第五章 大气污染及其防治.ppt

第五章大气污染及其防治 大气污染物及其来源 一 大气污染的定义 定义1 大气污染通常是指由于人类活动或自然过程引起某些物质进入大气中 呈现出足够的浓度 达到足够的时间 并因此危害了人体的舒适 健康和福利或环境污染的现象 国际标准化组织 ISO 定义2 自然或人为原因使大气中某些成分超过正常含量或排入有毒有害的物质 对人类 生物和物体造成危害的现象 大气科学 定义3 大气中的污染物浓度达到有害程度 破坏生态系统和人类生存条件的现象 地理学 定义4 自然或人为原因使大气圈层中某些成分超过正常含量或排入有毒有害的物质 对人类 生物和物体造成危害的现象 生态学 定义5 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 资源学 2010年11月23日 兰州市空气质量连续两天均为重度污染 今日污染指数仍在300以上 兰州市将启动防范冬季大气污染应急预案 城区实行机动车单双号限行 所有产生烟雾污染的烧烤店停止营业 据国家环保部公布了全国86个城市的污染指数 兰州污染指数达到348 排名全国倒数第一名 2009年5月 佛山大气污染严重 200万网上招标治理 空气污染指数 空气污染指数 AirpollutionIndex 简称API 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 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数值形式 并分级表征空气污染程度和空气质量状况 中国计入空气污染指数的项目暂定为 二氧化硫 氮氧化物和总悬浮颗粒物 空气污染指数为0 50 空气质量级别为I级 空气质量状况属于优 此时不存在空气污染问题 对公众的健康没有任何危害 空气污染指数为51 100 空气质量级别为II级 空气质量状况属于良 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敏感的人以外 对公众健康没有危害 空气污染指数为101 150 空气质量级别为III 1 级 空气质量状况属于轻微污染 此时 对污染物比较敏感的人群 例如儿童和老年人 呼吸道疾病或心脏病患者 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 空气污染指数为151 200 空气质量级别为III 2 级 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 对敏感人群的不利影响尤为明显 空气污染指数为201 300 空气质量级别为IV 1 级和IV 2 级 空气质量状况属于中度和中度重污染 此时 每个人的健康都会受到比较严重的影响 空气污染指数大于300 空气质量级别为V级 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 空气污染指数的分级与危害 大气污染现象 灰霾 灰霾 大量极细微的干尘粒等均匀地浮游在空中 使水平能见度小于10千米的空气普遍有混浊现象 使远处光亮物微带黄 红色 使黑暗物微带蓝色 目前 在我国的部分区域存在着4个灰霾严重地区 黄淮海地区 长江河谷 四川盆地和珠江三角洲 灰霾天气致肺癌发生不亚于尼古丁 城市的灰霾天气相当于我们每天抽20支烟 根据世界卫生组织预测 到2025年 我国每年新增肺癌病例将超过100万 平均每分钟就有两个人被查出是肺癌 成为世界第一肺癌大国 雾霾天气 广州大桥上行人戴着口罩过江 建设中的珠江新城在一片灰霾的天空下 新快报2009年11月27日报道 气象部门检测显示 广州遭遇了今年以来最严重的灰霾天气 环保局指出 空气污染指数高达129 已属于 不适合人类居住 空气质量等级 广州全城一片灰 不仅令视野模糊 连呼吸都觉得不顺畅 大气污染现象 光化学烟雾 光化学烟雾是指参与光化学反应过程的污染物形成的烟雾污染现象 光化学烟雾是一种淡蓝色烟雾 属于大气中二次污染物 城市上空的光化学烟雾 世界环境污染公害事件 洛杉矶烟雾事件 1970年 洛杉矶位于美国西南海岸 西面临海 三面环山 是个阳光明媚 气候温暖 风景宜人的地方 是一个商业 旅游业很发达的港口城市 然而在1970年 这座城市约有75 以上的市民患上红眼病 这就是最早出现的新型大气污染事件 光化学烟雾污染 光化学烟雾是由于汽车尾气和工业废气排放造成的 由于汽车漏油 排气 汽油挥发 不完全燃烧 每天向城市上空排放大量石油烃废气 一氧化碳 氮氧化物和铅烟 这些排放物 经太阳光能的作用发生光化学反应 生成过氧乙酰基硝酸酯等组成的一种浅蓝色的光化学烟雾 加之洛杉矶三面环山的地形 光化学烟雾扩散不开 停滞在城市上空 形成污染 二 大气污染的危害 一 对人体健康的危害1 急性中毒2 慢性中毒3 致癌作用 二 对工农业生产的危害 三 对大气和气候的影响 1 急性中毒大气中的污染物浓度较低时 通常不会造成人体急性中毒 但在某些特殊条件下 如工厂在生产过程中出现特殊事故 大量有害气体泄露外排 外界气象条件突变等 便会引起起人群的急性中毒 如印度帕博尔农药厂甲基异氰酸酯泄露 直接危害人体 发生了2500人丧生 十多万人受害 1952年伦敦烟雾事件 1952年12月5日 9日发生在伦敦的一次严重大气污染事件 这次事件造成多达12000人因为空气污染而丧生 并推动了英国环境保护立法的进程 全国首例大气污染环境事故 安化县梅城镇东华完小中毒事件 2003年5月8日晚上8点20分 学校熄灯铃声响过后 正打算就寝的学生们忽然发现位于校门口一栋的寝室内气味很臭 刺鼻 学生们相继出现发烧 头昏 气促 胸闷等症状 呼吸困难 这场后来被定为全国首例大气污染环境事故案的中毒事件让安化县梅城镇东华完小85名师生身心受害 至今阴影难消 2 慢性中毒大气污染对人体健康慢性毒害作用 主要表现为污染物质在低浓度 长时间连续作用于人体后 出现的患病率升高等现象 近年来我国城市居民肺癌发病率很高 其中最高的是上海市 城市居民呼吸系统疾病明显高于郊区 2009年2月 中山市坦洲镇南华医院收治了一批来自深圳的特殊病人 16名病人都是女工 个个面色苍白 手脚无力 询问病情时都是虚弱地讲述 手 腿发麻 稍微一碰水就疼 有的女工连站立都成问题 若不是被人连扶带搀 甚至会直接瘫软在地 该批病人是典型的职业性正己烷 一种高危险的溶剂 无色 易挥发 无味 在空调环境 没有良好的通风设备时使用正己烷 易经过皮肤和呼吸道渗透 进入人体后会引起周围神经损害 中毒疑似病人 3 致癌作用这是长期影响的结果 是由于污染物长时间作用于肌体 损害体内遗传物质 引起突变 如果生殖细胞发生突变 使后代机体出现各种异常 称致畸作用 如果引起生物体细胞遗传物质和遗传信息发生突然改变作用 又称致突变作用 如果诱发成肿瘤的作用称致癌作用 二 对工农业生产的危害大气污染物对工业的危害主要有两种 一是大气中的酸性污染物和二氧化硫 二氧化氮等 对工业材料 设备和建筑设施的腐蚀 二是飘尘增多给精密仪器 设备的生产 安装调试和使用带来的不利影响 大气污染对工业生产的危害 从经济角度来看就是增加了生产的费用 提高了成本 缩短了产品的使用寿命 大气污染对农业生产也造成很大危害 酸雨可以直接影响植物的正常生长 又可以通过渗入土壤及进入水体 引起土壤和水体酸化 有毒成分溶出 从而对动植物和水生生物产生毒害 严重的酸雨会使森林衰亡和鱼类绝迹 三 对大气和气候的影响 1 颗粒物使大气能见度降低 减少到达地面的太阳光辐射量 2 引发的 臭氧洞 问题 3 酸雨问题4 温室效应 三 大气污染物 来源与危害 一 大气污染物 是指大气中危害人类和环境的各种有害物质 二 大气污染物分类 1 颗粒物2 气态污染物 1 颗粒物 定义 颗粒物又称尘 是大气中的固体或液体颗粒状物质 颗粒物可分为一次颗粒物和二次颗粒物 一次颗粒物是由天然污染源和人为污染源释放到大气中直接造成污染的颗粒物 例如土壤粒子 海盐粒子 燃烧烟尘等等 二次颗粒物是由大气中某些污染气体组分 如二氧化硫 氮氧化物 碳氢化合物等 之间 或这些组分与大气中的正常组分 如氧气 之间通过光化学氧化反应 催化氧化反应或其他化学反应转化生成的颗粒物 例如二氧化硫转化生成硫酸盐 颗粒物的种类 粉尘 微尘 Dust 颗粒直径 1 100 m 物态 固体 生成机制 现象 机械粉碎的固体微粒 风吹扬尘 风沙 烟 烟气 Fume 颗粒直径 0 01 1 m 物态 固体 生成机制 现象 由升华 蒸馏 熔融及化学反应等产生的蒸气凝结而成的固体颗粒 如熔融金属 凝结的金属氧化物 汽车排气 烟草燃烟 硫酸盐等 颗粒物的种类 灰 Ash 颗粒直径 1 200 m 物态 固体 生成机制 现象 燃烧过程中产生的不燃性微粒 如煤 木材燃烧时产生的硅酸盐颗粒 粉煤燃烧时产生的飞灰等 雾 Fog 颗粒直径 2 200 m 物态 液体 生成机制 现象 水蒸气冷凝生成的颗粒小水滴或冰晶水平视程小于1km 颗粒物的种类 霭 Mist 颗粒直径 大于10 m 物态 液体 生成机制 现象 与雾相似 气象上规定称轻雾 水平视程在1 2km之内 使大气呈灰色 霾 Haze 颗粒直径 0 1 m 物态 固体 生成机制 现象 干的尘或盐粒悬浮于大气中形成 使大气混浊呈浅蓝色或微黄色 水平视程小于2km 颗粒物的种类 烟尘 熏烟 Smoke 0 01 5 m 固体与液体 含碳物质 如煤炭燃烧时产生的固体碳粒 水 焦油状物质及不完全燃烧的灰分所形成的混合物 如果煤烟中失去了液态颗粒 即成为烟炭 烟雾 Smog 0 001 2 m 固体 粒径在2 m以下 现泛指各种妨碍视程 能见度低于2km 的大气污染现象 光化学烟雾产生的颗粒物 粒径常小于0 5 m使大气呈淡褐色 颗粒物的种类 总悬浮颗粒物 TSP 直径小于l00 m的所有固体颗粒 其中 长期漂浮在大气中 颗粒直径小于l0 m的悬浮物称为飘尘 Airborneparticle 大于l0 m的微粒 由于自身的重力作用而很快沉降下来的这部分微粒称为降尘 Dustfall 大气颗粒物的源和汇 大气颗粒物的来源 大气颗粒物可分为天然源和人为源两类 1 颗粒物的天然来源天然源可起因于地面扬尘 风吹灰尘 和地壳 土壤的成分很相似 海浪溅出的浪沫 火山爆发的喷出物 森林火灾的燃烧物 宇宙来源的陨星尘及生物界产生的颗粒物如花粉 袍子等 二次颗粒物的天然来源主要是森林中排出的碳氢化合物 主要是萜烯类 进入大气后经光化学反应 产生的微小颗粒 与自然界硫 氮 碳循环有关的转化产物如由H2S SO2经氧化生成的硫酸盐 由NH3 NO和NO2氧化生成的硝酸等 2 颗粒物的人为来源燃料燃烧过程中产生的固体颗粒物 如煤烟 飞灰等 各种工业生产过程中排放的固体微粒 汽车尾气排出的卤化铅凝聚而形成的颗粒物以及如人为排放SO2在一定条件下转化为硫酸盐粒子等的二次颗粒物 大气颗粒物的汇 1 干沉降干沉降是指颗粒物通过重力作用或与其它物体碰撞后发生沉降 干沉降消除过程存在着两种机制 一种是通过重力对颗粒物的作用 使它降落在土壤 水体的表面或植物 建筑等物体上 沉降的速率与颗粒的粒径 密度 空气运动粘滞系数等有关 粒子的沉降速度可应用斯托克斯定律求出 V gd2 1 2 18 V表示沉降速度 cm s g为重力加速度 cm s2 d为粒子直径 cm 1 2为颗粒及空气的密度 g cm3 空气的粘度 以泊表示 粒径愈大 则扩散系数和沉降速率也愈大 另一种沉降机制是粒径小于0 l m的颗粒 即艾根粒子 靠布朗运动扩散 互相碰撞而凝集成较大的颗粒 通过大气湍流扩散到地面或碰撞而消除 湿沉降湿沉降是指降雨 下雪使颗粒物消除的过程 湿沉降存在雨除 Rainout 和冲刷 Washout 两种机制 大气中的无机颗粒物 无机颗粒物的来源大于3 m 空气动力学相应的直径 的金属颗粒物 将不影响呼吸或不参与大气间相互作用 重点研究小于2 m的细颗粒物飘尘的天然源来自风传粉尘 火山爆发烟气以及海浪引起的震霭 其量可十倍于人为源 人为源大量的细颗粒物来自电厂 燃煤 市政焚化 冶金过程 采矿及地面交通运输等 其中最重要的是冶金过程 使大量的环境重要金属进入大气 颗粒物直径小于2 m的占46 6 天然源颗粒物的天然源一般大于人为源载带量 由于颗粒物是易消失的粉尘和海浪溅沫 其中大颗粒占优势 沉降迅速 对环境影响不大 除非在散发源附近如火山爆发将大量颗粒物散发达数公里之遥 大气颗粒物中的有机化合物 大气有机颗粒物的来源及类型大气颗粒有机污染物是指吸附和沉积在各种大气颗粒上的有机物 大气中的另一类有机物为挥发性有机物 根据1979年以前公开发表的文献报告统计 已经确证的颗粒有机污染物 由于燃烧所产生的有109种 因废物焚烧所产生的235种 煤 油燃烧所产生的69种 按类别分为多环芳香族化合物 芳香族化合物 含氮 氧 硫 磷类化合物 烃基化合物 脂肪族化合物 羰基化合物和卤代化合物 颗粒物对人体健康的影响 颗粒物通过呼吸道进入人体 较大的粒子可能停留在鼻腔及鼻咽部 很小的颗粒可以进入并停留在肺部 目前 世界上对可吸入粒子的粒径大小有两种意见 一种定为l0 m以下 一种定为l5 m以下 沉积主要通过三种作用 1 碰撞作用 5 30 m粒径的颗粒 2 沉降作用 1 5 m粒径的颗粒 3 扩散作用 粒径小于0 1 m的颗粒 环境空气的质量 一 环境空气质量标准国家环境保护局于1996年发布了 环境空气质量标准 GB3095一1996 一级标准适用于一类质量功能区 包括自然保护区 风景名胜区和其他需要特殊保护的地区 二级标准适用于二类质量功能区 包括城镇规划中确定的居住区 商业交通居民混合区 文化区 一般工业区和农村地区 三极标准适用于三类质量功能区 包括各特定工业区 2 气态污染物气态污染物包括气体和蒸汽 气体是某些物质在常温 常压下所形成的气态形式 常见的气体污染物有 CO SO2 NO2 NH3 H2S等 蒸汽是某些固态或液态物质受热后 引起固体升华或液体挥发而形成的气态物质 例如 汞蒸汽 苯 硫酸蒸汽等 蒸汽遇冷 仍能逐渐恢复原有的固体或液体状态 气态污染物又可以分为一次污染物和二次污染物 一次污染物是指直接从污染源排到大气中的原始污染物质 二次污染物是指由一次污染物与大气中已有组分 或几种一次污染物之间经过一系列化学或光化学反应而生成的与一次污染物性质不同的新污染物质 在大气污染控制中受到普遍重视的一次污染物有硫氧化物 氮氧化物 碳氧化物以及有机化合物等 二次污染物有硫酸烟雾和光化学烟雾 气态污染物 二 气体状态大气污染物的分类 1 含硫污染物 一次污染物有SO2 H2S 二次污染物有SO3 H2SO4 MSO4 2 含氮污染物 一次污染物有NO NH3 二次污染物有NO2 HNO3 MNO3 3 碳的污染物 一次污染物有CO CO2 二次污染物无 4 卤素化合物 一次污染物有HF HCL 二次污染物无 5 有机污染物 一次污染物有C1 C10化合物 二次污染物有臭氧 过氧化乙酰硝酸酯 酮类 醛类 三 主要气态污染物的特征及来源 1 硫氧化物的特征及来源硫氧化物中主要是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 2 氮氧化物的特征及来源氮和氧的化合物有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 3 碳氧化物的特征及来源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