化学与环境——(2)大气污染.ppt

大气污染 知识目标 1 了解大气圈及其组成2 理解大气污染的类型及其来源3 理解常见大气污染物的性质及危害4 了解室内空气污染物及其危害 自然地理学将受地心引力而随地球旋转的大气层称为大气圈 具体地 大气圈指地面到大约1400km高度处的大气层 一 大气圈及其组成 臭氧 对流层 10km左右 集中了大气质量的3 4和全部的水蒸气 主要天气现象都发生在这一层温度随高度的增加而降低 每升高100m平均降温0 65 强烈对流作用 大气污染也主要发生在这一层 特别是在靠近地面1 2Km的近地层更易造成污染 温度和湿度等各气象要素水平分布不均 大气圈垂直结构 平流层 对流层顶 50 55km 同温层 对流层顶到30km左右 气温 55 左右同温层以上 气温随高度增加而增加 亦称逆温层 集中了大部分臭氧 没有对流运动 污染物停留时间很长 大气很干燥 没有云 雨等现象 是飞机理想的飞行区域 中间层 平流层顶 85km 气温随高度升高而迅速降低对流运动强烈 垂直混合明显 暖层 中间层顶 800km 气温随高度升高而增高气体分子高度电离 电离层 发电报是靠这层反射回来 存在着大量的离子和自由电子 能反射无线电波 可进行远距离通讯 如发射人造卫星等 散逸层 暖层以上 气温很高 空气稀薄 星际空间内每m3空间有数十个离子存在 空气粒子可以摆脱地球引力而散逸到星际空间 有利于宇宙火箭的飞行 电离层 极光 极光是来自太阳活动区的带电高能粒子 可达1万电子伏 流使高层大气分子或原子激发或电离而产生的 大气的组成大气是由多种气体组成的混合物 其中除含有多种气体和化合物外 还有许多杂质 干洁空气 大气中除去水汽和杂质的空气称为干洁空气 氮 氧 氩占大气总体积的99 水汽 主要来自海洋 江河 湖泊以及其他潮湿物体表面的蒸发和植物的蒸腾 大气中的水汽在云 雾 雨 霜 露等各种天气现象的演变中起到主要作用 大气中的水汽具有很强的吸收长波辐射的能力 对地面的保温起到重要作用 固体杂质 悬浮于大气中的烟粒 尘埃 盐粒等 大气污染的定义国际标准化组织 ISO 认为 大气污染 通常指由于人类活动和自然过程引起某些物质进入大气中 呈现出足够的浓度 达到了足够的时间 并因此而危害了人体的舒适 健康和福利或危害了环境 有自然因素 如森林火灾 火山爆发等 和人为因素 如工业废气 生活燃煤 汽车尾气 核爆炸等 两种 且以后者为主 尤其是工业生产和交通运输所造成的 二 大气污染 自然灾害包括火山爆发排出的火山灰 二氧化硫 硫化氢 煤田和油田自然逸出的煤气和天然气 腐烂的动植物尸体放出有害气体等 其污染多为暂时的 局部的 人为因素是造成大气污染的主要原因 其延续时间长 范围广 影响大 成因大致分为三类 燃料燃烧 工业生产过程和交通运输 污染的主要来源 发电站 工厂 交通 日常烹饪 植物秸秆焚烧等等 大气污染来源 1 按存在形式分1 固定污染源 位置固定 如工厂的排烟2 移动污染源 在移动过程中排放废气 如汽车等 2 按空间分布分点源 燃烧化石燃料的发电厂和大城市的供暖锅炉 线源 汽车 火车 飞机等在公路 铁路 跑道或航空线附近构成的大气污染 面源 石油化工区或居民住宅区的众多小炉灶构成的大气污染 3 按排放时间分1 连续源 污染物连续排放 如化工厂的排气筒2 间断源 污染物排放时断时续 如取暖锅炉的烟囱3 瞬时源 污染物排放时间短暂 如工厂的事故排放 4 按排放空间分1 高架源 在距地面一定高度处排放污染物 如高烟囱2 地面源 在地面上排放污染物 如煤炉 锅炉 5 按污染物产生的类型划分1 工业污染源 主要是燃料燃烧排放的污染物 生产过程中排出的废气和各类矿物 金属粉尘等等 2 生活污染源 主要来自家庭炉灶 取暖设备 以及城市垃圾在堆放过程中由于厌氧分解产生的二次污染物 垃圾焚烧过程中产生的废气等3 交通污染源 主要是汽车 飞机 火车和船舶等交通工具排放的尾气 大气污染物由于人类活动所产生的某些有害颗粒物和废气进入大气层 给大气增添了许多种外来组分 这些物质称为大气污染物 凡是能使空气质量变坏的物质都是大气污染物 大气污染物的种类按污染物存在的形态可分为两大类 1 气体状态的污染物2 气溶胶状态 颗粒态 的污染物主要气态污染物 含硫化合物 以SO2为主 含氮化合物 以NO和NO2为主 碳氧化合物 CO和CO2 有机化合物及卤素化合物等 二氧化硫SO2 人为排放源有 以煤和石油为燃料的火力发电厂 工业锅炉 垃圾焚烧 生活取暖 柴油发动机 金属冶炼厂 造纸厂等 主要危害 形成工业烟雾 高浓度时使人呼吸困难 是著名的伦敦烟雾事件的元凶 进入大气层后 氧化为SO3并与水结合形成硫酸 H2SO4 在云中形成酸雨 对建筑 森林 湖泊 土壤危害大 形成悬浮颗粒物 又称气溶胶 随着人的呼吸进入肺部 对肺有直接损伤作用 碳氧化物主要有两种物质 即CO和CO2 CO主要由含碳物质不完全燃烧产生 天然排放较少 人为产生的CO约有70 来自机动车的尾气排放 CO是无色 无臭的有毒气体 其化学性质稳定 在大气中不易与其它物质发生反应 可以在大气中停留很长时间 CO不仅会对植物造成危害 对人体危害也较大 CO2是大气的 正常 成分 参与地球上的碳平衡 主要来自呼吸作用和化石燃料的燃烧 CO2对地面长波辐射具有高度的吸收性能 而对太阳的短波辐射具有高度的透过性 因此大气中CO2的浓度的不断增高 会导致温室效应 挥发性有机化合物指的是一系列有机化合物 包括碳氢化合物 烷烃 烯烃和芳烃 含氧有机物 醇 醛 酮 酸 醚 以及含有卤素的有机物 甲基氯仿 三氯乙烯 挥发性有机化合物来自燃料的不完全燃烧 机动车辆燃料箱和汽化器内未燃烧的汽油的蒸发 燃料在输送 储存和分配过程中的泄漏等 挥发性有机化合物能促进臭氧类光化学氧化剂的形成 在活泼的氧化物 如原子氧 臭氧 氢氧基等自由基作用下 碳氢化合物会发生一系列链式反应 最终生成光化学烟雾的重要二次污染物 臭氧 醛 过氧乙酰硝酸脂 PAN 有毒微量有机污染物 如 多环芳烃 多氯联苯 二噁英 人为排放源有 垃圾焚烧 焦炭生产 烧煤等 主要危害 有致癌作用 有环境激素 也叫环境荷尔蒙 的作用 多氯代联苯 二噁英的一种 二噁英毒性十分大 是氰化物的130倍 砒霜的900倍 有 世纪之毒 之称 颗粒物 按粒径的差异 可以把颗粒物分为降尘和飘尘两类 降尘 粒径大于10 m 在重力作用下可降落的颗粒物 飘尘 粒径小于10 m的煤烟 烟气和雾等颗粒物 飘尘粒径小 质量轻 在大气中呈悬浮状态 且分布极广 我国环境空气质量标准中 按颗粒大小分为 1 总悬浮颗粒物 TSP TotalSuspendedParticles 指悬浮在空气中的空气动力学直径 100 m的颗粒物 2 可吸入颗粒物 PM10 InhalableParticles 指悬浮在空气中的空气动力学直径 10 m的颗粒物 悬浮颗粒物的危害 可吸入颗粒物因粒小体轻 能在大气中长期漂浮 漂浮范围从几千米到几十千米 可在大气中不断蓄积 使污染程度逐渐加重 可吸入颗粒物成分很复杂 并具有较强的吸附能力 例如可吸附各种金属粉尘 吸附病原微生物等 可吸入颗粒物随人们呼吸空气而进入肺部 以碰撞 扩散 沉积等方式滞留在呼吸道的不同部位 引起呼吸系统疾病 悬浮颗粒物还能直接接触皮肤和眼睛 阻塞皮肤的毛囊和汗腺 引起皮肤炎和眼结膜炎或造成角膜损伤 此外 悬浮颗粒物还能降低大气透明度 减少紫外线对地面的辐射强度 光化学烟雾主要是大气中的氮氧化物和碳氢化物 主要来自汽车尾气 石油和煤燃烧的废气 及大量使用挥发性有机溶剂等在太阳紫外线的作用下 产生化学反应 生成臭氧和醛类等二次污染物 通常是棕色的 会剌激眼睛 最初出现在美国洛杉矶市 因此也称为洛杉矶烟雾 日光辐射强度是形成光化学烟雾的重要条件 阳光的照射 悬浮粒子的催化 大量污染物的存在 都是构成光化学烟雾的理想条件 废气中的二氧化氮吸收阳光 转化为一氧化氮和活泼的氧原子 氧原子继而与汽车废气中的烃及大气中的氧进行一连串的复杂反应 生成臭氧 醛类和催泪性物质如过乙酰硝酸酯等 所以光化学烟雾的成份比较复杂 是由众多污染物混合而成的 包括悬浮粒子 氮的氧化物 臭氧 醛类 过乙酰硝酸酯和烃等 其中有害物质不仅是直接从污染源排放出来的污染物 而且更重要的有二级污染物 光化学烟雾对眼睛的剌激作用特别强 浓度大约0 1ppm时 短时间的接触就能使人流泪不止 当浓度增加至1ppm时 眼睛发痛难睁 并有头痛和呼吸困难征状 长期吸入 会引起咳嗽和气喘 光化学烟雾浓度达50ppm时 人将有死亡危险 前面提到的洛杉矶光化学烟雾 当时浓度过0 65ppm 两天内死亡400余人 光化学烟雾还能使橡胶和纤维变质 令农作物失收 光化学烟雾形成机理 1 光化学形成的主要反应A NO2的光解是光化学烟雾形成的主要起始反应 并生成O3 NO2 h NO O 1 O O2 M O3 M 2 O3 NO NO2 O2 3 所产生的O3要消耗在NO的氧化上而无剩余 所以要产生光化学烟雾必需有碳氢化合物存在 B 碳氢化合物 HR 被 OH O和O3氧化 产生醛 酮 醇 酸等产物以及中间产物RO2 HO2 RC O等重要的自由基 RH O RO2 4 RH O3 RO2 O 5 RH OH RO2 H2O 6 RCHO与 OH反应如下 RCHO OH RC O 酰基 H2ORC O O2 RC O O2 过氧酰基 丙烯的氧化反应为 C 过氧自由基引起NO向NO2转化 并导致O3和PAN等氧化剂的生成 自由基传递形成稳定的最终产物 使自由基消除而终止反应 RO2 NO NO2 RO RO2 包括HO2 7 OH NO HNO2 8 OH NO2 HNO3 9 RC O O2 NO2 RC O O2NO2 10 过氧乙酰硝酸酯 PAN 2 光化学烟雾形成机理 预防措施 制定法规 监测废气排放 改良汽车排气系统和提高汽油质量及减少挥发性有机物如油漆 涂料的使用等 曼哈顿 巴黎 依据大气污染物的形成过程 可将其分为一次污染物和二次污染物 一次污染物是直接从各种污染源排放到大气中的有害物质 常见的主要有二氧化硫 氮氧化物 一氧化碳 碳氢化合物 颗粒物等 颗粒物中包含苯并 a 芘等强致癌物质 有毒重金属 多种有机和无机化合物等 二次污染物是一次污染物在大气中相互作用或它们与大气中的正常组分发生反应所产生的新污染物 这些新污染物与一次污染物的化学 物理性质完全不同 多为气溶胶 具有颗粒小 毒性一般比一次大等特点 常见的二次污染物有SO3 硫酸盐 硝酸盐 臭氧 醛类 乙醛和丙烯醛等 过氧乙酰硝酸酯 PAN 等 一次污染物和二次污染物 大气污染的危害 1 大气污染对人体健康的影响2 大气污染对植物的影响3 大气污染对材料的影响4 大气污染对大气环境的影响 对人体健康的影响 对人体健康的影响 煤烟 引起支气管炎 尘肺等疾病 硫酸烟雾 对皮肤 眼结膜 鼻粘膜 咽喉等均有强烈刺激和损害 铅 引起红血球碍害等慢性中毒症状 高浓度时可引起强烈的急性中毒症状 二氧化硫 引起心悸呼吸困难等心肺疾病 重者可引起反射性声带痉挛 喉头水肿以至窒息 氧化氮 对深部呼吸道 粘膜 神经系统以及造血系统均有损害 吸入高浓度氧化氮时可出现窒息现象 对人体健康的影响 NO2对人体健康的影响 一氧化碳 引起严重缺氧症状即煤气中毒 臭氧 轻病表现肺活量少 重病为支气管炎等 硫化氢 可使人嗅觉疲劳 高浓度时可引起全身碍害而死亡 对人体健康的影响 CO对人体健康的影响 氰化物 轻度中毒有粘膜刺激症状 重者可使意识逐渐昏 甚至死亡 氟化物 使骨骼 造血 神经系统 牙齿以及皮肤粘膜等受到侵害 重者或因呼吸麻痹 虚脱等而死亡 氯 主要通过呼吸道和皮肤粘膜对人体发生中毒作用 对人体健康的影响 放射性物质会引起癌变 不育和遗传的变化或早死等 生物性物质会引起过敏性反应或引起传播性疾病 对人体健康的影响 20世纪50年代中期 美国好莱坞出产的巨片 征服者 刚投放市场 便立即引起轰动 然而谁也没有料到 伴随着成功喜悦的竟是巨大的打击 截止80年代初 征服者 原剧组220中竟有91人患上了癌症 其中六十四人离开了人世 经过反复调查集中会诊 人们最后终于查出了原因 原来 影星们患上的癌症和圣乔治沙漠的沙粒有关 影片 征服者 的摄制组在外景地圣乔治沙漠紧张的活动了2个月 随后他们又将沙子运进摄影棚继续内景摄影 不料这些小小的沙粒竟然酿成如此惨剧 原来在圣乔治沙漠200千米外的内华达州有个美国原子弹实验基地 腾空而起的蘑菇云将放射性物质四处扩散 严重污染了圣乔治沙漠 才导致了众影星罹难的惨剧 圣乔治核污染事件 突发性严重大气污染事故 1952年12月伦敦烟雾事件中死亡人数与大气中烟尘和二氧化硫浓度的相关性 对生物的影响 使生物中毒或枯竭死亡 减缓生物的正常发育 降低生物对病虫害的抵抗能力 对生物的影响 对材料的影响 大气污染物对物质材料如皮革 建筑材料 纺织衣物 金属制品和文化艺术品等造成玷污和化学性损害 注 平均二氧化硫浓度和不同暴露时间与低碳钢的腐蚀之间的关系 1963 1964年9月 在芝加哥的七个地点进行的实验 对大气环境的影响 能见度降水规律温室效应臭氧层耗竭 对大气能见度的影响 对大气能见度或清晰度有影响的污染物 一般应是气溶胶粒子 能通过大气反应生成气溶胶粒子的气体或有色气体 包括 总悬浮颗粒物 TSP SO2和其它气态含硫化合物 在大气中以较大反应速率生成硫酸盐和硫酸气溶胶粒子NO和NO2 在大气中反应生成硝酸盐和硝酸气溶胶粒子光化学烟雾 反应生成亚微米的气溶胶粒子 例 美国大烟雾山国家公园 北卡罗莱纳州 晴天雾天 能见度与自然景观 20世纪大气污染事件 马斯河谷烟雾事件洛杉矶光化学烟雾事件伦敦烟雾事件多诺拉烟雾事件四日市哮喘病事件 马斯河谷烟雾事件 发生于1930年比利时的马斯河谷工业区 由于二氧化硫和粉尘污染对人体造成综合影响 一周内有近60人死亡 数千人患呼吸系统疾病 洛杉矶光化学烟雾事件 发生于1943年美国洛杉矶 当时该市的200多万辆汽车生病在排放大量的汽车尾气 在紫外线照射下产生光化学烟雾 大量居民出现眼睛红肿 流泪 喉痛等症状 死亡率大大增加 伦敦烟雾事件 发生于1952年英国伦敦 由于冬季燃煤排放的烟尘和二氧化硫在浓雾中积聚不散 头两个星期死亡4000人 以后的两个月内又有8000多人死亡 多诺拉烟雾事件 发生于1948年美国宾夕法尼亚州的多诺拉镇 因炼锌厂 钢铁厂 硫酸厂排放的二氧化硫及氧化物和粉尘造成大气严重污染 使5900多居民患病 事件发生的第一天有17人死亡 四日市哮喘病事件 发生于1961年前后的日本四日市 由于石油化工和工业燃烧重油排放的废气严重污染大气 引起居民呼吸道病症剧增 尤其是使哮喘病的发病率大大提高 50岁以上的老人发病率约为8 死亡10多人 我国大气污染现状 当前 我国大气污染状况十分严重 主要呈现为煤烟型污染特征 城市大气环境中总悬浮颗粒物浓度普遍超标 二氧化硫污染保持在较高水平 机动车尾气污染物排放总量迅速增加 氮氧化物污染呈加重趋势 全国形成华中 西南 华东 华南多个酸雨区 以华中酸雨区为重 大气污染 1 减少污染物排放量 改革能源结构 多采用无污染能源和低污染能源 对燃料进行预处理 改进燃烧技术等均可减少排污量 另外 在污染物未进入大气之前 使用除尘消烟技术 冷凝技术 液体吸收技术 回收处理技术等消除废气中的部分污染 大气污染防治措施 2 控制排放和充分利用大气自净能力 气象条件不同 大气对污染物的容量便不同 排入同样数量的污染物 造成的污染物浓度便不同 对于风力大 通风好 湍流盛 对流强的地区和时段 大气扩散稀释能力强 可接受较多厂矿企业活动 逆温的地区和时段 大气扩散稀释能力弱 便不能接受较多的污染物 大气污染防治措施 3 厂址选择 烟囱设计 城区与工业区规划等要合理 不要排放大户过度集中 不要造成重复迭加污染 形成局地严重污染事件发生 4 绿化造林 使有更多植物吸收污染物 减轻大气污染程度 大气污染防治措施 三 室内空气污染 室内空气污染指由于室内引入能释放有害物质的污染源或室内空气通风不佳而导致室内空气中有害物质无论是从数量上还是种类上不断增加 并引起人的一系列不适症状的现象 有专家认为 在经历了 煤烟型污染 和 光化学烟雾污染 之后 现代人正经历以 室内空气污染 为标志的第三污染时期 人类活动 燃料燃烧及加热 建筑材料及装饰材料 室外来源 家用电器 装修污染成杀手每年210万儿童死于装修 我国每年由室内空气污染引起的死亡人数已达11万 装修污染已经被列入对公众危害最大的五种环境因素之一 我国每年新增白血病患者4万 5万人 约50 是儿童 据一家儿童医院血液科统计 接诊的白血病患儿中 90 家庭在半年之内曾经装修 室内空气污染 室内空气污染 甲醛 最主要的室内空气污染源 来源 直接来源 为脲醛树脂 酚醛树脂等用于黏合剂中的原料 间接来源 主要是使用黏合剂的人造板和家具 涂料 油漆及香烟等也会产生甲醛污染 室内空气污染 甲醛 危害 嗅觉异常 呼吸道刺激 发炎 过敏 肺功能异常 肝功能异常 免疫功能异常等方面 其特点是 低浓度致毒 作用时间长 污染源普遍 室内空气污染 苯 来源 建筑材料的有机溶剂 各种油漆的添加剂和稀释剂 防水材料的添加剂 空气消毒剂和杀虫剂的溶剂 危害 血液毒性 遗