大气污染与防治

第四章大气污染与防治 硝烟弥漫的伊拉克 土法炼焦 山西 农民燃烧秸秆 兰州 罐装 济州岛空气 在汉城热卖 第一节大气污染及其类型 一 大气污染的含义由于自然的或人为的过程 改变了大气圈中某些原有成分和增加了某些有毒有害物质 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 以及对建筑物和设备财产等的损坏 这种现象称为大气污染 二 大气污染与大气污染的分类 一 大气污染的分类 1 大气污染按其影响所及范围可分为四类 局部性污染 地区性污染广域性污染 全球性污染 2 根据能源性质和大气污染物组成和反应 煤炭型石油型混合型 3 根据污染物的化学性质及其存在的大气环境状况 还原型氧化型 二 污染源的类型划分方法 大气污染可分为 自然的 自然界所发生火山爆发 地震 台风 森林火灾等自然灾害所造成的 人为的 人类活动所排放的有毒有害气体所造成的 大气污染源 是指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 人为造成大气污染的污染源较多 根据不同的研究目的以及污染源的特点 污染源的类型有四种 1 按污染源存在的形式 固定污染源和移动污染源 2 按污染物排放的方式 高架源 面源 线源 3 按污染物排放的时间 连续源 间断源 瞬时源 4 按污染物产生的类型 生活污染源 工业污染源 交通污染源 第二节大气污染物的种类及其转化规律 一 大气污染物的种类1 根据污染物的性质 1 为一次污染物 原发性污染物 从污染源直接排出的污染物 它可分为反应性物质和非反应性物质 2 二次污染物 继发性污染物 指不稳定的一次污染物与大气中原有物质发生反应 或者污染物之间相互反应而生成的新的污染物质 是指人类活动或自然过程排入大气的对人或环境产生有害影响的物质 2 按污染物质的物理状态 分为固体 液体和气体等形式 3 根据化学性质不同 1 碳氧化物 主要指CO和CO2 2 氮氧化物 主要指NO和NO2 用NOx表示 3 硫氧化物 主要指SO2等 用SOx表示 4 碳氢化合物 通常包括醛 酮和H C O化合物 5 卤素化合物 主要指氟利昂 6 氧化剂 主要指O3 PAN和过氧化物等 7 颗粒物及气溶胶 8 放射性物质 二 大气环境中主要污染物的迁移转化规律 1 一氧化碳的来源 迁移转化和归宿 1 CO的来源人为源 主要来自汽车尾气和化石燃料的燃烧自然源 主要来自海洋 森林火灾和森林中释放出的萜烯化合物及其它生物体的燃烧 2 CO迁移转化大气中CO的最终归宿有两个方面 第一 在大气中氧化转化成CO2 第二 被土壤吸收 2 硫化氢和二氧化硫的来源 迁移转化和归宿 1 硫化氢 H2S H2S主要来自陆地生物源和海洋生物源 人为来源很少 大气中H2S的浓度陆地高于海洋 乡村高于城市 2 二氧化硫 SO2 SO2的来源SO2来自自然源和人为源 自然源是火山爆发和还原态硫化物 H2S 的氧化 人为源是化石燃料 主要是煤 的燃烧 其次是有色金属冶炼 石油加工和硫酸制备等 SO2的迁移转化 SO2进入大气圈后会发生一系列氧化反应 形成H2SO4 硫酸盐和有机硫化合物 二氧化硫的催化氧化 气态SO2向液滴表面扩散 SO2从液滴表面扩散到内部 SO2在液滴内部发生催化反应 二氧化硫的光化学氧化 在低层大气中 SO2受太阳辐射时被缓慢地氧化成SO3 在阴天 相对湿度高和颗粒物浓度大的条件下 SO2的转化途径以催化氧化为主 在晴天 相对湿度低 大气中同时含有氮氧化物和碳氢化合物时 尤其是颗粒物含量很少时 SO2的转化途径则以光化学氧化为主 SO2氧化后立即与H2O反应 生成H2SO4 3 氮氧化物的来源 化学转化及归宿 大气中的氮氧化物主要包括N2O NO N2O3 NO2 N2O5 N2O5和N2O3在大气条件下易分解成NO和NO2 NOX的最终归宿是形成硝酸和硝酸盐 4 碳氢化合物的来源 转化及归宿 由碳元素和氢元素形成的化合物总称为碳氢化合物 一般用HC来表示 碳氢化合物主要包括烷烃 烯烃 炔烃 脂环烃和芳香烃 5 光化学烟雾 光化学烟雾的概念由HC NOx及其光化学反应的中间产物和最终产物所组成的特殊混合物 叫作光化学烟雾 光化学烟雾形成的机理 1 NO向NO2转化是产生 烟雾 的关键 2 NO2的光解是 烟雾 形成的开始 3 HC是产生 光化学烟雾 的主要成分NO2光解产生的O O3与HC反应形成一系列带有氧化性 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 6 臭氧 对流层中的臭氧主要由平流层输入及对流层中光化学反应生成 还有少量的植物排放 由人类生产和生活活动向大气中排放的挥发性碳氧化合物和氮氧化合物 经光化学反应而产生臭氧 7 悬浮颗粒物 煤及其他燃料不完全燃烧而排出的煤烟 工业生产过程中产生的粉尘 建筑和交通扬尘以及气态污染物经过物理化学反应形成的盐类颗粒物 飘尘 10微米 降尘 10微米 悬浮颗粒物 8 铅 环境中污染物铅主要是无机颗粒物 也有有机气体 主要来自于含铅汽油的分解 含铅矿石的开采 熔炼 含铅化合物及物品的精炼加工以及废物焚烧等 9 苯并 芘 天然来源 火山喷出物 森林 草原的天然燃烧以及植物和微生物的合成 人为来源 矿物燃烧 机动车排放及其他有机物的燃烧 分解 10 氟化物 主要指含氟化氢和四氟化硅 来源 工业生产过程 如冶金工业的铝电解和炼钢 铝加工等 化学工业的黄磷 磷酸 磷肥等生产过程中产生的大量含氟废气 氟中毒 由于生活在高氟环境中的人群长期过量摄入氟元素而引起的慢性全身性疾病 地方性氟中毒系同地理环境中氟的丰度有密切关系的一种世界性地方病 其基本病症是氟斑牙和氟骨症 是由于当地岩石 土壤中含氟量过高 造成饮水和食物中含氟量增高而引起 过量氟的摄入 使人体内的钙 磷代谢平衡受到破坏 其分布很广 主要流行于印度 苏联 波兰 捷克斯洛代克 德国 意大利 英国 美国 阿根廷 墨西哥 摩洛哥 日本 马来西亚等国 在中国 主要流行于贵州 陕西 甘肃 山西 山东 河北 辽宁 吉林 黑龙江等 此外 磷肥 铜 铁 制铝 砖瓦 陶瓷 玻璃等行业及工业用煤与生活用煤燃烧时排放的氟化物超过自然界的净化能力时 对作物 牲畜产生危害 人类长期食用含氟量高的粮食与蔬菜亦会引起氟的慢性中毒 预防方法在于降低水中氟含量 贵州农村辣椒食用量大 在氟病区 通过辣椒摄入人体的氟每日可达 占总氟摄入量 受煤烟污染的辣椒 氟的洗脱率不到 新鲜辣椒水份含量高 吸氟性强 经敞灶烘烤后 含氟量可比大米和玉米高 倍 改灶以后 在用灶方法不当时 辣椒氟含量可达 用高含氟煤熏烤粮食 第三节大气污染产生的影响 酸雨臭氧空洞温室效应 天然雨水本身略带酸性 一般雨水的pH值约为5 6 因此一般是以雨水中的pH值小于5 6称为酸雨 酸雨是pH值小于5 6的雨 雪 霜 雾或其他形式的大气降水 酸雨的正确名称应该是 酸性湿沉降 即 湿沉降与干沉降 一 酸雨 1 酸雨的形成 湿沉降是指那些污染物 随着雨 雪 雾或雹等降水型态而落到地面 方法是雨滴吸收包含了酸性物质 继而降下时再冲刷酸性物质 降到地面 干沉降则是指没有水份参与的情况下 带酸性物质从空中降下来的方式 通常 大气中酸性物质可被植被吸附或重力沉降到地面 2 酸雨的发现 在1950s初期 北欧国家瑞典和挪威的渔业突然无故减产 经研究之后 发现与酸雨有关 原因是欧洲的工业排放大量酸性气体 于空气中飘流至北欧 雨水溶解了那些气体 形成酸雨 使湖泊酸化 导致渔业减产 酸雨会使鱼类生产减少 点击放大 3 酸雨的成因机制 引致酸雨的化学物质 自然物质的来源 火山爆发喷出大量之硫化物及悬浮固体物 自然水域表面释放之硫化氢 动植物分解产生有机酸 土壤微生物及海藻释放之硫化氢 二甲基硫及氮化物等 以上所提出的都是偶然将雨水的pH降低至5 0左右的 火山要爆发啦 工业化后 燃料之大量使用 燃烧过程中产生一氧化碳 氯化氢 二氧化硫 氮氧化物及有机酸及悬浮固体物 排放至大气环境中 经光化学反应生成硫酸 硝酸等酸性物质使得雨水之pH值降低 形成酸雨 人为物质来源 酸雨形成机制 4 影响酸雨形成的因素 酸性污染物排放及其转换条件大气中的氨颗粒物酸度及其缓冲能力天气形势的影响 A 直接危害 眼角膜和呼吸道粘膜对酸类却十分敏感 受酸雨刺激 导致红眼症和支气管炎 也使皮肤疼痛 甚至令人脱发 B 间接危害 农田土壤的酸化 使土壤矿化物中的有害重金属 如汞及铅等再溶出 由食物链的传送 人类食后 中毒死亡 1 酸雨对人体健康危害 5 酸雨的危害 酸雨中的氢离子 首先中和碳酸氢根离子形成弱酸性的碳酸 碳酸氢根被耗尽时 新加的氢离子便会将pH值大幅下降了 湖水变成酸性 在pH5 0 6 5之间时 鱼卵不容易孵化 鱼苗数量减少 当湖水pH值低过5 0时 大多数鱼类死亡 虾比鱼更早灭绝 2 酸雨对水域生物的危害 另外一个导致水中动物死亡的原因 是水中的植物如藻类减少 湖水酸化 水生生物种群将减少 因此 从生态食物链角度来看 湖泊酸化 也将使鱼虾难以生存 在欧洲和北美洲 酸雨所引起的湖泊酸化情形十分严重 瑞典内湖泊共有八万五千个 其中有约两万个已受到酸雨的影响 挪威有二百六十五个湖泊已经没有鱼虾 而加拿大已有四百个 死湖 以前有鲑鱼的河川 现在都看不到鲑的踪影了 湖泊变死湖 下左图为叶子受酸雨为害的情形下右图为显微镜观察叶子内部的组织 3 酸雨对陆生植物的危害 酸雨破坏森林的树木 阿尔卑斯山和西德黑森林 西德 瑞士 英国等的森林中 半数以上的树木也呈枯黄 枝叶掉落 在加拿大魁北克 在受损严重的山区 绝大部份的树木已经枯萎 另外 美国的针叶林也遭受伤害 酸雨可造成叶面损伤和坏死 造成森林消失 中国的四川盆地受酸雨危害的森林面积达占林地总面积的三分之一 马尾松和华山松对酸雨十分敏感 由于发育不良 虫害频生 在香港 马尾松也被该虫害灭绝了 酸雨亦使竹林消失 竹叶受损 难怪大熊猫也将濒临灭绝 酸雨会影响农作物的叶片 酸可以溶解叶表皮上的蜡质 使植物的水份更易流失 同时土壤中的金属矿物因被酸雨溶解 造成矿物质流失 土壤贫脊 植物无法获得足够的养份 难以正常发育 由于抵抗力差了 植物病虫的虫害出现 使农作物减产 4 土壤酸化 作物减产 酸雨可使土壤微生物种群变化 细菌个体生长变小 生长繁殖速度降低 如分解有机质及其蛋白质的主要微生物类群牙孢杆菌 极毛杆菌和有关真菌数量降低 影响营养的循环 也是造成农业减产的原因 酸雨使非金属建筑材料如混凝土 砂浆和灰砂砖等的水泥溶解 腐蚀建筑物 公共设施 古迹和金属物质 造成人类经济 财物及文化遗产的损失 酸雨对希腊神殿 罗马遗迹和西德大教堂等历史性建筑遗迹也有很大影响 5 酸雨对建筑物的危害 6 酸雨的控制 亚洲酸雨计划 估算2020年亚洲硫酸沉降量分布图 mg m2 year 1 国际行动 1979年联合国欧洲经济委员会在日内瓦签定了 控制长距离越境大气污染公约 此后 在1985年国际间又缔结了 赫尔辛基条约 有18国同意在1993年前硫化物排出量必须较1980年减少30 1988年的索非亚协定 有12国宣布1989年起10年间 各国应削减氮氧化物30 而美国与加拿大也在1980年缔结 越境大气污染同意书 减少酸性物质向大气的排放的方法有很多 第一 使用清洁能源 第二