第二章 大气环境化学(四).ppt

1、环境问题之三,臭氧层破坏,地球生命的保护伞,臭 氧,对流层（020km）,平流层（2050km）,中间层（50100km）,电离层（1001000km）,磁气层（1000km以上）,臭氧层 2530km,1 臭氧层的存在与作用,臭氧是氧的一种存在形式。平流层中含有地球上90%的臭氧。尽管在整个平流层中均可发现臭氧，但在距地面大约25公里的一个区域内臭氧浓度最高，这一区域被称为“臭氧层”。,千万不要小看这层薄薄的臭氧，它有效遮挡住阳光中有害的紫外线，对于波长越短、对生命危害越强的紫外线，臭氧的吸收作用也就越强；因此，只有长波紫外线UV-A（波长320nm）和少量中波UV-B能够辐射到地面。 臭氧

2、层就象撑在空中的一把伞，保护着地球上的生灵免遭短波紫外线的伤害。亿万年来，万物生灵在臭氧层保护伞的荫护下得以生存和繁衍。,臭氧层的作用,2.1臭氧量的多少决定于太阳紫外辐射强弱,一是 太阳活动强弱,二是 太阳紫外辐射强度随地球纬度的分布,2 臭氧层的现状,测 量 标 准,在一个标准大气压，气温为0的条件下 ， 百分之一毫米厚的臭氧定义为1个多布森Dobson， 在定量讨论臭氧变化时， 一般用D.U.作单位，读作多布森。,200个多布森,空洞！,2.2 近年来臭氧层的变化,南 极 地 区,南极臭氧空洞,1985年，英国科学家在南极哈雷湾观测站发现：在过去10-15年间、每到春天南极上空的臭氧浓度

3、就会减少约 30%，有近95%的臭氧被破坏。从地面上观测，高空的臭氧层已极其稀薄，与周围相比像是形成一个“洞”，直径达上千公里，“臭氧洞”由此而得名。卫星观测表明，到1998年臭氧空洞面积比1997年增大约 15%，几乎相当于三个澳大利亚大。前不久，日本环境厅发表的一项报告称，1998年南极上空臭氧空洞面积已达到历史最高记录，为2720万平方公里，比南极大陆还大约1倍。 美、日、英、俄等国家联合观测发现，近年来，北极上空臭氧层也减少了20%。在被称为是世界上“第三极”的青藏高原，中国大气物理及气象学者的观测也发现，青藏高原上空的臭氧正在以每10年 2.7% 的速度减少。根据全球总臭氧观测的结果

4、表明，除赤道外，1978-1991年总臭氧每10年间就减少 1%-5%。,1995年南极春季臭氧洞变化,2000年9月的空前臭氧洞,图 是美国航空航天局用卫星测绘出的南极臭氧层空洞，左图是2001年9月24日的臭氧层空洞图像，虽然只有一个，但其面积比北美洲还大。右图是2002年9月24日的图像，科学家首次发现臭氧层空洞居然一分为二，但总面积比去年减少了40%，科学家认为这要归因于南极洲气温的上升,北 极 地 区 及 北 半 球,81年3月 82年3月 91年3月 92年3月 93年3月 94年3月,北极熊,我 国 情 况,青藏高原,2.3 全球臭氧层变化情况,北半球中纬度地区冬/春季减少6%；

5、 北半球中纬度地区夏/秋季减少3%； 南半球中纬度地区全年平均减少5%； 南极地区春季减少50%； 北极地区春季减少15%。,臭氧层耗损导致UVB辐射增加,根据1998年UNEP评估报告，由于臭氧层耗损，不同地区UVB的变化如下： 北半球中纬度地区冬/春季增加了7%； 北半球中纬度地区夏/秋季增加了4%； 南半球中纬度地区全年平均增加了6%； 南极地区春季增加了130%； 北极地区春季增加了22%。,3 臭氧层破坏对地球的六大影响,1 对人体健康的影响 2 对陆生植物的影响 3 对水生生态系统的影响 4 对生物化学循环的影响 5 对材料的影响 6 对对流层大气组成及空气质量的影响,破坏臭氧层对

6、人体的影响,皮肤癌 白內障和其他眼部疾病 抑制免疫系統,臭氧洞的危害,损 害 人 类 健 康,破坏臭氧层对其他生物的影响,减少海里浮游生物的数目 减少企鹅的数目 减少蛙卵的成功孵化率,破 坏 地 球 生 态 平 衡,一九二八年，CFCs这种“神奇气体”被发明，并在商业上得以广泛的应用。CFCs无毒、性质稳定、不易燃烧、易于储存、价格便宜而被广泛用作致冷剂、喷雾剂、发泡剂及清洗剂等。日常生活的许多方面，如吸烟，家用电器，沙发，冰箱、空调使用等都涉及到氯氟烃类物质的使用。到80年初，全世界每年向大气排放100多万吨该类物质，而欧美日等发达国家的排放量占全世界90% 以上。,罪魁祸首,产量,什么是氟

7、氯碳化物 (CFCs)? 1,氟氯碳化合物 (CFCs) 包含氯、氟及碳 在1930年由杜邦化工公司开发 CFCs很受工业界欢迎 毒性低 化学性质稳定 价格便宜 用途 制冷剂 发胀剂 制作软发泡剂 清洁剂 推动剂,什么是氟氯碳化物(CFCs)? 2,CFCs 是各种喷雾产品的推动剂 (圖片來源: ),CFCs昔日曾用作電冰箱的製冷劑(圖片來源: ),4.1 消耗臭氧层的物质,是人造化学化合物 - 卤代烃，其中包括碳和卤素(氟、氯或溴)原子 ODSs 性质极其稳定，延续长久，存在于大气下层，可飘浮至离地面16公里的平流层 在平流层内ODSs遭紫外光作用而分解，释出氯原子等与臭氧作用而产生氧分子，

8、因而降低平流层内臭氧浓度 .,消耗臭氧层物质包括 含氯氟氢ChloroFluoroCarbons (CFC) 卤代碳氢化合物 (哈龙) HALogenated hydrocarbON (HALON) 甲基氯仿 (1,1,1-三氯乙烷) Methyl Chloroform (1,1,1-trichloroethane) 甲基溴 Methyl Bromide 四氯化碳 (四氯甲烷) Carbon tetrachloride (Tetrachloromethane) 含溴氟氢HydroBromoFluoroCarbons (HBFC) 含氯氟氢HydroChloroFluoroCarbons (HC

9、FC),4.2 消耗臭氧层物质的用途,CFC, HCFC ： 供冷气工程和制冷工业用作冷却剂 (CFC-11, CFC-12 and HCFC-22) 作为喷雾剂的推进剂 (CFC-11 and CFC-12) 供发泡胶工业用作发泡剂 供电子工业用作清洁剂 哈龙 HALONS 手提灭火器内所用的哈龙 (Halons 1211) 固定防火装置内所用的哈龙 (Halons 1301),消耗臭氧层物质的用途,三氯乙烷 1,1,1-trichloroethane 用作溶剂以清洁电子板和金属装置，作为涂改液的稀释剂， 纺织业(干洗)的清洁剂 四氯化碳 Carbon tetrachloride 供纺织和电

10、子业用作清洁剂,5 臭氧洞的形成原因,发 现 史,从左： 马克思 柏兰克 （Max Planck）化学研究所 的保罗 库森（Paul Crutzen） 德国的Mainz和马萨诸塞科 技研究所的 马里奥 穆连 (Mario Molina)，诺贝尔奖 的共同获得者 。 左上，Irvine州加利福尼亚 大学的F.希拉伍德 罗兰 （ F Sherwood Rowland）， 1995年获诺贝尔化学奖,臭氧层破坏机理得到验证,(1) 风输送物质过程(气流运动),对流层,平流层,(2)热力和动力作用(气温变化过程),安第斯山,落基山,(3) 臭氧光化学变化过程,臭氧层的稳定状态遭破坏原因,导致臭氧层破坏的

11、催化反应过程： 总反应 Y - 直接参加破坏O3的催化活性物种，包括NOX、HOX、ClOX等,a 平流层中NO，NO2来自于N2O氧化：,平流层中NOx对臭氧层破坏的影响,b 超音速飞机排放是NO，NOX的人 为来源，破坏O3层 总反应：,平流层中HO2来源于H2O，CH4等的反应:,总反应,平流层中HOx对臭氧层破坏的影响,平流层中ClOX天然来源自海洋生物产生的CH3Cl人为来源是制冷剂,平流层中ClOx对臭氧层破坏的影响,光解产生的 Cl 破坏O3 总反应：,6 控制臭氧层破坏的途径和政策,在现代经济中，氟里昂等物质应用非常广泛， 要全面淘汰，必须首先找到氟里昂等的替代物质 和替代技术

12、。,1传统的环境管制措施,经济手段,重大科研、技术和决策问题,臭氧层耗损机制 臭氧层耗损的社会、经济与环境影响 替代品与替代技术选择和发展战略 全球共享资源管理理论与机制 履行议定书的对策与策略，包括国际环境外交对策和与国内安全履约机制与措施,泡沫行业CFC-11消费量限制,淘汰方式,对大、中、小型符合资助的企业将分别采取不同的淘汰方式。通过招标体系来完成大多数大中企业的淘汰活动；基于地理、子行业特点，鼓励一些大中型企业与小消费企业通过企业重组或兼并以集团的方式竞标。 通过票证体系对一些小企业提供一定的设备支持、技术咨询、优先技术选择和设计服务。 不同的子行业、不同的地域采用不同的淘汰进程。费

13、用有效性将会是决定淘汰速率的主要因素。由于高昂的转产费用，小企业的淘汰活动的开展存在很大的困难。,淘汰措施,严格执行CFC生产整体淘汰计划，建立CFC进出口许可证和配额制度，实现CFC-11总量控制； 在2009年底前在PU泡沫行业颁布CFC-11消费禁令； 实施淘汰项目，控制消费； 制定和颁布政策法规确保行业计划的实施； 大力开展培训和宣传活动，提高公众意识，促进替代技术推广并鼓励企业积极参与到淘汰活动中；,淘汰措施,为企业提供替代品和替代技术选择、技术咨询等技术援助； 建立行之有效的监督和执行体系，包括开发管理信息系统，确保淘汰计划的实施； 推动替代品和替代技术的研究和开发； 制定替代品和

14、替代技术的技术指标和安全标准； 分阶段实施PU泡沫行业计划。淘汰计划在批准后开始实施，于2010年1月1日结束。,保护臭氧层，淘汰CFC的效益,可避免1,910万例非黑素瘤皮癌； 可避免1,500万例黑素瘤皮癌； 可避免33.35万例皮癌死亡； 可避免1.29亿例白内障； 可避免价值2,380亿美元的渔业损失； 可避免价值1,910亿美元的农业生产损失； 可避免建筑业中价值300亿美元的聚氯乙烯塑料产品损失； 合计为4,590亿美元加以上健康效益。,替代技术路线,软泡 二氯甲烷 (MC) 变压发泡技术（Variable Pressure Foaming） 液态CO2(LCD)技术 硬泡 戊烷

15、水发泡技术 HCFC-141b 自结皮 碳氢发泡 水发泡技术 HCFC-141b,保护臭氧层国际行动,1977年,联合国环境规划署设立一个统筹委员会来研究臭氧层。,1978年,美国、加拿 大、瑞典、挪威禁止使用 CFCs气溶胶。,1981年,UNEP开始启动 保护臭氧层的政府间协商。,1987年,蒙特例尔议定书制定了有关臭氧层消耗物质的议定。46个政府同意到2000年削减50%的CFCs的生产和消费；到1992年底冻结哈龙的生产和消费；以及通过专家的评价采取进一步的行动。,1985年，也就是南极臭氧洞发现的当年由联合国环境署发起。通过保护臭氧层的维也纳公约，首次在全球建立了共同控制臭氧层破坏的

16、一系列原则方针。1987年，大气臭氧层保护的重要历史性文件蒙特利尔议定书通过。在该议定书中，规定了保护臭氧层的受控物质种类和淘汰时间表，要求到2000年全球的氟利昂消减一半，并制定了针对氟利昂类物质生产、消耗、进口及出口等的控制措施。由于进一步的科学研究显示大气臭氧层损耗的状况更加严峻，1990年通过蒙特利尔议定书伦敦修正案。1992年通过了哥本哈根修正案，其中受控物质的种类再次扩充，完全淘汰的日程也一次次提前。,蒙特利尔议定书,在保护臭氧层方面， 我能够做什么呢？ 不要排放CFCs，而 应该回收它们。,在保护臭氧层方面， 我能够做什么呢？ 购买臭氧层友好产品！,中国已经成为最大的ODS生产国

17、和消费国,发达国家于1995年和1996年先后淘汰了CFCs和哈龙的生产和消费。1996年以来，中国ODS年生产和消费跃居世界第一位。1999年ODS生产和消费量各约7万吨。,中华人民共和国大气污染防治法,在国家规定的期限内，生产、进口消耗臭氧层物质的单位必须按照国务院有关行政主管部门核定的配额进行生产、进口。 违反本法第四十五条第二款规定，在国家规定的期限内，生产或者进口消耗臭氧层物质超过国务院有关行政主管部门核定配额的，由所在地省、自治区、直辖市人民政府有关行政主管部门处二万元以上二十万元以下罚款；情节严重的，由国务院有关行政主管部门取消生产、进口配额。,中国CFC淘汰计划,中国主要研究工

18、作,1987年开展消耗臭氧层物质的控制管理研究 1989年开展消耗臭氧层物质替代品的ODP值计算和平流层臭氧耗损对对流层臭氧的影响等研究 1992年编制并完成中国淘汰消耗臭氧层物质国家方案；1997-1999年修订中国淘汰消耗臭氧层物质国家方案 1995年以来开发并完成中国消防行业哈龙整体淘汰计划、中国清洗行业ODS整体淘汰计划、 中国化工行业CFC生产淘汰计划和中国烟草行业CFC整体淘汰计划等 1995-1999年保护臭氧层系列政策研究,国家方案制定与修订,中国逐步淘汰消耗臭氧层物质国家方案，于1993年获得国务院批准并正式实施。作为全球第一个国家方案不仅制定了中国履行蒙特利尔议定书的总体战略、行动计划和政策框架，并被UNEP作为其它缔约国编制国家方案的范本，先后被翻译成五种文字； 1999年承担并完成了国家方案的修订工作，该修订稿已于1999年11月获国务院批准 。,新机制开发,1997年开发完成的行业机制被国际社会认可, 该机制以费用-有效性为特征，以政策和监督管理及项目实施机制创新为保证； 新机制为中国相关行业淘汰ODS节约了27%的淘汰成本（据世界银行测算）； 采用该机制建立的中国消防行业哈龙整体淘汰计划为中国消防行业从议定书多边基金一次性获得了6,200万美元的资助； 该机制还被应用于清洗行业、 化工行业和烟草