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1、第三章第三章 大气污染与防治大气污染与防治第一节 大气的污染一、大气的组成n大气大气：一般对于大区域或全球性的气流作为研究对象时，常用大气一词；n空气空气：对于室内和特指某个地方（如车间、厂区等）供动植物生存的气体；n恒定组分（稳定组分）恒定组分（稳定组分）：N2：78.09%O2：20.94%Ar：0.93%氖气（Ne）、氦气（He）、氙气（Xe）等惰性气体；n可变组分（不稳定组分）：可变组分（不稳定组分）：主要指CO2和H2O蒸气。n在通常情况下，CO2含量为0.033%，水蒸气含量为4%以下；n洁净大气洁净大气：由恒定组分和正常状态下的可变组分所组成的大气；二、大气的分层n1、对流层n2
2、、平流层 n3、中间层 n4、热成层n5、逸散层 1、对流层n对流层是大气最接近地球的一层，即最低层，其厚度（离地面高度）在赤道及低纬度区1718km，中纬度1012km，两极和高纬度89km。对流层呈夏季较厚、冬季较薄的变化规律。n该层特点：n气温随高度递减，每上升100m，温度降低0.6。n近地高温气流膨胀上升，上部冷空气下沉，形成垂直向上的强烈对流；n密度大，该层大气质量为空气总质量的75%以上。n对流层又可细分为两层，12km以下受地表机械、热力强烈作用影响，为摩擦层或边界层，人为活动排入大气的污染物主要集中在此层，12km 以上为自由大气层，受地面影响小，主要天气现象雨、雪、雹均出现
3、在此层。2、平流层n对流层顶到50km（1250km）的大气为平流层。n该层的下部温度变化小，气温趋于稳定（-55），故称同温层。n该层中上部气温随高度而增高，其原因是在1535km范围内，有厚约20km的一层臭氧层，吸收紫外线而分解出原子氧和分子氧，当它们重新化合成臭氧时，以热的形式释放出能量，故使平流层升温。n平流层无对流运动，平流运动占优势，空气干燥，水尘含量微，透明度高。3、中间层n从平流层顶到80km（5080km）为中间层。n存在强烈的垂直对流。n气温随高度下降，顶部温度在-83-113 4、热成层n大约80800km。n该层下部基本上由分子氮组成，上部由原子氧组成。n气温随高度迅
4、速上升，主要由原子氧吸收太阳辐射紫外线所致。n空气分子发生电离，也称电离层。5、逸散层n800km以上的大气层。n空气分子电离，质子含量高。n空气密度小，气体及微粒向太空逸散，因受地球引力极小所致。n温度随高度略增。三、大气污染及污染源1、大气污染的定义 大气污染是指由于人类活动或自然过程使得某些物质进入大气，呈现出足够的浓度，达到了足够的时间，并因此危害了人体的舒适、健康和人们的福利，甚至危害了生态环境。大气污染的分类：局部地区污染、地区性污染、广域性污染和全球性污染。2、大气污染物的来源n（1）天然源、人为源 n（2）固定、移动n（3）点源、面源、线源天然源n（1）火山喷发：SO2、H2S
5、、CO2、CO、HFn（2）森林火灾：CO、CO2、SO2、NO2、HC n（3）自然尘：沙、土、尘 n（4）森林植物释放：烯类碳氢化合物 n（5）海浪飞沫：硫酸盐、亚硫酸盐 人为源n（1）燃料燃烧 n（2）工业生产过度排放n（3）交通运输排放n（4）农业活动排放（2）固定、移动n按照污染源性状特点可分为固定式污染源和移动式污染源。固定式污染源是指污染物从固定地点排出，如各种工业生产及家庭炉灶排放源排出的污染物，其位置是固定不变的；流动源是指各种交通工具，如汽车、轮船、飞机等是在运行中排放废气，向周围大气环境散发出的各种有害物质。（3）点源、面源、线源n按照排放污染物的空间分布方式，可分为点污
6、染源，即集中在一点或一个可当作一点的小范围排放污染物；n面污染源，即在一个大面积范围排放污染物。n线源污染（4）按污染物排放的时间分：连续源、间断源和瞬间源；（5）按污染物产生的类型分：工业污染源、生活污染源、交通运输源和农业污染源（6）按主要污染物分类统计分：燃料燃烧、工业生产和交通运输四、大气污染物（一）大气污染物的概念与分类1、定义 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些物质。2、分类（1）按存在方式分：气溶胶状态污染物（颗粒物）和气态污染物；（2）按污染物形成的方式分：一次污染物和二次污染物二次污染物是指由一次污染物与大气中已有组分或几种一次污染物
7、之间经过一系列化学或光化学反应生成的与一次污染物性质不同的新污染物质。（3）按化学成分分：含硫化合物、含氮化合物、含碳化合物、卤代化合物、尘类颗粒物、有机化合物、放射性物质和其它有毒物质。（4）按污染物的性质划分：还原型（煤炭型）、氧化型（汽车尾气型）（5）按燃料性质和污染物组成成分n煤炭型n石油型n混合型n特殊型煤炭型n代表性污染物是由煤炭燃烧时放出的烟气、粉尘、二氧化硫等所构成的一次污染物，以及由这些污染物发生化学反应而生成的硫酸、硫酸盐类气溶胶等二次污染物。主要污染源为工业企业烟气排放。其次，家庭炉灶的排放物也起重要作用。石油型n主要污染物来自汽车排气、石油冶炼及石油化工厂的排放。主要污
8、染物是氮氧化物、烯烃等碳氢化合物，它们在大气中形成臭氧，各种自由基及其反应生成的一系列中间产物与最终产物。混合型n包括以煤为燃料的污染源排出的污染物；以石油为燃料的污染源排出的污染物；从工厂企业排出的各种化学物质等，例如，日本横滨、川崎等地曾发生的污染事件便属于此类型。特殊型n指有关工业企业生产排放的特殊气体所造成的局部小范围的污染，如生产磷肥的工厂造成周围大气的氟污染等。（二）主要大气污染物1、颗粒物（1）颗粒物的粒度、性质和成因（2）几种颗粒物的区分（a）粉尘（dust）粒径1200微米，主要机械作用或是土壤、岩石的风化形成的，如粘土粉尘、煤粉等。（b）烟（fume）粒径0.011微米，主
9、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PbO烟、ZnO烟等。（c）飞灰（fly ash）燃料燃烧产生的烟气排出的分散的较细的灰分。（d）黑烟（smoke）燃料燃烧产生的能见气溶胶。（e）雾（fog）气体中液滴悬浮体的总称，如水雾、酸雾、油雾。（3）几个重要的指标（a）总悬浮颗粒物（TSP，Total Suspended Particulate）：悬浮于空中，空气动力学当量粒径小于等于100微米的颗粒物；（b）可吸入颗粒物（PM10）：悬浮于空中，空气动力学当量粒径小于等于10微米的颗粒物；（c）PM2.5：悬浮于空中，空气动力学当量粒径小于等于2.5微米的颗粒物；（d）降尘：颗粒
10、粒径大于30微米的颗粒物；（e）飘尘：颗粒粒径小于10微米的颗粒物。（4）危害遮挡阳光，使气温降低，或形成冷凝核心，使云雾和雨水增多，以致影响气候；使可见度降低，交通不便，航空与汽车事故增加；可见度差，照明耗电增加，燃料消耗随之增多，因此空气污染也更严重形成恶性循环；燃煤时生成的SOx，再加上微粒的作用，对呼吸系统的危害特别大；用四乙基铅作汽油的防爆剂时，排入空气中的铅有97为直径小于0.5微米的微 粒，分布很广，危害很大。2、一氧化碳（CO）二氧化碳CO：性质：无色、无味、无臭的气体；有毒，能与氧气争夺血液中的血色素，使血液携带氧气能力大大降低，使人体缺氧而窒息。数量：是城市大气中数量最多的
11、污染物（约占大气污染物总量的1/3）。主要来源：汽车尾气，燃料不完全燃烧。一氧化碳的天然源，主要包括：甲烷的转化、海水中CO的挥发、植物排放物的转化、植物叶绿素的光解、森林火灾，农业废弃物焚烧。二氧化碳（CO2）nCO2是一种无毒的气体，对人体无显著危害作用。在大气污染问题中，CO2所以引起人们的普遍关注，原因在于它能引起全球性环境的演变。nCO2的天然源主要包括：海洋脱气、甲烷转化、动植物呼吸等；nCO2的人为源：主要是矿物燃料的燃烧过程。3、氮氧化物（NOx）（1）主要污染物：NO、NO2（2）性质：棕黄色、有刺激性气味（黄龙）；（3）主要来源：燃料燃烧、汽车尾气、部分生产或使用硝酸的工厂
12、排放的尾气；（4）燃烧过程中NOx的产生情况：热力（热解）NOx、燃料（燃烧）NOx和瞬时NOx。（5）危害：（a）毁坏棉花，尼龙等织物；（b）损害植物使柑桔落叶、发生萎黄病和减产；（c）引起急性呼吸道病变。会导致光化学烟雾。4、碳氢化合物（CxHy）n大气中的碳氢化合物通常是指C1C8可挥发的所有碳氢化合物，又称烃类。它是形成光化学烟雾的前体物。甲烷、非甲烷烃（1）主要来源：自然源生物分解；（CH4）人为源不完全燃烧和有机物的挥发。（2）主要危害能生成有害的光化学烟雾。5、硫氧化合物（SOx）（1）主要污染物：SO2、SO3（2）性质：有刺激性气味；SO2能与水反应生产亚硫酸；SO3能与水反
13、应生成硫酸。（2）主要来源：矿物燃料的燃烧；（3）危害：（a）对人体健康造成危害，还有促癌作用；（b）会形成硫酸烟雾，危害更大；（SOx与颗粒物（主要是FeO）的混合物，经过化学反应生成硫酸，如伦敦烟雾事件。）（c）对植物造成伤害，破坏叶面结构；（d）腐蚀材料。6、光化学烟雾洛杉矶烟雾（1）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）。（2）主要成分：臭氧（O3）、过氧乙酸硝酸酯（PAN）、酮类、醛类等。（3）危害（a）刺激眼睛；（b）臭氧会引起胸部压缩、刺激粘膜、头痛、咳嗽、疲倦等症状；（c）臭氧能损害有机物质；（d
14、）可能会引起哮喘病的增多，还会引起植物毁坏。（一）大气污染对人体健康的危害（一）大气污染对人体健康的危害（二）大气污染对植物的危害（二）大气污染对植物的危害（三）大气污染对材料的危害（三）大气污染对材料的危害（四）大气污染对大气环境的危害（四）大气污染对大气环境的危害五、大气污染的危害五、大气污染的危害（一）大气污染对人体健康的危害（一）大气污染对人体健康的危害A、呼吸道吸入；、呼吸道吸入；B、随食物和饮水摄入；、随食物和饮水摄入；C、体表接触侵入。、体表接触侵入。1、大气颗粒物、大气颗粒物4、氮氧化物、氮氧化物5、光化学氧化剂、光化学氧化剂3、一氧化碳、一氧化碳2、二氧化硫、二氧化硫颗粒物的
15、大小决定其沉颗粒物的大小决定其沉积于呼吸道中的位置；积于呼吸道中的位置；化学组成决定沉积位置化学组成决定沉积位置上对组织的影响。上对组织的影响。损害肝脏。且由于损害肝脏。且由于SO2通常与多种污染物共通常与多种污染物共存，吸入之后产生的存，吸入之后产生的复合作用危害更大。复合作用危害更大。NO2对呼吸器官有刺激对呼吸器官有刺激性，可引起肺水肿、慢性，可引起肺水肿、慢性支气管炎等疾病，若性支气管炎等疾病，若与与SO2共存，则危害更共存，则危害更重。重。所有大气污染物中散所有大气污染物中散布最广的一种，严重布最广的一种，严重阻碍血液输氧，引起阻碍血液输氧，引起缺氧中毒。缺氧中毒。臭氧：对鼻子、咽臭
16、氧：对鼻子、咽喉、肺等呼吸器官喉、肺等呼吸器官有刺激作用，运动有刺激作用，运动时吸入则更严重。时吸入则更严重。（二）大气污染对植物的危害（二）大气污染对植物的危害损害植物酶的功能组织；影响植物新陈代损害植物酶的功能组织；影响植物新陈代谢的功能；破坏原生质的完整性和细胞膜。谢的功能；破坏原生质的完整性和细胞膜。此外，还会损害根系生长及其功能；减弱此外，还会损害根系生长及其功能；减弱输送作用与导致生物产量减少。输送作用与导致生物产量减少。（三）大气污染对材料的危害（三）大气污染对材料的危害大气污染可使建筑物、桥梁、文物古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、迹和暴露在空
17、气中的金属制品及皮革、纺织等物品发生性质的变化，造成直纺织等物品发生性质的变化，造成直接和间接的经济损失。接和间接的经济损失。（四）大气污染对大气环境的危害（四）大气污染对大气环境的危害大气污染会导致降水的增加或减少，它对降水化大气污染会导致降水的增加或减少，它对降水化学的影响表现在酸性化合物的输入，即出现酸雨。学的影响表现在酸性化合物的输入，即出现酸雨。大气污染还会产生全球性的影响：大气中大气污染还会产生全球性的影响：大气中CO2等等温室气体浓度增加导致的全球变暖、人们大量生温室气体浓度增加导致的全球变暖、人们大量生产氟氯烃化合物等导致的臭氧层耗竭等。产氟氯烃化合物等导致的臭氧层耗竭等。室内
18、空气污染室内空气污染污染原因：污染原因：建筑材料及装潢材料、涂料中有害物质建筑材料及装潢材料、涂料中有害物质的挥发、人们不健康的生活习惯。的挥发、人们不健康的生活习惯。苯、甲醛、氡苯、甲醛、氡多开窗换气，戒烟，正确使用家庭化学剂，多开窗换气，戒烟，正确使用家庭化学剂，增加户外活动，摆放室内花卉植物增加户外活动，摆放室内花卉植物第二节 大气污染气象学一、大气圈垂直结构气象要素（气温、气压、大气密度、大气成分等）的垂直分布1、气温的垂直分布（1）对流层（平均12km）大气边界层（12km）、近地层（50100m）（2）平流层（对流层顶到5055km）（3）中间层（平流层顶到85km）（4）暖层（热
19、层或电离层）（中间层顶到800km）（5）逸散层（外层）（暖层顶以外）2、大气压力的垂直分布随高度的升高而降低；3、大气密度的垂直分布与大气压力的变化规律几乎相同；4、大气成分的垂直分布取决于分子扩散和湍流扩散的强弱（1）8085km以下，以湍流扩散为主，称为均质层；（2）8085km以上，以分子扩散为主，称为非均质层；二、影响空气污染的气象因素1、风（1）风的概念水平方向的空气运动称为风，风是一个矢量，具有大小和方向。风速用来表示风的大小，风向是指风的来向。风速：u3.02F 3/2 （km/h）式中F为风力等级，012级（2）风对空气污染的影响风速的大小决定着污染物的扩散和稀释状况，通常污
20、染物在大气中的浓度与平均风速成反比；风向影响污染物的扩散方向。（3）风玫瑰图（风向频率玫瑰图、风向频率、风速联合玫瑰图、污染系数玫瑰图）污染系数风向频率该风向的平均风速风向频率是指吹某一方向的风的次数与总观测次数的比值。（4）风随高度的变化大气边界层风速廓线模式u2为距地面高度为Z2处10min的平均风速，m/s；u1为距地面高度为Z1处10min的平均风速，m/s；P为风速高度指数，与大气稳定度及地形有关。2、大气稳定度、大气稳定度（1）干绝热直减率）干绝热直减率d干绝热递减率，干空气块或未饱和的湿空气块在干绝热递减率，干空气块或未饱和的湿空气块在绝热条件下，每升高单位高度所造成的温度下降绝
21、热条件下，每升高单位高度所造成的温度下降数值。通常取数值。通常取100米表示，米表示，rd=0.98/100m或或0.98 K/100m，一般取一般取rd=1K/100m（2）大气的降温率（垂直递减率）大气的降温率（垂直递减率）：气温随高度的变化。气温随高度增加而递减气温随高度的变化。气温随高度增加而递减 0（3）温度层结）温度层结气温沿垂直高度的分布曲线称为温度层结曲线，简气温沿垂直高度的分布曲线称为温度层结曲线，简称温度层结。称温度层结。温度层结曲线温度层结曲线1：正常（递减）层结正常（递减）层结 0；2：中性层结中性层结=d；3：等温层结等温层结=0；4：逆温逆温 d d时大气处于不稳定
22、状态；时大气处于不稳定状态；当当=d d时，大气处于中性平衡状态；时，大气处于中性平衡状态；当当 d d时，时，大气处于稳定平衡状态大气处于稳定平衡状态。（5）不同温度层结不同温度层结下的烟型下的烟型翻卷型翻卷型锥型锥型平展型平展型上升型上升型熏烟型熏烟型翻卷型（波浪型）n这种烟流呈波浪状。一般出现于中午前后，气温层结处于不稳定状态，即-d0时，扩散条件较好，污染物落地最大浓度点距烟囱较近，多发生在晴朗的白天。锥型n烟流呈圆锥形，发生在中性条件下，即-d0。气温随高度的变化不大，故烟气扩散向前推动良好，比翻卷型差。平展型n这种烟流垂直方向扩散很小，象一条带子飘向远方。n从上面看，烟流呈扇形展开
23、，它发生在烟囱出口处于逆温层中，即该层大气-d-1。污染情况随烟囱高度不同而异，当烟囱很高时，近处地面上不会造成污染，在远方会造成污染；烟囱很低时，会造成近地面上严重污染。上升型（屋脊型）n这种烟流的下部是稳定的大气，上部是不稳定的大气。一般在日落前后出现，地面由于有效辐射的放热，低层形成逆温，而高层仍保持递减层结。它持续时间较短，对近处地面污染较小。下部稳定，-d0，上部不稳定，-d0；熏蒸型（漫烟型）n常出现在日出后，由于地面增温，低层空气被加热，使逆温从地面向上逐渐消失，即不稳定大气从地面向上逐渐发展，当发展到烟流的下边缘或更高一点时，烟流便发生了向下的强烈扩散，而上边缘仍处于逆温层中，
24、熏蒸型烟流便发生了。这时烟流下部-d0，上部-d-1。这种烟流多发生在上午810时，持续时间很短。（6）逆温）逆温种类及其产生原因：种类及其产生原因：（a）下沉逆温；下沉逆温；（b）辐射逆温；辐射逆温；（c）平流逆温；平流逆温；（d）湍流逆温；湍流逆温；（e）锋面逆温。锋面逆温。辐射逆温n由地面冷辐射形成的逆温。由地面冷辐射形成的逆温。n在晴空无云（或少云）的夜间，当风速较小（在晴空无云（或少云）的夜间，当风速较小（3m3ms s）时，地面因强烈的有）时，地面因强烈的有效辐射而很快冷却，近地面气层冷却最为强烈，较高的气层冷却较慢，因而形成效辐射而很快冷却，近地面气层冷却最为强烈，较高的气层冷却
25、较慢，因而形成了自地面开始逐渐向上发展的逆温层，称为辐射逆温。了自地面开始逐渐向上发展的逆温层，称为辐射逆温。n上图表示辐射逆温在一昼夜间从生成到消失的过程。上图表示辐射逆温在一昼夜间从生成到消失的过程。n（a a）是下午时递减温度层结；）是下午时递减温度层结；n（b b）是日落前）是日落前1h1h逆温开始生成的情况；随着地面辐射的增强，地面迅速冷却，逆温开始生成的情况；随着地面辐射的增强，地面迅速冷却，逆温逐渐向上发展，黎明时达到最强（图中的逆温逐渐向上发展，黎明时达到最强（图中的c c）；）；n日出后太阳辐射逐渐增强，地面逐渐增温，空气也随之自下而上的增温，逆温日出后太阳辐射逐渐增强，地面
26、逐渐增温，空气也随之自下而上的增温，逆温便自下而上的逐渐消失（图中便自下而上的逐渐消失（图中d d）；大约在上午）；大约在上午1010点钟左右逆温层完全消失（图中点钟左右逆温层完全消失（图中的的e e）。）。下沉逆温n下沉逆温又称压缩逆温。当高压区内某一层空下沉逆温又称压缩逆温。当高压区内某一层空气发生强度较大的气团下沉运动时，常可使原来具气发生强度较大的气团下沉运动时，常可使原来具有稳定层结的空气层压缩成逆温层结，如图所示。有稳定层结的空气层压缩成逆温层结，如图所示。n假定某高度有一气层假定某高度有一气层ABCDABCD，其厚度为，其厚度为h h，当它下，当它下沉时，由于周围大气对它的压力逐
27、渐增大，以及由沉时，由于周围大气对它的压力逐渐增大，以及由于水平辐散，该气层被压缩成于水平辐散，该气层被压缩成ABCDABCD，厚度，厚度减小为减小为hh（h h）。）。n若气层下沉过程是绝热的，且气层内各部分空若气层下沉过程是绝热的，且气层内各部分空气仍保持原来的相对位置，则由于顶部气仍保持原来的相对位置，则由于顶部CDCD下沉到下沉到CDCD的距离比底部的距离比底部ABAB下沉到下沉到ABAB的距离大，使的距离大，使气层顶部的绝热增温大于底部。气层顶部的绝热增温大于底部。n若气层下沉距离很大，就可能使顶部增温后的若气层下沉距离很大，就可能使顶部增温后的气温高于底部增温后的气温，从而形成逆温
28、层。气温高于底部增温后的气温，从而形成逆温层。平流逆温n由暖空气平流到冷地面上而形成的逆温称为平流逆温。这是由于低层空气受地表面影响大、降温多、上层空气降温少所形成的。暖空气与地面之间温差越大，逆温越强。当冬季中纬度沿海地区的海上暖空气流到大陆上及暖空气平流到低地、盆地内积聚的冷空气上面时，皆可形成平流逆温。湍流逆温n低层空气湍流混合形成的逆温称为湍流逆温。低层空气湍流混合形成的逆温称为湍流逆温。n实际空气的运动都是一种湍流运动，其结果使大气中包含的实际空气的运动都是一种湍流运动，其结果使大气中包含的热量、水分以及污染物质得以充分的交换和混合。湍流逆温的形热量、水分以及污染物质得以充分的交换和
29、混合。湍流逆温的形成过程如下图所示，图中的成过程如下图所示，图中的AB是气层在湍流混合前的气温分布，是气层在湍流混合前的气温分布，气温直减率气温直减率d；n低层空气经湍流混合后，气层的温度将按干绝热直减率变化，低层空气经湍流混合后，气层的温度将按干绝热直减率变化，如（如（b）中的）中的CD。但在混合层以上，混合层与不受湍流混合影响。但在混合层以上，混合层与不受湍流混合影响的上层空气之间出现了一个过渡层的上层空气之间出现了一个过渡层DE，即是逆温层。，即是逆温层。锋面逆温n在对流层中的冷空气团与暖空气团相遇时，暖空气团因其密度小就会爬到冷空气上面去，形成一个倾斜的过渡区，称为锋面。在锋面上，如果
30、冷暖空气的温差较大，也可以出现逆温，这种逆温称为锋面逆温。锋面逆温仅在冷空气一边可以看到。3、降水的影响、降水的影响能有效地吸收、淋洗空气中的各种污染物。能有效地吸收、淋洗空气中的各种污染物。4、雾的影响、雾的影响雾会使空气污染状况加剧。雾会使空气污染状况加剧。5、空气污染、空气污染“事故日事故日”与污染指数与污染指数事故日：连续几天事故日：连续几天低低混合高度混合高度、低风速低风速和和无无雨雨发生事故日的条件是：发生事故日的条件是：持续持续2天混合层高度小天混合层高度小于于1500米，风速小于米，风速小于4m/s和无雨。和无雨。污染指数污染指数Id：Idsp/（vh）Id为为d方向的污染指数
31、；方向的污染指数；s为大气稳定度；为大气稳定度；p为降水；为降水；v为风速；为风速；h为混合层高度。为混合层高度。s、p、v和和h的值是按实际气象资料的数值转的值是按实际气象资料的数值转换为无量纲的相对值。换为无量纲的相对值。Id0.8时，为清洁大气，即该地区不易发生空时，为清洁大气，即该地区不易发生空气污染事故气污染事故nId值越值越大，大，d方向下侧污染越方向下侧污染越？不适于？不适于发展发展？（农业区）（农业区）（越重；工业）（越重；工业）n事故日多的地区适于事故日多的地区适于？三、影响大气污染的地理因素n1、地形和地物n2、山谷风n3、海陆风n4、城市热岛环流1、地形和地物n（地貌地面
32、自然物和建筑物）影响风速和风向，故影响污染物的扩散。n 山脉的阻滞作用，对风速也有很大影响，尤其是封闭的山谷盆地，因四周群山的屏障影响，往往是静风、小风频率占很大比重，不利于大气污染物的扩散。2、山谷风n在白天，太阳先照射到山坡上，使山坡上大气比谷地上同高度的大气温度高，形成了由谷地吹向山坡的风，称为谷风。在高空形成了由山坡吹向山谷的反谷风。它们同山坡上升气流和谷地下降气流一起形成了山谷风局地环流。n在夜间，山坡和山顶比谷地冷却得快，使山坡和山顶的冷空气顺山坡下滑到谷底，形成了山风。在高空则形成了自山谷向山顶吹的反山风。它们同山坡下降气流和谷地上升气流一起构成了山谷风局地环流。3、海陆风n海陆
33、风是由于陆地和海洋的热力性质的差异而引起的。n在白天，由于太阳辐射，陆地升温比海洋快，在海陆大气之间产生了温度差、气压差，使低空大气由海洋流向陆地，形成海风，高空大气从陆地流向海洋，形成反海风，它们和陆地上的上升气流和海洋上的下降气流一起形成了海陆风局地环流。n在夜晚，由于有效辐射发生了变化，陆地比海洋降温快，在海陆之间产生了与白天相反的温度差、气压差，使低空大气从陆地流向海洋，形成陆风，高空大气从海洋流向陆地，形成反陆风。它们同陆地下降气流和海面上升气流一起构成了海陆风局地环流。4、城市热岛环流n由城市温度差引起的局地风。城市热岛可形成年均气温比周边地区高0.41.5，有时高达68。因此引起
34、由农村吹向城市的局地风，使城区大气中的污染物难以扩散。n城市热岛环流是由城乡温度差引起的局地风。n产生城乡温度差异的主要原因是：n（1）城市人口密集、工业集中，使得能耗水平高；n（2）城市的覆盖物（如建筑、水泥路面等）热容量大，白天吸收太阳辐射热，夜间放热缓慢，使低层空气变暖；n（3）城市上空笼罩着一层烟雾和CO2，使地面有效辐射减弱。因此，使城市市区净热量收入比周围乡村多，故平均气温比周围乡村高（特别是夜间），于是形成了所谓城市热岛。四、小结1、空气中的污染物的积累取决于三个条件：风速、逆温层和地形；2、厂址选择、新建城市选址应当考虑风向、风速、温度层结和地形的影响，应当选择在山谷外面、远离
35、海岸线或“事故日”较少的地方。第三节 全球性大气环境问题的形成机制与其防治对策一、全球变暖与防治对策1、近百年来的全球气候（1）全球气温上升趋势明显，平均大约上升0.6摄氏度；（2）全球气温的变化不呈直进式，而是呈现冷暖交替的波动2、温室效应与温室气体温室效应与温室气体（1 1）什么是）什么是“温室效应温室效应”?所谓“温室”即指“暖 房”，屋顶和四周是玻璃或透明塑料薄膜建成，由于玻璃和 透明塑料薄膜可以使太阳光(短波辐射)射入室内，但室内向外的辐射(长波辐射)却不易透过玻璃或薄膜外逸，使室内温度提高，起到防寒升温、在寒冷季节也能栽种喜温作物 的作用。大气中的温室气体所起的作用与玻璃温室相同，
36、它不影响太阳光照射到地面，但却可以吸收地面向外的红外(长波)辐射，使低层大气变暖，于是人们便把这种作用称 为“温室效应”。（2）温室气体（a）概念当在大气中的浓度增加时，会加剧“温室效应”，引起地区表面和大气层下沿温度升高的气体。（b）种类二氧化碳（二氧化碳（CO2）、）、臭氧（臭氧（O3）、甲烷（甲烷（CH4）、氟利昂（氟利昂（CFC11）、一氧化二氮（一氧化二氮（N2O）等。等。二氧化碳起55的作用，甲烷和氟利昂起20的作用。3、全球变暖对人类的影响（1）沿海地区的海岸线变化海平面上升；（2）气候带移动温度带北移和降水带的移动（3）对中国的影响（a）使中国农业不稳定性增大；（b）海水平面上
37、升使沿海经济发展受到威胁；（c）对生物多样化产生影响。4、控制全球变暖的综合对策（1）调整能源战略提高能源利用率和向清洁能源转化；（2）绿化对策；（3）控制人口，提供粮产，限制毁林；（4）加强环境意识教育，促进全球合作。二、臭氧层破坏与防治对策1、臭氧层破坏的机理（1）臭氧的自然平衡过程式中M为反应第三体，一般是氮分子或氧分子。（2）当有活性催化物质存在时式中Y为活性催化物，在反应中并不消耗，有些物质可在平流层中存在数年，所以一个Y自由基可以破坏数万或数十万个臭氧分子。Y物种包括三大家族：奇氢家族HOx、奇氮家族NOx和奇卤家族XOx。（3）氯氟烃（氯氟烃（CFCs）类物质是臭氧层破坏的类物质
38、是臭氧层破坏的一个主要原因一个主要原因 CFCs的的化学稳定性好，在对流层不易分化学稳定性好，在对流层不易分解而进入平流层。到达平流层解而进入平流层。到达平流层CFCs受到短波受到短波紫外线的照射，分解为紫外线的照射，分解为Cl自由基，参与臭氧的自由基，参与臭氧的消耗。消耗。常用的常用的CFCs中中CFC-11(CFCl3）和和 CFC-12(CF2Cl2）的寿命大约为的寿命大约为50年和年和110年，有的年，有的CFCs的的寿命可达数千年。寿命可达数千年。2、臭氧层的变化对人类的影响（1）对人类健康的影响增加皮肤癌和白内障的发病率；（2）对植物的影响使农作物减产；（3）对水生系统的影响减少浮
39、游生物的产量；（4）对城市大气质量和建筑材料的影响易发生光化学反应、产生光化学烟雾；加速建筑材料的老化。3、应对措施（1）提高利用效率，降低操作损失；（2）回收和在循环；（3）改进CFCs产品；（4）非CFCs产品的替代品。三、酸沉降与防治措施1、酸雨(acid rain)概念：pH低于低于5.6的降水，包括雨、雪、的降水，包括雨、雪、霜、雾雹与露等各种降水形式。霜、雾雹与露等各种降水形式。两控区（两控区（酸雨控制区和二氧化硫控制区酸雨控制区和二氧化硫控制区）v包括包括175个地级以上城市和地区，总面积个地级以上城市和地区，总面积109万万km2，其中酸雨控制区为其中酸雨控制区为80万万km2
40、；二氧化硫控制区为二氧化硫控制区为29万万km2；v两控区内总人口占全国人口的两控区内总人口占全国人口的39，国内生产总值占，国内生产总值占全国的全国的67。v包括四个直辖市、包括四个直辖市、21个省会城市、个省会城市、4个经济特区、个经济特区、11个个沿海开放城市。沿海开放城市。2、酸雨的来源（1）天然排放的硫化合物和氮化合物；生物源，如：海浪溅沫、火山喷发等；非生物源，如：细菌分解有机物。（2）人为排放的硫化合物和氮化合物化石燃料的燃烧产生的化石燃料的燃烧产生的SO2和和NOx排放是排放是产生酸雨的根本原因。产生酸雨的根本原因。3、酸雨的形成（1）SO2的氧化途径途径一（催化氧化）：途径二
41、（光化学氧化）：（2）NOx的氧化途径（a）NO的氧化途径途径一（NO氧化成NO2）：途径二（NO氧化成HONO和HNO3）（b）NO2的氧化途径途径一（NO2转化成HNO3）途径二（NO2转化为PAN和过氧硝酸HO2NO2）3、酸雨的危害（1）对水生生态系统的影响（a）使水体pH值降低，导致鱼类死亡；（b）浸渍了土壤，侵蚀了矿物，使Al等金属元素进入水体；（c）由于磷酸盐与Al等金属化合，使磷酸盐营养价值降低，影响水生生物的初级生产力。（2）对陆生生态系统的影响导致森林大面积死亡（3）损毁材料（4）间接影响人体健康。4、防治措施（1）使用低硫燃料或改进燃烧装置；（2）烟气脱硫脱氮；（3）控制
42、汽车尾气排放第四节第四节 大气污染的防治大气污染的防治一、综合防治措施1、改变能源结构；2、采用合理的工业布局；3、采用区域集中供暖和、供热；4、减少交通废气污染；5、绿化造林；6、加强对大气污染物的治理二、大气污染的治理（一）烟气治理的基本流程（二）烟气中颗粒物的消除1、除尘器分类（1）机械力除尘器：包括重力沉降室；惯性沉降室和旋风除尘器；（2）过滤式除尘器：包括袋式除尘器和颗粒层除尘器；（3）静电除尘器：包括干式静电除尘器和湿式静电除尘器；（4）湿式除尘器：包括喷雾塔、填料塔、文丘里洗涤器等。2、重力沉降室（1）除尘原理：利用含尘气体中的颗粒受重力作用而自然沉降的原理，将颗粒污染物与气体分
43、离的过程。（2）重力沉降室的性能与特点（a）结构简单、造价低、耗能小、便于维护管理；（b）可以处理高温气体，处理最高温度一般为350550；（c）阻力一般为50130Pa；（d）体积大，除尘效率较低，一般为8090，只能去除粒径大于4050m的颗粒。（3）重力沉降室的分类水平气流沉降室和竖直气流沉降室两种。3、旋风除尘器（1）除尘机理：使含尘气体作旋转运动，利用离心力作用将尘粒从气流中分离并被捕集。（2）性能与特点（a）结构简单、造价低、便于维护管理；（b）除尘效率一般为85左右，高效旋风除尘器效率可达90。（c）只能去除粒径大于10微米的颗粒，对于粒径小于5微米的颗粒没有去除能力。4、袋式除
44、尘器5、电除尘器（1）除尘机理：利用静电力将固体或液体颗粒从气流中分离并被捕集。（2）电除尘器的性能与特点n优点：（a）除尘效率高（可达99）；（b）能耗低（0.20.8kWh/1000m3烟气）；（c）阻力小（100300Pa）；（d）耐高温（350）；（e）处理烟气量大（105106m3/h）；（f）可以处理0.1m的颗粒。n缺点：（a）一次性投资大、占地面积大；（b）除尘效率受颗粒比电阻等物理性质限制；（c）不适用直接处理高浓度含尘气流。6、湿式除尘器（1）除尘机理：用水或其它液体与含尘废气相互接触，从而实现分离和捕集尘粒和吸收有害气体。（2）湿式除尘器的性能与特点n优点：（a）耗能相同
45、的情况下，除尘效率比干式除尘器的效率高；（b）可以处理高温、高湿、高比电阻、易燃易爆的含尘气体；（c）除尘的同时，可以去除有害气体污染物。n缺点：（a）沉渣需处理，否则易造成二次污染；（b）用水量大；（c）净化含腐蚀性气态污染物时，洗涤水具有腐蚀性；（d）能耗较大。（3）湿式除尘器的分类n（a）重力喷雾除尘器；（b）旋风水膜除尘器；（c）贮水式冲击水浴除尘器；（d）板式塔除尘器；（e）填料塔除尘器；（f）文丘里除尘器；（g）机械动力洗涤除尘器。7、除尘器的比较（1）分级效率的比较（2）捕集颗粒的粒径比较（3）性能比较（三）烟气脱硫1、湿法烟气脱硫技术目前世界上已开发的湿法烟气脱硫技术，主要有石
46、灰石(石灰)石膏洗涤法、双碱法、海水脱硫、氨吸收法、氧化镁法等。据国际能源机构煤炭研究组织统计，湿法脱硫占世界安装烟气脱硫的机组总容量的85%，其中石灰石法占36.7%，其他湿法脱硫技术约占48.3%。这些装置中，用于燃煤含硫量小于1%的装置占23%，用于燃煤含硫量1%2%的占28%，用于燃煤含硫量大于2%的占48%。以湿法烟气脱硫为主的国家有日本（98%）、美国(92%)、德国(90%)等。石灰石石灰石石膏湿法烟气脱硫工艺石膏湿法烟气脱硫工艺过程化学过程化学化学过程总反应式化学过程总反应式2、喷雾干燥烟气脱硫工艺（1）工艺流程 在吸收剂喷入吸收塔后，一方面吸收剂与烟气中的SO2发生化学反应，
47、生成固体产物；另一方面烟气将热量传递给吸收剂，使之不断干燥，在塔内脱硫反应后形成的产物为干粉，其部分在塔内分离，由锥体出口排出，另一部分随脱硫后烟气进入电除尘器收集，其工艺流程如图所示。喷雾干燥烟气脱硫工艺流程包括：(1)吸收剂制备；(2)吸收剂浆液雾化；(3)雾粒与烟气的接触混合；(4)液滴蒸发与SO2吸收；(5)灰渣排出；(6)灰渣再循环。其中(2)(4)在喷雾干燥吸收塔内进行。(2)过程化学过程化学（a）化学过程化学过程 反应步骤及方程式如下所示。反应步骤及方程式如下所示。生石灰制浆：生石灰制浆：CaO+H 2OCa(OH)2 SO2被液滴吸收：被液滴吸收：SO2+H 2OH2SO4 吸
48、收剂与吸收剂与SO2的反应：的反应：Ca(OH)2+H2SO3CaSO3+2 H 2O 液滴中液滴中Ca SO3过饱和沉淀析出：过饱和沉淀析出：Ca SO3(aq)Ca SO3(s)部部分分Ca SO3(aq)被被溶溶于于液液滴滴中中的的氧氧气气所所氧氧化化生生成成硫硫酸钙：酸钙：Ca SO3(aq)+12 O2Ca SO4(aq)Ca SO4难溶于水，便会迅速沉淀析出固态难溶于水，便会迅速沉淀析出固态Ca SO4：Ca SO4(aq)Ca SO4(s)（b）物理过程在吸收塔内SO2的吸收过程分为两个阶段进行。第一阶段为恒速干燥阶段。第二干燥阶段，即降速干燥阶段。绝热饱和温度，此温度与塔内瞬时
49、烟气平均温度之差，决定着雾粒的蒸发驱动力。3、炉内喷钙尾部烟气增湿活化脱炉内喷钙尾部烟气增湿活化脱硫技术硫技术（LIFAC）（1）工艺流程（2）过程化学（1 1）工艺流程）工艺流程 LIFAC工艺可以分步实施，第一步 通过石灰石粉喷入炉膛可得到约2535的脱硫率。第二步 进行烟气增湿和脱硫灰再循环，使脱硫率可达到75。（2）过程化学 LIFAC工艺的化学过程分为二个阶段，第一阶段是在炉膛中进行的化学反应；第二阶段是在活化反应器中进行的反应。在活化器内通过喷入雾化水，使烟气增湿，烟气中未反应的CaO与水反应生成在低温下有很高活性的Ca(OH)2，Ca(OH)2与烟气中剩余的SO2反应，生成CaS
50、O3，接着部分被氧化成CaSO4。CaO+H2OCa(OH)2 Ca(OH)2SO2CaSO4+H2O CaSO4+2H2O+1/2O2CaSO4+2H2O（五）稀释法五）稀释法1、高斯扩散模式（无界、有界）2、高架连续点源扩散模式3、地面污染物最大浓度4、烟囱高度计算二、大气污染综合防治n1、全面规则，合理布局（环境规划）n2、选择有利排放方式（合理排放）n3、区域集中供暖、供热n（1）可以提高锅炉设备的效率，降低燃料消耗；n（2）可以利用“废热”，提高热效利用率；n（3）集中供热的大锅炉适于采用高效率的降尘器，而大大减少粉尘的污染；n（4）可以减少燃料的运输量。n4、改变燃料构成 n5、限