第六章-大气环境保护..ppt

第六讲大气环境保护,AirEnvironmentalProtection,吉林大学环境与资源学院汤洁,讲授内容,第一部分：概述1.大气的组成及结构2.大气污染的含义3.大气污染物4.大气污染的类型5.我国大气污染情况6.大气污染控制,讲授内容,第二部分：大气污染物各论1.二氧化硫2.一氧化碳3.氮氧化物4.颗粒污染物5.碳氢化合物6.苯并芘7.氟化物8.铅,概述-大气的组成及结构,干洁空气的组成:氮（N2）占78.09%氧（O2）占20.95%氩（Ar）占0.93%三者合计达99.97%,概述-大气的组成及结构,大气圈的结构由于地球引力的作用，大气质量集中于大气层下部，全部质量的50%集中在离地面5km以下范围内；75%的质量集中在10km以下；90%集中在30km以下的范围内。换言之，从地面愈向上去，大气质量愈小，空气愈稀薄。由于大气质量在垂直方向上的不均，结合大气的运动状况，考虑到大气温度的变化以及电荷等物理性质的差异，将大气圈分为五层。,概述-大气的组成及结构,（1）对流层：大气圈最下一层，层内气流对流强烈,气温随高度而降低。（2）平流层：对流层顶到50-55km高处的大气层，这里空气以平流运动为主，垂直运动很少，故叫平流层。（3）中间层：从平流层顶到85km高度属中间层。此层气温又随高度增高而下降，空气有较强的对流运动。（4）热成层：中间层之上，上界可达800km高处。由于原子氧吸收了太阳紫外光的能量，使此层的温度随高度的上升迅速升高，故又叫暧层或热层。又因为太阳和其它星球射来的各种射线的作用，此层大部分空气发生电离，具有较高密度的带电粒子，故又称电离层。（5）逸散层：逸散层是大气圈的最外层，它的厚度大约从800km一直延到2000-3000km高处，是地球大气向外层空间过渡的层次。,概述-大气污染的含义,大气污染是指大气中污染物质的浓度达到了有害程度，以致破坏生态系统和人类正常生存和发展的条件，对人和物造成危害的现象。,概述-大气污染的含义,形成大气污染的三个要素是：污染源大气状态受体大气污染的三个过程是：污染物排放大气运动的作用对受体的影响,概述-大气污染的含义,在迄今为止的11次世界上重大污染事件中，就有7件是由大气污染造成的，如马斯河谷事件、多诺拉烟雾事件、伦敦烟雾事件、洛杉矶光化学烟雾事件、四日市哮喘事件、博帕尔农药厂泄漏事件和切尔诺贝利核电站事故等，这些污染事件均造成大量人口中毒死亡。,概述-大气污染物,一次污染物和二次污染物一次污染物是指直接从各种排放源进入大气的各种气体、蒸气和颗粒物，如前述的二氧化硫、碳氧化物、氮氧化物、碳氢化合物和颗粒等全是主要的一次污染物。大气中的碳氢化合物等一次污染物，在阳光作用下发生光化学反应，可生成臭氧、醛、酮、过氧乙酰硝酸酯（PAN）等二次污染物。,概述-大气污染物,概述-几种主要的大气污染物,颗粒物质：是除气体之外的包含于大气中的物质，包括各种固体、液体和气溶胶。其中有固体的灰尘、烟尘、烟雾以及液体的云雾和雾滴，其粒径范围从200m到0.1m以下。降尘，粒径大于10m，重力作用下可以降落。飘尘，粒径小于10m的包括煤烟、烟气和雾在内的颗粒状物质。PM2.5，是指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物，也称为可细（入肺）颗粒物。,概述-几种主要的大气污染物,硫化物：硫常以SO2和HS的方式进入大气，也有一部分以亚硫酸及硫酸（盐）微粒形式进入大气。大气中硫约2/3来于天然源，其中以细菌活动产生的硫化氢最为重要。碳氧化物：CO和CO2。氮氧化物：包括NO、NO2、N2O3、N2O4和N2O5等多种化合物，但主要的是NO和NO2。碳氢化合物：碳氢化合物包括烷烃、烯烃和芳烃等复杂多样的物质组成。,概述-大气污染物类型,大气污染分类：还原型污染、氧化型污染分类依据：（1）污染物的化学性质（2）它们存在的大气环境状况,概述-大气污染物类型,（1）还原型（煤炭）污染这类污染的主要污染物是SO2、CO和颗粒物。在低温、高湿度的阴天，且风速很小，伴有逆温存在的情况下，一次污染物受阻，容易在低空聚积，生成还原性烟雾。伦敦烟雾事件就是这类还原型污染的典型代表，故这类污染又称伦敦烟雾型。,概述-大气污染物类型,（2）氧化型（汽车尾气型）污染多发生在以石油燃料为主地区，污染物的要来源是汽车排气、燃油锅炉以及石油化工企业。主要的一次污染物是CO、NOx、碳氢化合物（烃）等。污染物在太阳光照射下能够引起光化学反应，生成二次污染物臭氧、醛类、过氧乙酸硝酸酯等。这类物质具有极强的氧化性，对人的眼睛等粘膜有强刺激作用。洛杉矶光化学烟雾就属此型污染。,概述-大气污染物类型,根据燃料的性质和大气污染物的组成和反应，亦可把大气污染划分为下面四种类型：（1）煤炭型（2）石油型（3）混合型（4）特殊型,煤炭型污染的代表污染物是由煤炭燃烧时放出的烟气、粉尘、二氧化硫等构成的一次污染物，以及由这些污染物质发生化学反应而生成的硫酸、硫酸盐类气溶胶等二次污染物。,概述我国大气污染的基本情况,我国是世界上大气污染最为严重的国家之一，大气污染是我国环境问题中最突出的问题。,概述我国大气污染的基本情况,我国大气污染的特点：总悬浮颗粒物和可吸入颗粒物含量高；含菌量大；煤烟型污染占重要地位；新兴城市和小城市大气污染日益严重；部分城市污染转型。,我国大气污染的程度有明显的空间和时间上的差异空间：北方城市污染程度重于南方城市，尤以冬季更显著。SO2北方有30%的城市超过国家二级标准，南方只有19.2%。降尘北方大于南方。酸雨南方重于北方。时间：大气污染冬季重于夏季，污染物的浓度早晚又高于中午。特点：产煤区普遍通严重，尤其在产高硫煤区。,我国大气污染严重的原因：（1）直接燃煤是我国大气污染严重的根本原因。（2）能源浪费严重，燃烧方式落后，加重了大气污染。（3）城市和交通沿线，由于车流通量大，道路设施不足，形成交通阻塞，也是城市大气污染加重的一个原因。（4）城市布局不合理，人口密度过大，工厂集中等都对大气污染产生重要影响。,世界能源结构(按标煤产量)中国能源结构(按标煤产量)煤:油:气=1.1:1.7:1煤:油:气=35.3:7.9:1,中国,世界10大空气污染严重城市排序,.太原.米兰.北京.乌鲁木齐.墨西哥城.兰州.重庆.济南.石家庄10.德黑兰WHO1998年对54个国家个城市的调查结果,我国城市空气的高污染,我国大气污染防治成效（1）大气环境质量状况基本稳定并部分好转（2）工业大气污染防治取得积极进展（3）城市大气环境综合整治成效明显（4）机动车污染控制得到加强（5）大气污染防治相关法律法规逐步健全,我国大气污染防治工作存在的问题（1）大气主要污染物治理仍然任重道远目前，在全国现役燃煤机组脱硫设施投运比例已经过半的情况下，“十二五”期间进一步减排二氧化硫的难度增大。氮氧化物对大气环境质量的影响逐渐增加，控制氮氧化物的要求日益迫切。,我国大气污染防治工作存在的问题（2）大气污染的区域型、复合型特征加重区域大气污染出现恶化趋势。城市能源大量消费造成多种污染物高强度集中排放。城市集群现象加剧了污染物在不同城市间扩散，导致污染区域逐步扩大。在这种情况下，仅从行政区划的角度考虑单个城市大气污染的防控措施，不仅治理成本高，而且难以有效地降低污染程度，区域联防联控的管理机制亟待建立。,我国大气污染防治工作存在的问题（3）机动车污染对城市大气环境质量影响突出机动车污染防治缺乏统筹协调。由于缺乏有效地协调机制，管理部门间职责交叉、权责脱节，尚未形成综合管理的合力，影响了机动车污染控制的效果。由于检测技术落后、成本高等原因，法律关于环保部门对在机动车停放地进行环保检查的规定、超标车辆不得上路行驶的制度、年检制度等在实施中未能达到预期效果。,我国大气污染防治工作存在的问题（4）农村地区大气污染问题显现乡镇工业污染问题尚未得到有效控制。长期以来，我国农村空气质量总体好于城市地区，但乡镇企业点多面广，企业集约化程度低，污染治理水平相对落后，污染排放量较大。此外，夏秋两季大量农作物秸秆焚烧对周边大气环境也造成严重影响。,第二部分大气污染物各论,本部分重点讨论二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物、颗粒污染物、碳氢化合物、苯并芘、氟化物、铅等大气污染物的来源、危害及浓度限值的确定依据。,各项污染物的浓度限值环境空气质量标准（GB30952012）,氮氧化物和二氧化氮的污染现状,NOx和NO2的关系大气中的氮氧化物主要包括NO的NO2。通常排放到大气中的NO很快被氧化为二氧化氮(NO2)，在O3浓度为0.2g/m3的条件下，若空气最初的NO浓度为0.13g/m3时，则在不到1分钟的时间内，就会有50%的NO被氧化为NO2。在环境大气中NOX浓度与NO2浓度之比为3:2，这表明实际大气中NOX的主要成分是NO2。,氮氧化物和二氧化氮的污染现状,自然背景浓度大气中的NOX背景浓度很低，全球NO2的背景浓度年平均值范围约为0.410g/m3。我国2012年，地级以上城市环境空气中NO2年均浓度均达到二级标准，其中达到一级标准的城市占86.8%。NO2年均浓度范围为0.0050.068mg/m3，主要集中分布在0.0150.045mg/m3。,氮氧化物和二氧化氮的污染现状,氮氧化物和二氧化氮的危害及环境基准人和动物暴露在高浓度的NOX环境中，可以引起刺激中枢神经系统，导致麻痹和痉挛等现象。现有的NOX或NO2标准及基准都是以NO2对人体及生态系统的影响及危害研究来制定的。NO2毒性很强，对人和动物的主要影响部位是呼吸系统，同时也对其它的系统产生影响，如生长率下降，免疫反应改变及肝组织发生变化等。NO2对敏感植物的影响可表现为生长速度减慢、叶面损伤等。,氮氧化物和二氧化氮的污染现状,对动植物的实验结果,光化学氧化剂（臭氧O3）,臭氧的来源：臭氧是地球大气中天然产生的一种微量活泼氧化性气体，大部分集中在1050公里的平流层，平流层臭氧又主要集中在2030公里处的臭氧层，而对流层臭氧仅含1015%，主要由平流层输入和对流层中光化学反应生成，还有少量的植物排放。由于人类生产和生活活动，如交通运输，石油化工，燃煤电厂以及冶炼、化肥、农药、垃圾焚烧、溶剂蒸发等排向大气中的挥发性碳氧化合物及NOX，经光化学反应产生臭氧（二次污染物）。,光化学氧化剂（臭氧O3）,城市区域空气中的浓度水平美国（1983）人口超过100万的标准大都市38个，O3浓度值范围为200740g/m3。加拿大11城市统计，大部分超过200g/m3，最大可达320g/m3。我国北京市19851991年全市大气O3最高小时平均浓度范围0.2950.394g/m3；清洁区19871989年最高小时平均浓度范围为0.2050.334g/m3。已经确认北京、兰州存在光化学烟雾污染，一些大中城市如广州、重庆、石家庄市等测到了接近或超过200g/m3的高浓度O3。,光化学氧化剂（臭氧O3）,O3的危害动物实验证实，上呼吸道对臭氧的摄取率很低，臭氧可直接侵入呼吸道深处。与浓度为1mg/m3臭氧接触1h能使肺细胞蛋白质发生变化；接触4h，在24h后出现肺水肿；接触时间更长些，可使支气管炎和肺水肺更加恶化。近年来根据光化学烟雾发生时氧化剂对人体影响的研究实验表明，在O3浓度为0.1mg/m3时，短时间接触，使眼睛产生刺激感。小时平均浓度为0.25mg/m3时，哮喘病患者发作频率增加；0.250.7mg/m3时，患慢性呼吸道器官疾病患者病情恶化。,铅（Pb）来源、危害与基准,大气中铅及其化合物，主要是无机颗粒物，也有有机气体。铅来源：含铅矿石的采矿、来自含铅汽油的分解，因机动车密度及汽油熔炼、含铅化合物及物品的精炼加工以及废物焚烧等。,铅（Pb）来源、危害与基准,自然背景值：环境空气中铅的自然背景值很低，估计为510-5g/m3，在农村地区铅的浓度约在0.10.3g/m3的范围。城市污染现状:欧洲城市空气中铅浓度0.53.0g/m3，美国大多数城市空气中铅浓度0.10.3g/m3。我国部分城市铅浓度水平一般在0.120.49g/m3，平均浓度0.38g/m3左右。沈阳198185工业区大气浓度达4.41g/m3。,铅（Pb）来源、危害与基准,铅的危害：人体在含低浓度铅的空气中长期暴露会造成人体中血铅浓度增高，影响血红素合成，危害人体神经系统，造成人体血压增高等结果。此外，铅对人体发育、肾功能、心血管功能、生殖系统和免疫系统等都会产生一定的危害。,铅（Pb）来源、危害与基准,WHO及美国的研究结果表明，在长期暴露下，空气中铅含量与人体中的血铅含量有良好的线性关系。当人体中血铅含量为1020g/l时，人体开始显示出一些受铅危害的反应，而当人体中血铅浓度为30g/L时人体开始受到明显的伤害。WHO建议以人体中血铅含量20g/l为人体受铅危害的临界值（即卫生基准）。,铅（Pb）来源、危害与基准,WHO提出城市空气中铅的长期平均（即年平均）浓度的指导值为0.51.0g/m3。据此，将我国环境空气中铅的季平均浓度定为1.50g/m3，年平均浓度定为1.00g/m3。,一氧化碳（CO）,背景值：由于各种生物过程的排放CO及自然环境对CO的吸收转化，使空气中CO浓度维持在一定的水平上，据WHO报道，空气中CO背景值在0.010.23mg/m3之间，其平均值为0.05mg/m3。,一氧化碳（CO）,污染现状：美国和日本，观察到城市CO水平为8小时均值在20mg/m3以下。我国，1989年对11个城市（清洁）数据统计，日均值范围为0.868.2mg/m3，其中七个城市日均值在4.0mg/m3以下，另四个城市日均值在48mg/m3之间。,3,3,3,一氧化碳（CO）,危害与基准：CO对动物和人体的危害主要表现在心血管系统和神经系统上。其机理是CO进入血液后，与血红蛋白结合形成碳氧血红蛋白,使血红蛋白输氧功能大为减弱。CO是环境的正常组分，植物可吸收并代谢CO，也可释放CO。在很高浓度下，一般在114mg/m3以上，CO才能使植物出现这些可见伤害。微观上危及植物的CO水平比对人体的危害阈值高出很多倍。因此，制定CO标准应从人体的保健出发。,一氧化碳（CO）,WHO1987年提出的CO环境标准资料中，为防止非吸烟者血红蛋白水平超过2.53.0%阈值，对空气中CO暴露限值做出如下建议：空气中CO浓度为10mg/m3时暴露时间为8小时空气中CO浓度为30mg/m3时暴露时间为1小时空气中CO浓度为60mg/m3时暴露时间为0.5小时空气中CO浓度为100mg/m3时暴露时间为15分钟,苯并（a）芘(BaP),苯并（a）芘的来源及其污染现状：苯并（a）芘是多环芳烃中的一种致癌活性最强的化合物。其天然来源为火山喷出物，森林和草原的天然燃烧，植物和微生物合成等。人为来源为矿物燃烧，机动车排放及其它废物焚烧等。据WHO报道，大气中苯并（a）芘的自然本底浓度接近0（不包括森林失火产生的BaP）。,苯并（a）芘,污染现状:国外城市区域BaP浓度常在110ng/m3。个别欧洲城市发现高于100ng/m3的baP浓度。我国近十年来对30个城市BaP污染水平分析表明，其浓度分布0.446.6ng/m3，其中75%城市BaP低于20ng/m3，对30个城市中24个城市的清洁对照区的BaP污染水平分析表明，其浓度范围为0.117.1ng/m3，67%城市清洁对照区浓度低于5ng/m3。,苯并（a）芘,危害与基准：在接触致癌物时，迄今还无法制定一个所谓的完全阈浓度，任何剂量浓度都是不安全的。关于BaP的危害研究主要是动物实验和流行病学调查方面的研究。动物试验（大白鼠）表明，BaP的最低作用剂量为0.1mg，而0.02mg的BaP剂量，为最高无影响剂量。据研究，城市BaP浓度为15ng(纳克）/m3时，每年有18/10万人的肺癌病例。我国近年来流行病学的调查表明，人群暴露在含BaP的空气中是肺癌死亡率增加的重要因素。,苯并（a）芘,BaP在大气中没有暴露限，无法确定其致癌阈值：但其浓度与肺癌死亡率间存在剂量反应关系，从保护人体健康、减少肺癌死亡率考虑，标准值应尽量低，同时也要考虑污染现状及控制水平。标准：采用年平均0.001g/m3；24小时平均值0.0025g/m3。,氟化物,氟化物的来源：主要是火山活动产生的喷发物，其它有土壤扬尘、海水蒸发等，城市附近空气中氟化物大部分来自人类活动。来自含氟矿石及其以煤为能源的工业过程。其中炼铝工业排放的氟化物所占的比例最大，其次是钢厂、陶瓷厂、硅厂、玻璃厂及石油加工工业等。氟化物进入空气后，大部分随颗粒物沉降到地面上，少部分以气态形式存在于空气中。,氟化物,氟化物对植物的危害：植物可从空气、土壤和水中吸收或富集氟化物，但土壤的贡献极小。植物吸收过量氟化物后，会出现叶褪绿，叶末端坏死，叶形扭变直到坏死，果实发育异常或受阻等反应，从而降低作物产量，影响粮食品质。敏感性植物长期暴露于0.2g/m3氟化物的空气中，不会产生任何危害。绝大多数植物在其大部分生长期内，对氟化物的暴露阈值远高于此值。对于中、长期（1030天）暴露，国际上一般公认的阈值为0.51.0g/m3。,氟化物,氟化物对动物的危害：动物或人所吸收的氟化物绝大多数被组织所吸收，也有少部分到达肾系统。动物氟中毒的慢性症状主要是骨骼氟中毒，如牙病、骨疣的间断性跛行等，而最灵敏的反应是牙病。不同种属动物对氟化物的敏感性不同，对于家畜，最敏感的是奶牛，其次是马和羊。,大气污染控制措施（1）优化产业结构和产业布局；（2）提高能源利用效率；（3）开发和利用清洁能源；（4）积极推进工业污染控制；