大气圈及大气污染

1、第二章第二章 大气圈及大气污染大气圈及大气污染n2.1 2.1 大气圈大气圈 n（一）大气圈的（一）大气圈的分层分层 n 大气圈大气圈就是指包围着整个地球的就是指包围着整个地球的空气层空气层。大气圈的厚度为大气圈的厚度为10001000公里公里。n 大气圈的总质量估计为大气圈的总质量估计为5.25.210101515吨。吨。大气质量在大气质量在垂直方向垂直方向的的分布分布是极不均匀的。是极不均匀的。大气质量其中的大气质量其中的5050集中在离地面集中在离地面5km5km以下；以下； 7575集中在集中在10km10km以下，以下，9090集中在集中在30km30km以下。以下。 2.1 2.1

2、 大气圈大气圈n 目前世界各国普遍采用的大气圈分层目前世界各国普遍采用的大气圈分层是是1962年年世界气象组织世界气象组织（WMO）执行）执行委员会正式通过国际大地测量和地球物委员会正式通过国际大地测量和地球物理联合会（理联合会（IUGG）所建议的分层系统，）所建议的分层系统，即根据大气温度随高度垂直变化的特征，即根据大气温度随高度垂直变化的特征，将大气分为将大气分为对流层对流层、平流层平流层、中间层中间层、热成层热成层和和逸散层逸散层。 地球大气分层地球大气分层2.1 2.1 大气圈大气圈n 1 1、对流层对流层是大气圈的最低一层，其是大气圈的最低一层，其平均厚度约为平均厚度约为12km12

3、km。日常生活中的雨、。日常生活中的雨、雪、云、雾、雹、霜、雷、电等主要的雪、云、雾、雹、霜、雷、电等主要的天气现象与过程都发生在对流层。通常天气现象与过程都发生在对流层。通常所指的所指的大气污染大气污染就是对此层而言。就是对此层而言。n 对流层的质量占整个大气质量的对流层的质量占整个大气质量的3/43/4。2.1 2.1 大气圈大气圈n 2 2、平流层平流层 从对流层顶以上到大约从对流层顶以上到大约50km50km左右的高度叫左右的高度叫平流层平流层，也叫同温层。，也叫同温层。n 平流层的下部有一很明显的稳定层，平流层的下部有一很明显的稳定层，温温度度不随高度变化或变化很小，近似不随高度变化

4、或变化很小，近似等温等温。这。这主要是由于地表辐射影响的减少和氧及臭氧主要是由于地表辐射影响的减少和氧及臭氧对太阳辐射吸收加热，使大气温度随高度增对太阳辐射吸收加热，使大气温度随高度增加而上升。这种温度结构抑制了大气垂直运加而上升。这种温度结构抑制了大气垂直运动的发展，大气只有动的发展，大气只有水平方向水平方向的运动。的运动。2.1 2.1 大气圈大气圈n3 3、中间层中间层 平流层顶以上到大约平流层顶以上到大约80km80km的一层大气叫作的一层大气叫作中间层中间层。在这一层。在这一层中中温度温度随随高度增加高度增加而而下降下降。在中间层顶，。在中间层顶，气温达到极低值，是大气中最冷的一层。

5、气温达到极低值，是大气中最冷的一层。2.1 2.1 大气圈大气圈n 4.4.热成层热成层 在中间层顶之上的大气层在中间层顶之上的大气层称为称为热成层热成层，也称作，也称作暖层暖层或或电离层电离层。在。在热成层中热成层中大气温度大气温度随随高度增加高度增加而急剧上而急剧上升。离地表大约升。离地表大约1000km1000km的大气白天温度的大气白天温度可达可达12501750K12501750K。2.1 2.1 大气圈大气圈n 5 5、逸散层逸散层 在热成层之上的大气层在热成层之上的大气层称为称为逸散层逸散层，也称外大气层；它是大气，也称外大气层；它是大气圈的最外层，大约在圈的最外层，大约在800

6、km800km以上。在外层，以上。在外层，大气极为稀薄，地心引力微弱，大气质大气极为稀薄，地心引力微弱，大气质点之间很难相互碰撞。有些运动速度较点之间很难相互碰撞。有些运动速度较快的大气质点有可能完全摆脱地球引力快的大气质点有可能完全摆脱地球引力而进入宇宙空间去。而进入宇宙空间去。 2.1 2.1 大气圈大气圈n（二）大气圈的组成（二）大气圈的组成 n地球大气的成分除主要气体地球大气的成分除主要气体氮氮和和氧氧外，外，还有还有氩氩和和二氧化碳二氧化碳，上述四种气体占大气圈，上述四种气体占大气圈总体积的总体积的99.9999.99。此外还有氖，氦、氪、。此外还有氖，氦、氪、氙、氢、甲烷、一氧化二

7、氮、一氧化碳、臭氙、氢、甲烷、一氧化二氮、一氧化碳、臭氧、水汽、二氧化硫、硫化氢、氨、气溶胶氧、水汽、二氧化硫、硫化氢、氨、气溶胶等微量气体。等微量气体。2.1 2.1 大气圈大气圈n 在组成地球大气的多种气体中，在组成地球大气的多种气体中，氮氮、氧氧、氩、氖、氦、氪、甲烷、氢、氙等是大气中的氩、氖、氦、氪、甲烷、氢、氙等是大气中的稳定组分，这一组分的比例，从地球表面至稳定组分，这一组分的比例，从地球表面至9090公里的高度范围内都是稳定的。公里的高度范围内都是稳定的。n二氧化碳、二氧化硫、硫化氢、臭氧、水二氧化碳、二氧化硫、硫化氢、臭氧、水汽等是地球大气中的不稳定组分。汽等是地球大气中的不稳

8、定组分。地球大气组成地球大气组成2.2 2.2 大气污染大气污染n2.2 2.2 大气污染大气污染n（一）（一）大气污染大气污染 n 国际标准化组织（国际标准化组织（ISOISO）定义）定义:“:“大气污大气污染染通常是指由于人类活动或自然过程引起某通常是指由于人类活动或自然过程引起某些物质些物质进入大气进入大气中，呈现出中，呈现出足够的浓度足够的浓度，达，达到到足够的时间足够的时间，并因此，并因此危害危害了人体的健康和了人体的健康和环境的现象环境的现象”。n 大气污染由大气污染由污染源污染源、大气圈大气圈和和受污染者受污染者组成。研究大气污染在于：组成。研究大气污染在于：查明污染物来源查明污

9、染物来源，并研究并研究其控制方法其控制方法。 n（二）大气污染源（二）大气污染源 n 按污染源按污染源存在的形式存在的形式划分为：划分为：n （1 1）固定污染源固定污染源 如工厂的排烟与排气。如工厂的排烟与排气。n （2 2）移动污染源移动污染源 如汽车、机车等。如汽车、机车等。n 按污染源按污染源排放方式排放方式划分为：划分为：n （1 1）高架源高架源 如污染物通过烟囱排放。如污染物通过烟囱排放。n （2 2）面源面源 如采矿工作面排出的气体。如采矿工作面排出的气体。n （3 3）线源线源 如汽车、机车行驶排出气体。如汽车、机车行驶排出气体。2.2 大气污染大气污染2.2 大气污染大气污

10、染n 按污染物按污染物排放时间排放时间划分为划分为n （1 1）连续源）连续源 污染物连续排放。污染物连续排放。n （2 2）间断源）间断源 污染物时断时续的排放。污染物时断时续的排放。n （3 3）瞬时源）瞬时源 污染物短暂的排放。污染物短暂的排放。2.2 大气污染大气污染n 按大气污染物按大气污染物产生的类型产生的类型划分：划分：n （1 1）由城市中居民）由城市中居民燃烧化石燃料燃烧化石燃料做饭取做饭取暖排出的暖排出的煤烟煤烟所造成的大气污染。所造成的大气污染。n （2 2）由）由工矿企业工矿企业排放出的排放出的污染物污染物造成的造成的大气污染，污染物主要是大气污染，污染物主要是煤粉尘煤

11、粉尘、二氧化硫二氧化硫、一氧化碳一氧化碳和和氮氧化物氮氧化物。n （3 3）汽车、飞机和火车汽车、飞机和火车等各类交通工具等各类交通工具所排放出来的所排放出来的废气废气造成的大气污染。造成的大气污染。2.2 大气污染大气污染n大气污染源大气污染源小结小结：n 大气污染源有两种大气污染源有两种: :天然源天然源与与人为源人为源。 n 天然源天然源是是自然界自行自然界自行向大气环境向大气环境排放排放物物资的场所。资的场所。人为源人为源是是人类的生产活动和生活人类的生产活动和生活活动活动所形成的污染源。一般而言，大气污染所形成的污染源。一般而言，大气污染主要是人类活动对环境主要是人类活动对环境排放的

12、物质排放的物质超过了环超过了环境系统本身的境系统本身的净化能力净化能力所造成的，其主要来所造成的，其主要来源是人为源。源是人为源。2.2 大气污染大气污染n（三）（三）大气污染物大气污染物n 大气污染物系由于人类活动或自然过程排大气污染物系由于人类活动或自然过程排入大气，对人和环境产生有害影响的物资。入大气，对人和环境产生有害影响的物资。n 大气污染物的种类很多，按其来源可分为大气污染物的种类很多，按其来源可分为一次污染物一次污染物和和二次污染物二次污染物。一次污染物系。一次污染物系直接直接由由污染源排放污染源排放的污染物。而在大气中的污染物。而在大气中一次污染一次污染物之间物之间或或一次污染

13、物与大气的正常组分一次污染物与大气的正常组分之间发之间发生化学作用的污染物，常称为二次污染物。生化学作用的污染物，常称为二次污染物。2.2 大气污染大气污染n1 1、大气颗粒物大气颗粒物n 大气颗粒物大气颗粒物指指除气体之外除气体之外的的所有包含在大所有包含在大气气中的中的物质物质，包括所有各种各样的，包括所有各种各样的固体或液体固体或液体气溶胶气溶胶。其中有固体的烟尘、灰尘、烟雾，以。其中有固体的烟尘、灰尘、烟雾，以及液体的云雾和雾滴。及液体的云雾和雾滴。n 大气颗粒物粒径的分布大到大气颗粒物粒径的分布大到200200微米微米，小到，小到0.10.1微米微米。n 2.2 大气污染大气污染n

14、大气颗粒物通常表示为大气颗粒物通常表示为总悬浮颗粒总悬浮颗粒物物(TSP)(TSP)，其中包括飘尘和降尘，其中包括飘尘和降尘。n 总悬浮颗粒物：总悬浮颗粒物：用标准大容量颗粒用标准大容量颗粒采样器采样器( (流量在流量在1.11.1至至1.7m1.7m3 3/min)/min)在在24h24h所所收集到的收集到的颗粒物颗粒物，常用颗粒物的总质量，常用颗粒物的总质量表示。表示。n 总悬浮颗粒物的粒径基本在总悬浮颗粒物的粒径基本在100100微米以微米以内，是大气质量评价重要污染指标。内，是大气质量评价重要污染指标。2.2 大气污染大气污染n飘尘：飘尘：大气中大气中长期漂浮长期漂浮的的悬浮物悬浮物

15、。n粒径主要是小于粒径主要是小于1010微米微米。能被人直接吸入呼。能被人直接吸入呼吸道内造成危害并在大气中长期悬浮，是最吸道内造成危害并在大气中长期悬浮，是最关注的对象之一。关注的对象之一。n降尘：降尘：大气中由于大气中由于自身的重力迅速沉降自身的重力迅速沉降下来的下来的悬浮物悬浮物。n在总悬浮颗粒物中直径在总悬浮颗粒物中直径大于大于1010微米微米的粒子。的粒子。 2.2 大气污染大气污染n2 2、硫氧化合物硫氧化合物n 由污染源排放的最主要的硫氧化物是由污染源排放的最主要的硫氧化物是二氧二氧化硫化硫，它是，它是大气污染大气污染的的主要指标主要指标。大部分来自。大部分来自煤和石油的燃烧、石

16、油炼制、有色金属冶炼和煤和石油的燃烧、石油炼制、有色金属冶炼和硫酸制备等。硫酸制备等。2.2 大气污染大气污染n3.3.氮氧氮氧化合物化合物n 造成大气污染的造成大气污染的氮氧化物氮氧化物主要是主要是一氧化氮一氧化氮和和二氧化氮二氧化氮，它们大部分来自，它们大部分来自矿物燃料燃烧过矿物燃料燃烧过程程，也有生产或使用硝酸的工厂排放的尾气。，也有生产或使用硝酸的工厂排放的尾气。n 氮氧化物浓度高的气体呈氮氧化物浓度高的气体呈棕黄色棕黄色，人们称，人们称为为“黄龙黄龙”。n 在空气中，一氧化氮可以转化为二氧化氮，在空气中，一氧化氮可以转化为二氧化氮，但氧化速度很小，排入大气中二氧化氮来自燃但氧化速度

17、很小，排入大气中二氧化氮来自燃烧过程。烧过程。2.2 大气污染大气污染n4 4、碳的氧碳的氧化物化物n 大气中碳的氧化物主要有大气中碳的氧化物主要有二氧化碳二氧化碳和和一氧一氧化碳化碳，二氧化碳是空气中正常组成成分，一氧，二氧化碳是空气中正常组成成分，一氧化碳是大气中化碳是大气中普遍排放量极大普遍排放量极大的污染物。的污染物。n COCO是大气污染物中散布最广的一种是大气污染物中散布最广的一种, ,其全其全球排放量可能超过所有其他主要气体污染物的球排放量可能超过所有其他主要气体污染物的总排放量。主要来自燃料的燃烧和加工、汽车总排放量。主要来自燃料的燃烧和加工、汽车排气。排气。2.2 大气污染大

18、气污染n COCO是是无色无味无色无味的的有毒气体有毒气体。COCO和血和血中中血红蛋白血红蛋白的亲和力是氧的的亲和力是氧的210210倍倍, ,它们它们结合后生成碳氧血红蛋白结合后生成碳氧血红蛋白( (HbCOHbCO),),将严重将严重阻碍血液输氧阻碍血液输氧, ,引起缺氧引起缺氧, ,发生中毒。当发生中毒。当人体暴露在人体暴露在600600至至700mL/m3700mL/m3的的COCO环境中环境中,1,1小时后出现头痛、耳鸣和呕吐症状小时后出现头痛、耳鸣和呕吐症状, ,当人当人体暴露在体暴露在1500mL/m31500mL/m3的的COCO环境中环境中,1,1小时就小时就有生命危险。有

19、生命危险。2.2 大气污染大气污染n5 5、有机物质有机物质和和放射性气体放射性气体n 醛类醛类、酮类酮类和和苯及同系物苯及同系物等随呼吸吸入人等随呼吸吸入人体内成为体内成为肺癌肺癌的致病因子，有着强烈的致突变的致病因子，有着强烈的致突变性。室内空气质量有待提高，据统计性。室内空气质量有待提高，据统计68%68%人体人体疾病与室内污染有关。建筑涂料每年引起急性疾病与室内污染有关。建筑涂料每年引起急性中毒中毒400400余起，余起，1.51.5万余人中毒万余人中毒, ,，死亡约，死亡约350350人人/ /年。年。2.3 大气中污染物的化学转化大气中污染物的化学转化n2.3 2.3 大气中污染物

20、的大气中污染物的化学转化化学转化n1 1、大气层的、大气层的光化学特性光化学特性 n 大气的光化学特性又称大气的光化学特性又称光化学反应光化学反应或或光化光化作用作用，是指大气中的污染物质在可见光或紫外，是指大气中的污染物质在可见光或紫外线的照射下而发生化学反应。主要是受阳光的线的照射下而发生化学反应。主要是受阳光的照射照射，污染物吸收，污染物吸收光子光子而使该物质分子处于某而使该物质分子处于某个个电子激发态电子激发态，而引起与其它物质发生的化学，而引起与其它物质发生的化学反应。反应。n 光化学反应可引起光化学反应可引起化合、分解、电离、氧化合、分解、电离、氧化还原化还原等过程。主要可分为两类

21、：一类是等过程。主要可分为两类：一类是光合光合作用作用，如绿色植物使二氧化碳和水在日光照射，如绿色植物使二氧化碳和水在日光照射下，借植物叶绿素的帮助，吸收光能，合成碳下，借植物叶绿素的帮助，吸收光能，合成碳水化合物。另一类是水化合物。另一类是光分解作用光分解作用，如高层大气，如高层大气中分子氧吸收紫外线分解为原子氧；染料在空中分子氧吸收紫外线分解为原子氧；染料在空气中的褪色，胶片的感光作用等。气中的褪色，胶片的感光作用等。n光化学反应光化学反应是由物质的是由物质的分子吸收光子分子吸收光子后所引发的反应。分子后所引发的反应。分子吸收光子后，吸收光子后，内部的电子内部的电子发生发生能级跃迁能级跃迁

22、，形成，形成不稳定的激发不稳定的激发态态，然后进一步发生，然后进一步发生离解离解或其它反应。或其它反应。2.3 大气中污染物的化学转化大气中污染物的化学转化n 一般的光化学过程如下：一般的光化学过程如下：（1 1）引发反应产生）引发反应产生激发态分子激发态分子（A A* *）A A（分子）（分子）+ +hvAhvA* *（2 2）A A* *离解离解产生新物质（产生新物质（C1C1，C2C2）A A* *C1+C2+C1+C2+（3 3）A A* *与其它分子（与其它分子（B B）反应产生）反应产生新物质新物质（D1D1，D2D2）A A* *+BD1+D2+BD1+D2+2.3 大气中污染物

23、的化学转化大气中污染物的化学转化n （4 4）A A* *失去能量回到失去能量回到基态基态而发光（而发光（荧光荧光或或磷光磷光）A A* *A+hvA+hv（5 5）A A* * 与其它化学惰性分子（与其它化学惰性分子（M M）碰撞而）碰撞而失去活性失去活性A A* *+MA+M+MA+M2.3 大气中污染物的化学转化大气中污染物的化学转化n 反应（反应（1 1）是）是引发反应引发反应，是分子或原，是分子或原子吸收光子形成激发态子吸收光子形成激发态A A* *的反应。引发的反应。引发反应（反应（1 1）所吸收的光子能量需与分子或）所吸收的光子能量需与分子或原子的电子能级差的能量相适应。物质原子

24、的电子能级差的能量相适应。物质分子的电子能级差值较大，只有分子的电子能级差值较大，只有远紫外远紫外光、紫外光和可见光中高能部分光、紫外光和可见光中高能部分才能使才能使价电子激发到高能态。即波长小于价电子激发到高能态。即波长小于700 700 nmnm才有可能引发光化学反应。才有可能引发光化学反应。2.3 大气中污染物的化学转化大气中污染物的化学转化n 反应（反应（2 2）和（）和（3 3）是）是激发态分子激发态分子引引起的两种化学反应形式，其中反应（起的两种化学反应形式，其中反应（2 2）于大气中光化学反应中于大气中光化学反应中最重要最重要的一种，的一种，激发分子离解激发分子离解为为两个以上的

25、分子两个以上的分子、原子、原子或自由基，使大气中的污染物发生了或自由基，使大气中的污染物发生了转转化或迁移化或迁移。反应（。反应（4 4）和（）和（5 5）是激发态）是激发态分子失去能量的两种形式，结果是回到分子失去能量的两种形式，结果是回到原来的状态。原来的状态。 2.3 大气中污染物的化学转化大气中污染物的化学转化n2 2、硫氧化合物硫氧化合物在大气中的化学转化在大气中的化学转化 n 大气中的硫氧化合物包括大气中的硫氧化合物包括H H2 2S S、二氧化硫、二氧化硫、三氧化硫三氧化硫等，其中三氧化硫很容易溶解于水形等，其中三氧化硫很容易溶解于水形成硫酸，在与颗粒物作用生成硫酸盐气溶胶。成硫

26、酸，在与颗粒物作用生成硫酸盐气溶胶。n 一般情况下一般情况下SOSO2 2不容易直接不容易直接被被O O2 2所所氧化氧化，需，需要将要将SOSO2 2先行先行激活激活（光化学的激发态）或者需（光化学的激发态）或者需要氧化性更强的氧化剂来对之进行氧化。要氧化性更强的氧化剂来对之进行氧化。2.3 大气中污染物的化学转化大气中污染物的化学转化n2 2、SOSO2 2的气相氧化的气相氧化n 底层大气中底层大气中SOSO2 2的吸光过程是变成的吸光过程是变成激激发态发态SOSO2 2分子，而不是造成分子，而不是造成SOSO2 2的直接离解。的直接离解。 n SOSO2 2+hv(340-400nm)+

27、hv(340-400nm)3 3SOSO2 2( (三重态，三重态，电子自旋，平行，能态低电子自旋，平行，能态低) )n SO SO2 2+hv(290-340nm)+hv(290-340nm)1 1SOSO2 2( (单重态，单重态，电子自旋，反向，能态高电子自旋，反向，能态高) )2.3 大气中污染物的化学转化大气中污染物的化学转化n 但单重态的激发态但单重态的激发态SOSO2 2分子很分子很不稳定不稳定，立即可以通过放出立即可以通过放出磷光磷光转变为三重态或转变为三重态或基态。基态。n 1 1SOSO2 2+M+M3 3SOSO2 2+M+Mn 1 1SOSO2 2+MSO+MSO2 2

28、+M+Mn 1 1SOSO2 2SOSO2 2+hv+hvn SOSO2 2在大气中转化的最终结果是形成在大气中转化的最终结果是形成硫酸硫酸酸雨酸雨。 2.3 大气中污染物的化学转化大气中污染物的化学转化n3 3、氮氧化合物氮氧化合物在大气中的化学转化在大气中的化学转化 n NONO2 2：由于人类的排放，大气中二氧化氮：由于人类的排放，大气中二氧化氮的数量也在逐渐增多，它不但是一种污染气体，的数量也在逐渐增多，它不但是一种污染气体，而且在大气中比较活泼，可参与许多化学反应。而且在大气中比较活泼，可参与许多化学反应。特别是在城市上空，它是特别是在城市上空，它是重要的吸光物质重要的吸光物质，在，

29、在底层大气中能够吸收全部来自太阳的紫外线和底层大气中能够吸收全部来自太阳的紫外线和部分可见光。部分可见光。n 键能：键能：E0=300.5KJ/molE0=300.5KJ/mol，对应能够使其断裂，对应能够使其断裂的光子波长为的光子波长为420nm420nm。2.3 大气中污染物的化学转化大气中污染物的化学转化n 一般认为一般认为波长小于波长小于420nm420nm以下以下的光能的光能够引起够引起 NONO2 2分子的光解：分子的光解：n NONO2 2+hv(420nm)NO+hv(420nm)NO2 2* *NO+ONO+On O+O O+O2 2OO3 3n O O3 3+NONO+NO

30、NO2 2+O+O2 2n 其是其是对流层大气中的臭氧污染物对流层大气中的臭氧污染物的的来源。来源。 2.3 大气中污染物的化学转化大气中污染物的化学转化n4 4、光化学烟雾光化学烟雾 n 只要大气中存在三个条件：只要大气中存在三个条件：强烈的太阳光强烈的太阳光+ +碳氢化合物碳氢化合物+ +氮氧化合物氮氧化合物时，就会由光化学反时，就会由光化学反应引发一系列的化学过程，产生一些氧化性很应引发一系列的化学过程，产生一些氧化性很强的物质，如强的物质，如臭氧臭氧、PANPAN，HNOHNO3 3，H H2 2O O2 2等二次污等二次污染物，这种由一次污染物和二次污染物的混合染物，这种由一次污染物

31、和二次污染物的混合物所形成的烟雾污染现象，称为光化学烟雾，物所形成的烟雾污染现象，称为光化学烟雾，因最早在因最早在19401940年的美国洛杉矶首先发现，因此年的美国洛杉矶首先发现，因此又称为洛杉矶烟雾。又称为洛杉矶烟雾。2.3 大气中污染物的化学转化大气中污染物的化学转化n 引发反应主要是引发反应主要是NONO2 2光解：光解：n NONO2 2+hv(430nm)NO+O k1(NO+hv(430nm)NO+O k1(NO转化为转化为NO2NO2的的引发反应引发反应) )n O+O O+O2 2+MO+MO3 3 k2 k2n O O3 3+NONO+NONO2 2+O+O2 2 k3 k

32、32.3 大气中污染物的化学转化大气中污染物的化学转化n 碳氢化合物（烃类）的氧化能够得到大量碳氢化合物（烃类）的氧化能够得到大量活性自由基，对活性自由基的引发反应主要由活性自由基，对活性自由基的引发反应主要由于醛类和于醛类和NONO2 2光解：光解：n NONO2 2+hvNO+O (+hvNO+O (自由基发生的引发反应自由基发生的引发反应) )n RCHO+hvRCO+HRCHO+hvRCO+H ( (自由基发生的引发反应自由基发生的引发反应) )n RH+OR+HO( RH+OR+HO(自由基增殖反应自由基增殖反应) )n RH+HOR+H RH+HOR+H2 2O(O(自由基增殖反应

33、自由基增殖反应) )2.3 大气中污染物的化学转化大气中污染物的化学转化n R+OR+O2 2RORO2 2( (自由基增殖反应自由基增殖反应) )n H+O H+O2 2HOHO2 2( (自由基增殖反应自由基增殖反应) )n RCO+ O RCO+ O2 2RC(O)OO(RC(O)OO(自由基增殖反应自由基增殖反应) )n 大量的活性自由基大量的活性自由基(HO(HO2 2 RO RO2 2 ) )使使NONO转化为转化为NONO2 2n NO+HO NO+HO2 2NONO2 2+HO+HOn NO+RO NO+RO2 2NONO2 2+RO (RO+O+RO (RO+O2 2HOHO

34、2 2+RCHO)+RCHO) n NO+RC(O)OONO NO+RC(O)OONO2 2+RC(O)O +RC(O)O 2.3 大气中污染物的化学转化大气中污染物的化学转化n 光化学烟雾反应终止的条件：光化学烟雾反应终止的条件：NONO，HCHC等消等消耗殆尽，耗殆尽，O O3 3、NONO2 2、PANPAN、HNOHNO3 3等最终形成。等最终形成。n NONO2 2+HOHNO+HOHNO3 3n NO NO2 2+RC(O)OORC(O)OONO+RC(O)OORC(O)OONO2 2(PAN)(PAN)n O+O O+O2 2+MO3+MO3n RC(O)OONO RC(O)OO

35、NO2 2RC(O)OO+ NORC(O)OO+ NO2 22.3 大气中污染物的化学转化大气中污染物的化学转化n 光化学烟雾的光化学烟雾的防治对策防治对策n （1 1）改进技术改进技术：汽车尾气是氮氧化物和碳氢化：汽车尾气是氮氧化物和碳氢化合物的主要来源，改进技术控制汽车尾气排放是防合物的主要来源，改进技术控制汽车尾气排放是防止光化学烟雾的有效措施。止光化学烟雾的有效措施。n （2 2）改善能源结构改善能源结构。使用替代能源，尽量减少。使用替代能源，尽量减少使用化石燃料。使用化石燃料。n （3 3）加强监督管理加强监督管理。当氧化剂浓度达到。当氧化剂浓度达到0.5ppm0.5ppm时达到警戒

36、水平，氧化剂浓度达到时达到警戒水平，氧化剂浓度达到1.0ppm1.0ppm时达到危时达到危害健康水平，氧化剂浓度达到害健康水平，氧化剂浓度达到1.5ppm1.5ppm时达到严重危时达到严重危害健康水平。害健康水平。2.3 大气中污染物的化学转化大气中污染物的化学转化第二章第二章 大气污染控制与防治大气污染控制与防治n 大气污染物的主要大气污染物的主要来源来源是是人类的活动人类的活动。控制这些污染物的方法，控制这些污染物的方法，第一是对第一是对大气污染源大气污染源进行进行控制控制；第二是；第二是净化净化已被已被污染空气。污染空气。 墨西哥城大气污染现状墨西哥城大气污染现状第二章第二章 大气污染控

37、制与防治大气污染控制与防治n 控制大气污染的控制大气污染的综合措施综合措施n 1 1、严格环境管理严格环境管理实行有利于控制环境污染的实行有利于控制环境污染的经济政策；经济政策；n 2 2、合理布局合理布局工业；工业；n 3 3、选择、选择有利于有利于污染物扩散的污染物扩散的排放方式排放方式；n 4 4、区域、区域集中供暖集中供暖、供热；、供热；n 5 5、改变燃料构成改变燃料构成；n 6 6、绿化造林绿化造林2.3.1 颗粒污染物的控制颗粒污染物的控制n3.1 3.1 颗粒污染物的控制颗粒污染物的控制n 从废气中将从废气中将颗粒污染物分离颗粒污染物分离出来并加以出来并加以捕捕集、回收集、回收

38、的过程称为的过程称为除尘除尘，实现上述过程的装，实现上述过程的装备称为备称为除尘器除尘器。 n ( (一一) )除尘技术原理及设备除尘技术原理及设备n 根据除尘技术原理，可以概括为根据除尘技术原理，可以概括为机械力机械力除尘除尘、过滤除尘过滤除尘、静电除尘静电除尘和和湿式除尘湿式除尘四种四种类型，其中前三种可统称为类型，其中前三种可统称为干式除尘干式除尘。n1 1、机械力除尘机械力除尘n 机械力除尘机械力除尘是借助是借助质量力质量力的作用达到除尘的作用达到除尘目的的方法，相应的除尘装置称为目的的方法，相应的除尘装置称为机械式除尘机械式除尘器器。质量力包括。质量力包括重力重力、惯性力惯性力和和离

39、心力离心力, ,主要主要除尘器形式为除尘器形式为重力沉降室重力沉降室、惯性除尘器惯性除尘器和和旋风旋风除尘器除尘器等。等。2.3.1 颗粒污染物的控制颗粒污染物的控制n (1)(1)重力沉降重力沉降 n 它是利用颗粒污染物与气体它是利用颗粒污染物与气体密度密度不同，使不同，使颗粒污染物在颗粒污染物在重力重力作用下自然作用下自然沉降沉降下来，与气下来，与气体分离的过程。体分离的过程。n重力沉降室结构简单，造价低，压力损失小，便于重力沉降室结构简单，造价低，压力损失小，便于维护，且可以处理高温气体。主要缺点是只能捕集维护，且可以处理高温气体。主要缺点是只能捕集粒径较大的颗粒物，效率低，只能作为初级

40、除尘手粒径较大的颗粒物，效率低，只能作为初级除尘手段，主要用于高效除尘装置的前级除尘器。段，主要用于高效除尘装置的前级除尘器。2.3.1 颗粒污染物的控制颗粒污染物的控制n 重力沉降室实际上是一个重力沉降室实际上是一个断面较大断面较大的空的空室，含尘气体由室，含尘气体由断面较小断面较小的风管进入沉降室后，的风管进入沉降室后，气流速度气流速度大大大大降低降低，尘粒便在，尘粒便在重力重力作用下作用下沉降沉降下来。下来。n 提高沉降室除尘效率的主要途径为降低沉提高沉降室除尘效率的主要途径为降低沉降室内的降室内的气流速度气流速度，增加沉降室长度增加沉降室长度或或降低沉降低沉降室高度降室高度。在实际应用

41、中往往采取降低沉降室。在实际应用中往往采取降低沉降室高度的办法。高度的办法。2.3.1 颗粒污染物的控制颗粒污染物的控制 重力沉降室示意图重力沉降室示意图2.3.1 颗粒污染物的控制颗粒污染物的控制2.3.1 颗粒污染物的控制颗粒污染物的控制n (2)(2)惯性除尘惯性除尘 n 它是利用颗粒污染它是利用颗粒污染物与气体在运动中物与气体在运动中惯性惯性力力不同，使颗粒污染物不同，使颗粒污染物从气体中分离出来的过从气体中分离出来的过程。通常是使气流程。通常是使气流直接直接冲击冲击在挡板上，气流方在挡板上，气流方向发生向发生急剧改变急剧改变，气流，气流中的颗粒物中的颗粒物惯性惯性较大，较大，不能随气

42、流急剧转弯不能随气流急剧转弯, ,便便从气流中分离出来。从气流中分离出来。常见的惯性沉降室结构示意图常见的惯性沉降室结构示意图2.3.1 颗粒污染物的控制颗粒污染物的控制n (3)(3)离心除尘离心除尘n 是利用是利用旋转的气流旋转的气流所产生的所产生的离心力离心力，将颗，将颗粒污染物从气体中分离处理的过程。粒污染物从气体中分离处理的过程。n 它也称为旋风除尘器，具有结构简单、占地它也称为旋风除尘器，具有结构简单、占地面积小操作维修方便、压力损失中等、可用各种材面积小操作维修方便、压力损失中等、可用各种材料制造、能用于高温或高压及腐蚀性气体的优点。料制造、能用于高温或高压及腐蚀性气体的优点。一

43、般用来捕集一般用来捕集5 5至至1515微米以上地颗粒物，除尘效率微米以上地颗粒物，除尘效率可达可达80%80%左右，是机械式除尘器中效率最高的。主左右，是机械式除尘器中效率最高的。主要缺点是对要缺点是对5 5微米以下的细小颗粒物去除效果不理微米以下的细小颗粒物去除效果不理想。想。2.3.1 颗粒污染物的控制颗粒污染物的控制旋风除尘器设备与原理图旋风除尘器设备与原理图2.3.1 颗粒污染物的控制颗粒污染物的控制n2 2、过滤除尘过滤除尘n 过滤除尘是使气流通过过滤除尘是使气流通过多孔滤料多孔滤料，将气流，将气流中中颗粒污染物截留颗粒污染物截留下来，使气体下来，使气体得到净化得到净化的过的过程。

44、程。n 袋滤除尘是利用棉、毛或人造纤维等加工的滤袋滤除尘是利用棉、毛或人造纤维等加工的滤布捕集颗粒污染物的方法，主要通过筛分、惯性碰布捕集颗粒污染物的方法，主要通过筛分、惯性碰撞、扩散、静电等作用机制，依靠滤料表面来捕集撞、扩散、静电等作用机制，依靠滤料表面来捕集颗粒污染物，属于外部过滤。除尘效率高，一般可颗粒污染物，属于外部过滤。除尘效率高，一般可达达99%99%以上，适应极强，使用温度应低于以上，适应极强，使用温度应低于300300。2.3.1 颗粒污染物的控制颗粒污染物的控制袋式除尘器示意图袋式除尘器示意图n3 3、静电除尘静电除尘n 利用高压电场产生的利用高压电场产生的静电力静电力(

45、(库仑力库仑力) )的作的作用从气流中用从气流中分离分离悬浮粒子悬浮粒子( (尘粒或液滴尘粒或液滴) )的一种的一种方法。方法。n 静电除尘主要通过静电除尘主要通过粒子荷电粒子荷电、沉降沉降和和清除清除三个三个阶段实现颗粒污染物与气流的分离。静电除尘常用阶段实现颗粒污染物与气流的分离。静电除尘常用的设备为的设备为电除尘器电除尘器，工业上应用最广泛的是单区电，工业上应用最广泛的是单区电除尘器，即使粒子带电的电离作用与带电粒子的集除尘器，即使粒子带电的电离作用与带电粒子的集尘作用在同一电场中进行。尘作用在同一电场中进行。2.3.1 颗粒污染物的控制颗粒污染物的控制n 电除尘工作原理的三过程：电除尘

46、工作原理的三过程：悬浮粒子荷电悬浮粒子荷电，带电粒子在电场内迁移和捕集带电粒子在电场内迁移和捕集，将捕集物从集将捕集物从集尘表面上清除尘表面上清除。高压直流电晕是使粒子荷电的。高压直流电晕是使粒子荷电的最有效办法，电晕过程发生于活化的高压电极最有效办法，电晕过程发生于活化的高压电极和接地极之间，电极之间的空间内形成高浓度和接地极之间，电极之间的空间内形成高浓度的气体离子，含尘气流通过这个空间时，尘粒的气体离子，含尘气流通过这个空间时，尘粒因碰撞俘获气体离子而导致荷电。荷电粒子的因碰撞俘获气体离子而导致荷电。荷电粒子的捕集是使其通过延续的电晕电场或光滑的不放捕集是使其通过延续的电晕电场或光滑的不

47、放电的电极之间的纯静电场而实现的。电的电极之间的纯静电场而实现的。2.3.1 颗粒污染物的控制颗粒污染物的控制静电除尘器示意图静电除尘器示意图静电除尘器除尘效果图静电除尘器除尘效果图n4 4、湿式除尘湿式除尘 n 它也称为洗涤除尘。该方法是用它也称为洗涤除尘。该方法是用液体洗涤液体洗涤含尘气流，使尘粒与液膜、液滴或气泡含尘气流，使尘粒与液膜、液滴或气泡碰撞碰撞而而被被吸附吸附，凝聚变大凝聚变大，尘粒随液体排出，气体得，尘粒随液体排出，气体得到净化。到净化。n 由于洗涤液对多种气态污染物具有吸收作由于洗涤液对多种气态污染物具有吸收作用，因此它能净化气体中的固体颗粒物，又能用，因此它能净化气体中的

48、固体颗粒物，又能同时脱除气体中的气态有害物质，某些洗涤器同时脱除气体中的气态有害物质，某些洗涤器也可以单独充当吸收器使用。也可以单独充当吸收器使用。2.3.1 颗粒污染物的控制颗粒污染物的控制n 湿式除尘主要通过湿式除尘主要通过惯性碰撞、扩散、凝聚、惯性碰撞、扩散、凝聚、粘附粘附等作用来捕获尘粒。湿式除尘常用的有等作用来捕获尘粒。湿式除尘常用的有喷喷淋塔、填料塔、泡沫塔、卧式旋风水膜除尘器、淋塔、填料塔、泡沫塔、卧式旋风水膜除尘器、中心喷雾旋风除尘器、水浴式除尘器、射流洗中心喷雾旋风除尘器、水浴式除尘器、射流洗涤除尘器、文丘里洗涤除尘器涤除尘器、文丘里洗涤除尘器等。等。n 湿式除尘器结构简单、

49、造价低、除尘效率湿式除尘器结构简单、造价低、除尘效率高，在处理高温、易燃、易爆气体时安全性好。高，在处理高温、易燃、易爆气体时安全性好。不足是用水量大，易产生腐蚀性液体，产生的不足是用水量大，易产生腐蚀性液体，产生的废液或泥浆进行处理，并可能造成二次污染。废液或泥浆进行处理，并可能造成二次污染。2.3.1 颗粒污染物的控制颗粒污染物的控制n （1 1）泡沫除尘器泡沫除尘器n 泡沫除尘器简称泡沫塔。在泡沫塔中液体与气体泡沫除尘器简称泡沫塔。在泡沫塔中液体与气体相互作用相互作用并形成并形成大量的泡沫大量的泡沫，使气液之间有很大的，使气液之间有很大的接接触面积触面积，尽可能地增强气液两相的，尽可能地

50、增强气液两相的湍流程度湍流程度，最终使，最终使得颗粒物被泡沫塔所吸收。得颗粒物被泡沫塔所吸收。n 可分为溢流式和淋降式两种。在圆筒型溢流式泡可分为溢流式和淋降式两种。在圆筒型溢流式泡沫塔内，设有一块和多块多孔筛板，洗涤液加到顶层沫塔内，设有一块和多块多孔筛板，洗涤液加到顶层塔板上，并保持一定的原始液层，多余液体沿水平方塔板上，并保持一定的原始液层，多余液体沿水平方向横流过塔板后进入溢流管。待净化的气体从塔的下向横流过塔板后进入溢流管。待净化的气体从塔的下部导入，均匀穿过塔板上的小孔而分散于液体中，鼓部导入，均匀穿过塔板上的小孔而分散于液体中，鼓泡而出时产生大量泡沫。泡而出时产生大量泡沫。2.3

51、.1 颗粒污染物的控制颗粒污染物的控制 泡沫塔除尘设备的原理图泡沫塔除尘设备的原理图（a）重力喷雾式）重力喷雾式 （b）中心喷雾旋风式）中心喷雾旋风式泡沫除尘塔一般示意图泡沫除尘塔一般示意图2.3.1 颗粒污染物的控制颗粒污染物的控制n （2 2）文丘里洗涤器文丘里洗涤器n 文丘里洗涤器是一种高效湿式洗涤器，常文丘里洗涤器是一种高效湿式洗涤器，常用在高温烟气降温和除尘上，由用在高温烟气降温和除尘上，由收缩管收缩管、喉管喉管和和扩散管扩散管组成。含尘气体由组成。含尘气体由进气管进气管进入进入收缩管收缩管后，流速逐渐增大，气流的后，流速逐渐增大，气流的压力能压力能逐渐转变为逐渐转变为动能动能，在喉

52、管入口处，气速达到最大，一般为，在喉管入口处，气速达到最大，一般为50-180m/s50-180m/s。洗涤液（一般为水）通过沿喉管。洗涤液（一般为水）通过沿喉管周边均匀分布的喷嘴进入，液滴被高速气流雾周边均匀分布的喷嘴进入，液滴被高速气流雾化和加速，化和加速，充分的雾化充分的雾化是实现高效除尘的是实现高效除尘的基本基本条件条件。2.3.1 颗粒污染物的控制颗粒污染物的控制n1 1、微细颗粒以与气流相同的速、微细颗粒以与气流相同的速度进入喉管；度进入喉管；n2 2、在喉管处，水或液体由于气、在喉管处，水或液体由于气流作用被逐渐加速并迅速的雾流作用被逐渐加速并迅速的雾化，由于呈雾状的液体与颗粒化

53、，由于呈雾状的液体与颗粒物之间的惯性碰撞，实现微细物之间的惯性碰撞，实现微细颗粒被水或液体捕集。颗粒被水或液体捕集。n3 3、在旋风除尘器部分被捕集的、在旋风除尘器部分被捕集的微细颗粒由于质量增加，离心微细颗粒由于质量增加，离心力增大，从旋风除尘器的下部力增大，从旋风除尘器的下部分离，清洁空气从上部分离。分离，清洁空气从上部分离。 文丘里洗涤器除尘示意图文丘里洗涤器除尘示意图2.3.1 颗粒污染物的控制颗粒污染物的控制不同除尘技术除尘效率表不同除尘技术除尘效率表技术名称重力沉降除尘技术吸附与吸收除尘技术电收尘技术技术机理重力原理吸附、吸收原理电场原理 典型装置沉降室旋流除尘器布袋除尘器过滤除尘

54、器吸收洗涤塔静电除尘器除尘效率90或以下95以上98以上广泛应用领域 小型设备、低烟气量的粉尘处理工业生产（如水泥、医药）、有害粉尘的处理大型燃煤设备其它工业设备2.3.1 颗粒污染物的控制颗粒污染物的控制n3.2 3.2 气态污染物的控制技术气态污染物的控制技术n 1 1、吸收：气体吸收是溶质从气相传递到液相、吸收：气体吸收是溶质从气相传递到液相的相际间传质过程，对于吸收机理以双膜理论模型的相际间传质过程，对于吸收机理以双膜理论模型的应用较广。的应用较广。n 2 2、吸附：气体吸附是用多孔固体吸附剂将气、吸附：气体吸附是用多孔固体吸附剂将气体混合物中一种或数种组分被浓集于固体表面，而体混合物

55、中一种或数种组分被浓集于固体表面，而与其他组分分离的过程。与其他组分分离的过程。2.3.2 气态污染物的控制技术气态污染物的控制技术n 被吸附到固体表面的物质称为被吸附到固体表面的物质称为吸附质吸附质，附，附着吸附质的物质称为着吸附质的物质称为吸附剂吸附剂。吸附过程能够有。吸附过程能够有效脱除一般方法难于分离的低浓度有害物质，效脱除一般方法难于分离的低浓度有害物质，具有净化效率高、可回收有用组分、设备简单、具有净化效率高、可回收有用组分、设备简单、易实现自动化控制等优点，其缺点是吸附容量易实现自动化控制等优点，其缺点是吸附容量小、设备体积大。吸附可分为小、设备体积大。吸附可分为物理吸附物理吸附

56、和和化学化学吸附吸附。2.3.2 气态污染物的控制技术气态污染物的控制技术n 物理吸附的物理吸附的特征特征有：有：1 1、吸附质和吸附剂、吸附质和吸附剂间间不发生化学反应不发生化学反应；2 2、吸附过程极快吸附过程极快，参与，参与吸附的各相间常常瞬间达到平衡；吸附的各相间常常瞬间达到平衡；3 3、吸附为、吸附为放热反应放热反应；4 4，吸附剂与吸附质间的，吸附剂与吸附质间的吸附力不吸附力不强。强。n 化学吸附的化学吸附的特征特征有：有：1 1、吸附有、吸附有很强的选很强的选择性择性；2 2、吸附速率较慢吸附速率较慢，达到吸附平衡需相，达到吸附平衡需相当长的时间；当长的时间；3 3、升高温度升高

57、温度可可提高吸附速率提高吸附速率。2.3.2 气态污染物的控制技术气态污染物的控制技术n1.1.吸收法吸收法n 当当气液气液两相接触时，利用两相接触时，利用气体气体中的不同中的不同组分在同一组分在同一液体液体中的溶解度不同，可使中的溶解度不同，可使气体气体中的一种或数种溶解度大的组分进入到中的一种或数种溶解度大的组分进入到液相液相中，使气相中各组分中，使气相中各组分相对浓度相对浓度发生发生改变改变，气，气体即可得到体即可得到分离净化分离净化，这个过程称为，这个过程称为吸收吸收。吸收法使含有害物质的废气与适当的液体接吸收法使含有害物质的废气与适当的液体接触，从而废气中的有害物质被吸收到液体中，触

58、，从而废气中的有害物质被吸收到液体中，气体得到净化的过程。气体得到净化的过程。2.3.2 气态污染物的控制技术气态污染物的控制技术n 用来吸收气体中有害成分的液体叫用来吸收气体中有害成分的液体叫吸收剂吸收剂，被吸收的组分称为被吸收的组分称为吸收质吸收质，而吸收了吸收质后，而吸收了吸收质后的液体叫的液体叫吸收液吸收液。常用的吸收剂包括。常用的吸收剂包括: :适用于适用于去除溶于水的有害气体，如去除溶于水的有害气体，如氯化氢氯化氢、氨氨、二氧二氧化硫化硫、氟化氢氟化氢等；适用于等；适用于酸性气体酸性气体如二氧化硫、如二氧化硫、氮氧化物、硫化氢等的去除有氮氧化物、硫化氢等的去除有烧碱溶液烧碱溶液、石

59、灰石灰乳乳、氨水氨水等碱液等碱液; ;适用于适用于碱性气体碱性气体如氨的去除如氨的去除有有硫酸硫酸、盐酸盐酸等酸液；等酸液；碳酸丙稀酯碳酸丙稀酯、冷甲醇冷甲醇等等有机溶剂，可有效去除废气中的有机溶剂，可有效去除废气中的二氧化碳二氧化碳、硫硫化氢化氢等。等。2.3.2 气态污染物的控制技术气态污染物的控制技术n2.2.吸附法吸附法 由于由于固体表面固体表面上存在上存在未平衡和未饱和未平衡和未饱和的的分分子力或化学键力子力或化学键力，因此当其与气体接触时，就，因此当其与气体接触时，就能能吸引吸引气体分子，使其浓集在固体表面并保持气体分子，使其浓集在固体表面并保持其上，这种现象称为其上，这种现象称为

60、吸附吸附。 吸附法是利用固体表面的这种性质，使废吸附法是利用固体表面的这种性质，使废气与气与大表面多孔性大表面多孔性固体物资接触，将废气中的固体物资接触，将废气中的有害组分有害组分吸附吸附在固体表面上，达到净化的目的在固体表面上，达到净化的目的的过程。具有吸附作用的的过程。具有吸附作用的固体物质固体物质称为称为吸附剂吸附剂，被吸附的气体组分称为被吸附的气体组分称为吸附质吸附质。2.3.2 气态污染物的控制技术气态污染物的控制技术n 吸附过程是一个吸附过程是一个可逆过程可逆过程，在吸附质被吸，在吸附质被吸附的同时，部分已被吸附的吸附质分子因附的同时，部分已被吸附的吸附质分子因分子分子热运动热运动