环境污染及防治

环境污染及防治第1页，共83页，2023年，2月20日，星期二第一节大气污染及防治大气圈分层大气边界层主要特征大气成分大气污染及主要大气污染物大气污染控制第2页，共83页，2023年，2月20日，星期二空气的重要意义人是完全靠空气生存的，成年人平均每天约需１Kg粮食和2Kg水，但对空气的需求就大得多，每天约13.6Kg（合10m3）。若三者都断绝供应，引起死亡的首先是空气；要是空气中混进有毒害的物质，则毒物随空气不断地被吸入肺部，通过血液遍布全身，对人体健康直接产生危害。大气污染对人的影响不同于土壤和水的污染，它不仅时间长且范围广（较多是地域性的，也有全球性的）。发生的八大“公害事件”，其中五起是因大气污染造成的。第3页，共83页，2023年，2月20日，星期二一、大气圈组成大气圈约10000km

地球大气圈的总质量约6000×1012t，占地球总质量的0.0001%左右大气质量50％集中在下部5km大气质量75％集中在下部10km大气质量90％集中在下部30km

大气物理学和污染物气象学中，大气圈层的上界为1200~1400km

污染层0~12km第4页，共83页，2023年，2月20日，星期二外层：大气层的最外层暖层：又称电离层，顶界约800~1000km,下部主要由分子氮组成，上部主要由原子氧组成中间层:层顶高约80~85km，有强烈的垂直对流运动，气温随高度增加而下降。平流层:为一等温层50~65km,存在约20km的臭氧层，进入平流层的化学物质最大的危害是破坏臭氧层。对流层：大气层最下一层，约6-18km,平均12km。下部气温高，向上气温降低，空气对流强烈，出现各种复杂的气象现象。是人类活动最为密切的大气层部分。第5页，共83页，2023年，2月20日，星期二

二大气的组成（一）恒定成分：（二）可变组分：CO2、H2O蒸气由恒定组分和可变组分所组成的大气称为洁净大气。（三）不定组分（大气污染物）第6页，共83页，2023年，2月20日，星期二第7页，共83页，2023年，2月20日，星期二（三）不定组分（大气污染物）自然界火山爆发、森林火灾、海啸、地震及人类活动进入大气的各种物质：尘埃、H2S、S、SOX、NOX、盐类、恶臭气体、煤烟、粉尘等

第8页，共83页，2023年，2月20日，星期二大气污染的含义国际标准化组织定义（ISO）定义：指自然界中局部的职能变化和人类的生产和生活活动改变大气圈中某些原有成分和向大气中排放有毒害物质，以致使大气质量恶化，影响原来有利的生态平衡体系，严重威胁着人体健康和正常工农业生产，以及对建筑物和设备财产等的损坏.第9页，共83页，2023年，2月20日，星期二三、大气污染源第10页，共83页，2023年，2月20日，星期二

火山爆发自然源

森林火灾等

工业企业排放的废气农业活动排放的废气汽车排放的废气等人工源第11页，共83页，2023年，2月20日，星期二火山爆发第12页，共83页，2023年，2月20日，星期二第13页，共83页，2023年，2月20日，星期二四、主要污染物根据污染物的形成过程分：一次污染物/二次污染物根据污染物的形态分：气态污染物/颗粒污染物第14页，共83页，2023年，2月20日，星期二

一次污染物二次污染物直接从各种污染源排放到大气中的有害物质。一次污染物在大气中相互作用或它们与大气中正常组分发生反应所产生的新污染物。（一）一次污染物和二次污染物第15页，共83页，2023年，2月20日，星期二二次污染物的形成在物理、化学或生物因素的作用下，或是与环境中其他物质发生反应物理、化学性状与一次污染物不同的新污染物二次污染物继发性污染物一次污染物由污染源直接排入环境的、其物理和化学性状未发生变化的污染物第16页，共83页，2023年，2月20日，星期二提问：光化学烟雾出现条件是什么？O3、过氧乙酰硝酸酯（PAN）、甲醛和酮类光化学烟雾1、大气中光化学烟雾的形成

静风低湿度高温度紫外线光化学反应汽车尾气：氮氧化物、碳氢化合物hv(290~430nm第17页，共83页，2023年，2月20日，星期二光化学烟雾产生机理NO2＋hv(290~430nm)NO+O·

O·＋O2

＋MO3

＋MO3+NONO2

＋O2

O3+HC中间产物

醛、酮、PAN、PBZN中间产物：R·、RO·、HO·、RCO·（酰基）、ROO·（过氧烷基）和RCOO·（过氧酰基）

O第18页，共83页，2023年，2月20日，星期二大气氧化能力不断增强第19页，共83页，2023年，2月20日，星期二光化学烟雾危害（1）醛类等物质刺激眼睛（2）臭氧引起胸部压缩、刺激粘膜、头痛、咳嗽、疲倦等症状（3）臭氧能损害有机物质（4）氧化剂增多会使得哮喘增多，植物毁坏第20页，共83页，2023年，2月20日，星期二第21页，共83页，2023年，2月20日，星期二2、硫酸烟雾

提问：硫酸烟雾出现条件是什么？答：SO2、颗粒气溶胶、相对湿度比较高，气温较低、逆温和大雾天气。第22页，共83页，2023年，2月20日，星期二硫酸烟雾产生机理大气中颗粒气溶胶具有凝聚大其中水分和吸收SO2与氧气的能力。在颗粒气溶胶表面发生SO2的催化氧化反应（1）SO2＋H2OH+＋HSO3-

（2）HSO3-

＋H+＋O2H2SO4（雾）Fe、Mn第23页，共83页，2023年，2月20日，星期二时间飘尘浓度SO2浓度死亡人数（mg/m3）（mg/m3）1952.124.463.84000多19563.251.61000多19572.401.84001962.122.84.1750总悬浮颗粒物中硫酸盐：约10％（主要为硫酸铵）硝酸盐：约5％金属：约5％（三十多种，以铁为最多）有机物：约5％（脂肪烃多于芳香烃，94％的多环芳烃吸附于小于2.5um的颗粒上）第24页，共83页，2023年，2月20日，星期二(二)颗粒污染物和气态污染物第25页，共83页，2023年，2月20日，星期二1颗粒污染物尘粒：直径大于10μm的固体微粒烟尘：直径小于1μm的固体微粒雾尘：液体微粒<100μm煤尘：燃烧过程中未被燃烧的煤粉尘及露天煤矿的煤扬尘气溶胶：悬浮于空气中的固液微粒，直径小于1μm第26页，共83页，2023年，2月20日，星期二第27页，共83页，2023年，2月20日，星期二总悬浮微粒（TSP）又称总悬浮颗粒物，指漂浮在空气中各种不同粒径，在重力作用下不易沉降到地面的液体或固体微粒。（其粒径大约为0.1-100μm）第28页，共83页，2023年，2月20日，星期二降尘粒径大于10μm的颗粒，如水泥粉尘、金属粉尘、飞尘等一般颗粒大，比重也大，在重力作用下，易沉降，危害范围较小第29页，共83页，2023年，2月20日，星期二飘尘粒径小于10μm的粒子，粒径小，比重也小，可长期漂浮在大气中，具有胶体性质，又称气溶胶(aerosol)。易随呼吸进入人体，危害健康，因此也称可吸入颗粒物（IP）。第30页，共83页，2023年，2月20日，星期二可吸入颗粒物（PM10）：悬浮在空气中，空气动力学直径小于10um的颗粒物可吸入颗粒物（PM2.5）：悬浮在空气中，空气动力学直径小于2.5um的颗粒物第31页，共83页，2023年，2月20日，星期二第32页，共83页，2023年，2月20日，星期二危害（1）形成细粒子层，是化学反应床，是多项反应的载体。（2）遮挡阳光、使气温降低，或形成冷凝核心，使云雾和雨水增多，影响气候（阳伞效应）（3）使可见度降低，交通不便，航空和汽车事故增加（4）可见度差，照明电耗增加，燃料随之增加，空气污染加剧，形成恶性循环（5）用四乙基铅作汽油的防爆剂时，排入空气中的铅微粒危害大（6）燃煤时产生的SO2

，加之微粒，对人体的呼吸系统危害大第33页，共83页，2023年，2月20日，星期二火山爆发第34页，共83页，2023年，2月20日，星期二阳伞效应1912年，阿拉斯加火山爆发，使得到达地面的太阳辐射量减少10％～20％。1963年，阿贡火山爆发后，火山灰绕地球四周，使气温下降，气候异常。1991年，菲律宾皮纳图博火山两度爆发，推测火山爆发使得全球降温0.5华氏度。第35页，共83页，2023年，2月20日，星期二2气态状污染物常见的有：CO、NOx、HC化合物、SOx、光化学烟雾、硫酸烟雾等硫化物（民用炉、热电站、金属冶炼、硫酸厂）；氮化物（硝酸厂、氮肥厂、炸药厂）；氧化物（CO、CO2）；卤化物（氟化物、氯化物、制碱厂）；有机物质的污染第36页，共83页，2023年，2月20日，星期二3、城市大气的主要污染物一次污染物大气氧化剂颗粒物细粒子首要空气污染物:PM10第37页，共83页，2023年，2月20日，星期二五、我国空气质量日报空气质量日报的组成：污染指数API

首要污染物空气质量级别

第38页，共83页，2023年，2月20日，星期二（一）、空气污染指数（API）根据环境空气质量标准和各项污染物对人体健康和生态环境的影响来确定污染指数的分级及相应的污染物浓度值。评价因子：SO2、NO2、PM10

、CO、氧化剂O3评价标准：环境空气质量标准各项污染物对人体健康和生态环境的影响第39页，共83页，2023年，2月20日，星期二环境空气质量标准（GB3095-1996）污染物名称一级(年均/日均/1小时均)二级(年均/日均/1小时均)三级(年均/日均/1小时均)浓度单位SO20.02/0.05/0.150.06/0.15/0.50.10/0.25/0.70mg/m3(标态)TSP0.08/0.120.2/0.30.3/0.5PM100.04/0.050.1/0.150.15/0.25NOx0.05/0.1/0.150.05/0.1/0.150.1/0.15/0.30NO20.04/0.08/0.120.05/0.1/0.120.1/0.15/0.24CO4/104/106/20O30.120.160.2SO2、TSP

、PM10

、NOx

、NO2

、CO

、O3

、Pb、BaP、氟化物等第40页，共83页，2023年，2月20日，星期二空气污染指数（API）计算（1）污染分指数计算：Ii第i种污染参数的污染分指数Ci第i种污染参数的浓度值In第i种污染参数n的转折点的污染分指数In＋1

第i种污染参数n＋1的转折点的污染分指数Cnn转折点上第i种污染参数的浓度值Cn＋1n＋1转折点上第i种污染参数的浓度值第41页，共83页，2023年，2月20日，星期二例：[SO2]＝0.042mg/m3、[NO2]=0.018、[PM10]=0.135，求其API值APISO2NO2PM10COO3描述500.050.080.0550.12优1000.150.120.15100.20良2000.80.280.35600.40轻微<150轻度>1503001.60.560.42900.80中度污染4002.10.750.51201.00重污染5002.620.940.61501.20重污染ISO2=(0.042-0)/(0.05-0)×（50-0）+0=42INO2=(0.018-0)/(0.08-0)×（50-0）+0=12IPM10=(0.133-0.05)/(0.15-0.05)×（100-50）+50=92第42页，共83页，2023年，2月20日，星期二（2）求最大值得APIMax(ISO2，INO2，IPM10)＝92该市当天API为92首要污染物为PM10第43页，共83页，2023年，2月20日，星期二（二）污染描述（空气质量）50优一级标准100良二级标准200<150轻微污染>150轻度污染300中度污染400重污染500重污染第44页，共83页，2023年，2月20日，星期二六、室内空气质量和居室环境质量第45页，共83页，2023年，2月20日，星期二室内空气污染来源生活污染建筑装饰材料第46页，共83页，2023年，2月20日，星期二室内空气主要污染物甲醛苯氨气第47页，共83页，2023年，2月20日，星期二甲醛来源于胶合板、人造板及家具、贴墙布纸、化纤地毯、泡沫塑料、油漆、涂料等0.1mg/m3，不适感觉有异味0.5mg/m3，刺激眼睛流泪0.6mg/m3，引起咽喉不适或疼痛高浓度对免疫系统、肝脏、神经系统危害第48页，共83页，2023年，2月20日，星期二苯来源于各种胶、油漆、涂料、防水涂料的溶剂或稀释剂危害：轻者头晕、头痛、恶心、胸闷、乏力、意识模糊严重者可以昏迷以致呼吸循环衰竭而死亡可以破坏造血功能，引起白细胞和血小板减少，导致再生障碍性贫血第49页，共83页，2023年，2月20日，星期二氨、氡来自于建筑材料第50页，共83页，2023年，2月20日，星期二室内花草吸收有害物质芦荟、仙人掌、非洲菊、吊兰、虎尾兰可以有效吸收甲醛月季、蔷薇吸收较多的苯、苯酚、硫化氢、乙醚铁树、菊花、常春藤可以减少苯、二甲苯的污染龟背竹、一叶兰、虎尾兰能吸收室内80％以上的有害气体。第51页，共83页，2023年，2月20日，星期二第52页，共83页，2023年，2月20日，星期二七、汽车尾气排放与排放标准第53页，共83页，2023年，2月20日，星期二汽车尾气中的主要污染物COHCNOxPM第54页，共83页，2023年，2月20日，星期二中美穗汽车排放因子(单位：g/辆·km-1）比较(车速约23km/h)

污染物国别轿车轻型重型重型摩托轿车汽车柴油车车

中国10.211.417.09.44.8

HC美国2.52.88.42.14.0广州5.48.922.933.310.4中国85.284.8235.631.317.2

CO美国19.024.0102.011.524.4广州45.451.1123.010.939.3

中国1.63.25.053.40.5

NOX

美国1.01.23.110.20.4广州2.43.76.517.40.2

第55页，共83页，2023年，2月20日，星期二欧洲汽车排放标准（汽油车）(g/km)COHCNOxHC+NOxPM实施日期欧一2.720.970.1492.7.1欧二2.20.596.1.1欧三2.30.20.1500.1.1欧四1.00.10.080.02505.1.1第56页，共83页，2023年，2月20日，星期二八、大气边界层（1.2~1.5km）主要特征湍流风温度的垂直分布第57页，共83页，2023年，2月20日，星期二（一）大气湍流大气湍流：在主导方向出现的（上下左右）无规则阵发性搅动的气流第58页，共83页，2023年，2月20日，星期二涡团与污染物扩散a小尺度涡团：扩散缓慢b大尺度涡团：截面变化不大c尺度相仿涡团：很快扩散复合尺度涡团：较快扩散第59页，共83页，2023年，2月20日，星期二

（二）风风向:

风向频率玫瑰图输送污染物（影响污染物的扩散方向）第60页，共83页，2023年，2月20日，星期二工厂设置在居民区最小风频的上风地带或与常年盛行风向垂直的郊外。第61页，共83页，2023年，2月20日，星期二第62页，共83页，2023年，2月20日，星期二六里屯垃圾填埋厂选址问题北京市西北高、东南低的特征，西北风作为主要的风向，让海淀区成为名副其实的上风上水之地。六里屯垃圾填埋厂处于上风口，如果焚烧厂投入使用，高大的焚烧炉所排放的二恶英等烟尘，会在风力的作用下快速扩散，影响全北京市。第63页，共83页，2023年，2月20日，星期二风速：决定污染物的扩散和稀释状况

污染物在大气中的浓度与平均风速成反比。风速增大1倍，则下风向污染物浓度将减少一半第64页，共83页，2023年，2月20日，星期二（三）温度的垂直分布1温度层结：地球表面上方大气的温度随高度变化的情况。（或在垂直地球表面方向上的气温分布）第65页，共83页，2023年，2月20日，星期二2、气温垂直递减率

γ在垂直于地球表面方向上，每升高100米气温的变化值

γ=dT/dH

T：温度H：离地面高度

γ平均＝0.65

（对流层）第66页，共83页，2023年，2月20日，星期二3温度层结种类正常分布层结或递减层结：

气温随高度增加而递减，即γ

＞0逆温

气温随高度增加而增加，即γ

＜0第67页，共83页，2023年，2月20日，星期二4逆温大气温度垂直递减率小于零时，上层温度高于下层温度第68页，共83页，2023年，2月20日，星期二第69页，共83页，2023年，2月20日，星期二逆温的种类：辐射性逆温下沉逆温湍流性逆温锋面逆温地形逆温第70页，共83页，2023年，2月20日，星期二（1）辐射逆温晴朗、少云无风的夜间，风速＜3m/s(二级)时，地面因强烈的有效辐射而很快冷却，近地面气温下降快，较高气层冷却慢，气温下降慢，形成自地面向上发展的逆温层，称为辐射逆温。条件：晴朗、微风、无云或云层很薄很高，使地面失去保温层，散热快又多，因而降温激烈，微风有助逆温层向上扩散，但风速＜2~3m/s。如风大，上下层空气间的湍流交换加强，热量下传，不利于逆温层的形成。第71页，共83页，2023年，2月20日，星期二(a)正常温度层结(b)逆温开始生成，随地面辐射增强，迅速冷却，逐渐向上发展(c)辐射达到最强时为黎明前(d)日出后，地面增温，空气自上而下增温，逆温逐渐消失(e)上午10时左右，逆温消失几十至几百米,它多出现在冬季冷高压控制下第72页，共83页，2023年，2月20日，星期二（2）下沉逆温高压控制区较大气团下沉运动时，常使原来稳定层结的空气压缩