是CO、NOX、HC化化合物。这些大气污染物在阳光照射下能引起光合物。这些大气污染物在阳光照射下能引起光化学，并生成二次污染物化学，并生成二次污染物臭氧、醛类、酮类臭氧、醛类、酮类部分酯类。部分酯类。n特点是它们具有强氧化性质，对人眼睛等粘膜特点是它们具有强氧化性质，对人眼睛等粘膜有刺激作用，如洛杉矶的光化学烟雾型。有刺激作用，如洛杉矶的光化学烟雾型。本讲稿第二十六页，共二十七页n2根据燃料性质和大气污染物的组成划分根据燃料性质和大气污染物的组成划分n（1）煤炭型）煤炭型n（2）石油型）石油型n（3）混合型）混合型n（4）特殊型）特殊型本讲稿第二十七页，共二十七页