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1、第六讲 大气污染与防治（一）南开大学滨海学院南开大学滨海学院 王喆王喆 大气大气 恒定组分恒定组分 可变组分可变组分 不定组分不定组分主要组分主要组分次要组分次要组分二氧化碳二氧化碳水蒸气水蒸气氮、氧、氩氮、氧、氩氦、氖、氪、氙、氡氦、氖、氪、氙、氡 大气的组成“大气”和“空气”？正常（干燥）空气的气体成分正常（干燥）空气的气体成分三者合计达三者合计达99.97%由于地球引力的作用，大气质量集中于大气层下部，全部质由于地球引力的作用，大气质量集中于大气层下部，全部质量的量的 50%集中在离地面集中在离地面 5km 以下范围内；以下范围内；75%的质量集中在的质量集中在 10km 以下；以下；9
2、0%集中在集中在 30km 以下的范围内。以下的范围内。从地面愈向上去，大气质量愈小，空气愈稀薄。结合大气的从地面愈向上去，大气质量愈小，空气愈稀薄。结合大气的运动状况，考虑到大气温度的变化以及电荷等物理性质的差异，运动状况，考虑到大气温度的变化以及电荷等物理性质的差异，将大气圈分为五层。将大气圈分为五层。大气圈的结构对流层对流层（平均厚度（平均厚度12公里）公里）平流层平流层（上界（上界50公里）公里）中间层中间层（上界（上界85公里）公里）热成层热成层（上界（上界800公里）公里）散逸层散逸层（上界（上界3000公里）公里）大气圈的结构（1）对流层对流层：大气圈最下一层，层内气流对流强烈，
3、气温随：大气圈最下一层，层内气流对流强烈，气温随高度而降低。高度而降低。（2）平流层平流层：对流层顶到：对流层顶到 50 55km 高处的大气层，空气以高处的大气层，空气以平流运动为主，垂直运动很少。平流运动为主，垂直运动很少。（3）中间层中间层：从平流层顶到：从平流层顶到 85km 高度属中间层。此层气温又高度属中间层。此层气温又随高度增高而下降，空气有较强的对流运动。随高度增高而下降，空气有较强的对流运动。（4）热成层热成层：中间层之上，上界可达：中间层之上，上界可达 800 km 高处。原子氧吸高处。原子氧吸收了太阳紫外光的能量，使此层的温度随高度的上升迅速升高收了太阳紫外光的能量，使此
4、层的温度随高度的上升迅速升高（又叫暧层或热层）。因太阳和其它星球射来的各种射线的作（又叫暧层或热层）。因太阳和其它星球射来的各种射线的作用，用，此层大部分空气发生电离，具有较高密度的带电粒子（又此层大部分空气发生电离，具有较高密度的带电粒子（又称电离层）。称电离层）。（5）逸散层逸散层：逸散层是大气圈的最外层，它的厚度大约逸散层是大气圈的最外层，它的厚度大约 800 km 一直延到一直延到 20003000 km 高处，高处，是地球大气向外层空间过是地球大气向外层空间过渡的层次。渡的层次。大气污染大气污染大气污染:由于人类活动或自然过程引起某些物质介入大气由于人类活动或自然过程引起某些物质介入
5、大气中，呈现出足够的浓度，达到了足够的时间，并因此而危中，呈现出足够的浓度，达到了足够的时间，并因此而危害了人体的舒适、健康和福利或危害了环境的现象。害了人体的舒适、健康和福利或危害了环境的现象。人类活动人类活动包括生产活动，也包括生活活动，如做饭、取暖、包括生产活动，也包括生活活动，如做饭、取暖、交通等。交通等。自然过程自然过程，包括火山活动、山林火灾、海啸、土，包括火山活动、山林火灾、海啸、土壤和岩石的风化及大气圈中空气运动等。壤和岩石的风化及大气圈中空气运动等。大气污染主要是人类活动造成的大气污染主要是人类活动造成的!人人为为活活动动自然过程自然过程 大气污染源大气污染源大气污染源:向大
6、气排放足以对环境产生有害影响物质的向大气排放足以对环境产生有害影响物质的生产过程、设备、物体或场所。生产过程、设备、物体或场所。（1）按污染源存在的形式分：按污染源存在的形式分：固定污染源和移动污染物源；固定污染源和移动污染物源；（2）按污染物排放的方式分按污染物排放的方式分*：点源、线源、面源、体源；点源、线源、面源、体源；（3）按污染物排放的时间分：按污染物排放的时间分：连续源、间断源和瞬间源；连续源、间断源和瞬间源；（4）按污染物产生的类型分按污染物产生的类型分*：工业污染源、生活污染源、交通运输源工业污染源、生活污染源、交通运输源 分类 大气污染物概念 大气污染物是指由于人类活动或自然
7、过程大气污染物是指由于人类活动或自然过程排入大气的并对人和环境产生有害影响的那排入大气的并对人和环境产生有害影响的那些物质。些物质。大气污染物分类（1）按存在方式分）按存在方式分：气态污染物：气态污染物：含硫化合物（含硫化合物（SO2）、氮氧化物、碳氢化合物、）、氮氧化物、碳氢化合物、碳氧化物（碳氧化物（CO,CO2）、卤素化合物；）、卤素化合物；气溶胶状态污染物（颗粒物）；气溶胶状态污染物（颗粒物）；粉尘；烟粉尘；烟;飞灰；黑烟；雾；飞灰；黑烟；雾；几种颗粒物的区分几种颗粒物的区分（a）粉尘（粉尘（dust）粒径粒径1200 m，主要机械作用或是土壤、岩石的风，主要机械作用或是土壤、岩石的风
8、化形成的，如粘土粉尘、煤粉等。化形成的，如粘土粉尘、煤粉等。（b）烟（烟（fume）粒径粒径0.011 m，主要由冶金过程熔融物质挥发后生，主要由冶金过程熔融物质挥发后生成的气态物质的冷凝物，如成的气态物质的冷凝物，如PbO烟、烟、ZnO烟等。烟等。（c）飞灰（飞灰（fly ash）燃料燃烧产生的烟气排出的分散的较细的灰分。燃料燃烧产生的烟气排出的分散的较细的灰分。（d）黑烟（黑烟（smoke）燃料燃烧产生的能见气溶胶。燃料燃烧产生的能见气溶胶。（e）雾（雾（fog）气体中液滴悬浮体的总称，如水雾、酸雾、油雾。气体中液滴悬浮体的总称，如水雾、酸雾、油雾。几个重要的指标几个重要的指标（a）总悬浮
9、颗粒物总悬浮颗粒物（TSP，Total Suspended Particulate）：悬）：悬浮于空中，空气动力学当量粒径浮于空中，空气动力学当量粒径小于等于小于等于100 m的颗粒物；的颗粒物；（b）可吸入颗粒物可吸入颗粒物（PM10）：悬浮于空中，空气动力学当量粒）：悬浮于空中，空气动力学当量粒径径小于等于小于等于10 m的颗粒物；的颗粒物；（c）PM2.5：悬浮于空中，空气动力学当量粒径小于等于：悬浮于空中，空气动力学当量粒径小于等于2.5 m的颗粒物；的颗粒物；（d）降尘降尘：颗粒粒径大于：颗粒粒径大于10 m的颗粒物；的颗粒物；（e）飘尘飘尘：颗粒粒径小于：颗粒粒径小于10 m的颗粒
10、物。的颗粒物。大气污染物分类分类（2）按污染物形成的方式分）按污染物形成的方式分*：一次污染物：直接由污染源排放的污染物。一次污染物：直接由污染源排放的污染物。如二氧化硫、一氧化氮、一氧化碳、颗粒物等如二氧化硫、一氧化氮、一氧化碳、颗粒物等 二次污染物：大气中一次污染物之间或一次污染物二次污染物：大气中一次污染物之间或一次污染物与大气的正常成分之间发生化学作用生成的污染物。与大气的正常成分之间发生化学作用生成的污染物。如硫酸及硫酸盐气溶胶、硝酸及硝酸盐气溶胶、臭氧等如硫酸及硫酸盐气溶胶、硝酸及硝酸盐气溶胶、臭氧等 常比一次污染物对环境常比一次污染物对环境和人体的危害更严重！和人体的危害更严重！
11、大气中主要污染物大气中主要污染物名称名称发生地及时间发生地及时间中毒情况中毒情况原因原因马斯河谷马斯河谷烟雾事件烟雾事件1932年年12月，比月，比利时马斯河谷利时马斯河谷咳嗽、呼吸短促、流泪、喉咳嗽、呼吸短促、流泪、喉痛、恶心、呕吐和胸窒闷，痛、恶心、呕吐和胸窒闷，数千人发病，数千人发病，60人死亡人死亡SO2转化为转化为SO3进入肺进入肺部部多诺拉多诺拉烟雾事件烟雾事件1948年年10月，美月，美国多诺拉国多诺拉咳嗽、喉痛、胸闷、呕吐和咳嗽、喉痛、胸闷、呕吐和腹泻，腹泻，4天内天内6000人患病，人患病，17人死亡人死亡SO2同烟尘作用生成了同烟尘作用生成了硫酸盐，吸入肺部硫酸盐，吸入肺部
12、伦敦伦敦烟雾事件烟雾事件1952年年12月，英月，英国伦敦国伦敦胸闷、咳嗽、喉痛和呕吐，胸闷、咳嗽、喉痛和呕吐，5天内天内4000人死亡，历年共发人死亡，历年共发生生12起，死亡近万人起，死亡近万人粉尘中粉尘中Fe2O3使使SO2转转变成硫酸，附着在烟变成硫酸，附着在烟尘，吸入肺部尘，吸入肺部洛杉矶洛杉矶光化学烟雾事件光化学烟雾事件1943年年5月到月到10月，美国洛杉矶月，美国洛杉矶刺激眼、喉、鼻，引起眼病、刺激眼、喉、鼻，引起眼病、喉炎。大多数居民患病，喉炎。大多数居民患病，65岁以上老人死亡岁以上老人死亡400人人石油工业和汽车废气石油工业和汽车废气在紫外线辐射作用下在紫外线辐射作用下产
13、生的光化学烟雾产生的光化学烟雾“八大公害八大公害”事件（一）事件（一）名称名称发生地及时间发生地及时间中毒情况中毒情况原因原因水俣病事件水俣病事件1953年，日本九年，日本九州南部熊本水俣州南部熊本水俣镇镇口吃不清、面部痴呆、全身口吃不清、面部痴呆、全身麻木，最后精神失常至死亡，麻木，最后精神失常至死亡，患者患者180多人，死亡多人，死亡50多人多人食用含有甲基汞的食用含有甲基汞的鱼鱼痛痛病事件痛痛病事件1931年至年至1937年年3月，日本富山县月，日本富山县关节痛开始，最后骨骼软化关节痛开始，最后骨骼软化萎缩，自然骨折，患者萎缩，自然骨折，患者280人，人，死亡死亡34人人食用含镉废水灌溉
14、食用含镉废水灌溉的的“镉米镉米”和含镉和含镉的水的水四日哮喘事件四日哮喘事件1955年以来，日年以来，日本四日市本四日市支气管炎、支气管哮喘、肺支气管炎、支气管哮喘、肺气肿，患者气肿，患者500多人，死亡多人，死亡36人人有毒重金属微粒吸有毒重金属微粒吸入肺部所致入肺部所致米糠油事件米糠油事件1968年日本九州、年日本九州、爱知县等爱知县等23个府个府县县眼皮肿、出汗，全身红疙瘩，眼皮肿、出汗，全身红疙瘩，恶心、呕吐，肺功能下降，恶心、呕吐，肺功能下降，甚至死亡，患者甚至死亡，患者5000多人，多人，死亡死亡16人人食用含有多氯联苯食用含有多氯联苯的米糠油所致的米糠油所致“八大公害八大公害”事
15、件（二）事件（二）煤烟型污染煤烟型污染*燃煤是煤烟型污染的主要污染源。燃煤是多种污染燃煤是煤烟型污染的主要污染源。燃煤是多种污染物的主要来源。物的主要来源。与燃油和燃气相比，相同规模的燃烧设与燃油和燃气相比，相同规模的燃烧设备，燃煤排放的备，燃煤排放的颗粒物颗粒物和和二氧化硫二氧化硫要高得多要高得多。燃烧条件。燃烧条件影响污染物的形成和排放，但煤的品质是最主要的影响。影响污染物的形成和排放，但煤的品质是最主要的影响。空气空气煤煤燃烧燃烧灰分灰分SO2CO2NOx燃烧不完全产物（燃烧不完全产物（CO和挥和挥发性有机化合物）发性有机化合物）H2SH2OHCl煤燃烧过程的生成物煤燃烧过程的生成物 燃
16、煤产生燃煤产生SO2的计算：的计算：G=BS80%2式中：式中：G二氧化硫的产生量，二氧化硫的产生量，kg/h；B燃煤量，燃煤量，kg/h；S煤的含硫量，。煤的含硫量，。燃烧排放的燃烧排放的SO2计算：计算：G=BS80%2（1）式中：式中：SO2的去除率，；的去除率，；l 燃煤燃煤SO2排放量的计算：排放量的计算：l 燃煤烟尘排放量的计算：燃煤烟尘排放量的计算：Y=BAD(1)式中：式中：Y烟尘排放量，烟尘排放量，kg/h；B燃煤量，燃煤量，kg/h；A煤的灰分含量，；煤的灰分含量，；D烟气中烟尘占灰分量的百分数，烟气中烟尘占灰分量的百分数，其值与燃烧方式有关；其值与燃烧方式有关；除尘器的总
17、效率，。除尘器的总效率，。光化学烟雾光化学烟雾*photochemical smog（1）产生：）产生：在阳光照射下，大气中的氮氧化物、碳氢化合物和氧化剂之在阳光照射下，大气中的氮氧化物、碳氢化合物和氧化剂之间发生一系列光化学反应而生成的蓝色烟雾（有时带些紫色或黄间发生一系列光化学反应而生成的蓝色烟雾（有时带些紫色或黄褐色）。褐色）。（2）主要成分：）主要成分：臭氧臭氧（O3）、）、过氧乙酰硝酸酯过氧乙酰硝酸酯（PAN）、）、醛醛类类、酮类酮类等。等。（3）危害）危害（a）刺激眼睛；）刺激眼睛；（b）臭氧会引起胸部压缩、刺激粘膜、头痛、咳嗽、疲倦等；）臭氧会引起胸部压缩、刺激粘膜、头痛、咳嗽、
18、疲倦等；（c）臭氧能损害有机物质（）臭氧能损害有机物质（如橡胶、棉布、尼龙和聚酯等如橡胶、棉布、尼龙和聚酯等）；）；（d）可能会引起哮喘病的增多，还会引起植物毁坏。）可能会引起哮喘病的增多，还会引起植物毁坏。光化学烟雾笼罩下的城市光化学烟雾笼罩下的城市洛山矶烟雾洛山矶烟雾上图：上图：清洁空气下的清洁空气下的 洛杉矶洛杉矶下图：下图：光化学烟雾笼光化学烟雾笼 罩下的洛杉矶罩下的洛杉矶 常用大气环境标准介绍(1)环境空气质量标准环境空气质量标准*（GB3095-1996）(2)大气污染物综合排放标准大气污染物综合排放标准*（GB16297-1996）规定了规定了33种大气污染物排放限值种大气污染物
19、排放限值（最高允许排放浓度最高允许排放浓度、最高最高允许排放速率允许排放速率和和无组织排放监控浓度限值无组织排放监控浓度限值）。）。(3)恶臭污染物排放标准恶臭污染物排放标准（GB14544-93）(4)工业炉窑大气污染物排放标准工业炉窑大气污染物排放标准（GB9078-1996）(5)锅炉大气污染物排放标准锅炉大气污染物排放标准 （GB13271-2001）(6)饮食业油烟排放标准饮食业油烟排放标准（GB18483-2001）2010年年11月月02日全国重点城市空气质量日报日全国重点城市空气质量日报(部分部分)什么是空气污染指数API?数据来源：中国环境监测总站数据来源：中国环境监测总站
20、空气污染指数空气污染指数(Air pollution Index，简称，简称API)就是将常规监测的就是将常规监测的几种空气污染物浓度简化成为单一的概念性指数值形式，并分级几种空气污染物浓度简化成为单一的概念性指数值形式，并分级表征空气污染程度和空气质量状况，适合于表示城市的短期空气表征空气污染程度和空气质量状况，适合于表示城市的短期空气质量状况和变化趋势。质量状况和变化趋势。必测参数为必测参数为SO2，NO2和和PM10日均浓度值！日均浓度值！l 空气污染指数空气污染指数050，空气质量级别为，空气质量级别为I级级，空气质量状况优。此，空气质量状况优。此时不存在空气污染问题，对公众的健康没有
21、任何危害。时不存在空气污染问题，对公众的健康没有任何危害。l空气污染指数空气污染指数51100，空气质量级别为，空气质量级别为II级级，空气质量状况良。，空气质量状况良。此时空气质量被认为是可以接受的，除极少数对某种污染物特别此时空气质量被认为是可以接受的，除极少数对某种污染物特别敏感的人以外，对公众健康没有危害。敏感的人以外，对公众健康没有危害。l空气污染指数空气污染指数101150，空气质量级别为，空气质量级别为III(1)级级，轻微污染。此，轻微污染。此时对污染物比较敏感的人群，例如儿童和时对污染物比较敏感的人群，例如儿童和老年人老年人、呼吸道疾病或、呼吸道疾病或心脏病心脏病患者，以及喜
22、爱户外活动的人，他们的健康状况会受到影患者，以及喜爱户外活动的人，他们的健康状况会受到影响，但对健康人群基本没有影响。响，但对健康人群基本没有影响。l空气污染指数空气污染指数151200，空气质量级别为，空气质量级别为III(2)级级，空气质量状，空气质量状况属于轻度污染。此时，几乎每个人的健康都会受到影响，对况属于轻度污染。此时，几乎每个人的健康都会受到影响，对敏感敏感人群的不利影响尤为明显。人群的不利影响尤为明显。l空气污染指数为空气污染指数为201300，空气质量级别为，空气质量级别为IV(1)级级和和IV(2)级级，空气质量状况属于中度和中度重污染。此时，每个人的健康都空气质量状况属于
23、中度和中度重污染。此时，每个人的健康都会受到比较严重的影响。会受到比较严重的影响。l空气污染指数空气污染指数大于大于300，空气质量级别为，空气质量级别为V级级，空气质量状况，空气质量状况属于重度污染。此时，所有人的健康都会受到严重影响。属于重度污染。此时，所有人的健康都会受到严重影响。大气污染的危害1.大气污染对人体的危害：(1)通过直接呼吸进入人体；通过直接呼吸进入人体；(2)附着在食物或溶于水，随饮水、进食侵入人体；附着在食物或溶于水，随饮水、进食侵入人体；(3)通过接触或刺激皮肤而进入到人体，尤其是脂溶通过接触或刺激皮肤而进入到人体，尤其是脂溶性物质更易从皮肤渗入人体。性物质更易从皮肤
24、渗入人体。l 急性中毒急性中毒l 慢性中毒慢性中毒l 重要生理机理的变化：致癌、致畸、致突变。重要生理机理的变化：致癌、致畸、致突变。大气污染的危害颗粒物颗粒物：危害取决于化学成分和粒度。：危害取决于化学成分和粒度。二氧化硫二氧化硫：造成呼吸道内径狭窄。：造成呼吸道内径狭窄。一氧化碳一氧化碳：碳氧血红蛋白。：碳氧血红蛋白。臭氧臭氧：危害肺部和气管。：危害肺部和气管。铅铅：轻度轻度神经衰弱综合征、消化不良；神经衰弱综合征、消化不良；中度中度贫血、多发性神经病；贫血、多发性神经病；重度重度肢体麻痹，儿童推迟大脑发育。肢体麻痹，儿童推迟大脑发育。1.大气污染对人体的危害：2.大气污染对植物的危害：大
25、气污染的危害l 损害植物酶的功能组织；损害植物酶的功能组织；l 影响植物新陈代谢的功能；影响植物新陈代谢的功能；l 破坏原生质的完整性和细胞膜；破坏原生质的完整性和细胞膜；l 损害根系生长及其功能；损害根系生长及其功能；l 减弱输送作用与导致生物产量减少。减弱输送作用与导致生物产量减少。急性危害、慢性危害、不可见危害。急性危害、慢性危害、不可见危害。2.大气污染对植物的危害：大气污染的危害 大气污染物对植物的危害程度决定于污染物剂量、污大气污染物对植物的危害程度决定于污染物剂量、污染物组成等因素染物组成等因素。例如，环境中的例如，环境中的SO2能直接损害植物的叶子，长期阻碍能直接损害植物的叶子
26、，长期阻碍植物生长；氟化物会使某些关键的酶催化作用受到影响；植物生长；氟化物会使某些关键的酶催化作用受到影响；O3可对植物气孔和膜造成损害，导致气孔关闭，也可损害可对植物气孔和膜造成损害，导致气孔关闭，也可损害三磷酸腺苷的形成，降低光合作用对根部的营养物的供应，三磷酸腺苷的形成，降低光合作用对根部的营养物的供应，影响根系向植物上部输送水分和养料。影响根系向植物上部输送水分和养料。3.大气污染对材料的危害：大气污染的危害 大气污染可使建筑物、桥梁、文物古迹和暴露在空大气污染可使建筑物、桥梁、文物古迹和暴露在空气中的金属制品及皮革、纺织物等物品发生性质的变气中的金属制品及皮革、纺织物等物品发生性质
27、的变化，造成直接和间接的经济损失化，造成直接和间接的经济损失。SO2与其他酸性气体可腐蚀金属、建筑石料及玻璃与其他酸性气体可腐蚀金属、建筑石料及玻璃表面。表面。SO2可以使纸张变脆、褪色，使胶卷表面出现污可以使纸张变脆、褪色，使胶卷表面出现污点、皮革脆裂并使纺织品抗张力降低。点、皮革脆裂并使纺织品抗张力降低。O3和和NOX会使会使染料与绘画褪色，从而对宝贵的艺术作品造成威胁。染料与绘画褪色，从而对宝贵的艺术作品造成威胁。经历了经历了60年，德国的这座雕像已经彻底被酸雨毁坏了。年，德国的这座雕像已经彻底被酸雨毁坏了。3.大气污染对材料的危害：大气污染的危害4.大气污染的其他危害：大气污染的危害l
28、 对能见度的影响；对能见度的影响；l 城市热岛效应；城市热岛效应；l 全球性影响：全球性影响：全球变暖、臭氧层耗竭；酸雨全球变暖、臭氧层耗竭；酸雨对能见度的影响对能见度的影响 由于城市下垫面特殊性质、空气中由燃料产生的二氧化碳由于城市下垫面特殊性质、空气中由燃料产生的二氧化碳等较多、加上人为热，等较多、加上人为热，城市气温明显高于郊区，这种情况称城市气温明显高于郊区，这种情况称为为“城市热岛效应城市热岛效应”。研究表明：城市热岛强度夜间大于白研究表明：城市热岛强度夜间大于白天，日落以后城郊温差迅速增大，日出后又明显减小。天，日落以后城郊温差迅速增大，日出后又明显减小。1979年年12月月13日
29、日20时，上海市中心气温为时，上海市中心气温为8.5，近郊为，近郊为4，远郊仅有，远郊仅有3。“热岛效应热岛效应”日益显著，我国观测到的日益显著，我国观测到的最大最大“热岛效应热岛效应”，上海为，上海为6.8，北京为，北京为9；世界最大的；世界最大的城市热岛，要数加拿大的温哥华（城市热岛，要数加拿大的温哥华（11）、德国的柏林）、德国的柏林（13.3）。）。城市热岛效应城市热岛效应天津市热岛遥感监测研究根据2009年8、9月份遥感数据热岛主要分布在热岛主要分布在天津中心城区天津中心城区和和塘沽区塘沽区两个经济发达、城市两个经济发达、城市建筑密集的区域，比周边区域建筑密集的区域，比周边区域高高5.5左右。左右。形成原因形成原因：城市下垫面；人工：城市下垫面；人工热源；绿化面积不足。热源；绿化面积不足。The end！Thank you！