大气环境污染概述.ppt

第一节大气环境污染概述 大气圈分层大气边界层主要特征大气成分大气污染及主要大气污染物大气污染控制 空气的重要意义 人是完全靠空气生存的 成年人平均每天约需 Kg粮食和2Kg水 但对空气的需求就大得多 每天约13 6Kg 合10m3 若三者都断绝供应 引起死亡的首先是空气 要是空气中混进有毒害的物质 则毒物随空气不断地被吸入肺部 通过血液遍布全身 对人体健康直接产生危害 大气污染对人的影响不同于土壤和水的污染 它不仅时间长且范围广 较多是地域性的 也有全球性的 发生的八大 公害事件 其中五起是因大气污染造成的 一 大气圈组成 大气圈约10000km地球大气圈的总质量约6000 1012t 占地球总质量的0 0001 左右大气质量50 集中在下部5km大气质量75 集中在下部10km大气质量90 集中在下部30km大气物理学和污染物气象学中 大气圈层的上界为1200 1400km污染层0 12km 散逸层 大气层的最外层热成层 又称电离层 顶界约800 1000km 下部主要由分子氮组成 上部主要由原子氧组成中间层 层顶高约80 85km 有强烈的垂直对流运动 气温随高度增加而下降 平流层 为一等温层50 65km 存在约20km的臭氧层 进入平流层的化学物质最大的危害是破坏臭氧层 对流层 大气层最下一层 约6 18km 平均12km 下部气温高 向上气温降低 空气对流强烈 出现各种复杂的气象现象 是人类活动最为密切的大气层部分 二大气的组成 一 恒定成分 二 可变组分 CO2 H2O蒸气由恒定组分和可变组分所组成的大气称为洁净大气 三 不定组分 大气污染物 三 不定组分 大气污染物 自然界火山爆发 森林火灾 海啸 地震及人类活动进入大气的各种物质 尘埃 H2S S SOX NOX 盐类 恶臭气体 煤烟 粉尘等 大气污染的含义 国际标准化组织定义 ISO 定义 指自然界中局部的职能变化和人类的生产和生活活动改变大气圈中某些原有成分和向大气中排放有毒害物质 以致使大气质量恶化 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 大气污染的含义 在干洁的大气中 痕量气体的组成是微不足道的 但是在一定范围的大气中 出现了原来没有的微量物质 其数量和持续时间 都有可能对人 动物 植物及物品 材料产生不利影响和危害 当大气中污染物质的浓度达到有害程度 以至破坏生态系统和人类正常生存和发展的条件 对人或物造成危害的现象叫做大气污染 三 大气污染源 是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设备 装置和场所 火山爆发天然污染源森林火灾等 工业企业排放的废气农业活动排放的废气汽车排放的废气等 人为污染源 火山爆发 四 主要污染物 根据污染物的形成过程分 一次污染物 二次污染物根据污染物的形态分 气态污染物 颗粒污染物大气污染物按其存在状态可分为 气溶胶状态污染物气体状态污染物 气溶胶污染物 也称气体中的微粒污染物 包括粉尘 烟 雾 降尘 飘尘 总悬浮物 液滴等 1 粉尘 dust 指悬浮于气体介质中的小固体粒子 形状不规则 尺寸 粒径 通常在1 200um 2 烟 fume 指由冶金过程形成的固体颗粒的气溶胶 颗粒尺寸很小 0 01 1um 粒径一般小于1um 气溶胶污染物 3 雾 fog 是由蒸汽凝结和化学反应形成的液体颗粒 烟雾是煤烟 粉尘 水蒸气的集合体 典型的烟雾粒径约为0 5 1um 4 飘尘指的是粒径小于10um的微粒 烟气 煤烟 雾 能在大气中长期飘浮的悬浮物质 能被人直接吸入呼吸道内造成危害 可吸入粒子PM10 易将污染物带到很远的地方 导致污染范围扩大 为化学反应提供反应床 5 降尘一般指粒径大于10um的粉尘 它们可在重力的作用下降落下来 单位面积的降尘量可作为评价大气污染程度的指标之一 一般用每个月沉降于单位面积上尘的重量表示 即t km2 月 一次污染物 二次污染物 直接从各种污染源排放到大气中的有害物质 一次污染物在大气中相互作用或它们与大气中正常组分发生反应所产生的新污染物 一 一次污染物和二次污染物 二次污染物的形成 提问 光化学烟雾出现条件是什么 1 大气中光化学烟雾的形成 静风低湿度高温度 汽车尾气 氮氧化物 碳氢化合物 hv 290 430nm 光化学烟雾产生机理 NO2 hv 290 430nm NO O O O2 MO3 MO3 NONO2 O2O3 HC中间产物醛 酮 PAN PBZN中间产物 R RO HO RCO 酰基 ROO 过氧烷基 和RCOO 过氧酰基 O 光化学烟雾危害 1 醛类等物质刺激眼睛 2 臭氧引起胸部压缩 刺激粘膜 头痛 咳嗽 疲倦等症状 3 臭氧能损害有机物质 4 氧化剂增多会使得哮喘增多 植物毁坏 2 硫酸烟雾 提问 硫酸烟雾出现条件是什么 答 SO2 颗粒气溶胶 相对湿度比较高 气温较低 逆温和大雾天气 硫酸烟雾产生机理 大气中颗粒气溶胶具有凝聚大其中水分和吸收SO2与氧气的能力 在颗粒气溶胶表面发生SO2的催化氧化反应 1 SO2 H2OH HSO3 2 HSO3 H O2H2SO4 雾 Fe Mn 时间飘尘浓度SO2浓度死亡人数 mg m3 mg m3 1952 124 463 84000多19563 251 61000多19572 401 84001962 122 84 1750 总悬浮颗粒物中硫酸盐 约10 主要为硫酸铵 硝酸盐 约5 金属 约5 三十多种 以铁为最多 有机物 约5 脂肪烃多于芳香烃 94 的多环芳烃吸附于小于2 5um的颗粒上 1颗粒污染物 尘粒 直径大于10 m的固体微粒烟尘 直径小于1 m的固体微粒雾尘 液体微粒 100 m煤尘 燃烧过程中未被燃烧的煤粉尘及露天煤矿的煤扬尘气溶胶 悬浮于空气中的固液微粒 直径小于1 m 总悬浮微粒 TSP 又称总悬浮颗粒物 指漂浮在空气中各种不同粒径 在重力作用下不易沉降到地面的液体或固体微粒 其粒径大约为0 1 100 m 降尘 粒径大于10 m的颗粒 如水泥粉尘 金属粉尘 飞尘等一般颗粒大 比重也大 在重力作用下 易沉降 危害范围较小 飘尘 粒径小于10 m的粒子 粒径小 比重也小 可长期漂浮在大气中 具有胶体性质 又称气溶胶 aerosol 易随呼吸进入人体 危害健康 因此也称可吸入颗粒物 IP 可吸入颗粒物 PM10 悬浮在空气中 空气动力学直径小于10um的颗粒物可吸入颗粒物 PM2 5 悬浮在空气中 空气动力学直径小于2 5um的颗粒物 危害 1 形成细粒子层 是化学反应床 是多项反应的载体 2 遮挡阳光 使气温降低 或形成冷凝核心 使云雾和雨水增多 影响气候 阳伞效应 3 使可见度降低 交通不便 航空和汽车事故增加 4 可见度差 照明电耗增加 燃料随之增加 空气污染加剧 形成恶性循环 5 用四乙基铅作汽油的防爆剂时 排入空气中的铅微粒危害大 6 燃煤时产生的SO2 加之微粒 对人体的呼吸系统危害大 阳伞效应 1912年 阿拉斯加火山爆发 使得到达地面的太阳辐射量减少10 20 1963年 阿贡火山爆发后 火山灰绕地球四周 使气温下降 气候异常 1991年 菲律宾皮纳图博火山两度爆发 推测火山爆发使得全球降温0 5华氏度 2气态状污染物 常见的有 CO NOx HC化合物 SOx 光化学烟雾 硫酸烟雾等硫化物 民用炉 热电站 金属冶炼 硫酸厂 氮化物 硝酸厂 氮肥厂 炸药厂 氧化物 CO CO2 卤化物 氟化物 氯化物 制碱厂 有机物质的污染 大气状态污染物 气体状态污染物 硫氧化物硫氧化物中主要是SO2 它是目前大气污染物中数量较大 影响范围广的一种气态染物 大气中SO2的来源很广 几乎所有工业企业都可能产生 它主要来自化石燃烧过程 以及硫化物矿石的焙烧 冶炼等热过程 火力发电厂 有色金属治炼厂 硫酸厂 炼油厂以及所有烧煤或油的工业炉窑等都排放SO2烟气 氮氧化物氮和氧的化合物有NO NO2等 总起来用氮氧化物表示 其中造成大气污染的主要污染物是NO NO2 也就是通常所说的氮氧化由燃料燃烧直接生成 进入大气后可以被缓慢地氧化成NO2 当大气中有O3存在时或在催化剂的作用下 其氧化速度会加快 当NO2参与大气中的光化学形成光化学烟雾后 其毒性更强 人类活动产生的NOx 主要来自火力发电厂 各种窑炉 机动车和采油机的排气 其次是硝酸生产 硝化过程 炸药生产及金属表面处理等过程 其中由燃料燃烧产生的NOX约占83 气体状态污染物 碳氧化物CO和CO2是各种大气污染物中发生量最大的一类污染物 主要来自燃烧和机动车排气 CO是一种窒息性气体 进人大气后 由于大气的扩散稀释作用和氧化作用 一般不会造成危害 但在城市冬季采暖季节或在交通繁忙的十字路口 当气都排气扩散稀释时 CO的浓度有可能达到危害人体健康的水平 CO2是无毒气体 但当其在大气中的浓度过高时 使氧气含量相对减小 良影响 地球上CO2浓度的增加 能产生 温室效应 迫使各国政府开始实施控制 气体状态污染物 有机化合物有机化合物 其中包括碳氢化合物 含氧有机物以及含有露宿的有机物 他们都是碳的化合物 浇地分子量的有机化合物极易挥发到大气中 因此这些有机化合物又称为挥发性有机化合物 VOCS 目前在人们发现的2000余种可疑致癌物质中 有机化合物中的芳烃类 PHA 就是最主要的一类 其中比较典型的有苯并芘 蒽和菲的衍生物都是致癌物质 其他有机化合物 如多氯联苯 乙烯进入大气后经会导致植物生长发育异常 环境中的氯乙烯是致癌物质 可以诱发肝脏血管瘤 氟氯烃是人工合成的制冷剂 人为活动排入大气的氟氯烃扩散到平流层 并在那里进行光化学分解 生成化学性质活泼的氯离子 参与破坏臭氧层的活动 VOCS主要来自化工 石油化工 石油炼制 和燃料燃烧排气以及轻工生产等 二恶英是一类极毒的物质 有 世纪之毒 之称 一旦进入人体 难以被分解排出 因此 1997年世界卫生组织国际癌病研究中心将其列为一级致二昭英是生产木材防腐剂 杀虫剂五氯酚钠和三氯苯乙酸时的副产品 塑料有机完全燃烧也可以产生二嗽英 一些杀虫剂的杂质中也含有二懈英 利用垃圾焚烧咖生活垃圾时也容易产生二恶英 气体状态污染物 硫酸烟雾是大气中的二氧化硫等硫氧化物 在有水雾 含有重金属的悬浮颗粒物或氮氧化物乃存在时 发生一系列化学或光化学而生成的硫酸烟雾或硫酸盐气溶胶 光化学烟雾是在阳光照射下 大气中氮氧化物 碳氢化合物和臭氧之间发生一系列光化学反应而生成的蓝色烟雾 3 城市大气的主要污染物 一次污染物大气氧化剂颗粒物细粒子首要空气污染物 PM10 五 我国空气质量日报 空气质量日报的组成 污染指数API首要污染物空气质量级别 一 空气污染指数 API 根据环境空气质量标准和各项污染物对人体健康和生态环境的影响来确定污染指数的分级及相应的污染物浓度值 评价因子 SO2 NO2 PM10 CO 氧化剂O3评价标准 环境空气质量标准各项污染物对人体健康和生态环境的影响 环境空气质量标准 GB3095 1996 SO2 TSP PM10 NOx NO2 CO O3 Pb BaP 氟化物等 空气污染指数 API 计算 1 污染分指数计算 Ii第i种污染参数的污染分指数Ci第i种污染参数的浓度值In第i种污染参数n的转折点的污染分指数In 1第i种污染参数n 1的转折点的污染分指数Cnn转折点上第i种污染参数的浓度值Cn 1n 1转折点上第i种污染参数的浓度值 例 SO2 0 042mg m3 NO2 0 018 PM10 0 135 求其API值 ISO2 0 042 0 0 05 0 50 0 0 42INO2 0 018 0 0 08 0 50 0 0 12IPM10 0 133 0 05 0 15 0 05 100 50 50 92 2 求最大值得APIMax ISO2 INO2 IPM10 92该市当天API为92首要污染物为PM10 二 污染描述 空气质量 50优一级标准100良二级标准200150轻度污染300中度污染400重污染500重污染 室内空气污染来源 生活污染建筑装饰材料 室内空气主要污染物 甲醛苯氨气 甲醛 来源于胶合板 人造板及家具 贴墙布纸 化纤地毯 泡沫塑料 油漆 涂料等0 1mg m3 不适感觉有异味0 5mg m3 刺激眼睛流泪0 6mg m3 引起咽喉不适或疼痛高浓度对免疫系统 肝脏 神经系统危害 苯 来源于各种胶 油漆 涂料 防水涂料的溶剂或稀释剂危害 轻者头晕 头痛 恶心 胸闷 乏力 意识模糊严重者可以昏迷以致呼吸循环衰竭而死亡可以破坏造血功能 引起白细胞和血小板减少 导致再生障碍性贫血 氨 氡 来自于建筑材料 室内花草吸收有害物质 芦荟 仙人掌 非洲菊 吊兰 虎尾兰可以有效吸收甲醛月季 蔷薇吸收较多的苯 苯酚 硫化氢 乙醚铁树 菊花 常春藤可以减少苯 二甲苯的污染龟背竹 一叶兰 虎尾兰能吸收室内80 以上的有害气体 七 汽车尾气排放与排放标准 汽车尾气中的主要污染物 COHCNOxPM 中美穗汽车排放因子 单位 g 辆 km 1 比较 车速约23km h 污染物国别轿车轻型重型重型摩托轿车汽车柴油车车中国10 211 417 09 44 8HC美国2 52 88 42 14 0广州5 48 922 933 310 4中国85 284 8235 631 317 2CO美国19 024 0102 011 524 4广州45 451 1123 010 939 3中国1 63 25 053 40 5NOX美国1 01 23 110 20 4广州2 43 76 517 40 2 欧洲汽车排放标准 汽油车 g km 八 大气边界层 1 2 1 5km 主要特征 湍流风温度的垂直分布 一 大气湍流 大气湍流 在主导方向出现的 上下左右 无规则阵发性搅动的气流 涡团与污染物扩散 a小尺度涡团 扩散缓慢b大尺度涡团 截面变化不大c尺度相仿涡团 很快扩散复合尺度涡团 较快扩散 二 风 风向 风向频率玫瑰图输送污染物 影响污染物的扩散方向 工厂设置在居民区最小风频的上风地带或与常年盛行风向垂直的郊外 六里屯垃圾填埋厂选址问题 北京市西北高 东南低的特征 西北风作为主要的风向 让海淀区成为名副其实的上风上水之地 六里屯垃圾填埋厂处于上风口 如果焚烧厂投入使用 高大的焚烧炉所排放的二恶英等烟尘 会在风力的作用下快速扩散 影响全北京市 风速 决定污染物的扩散和稀释状况污染物在大气中的浓度与平均风速成反比 风速增大1倍 则下风向污染物浓度将减少一半 三 温度的垂直分布 1温度层结 地球表面上方大气的温度随高度变化的情况 或在垂直地球表面方向上的气温分布 2 气温垂直递减率 在垂直于地球表面方向上 每升高100米