环境管理_大气环境概述

研究环境污染问题的主线索 污染源 污染物 污染物在环境中的迁移 转化和扩散规律 控制和管理措施及对策 第二章大气环境 主要内容 第一节 大气的组成和结构第二节 大气污染和污染物第三节 大气环境中污染物的化学转化第四节 大气中污染物的扩散第五节 大气污染综合防治与管理录相教学 人类活动对大气圈的影响 1大气的结构和组成 1 N2 O2等气体 3 冰晶和固体微粒 如尘埃 花粉 2 水滴 如云滴 雾滴 除去水汽和杂质的空气称为干洁空气 问题1 大气的垂直分层结构 问题3 大气由哪几个组份组成 干洁空气指什么 问题2 大气环境问题主要集中在层 对流 二氧化碳 来源 呼吸作用 有机体的燃烧与分解 现状 在大气中的含量有增加的趋势 影响 强烈吸收地面的长波辐射 引起温室效应的加剧 臭氧 来源 高空通过光化作用 低空通过闪电或有机物氧化及高空传输 作用 能大量吸收太阳紫外线 使地面生物免受过量紫外线的灼伤 分布 自然大气中含量很少 随高度分布不均匀 也随纬度和时间而异 水汽 来源 海洋和地面蒸发与植物蒸腾 分布 随时间 地点变化很大 在铅直方向 一般随高度增加而减少 影响 形成云 雾 雨 雪等大气现象 对生物的生长和发育有重要影响 微粒 种类 固体微粒与液体微粒 影响 影响太阳辐射传输 使能见度变低 有的能起凝结核的作用 与环境问题有关的大气成份 2大气污染和污染物 大气污染 是指大气中某些物质的含量远远超过了大气自净能力 以至对人体 生态 材料造成危害的现象 图123 污染源 即造成环境污染的发生源 一般指向环境排放有害物质或对环境产生有害影响的场所 设备和装置等 大气污染源 指向大气中排放污染物质的发生源 一 大气污染的发生 二 大气污染的来源 1 定义 2 分类 按照污染物质的来源 三 大气污染物及大气污染类型 1 大气污染物及其分类 定义P17 分类 气溶胶状污染物按粒径的大小可分为总悬浮颗粒物 D 微米 是分散在大气中各种粒子的总称 是目前大气质量评价中的重要污染指标 飘尘 微米 能在大气中长期飘浮 是环保工作者研究对象之一 降尘 微米 可在重力作用下降落下来 单位面积的降尘量可作为评价大气污染程度的指标之一 可吸入粒子 国际标准化组织 定 微米为可吸入呼吸道的粒子 气态污染物 硫化物 碳氧化物 氮氧化物 碳氢 卤素化合物 P21 2 主要大气污染物质 主要气态污染物的来源及所产生的一次 二次污染物 3 大气污染类型 根据污染物的性质划分 根据燃料性质和大气污染物的组成划分P26 石油型 煤炭型 混合型 特殊型 3大气环境中污染物的化学转化 大气污染的化学转化 从污染源排放进入大气中的污染物 在扩散 输送过程中 由于其自身的物理 化学性质的影响和其他条件 如阳光 温度 湿度等 的影响 在污染物之间 以及它们与空气原有组分之间进行化学反应 形成新的二次污染物的过程 包括光化学过程和热化学过程 当前受到关注的大气污染化学问题有 气体硫化物污染 氮的氧化物污染 光化学烟雾 酸雨及臭氧层的变化问题 一 大气光化学特性 二 硫氧化物在大气中的化学转化 1 光辐射特点2 光化学特性 1 SO2的光化学氧化 三 氮氧化物在大气中的化学转化 2 SO2的催化氧化 非均相反应 思考 在由碳氢化合物和氮氧化物污染了的大气环境中 SO2光氧化反应速率大大高于在清洁大气中的情况 SO2的间接光化学氧化P29 SO2的直接光化学氧化P28 NONO2 1 NO2的光化学反应 2 NO2的化学反应P31 四 光化学烟雾 的形成 photo chemicalsmog 1 光化学烟雾的定义及特征P32 光化学烟雾 指含有氮氧化物和烃类的大气 在阳光中紫外线的照射下发生反应所产生的产物及反应物的混合物被称为光化学烟雾 图 特征 烟雾呈蓝色 具有强氧化性 刺激人们眼睛 伤害植物叶子 能使橡胶开裂 并使大气能见度降低 2 光化学烟雾的形成P33 重要过程 关键性的反应 碳氢化合物的氧化生成了活性自由基 过氧自由基引起NO向NO2转化 并导致含N的二次污染物的生成 NO2的光解导致了O3的生成 形成机制 P35 BNO向NO2转化是产生 光化学烟雾 的关健 C碳氢化合物是产生 光化学烟雾 的主要成分 ANO2的光解是 光化学烟雾 形成的开始 光化学烟雾的形成过程是由一系列复杂的链式反应组成的 是以NO2光解生成O的反应为引发 导致了O3的生成 碳氢化合物的存在打破了NO2的光解循环 生成了重要的自由基 HO2和RO2 促使NO向NO2快速转化 NO2继续光解产生O3 同时在转化过程中产生的自由基又继续参与反应生成更多的自由基 如此循环直到NO或碳氢化合物消失为止 所产生的醛类 O3 PAN等二次污染物是最终产物 3 光化学烟雾的形成条件P35 在副热带高压控制地区的夏季和早秋季节为光化学烟雾发生的有利季节 4 光化学烟雾的危害 A危害健康 刺激眼睛和呼吸道粘膜 使哮喘病增多 引起潜在性的全身影响 D损害有机物质 B降低能见度 E毁坏植物 4大气中污染物的扩散Diffusionofatmosphericpollution 影响大气污染的因素 一 气象条件 1 热力因子 大气温度层结 温度层结 气温沿垂直高度的分布曲线 四种类型 1 0 称为正常分布层结或递减层结 2 d 称为中性层结 3 0 称为等温层结 4 0 称为逆温 区别rd和r rd是对气块而言 r则是对周围空气而言 rd是常数 而r大小与周围环境有关 大气稳定度 atmosphericstability 当 d 0时 a 0 气块加速运动 大气不稳定 当 d 0时 a 0 气块减速运动 大气稳定 当 d时 a 0 大气是中性的 逆温 Inversion 会造成严重的大气污染现象 辐射逆温 Radiationinversion 与大气污染的关系最为密切 即垂直方向上大气稳定的程度 A翻卷型 波浪型wavilness 烟流呈波浪状 气温层结处于不稳定状态 即 0 d 0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 不同温度层结下的烟型五种典型的烟流形状 B锥型coniform 烟流呈圆锥形 发生在中性条件下 即 0 d 0 扩散速度 落地浓度较波浪型低 污染物输送较远 多出现于多云或阴天的白天 强风的夜晚或冬季夜间 C平展型 扇型Fanning 垂直方向扩散很小 出现逆温层 大气处于稳定状态 即 0 d 0 污染物可传送很远 多出现于弱晴朗的夜晚和早晨 D屋脊型 上升型climbing 烟流下部是稳定的大气 上部是不稳定的大气 持续时间短 对近地面污染较小 一般在日落前后出现 F熏蒸型 漫烟型Fumigation 烟流上部是稳定的大气 下部是不稳定的大气 持续时间短 但地面污染严重 一般在日出后出现 2 动力因子 大气的水平运动 风对污染物的扩散有两个作用 大气的湍流运动 A 定义 不规则的大气运动称为湍流 风和湍流是决定污染物在大气中扩散稀释的最直接最本质的因素 风速越大 湍流越强 污染物的扩散速度就越快 污染物的浓度就越低 B 分类 根据形成原因分为热力湍流和机械湍流 C 湍流扩散理论 假定大气湍流场是均匀 稳定的 则从原点放出大量粒子在x轴上的浓度最高 且浓度分布以x轴为对称轴 并符合正态分布 由湍流引起的扩散 3 天气形势 降水的淋洗作用 雾的凝聚作用 降水 能冲洗空气中的污染物质 净化空气 但过多的SO2之类的气体会溶于降水中 往往形成酸雨 导致二次污染 雾形成于稳定的大气条件 会凝聚大量的污染物 使污染物扩散受阻 因而会造成不利的地面空气污染状况 二 影响大气污染的地理因素 下垫面条件 1 地形和地物的影响 2 山谷风 3 海陆风 4 城市热岛环流 三 影响大气污染的其他因素 1 污染物的性质和成分 2 污染源的几何形状和排放方式 补充 大气中污染物的扩散模式 1 坐标系 2 高斯模式的四点假设 P47 一 有界条件下的大气扩散模式 3 高架连续点源扩散的高斯模式 C总 c实 c虚 二 几种常用的大气扩散模式 1 高架连续点源 2 地面连续点源 He 0 3 有效源高He 地面上任一点的浓度z 0 He Hs H Hs 烟囱 或排放筒 本身的高度 H 烟气抬升高度 由霍兰德 Holland 公式计算 1 大气污染对人体健康的危害 表 大气污染物侵入人体主要有三条渠道 a 呼吸道吸入 b 随食物和饮水摄入 c 体表接触侵入 3 大气污染对材料的危害 2 大气污染对植物的危害 4 大气污染对大气环境的影响 补充 大气污染的危害 污染物对健康的影响随污染物质强度 感染时间以及人体健康状况而异 室内空气污染 主要是由于人造板 内墙涂料 木器涂料 胶粘剂 地毯 壁纸 家具 地板革和建筑材料等及不健康的生活习惯引起 室内装修污染存在的主要问题 芳香 杀手 苯 游离 杀手 甲醛 无孔不入的氡 清除室内污染的有效对策 增加室内换气频度 正确使用家庭化学剂 室内拒绝吸烟 增加户外活动时间 讲究厨房内空气卫生 室内摆放花卉植物 几种大气污染物对人体的危害 5大气污染的综合防治与管理 一 控制大气污染物的途径 1 颗粒污染物的控制 除尘装置 从废气中分离 捕集 回收颗粒物的设备 分类 处理高温 易燃 易爆物 气体安全性好 可去除气体中的有害物质 工业废气除尘 细粉捕集作用强 不适于高温含尘及含油水和粘结性粉尘 工业除尘 对细微粉尘及雾状液滴捕集性好 2 气态污染物的控制 1 常用治理方法 吸收法 采用适当的液体作为吸收剂 使含有有害物质的气体与吸收剂接触 废气中的有害物质被吸收于吸收剂中 使气体得到净化 吸附法 利用固体表面的吸附性质 使废气与大表面多孔性固体物质相接触 将废气中的有害组分吸附在固体表面上 使其与气体混和物分离 达到净化目的 催化法 利用催化剂的催化作用 使废气中的有害组分发生化学反应并转化为无害物质或易于去除物质的一种方法 燃烧法 即对含有可燃有害组分的混和气体进行氧化燃烧或高温分解 从而使这些有害组分转化为无害物质的方法 冷凝法 物质在不同温度下具有不同的饱和蒸汽压 利用这一性质 采用降低废气温度或提高废气压力的方法 使一些有害气体或蒸汽态的污染物冷凝成液体并从废气中分离出来 2 SO2的净化技术 P58 3 汽车尾气催化净化 略 二 大气污染综合防治 1 全面规划 合理布局工业 1 污染企业合理分散 2 厂址选择避免小盆地 小谷地 3 大污染企业和居民区要有绿化隔离带 2 区域集中供暖 供热 集中采暖的优点 提高锅炉设备的效率 可利用废热 提高热利用率 适于采用高效率的除尘器 3 选择高烟囱和集合式烟囱排放 4 改变燃料构成 开发新能源 5 大气污染控制技术 6 绿化造林 软 能源 白煤 水能蓝煤 海洋能红煤 地热能绿煤 风能金色煤 太阳能 三 大气环境标准 P61 补充3 大气中主要污染物的采集 2 QG 型100PM10切割器 1 QG 100型TSP切割器 切割粒径 100 m 采气流量 100L min工作原理 略采样时间 60min 切割粒径 10 m 采气流量 100L min工作原理 略采样时间 60min 测定方法 重量法 W 阻留在滤膜上的TSP重量 mg Qn