大气污染物教学教程.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,2.,大气污染物,2.1,大气污染物的类别,2.1.1,概念,2.1.2,大气污染物组成分类,2.1.3,大气污染物浓度表示法,2.2,主要大气污染物及其循环,2.2.1,含硫化合物,2.2.2,含氮化合物,2.2.3,碳氧化物,2.2.4,碳氢化合物,2.2.5,卤素化合物,2.2.6,光化学氧化剂,大气污染,：大气中存在的某种物质超过了正常的环境水平，且对受体产生了可以测量出来的不良效应。受体包括人、生物、材料、气候等。,大气污染物,：使大气产生污染的称为大气污染物，包括气态（气体、蒸汽）和颗粒物（气溶胶）。,大气污染物一旦进入大气这个动态体系（,源,的输入），就参加到与植物、海洋、土壤等不断进行的物质交换过程，参与大气循环过程。经过一定时间后，又通过大气中的化学反应、生物活动和物理沉降等过程从大气中除去（,汇,的输出）。如果输出大气的速率小于输入大气的速率，就会在大气中相对地积累。当浓度高到超过安全水平时，就会直接地或间接地对人、畜、水体、植被和材料造成急、慢性伤害。这就是大气污染形成的过程。,大气污染对大气性质的影响：,降低能见度 由于气体分子和颗粒物对可见光的吸收和散射的结果,形成雾及降水 尽管城市温度较高而,pH,值较低，但雾的生成频率高于农村,减少太阳辐射,改变温度和风的分布,2.1.2.1,按物理状态分,（,1,）,气态污染物,（约占,90%,）：常温下是气体或蒸汽（,gases and vapors,），就是以气态方式输入并停留在大气中的污染物，包括,SO,x,、,NO,x,、,CO,x,、,HC,、,CFC,s,等。,（,2,）大气颗粒物（气溶胶，占,10%,）：大气气溶胶体系中分散的各种粒子。,2.1.2.2,按粒径分,（,1,）总悬浮颗粒物,TSP,：采用标准的大容量采样器在铝膜上收集到的总颗粒物的质量。采用标准的大容量采样器在铝膜上收集到的总颗粒物的质量。,（,2,）飘尘,SPM,：,Dp,10,m,m,的颗粒物。,（,3,）可吸入粒子,IP,：可通过呼吸进入呼吸系统的颗粒物，,Dp,10,m,m,。,（,4,）降尘：采用降尘罐所能收集到的颗粒物。,细粒子：,fine particle,D,p,2.5,m,或,D,p,3.5,m,粗粒子：,coarse particle,D,p,2.5,m,或,D,p,3.5,m,2.1.2.3,按形成过程分,一次污染物,是指直接从污染源排放的污染物质，如,CO,、,SO,2,、,NO,等。,二次污染物,是指由一次污染物经化学反应或光化学反应形成的污染物质，如光化学氧化剂,O,x,（由天然源和人为源排放的氮氧化合物和碳氢化合物，在日光照射下，发生光化学反应生成的。主要包括臭氧、过氧乙酰硝酸酯、二氧化氮、醛类、过氧化氢等能危害动植物，具有刺激性、氧化性的物质。实际上就是光化学烟雾）、臭氧（,O,3,）、硫酸盐颗粒物等。,2.1.2.4,按化学类型分,（,1,）含硫化合物（,SO,2,、,H,2,S,、,(CH,3,),2,S,、,H,2,SO,4,）；,（,2,）含氮化合物（,NO,、,NO,2,、,NH,3,、,HNO,2,、,N,2,O,）；,（,3,）一氧化碳和二氧化碳；,（,4,）碳氢化合物和碳、氢、氧化合物（烃类、醛、酮等）；,（,5,）光化学氧化剂（,O,3,、,PAN,、,H,2,O,2,等）；,（,6,）含卤素化合物（,HF,、,HCl,和,CFC,s,等）；,（,7,）颗粒物（,H,2,SO,4,、,SO,4,2-,、,NO,3,-,、多环芳烃及重金属元素等）；,（,8,）放射性物质。,2.1.3.1,混合比单位表示法,x,（体积、质量）,ppm,（百万分之一）等,这种浓度表示法主要用于气态污染物，对于大气中低浓度物质是合适的。当表示浓度相对较高的物质时，比如源排放的物质浓度时，可直接用百分数表示。,例：大气中,O,3,的本底浓度是,0.03,ppm,；,CO,2,的本底浓度是,350,ppm,。,2.1.3.2,单位体积内物质的质量数表示法,A,一般对气体常用,g/m,3,，颗粒物则用,g/m,3,或个数,/,cm,3,。,在大气压为,101325Pa,（标准气压）、温度为,25,（,298K,）时，,2.1.3.3,单位体积内物质的数量表示法,用于比,ppt,还要低的浓度水平，例如自由基浓度等，表示每立方厘米空气中有多少个分子、原子或自由基。可以由,ppm,换算过来。,在大气压为,101325Pa,（标准气压）、温度为,25,（,298K,）时，每立方厘米的分子数为,即,1,ppm,相当于,2.4610,13,分子,/,cm,3,。,举例：,OH,自由基在污染空气中的浓度是,0.1,ppt,=2.4610,6,个,/,cm,3,2.2.1,含硫化合物,SO,2,、,H,2,S,、,SO,3,、,H,2,SO,4,、,SO,4,2-,、,CS,2,、,COS,、,Me,2,S,、,Me,2,S,2,、,HSMe,、,C,2,H,5,SH,含硫化合物的环境浓度,2.2.1.1 H,2,S,和有机硫化物,H,2,S,中毒：,10,g,L,-1,天然源：生物、火山、有机,S,生物源：水、土壤中有机残体无氧细菌作用，海洋生物活动排放，源强（,12.5,）,10,6,t/y,火山：产生,H,2,S,、,SO,2,等,有机,S,：氧化产生,H,2,S,人为源：工业排放，,H,2,S,源强为,SO,2,源强的,2%,汇：氧化（,OH,、,O,2,、,O,）,2.2.1.2 SO,2,无色，刺激性，,1ppm,即产生刺激性，,NO,x,破坏平流层,O,3,2.2.2.3 NH,3,10ppm,时对生物造成危害，与,H,2,O,作用生成碱性,NH,3,H,2,O,大气中的氨不是重要的污染物，主要来自动物废弃物、土壤腐殖质的氨化、土壤,NH,3,基肥料的损失以及工业排放。,源 天然源：生物残体或排泄物，,47100,10,6,t/y,，,人为源：工业排放，煤燃烧（,412,10,6,t/y,）,汇：,NH,4,+,态气溶胶湿沉降（,3885,10,6,t/y,，,1976,年）、干沉降（,10,10,6,t/y,），大气化学反应（,OH,自由基氧化）转化为,NO,x,。,2.2.2.4 HNO,3,、,NO,3,-,2.2.3,碳氧化物,2.2.3.1 CO,源、汇,源 人为源 矿物燃料燃烧过程，不完全燃烧，,640,10,6,t/y,，其中,80%,来自交通工具，原因是内燃机炉壁的冷却作用造成。,天然源,（,a,）,CH,4,转化,640,10,7,t/y,，占大气,CO,总量的,20%,（,b,）海水中,CO,挥发,100,10,6,t/y,（,c,）植物排放的,HC,经大气反应转化,60,10,6,t/y,（,d,）植物叶绿素分解 （,50100,）,10,6,t/y,（,e,）森林、草原火灾,60,10,6,t/y,汇,（,a,）土壤吸收 活细菌代谢，热带土活性最高，沙漠最低；汇强,450,10,6,t/y,CO,的环境浓度,t,CO,=0.10.4y,，随高度和纬度强烈变化，全球,0.190.04,ppm,，平均,0.1,ppm,；城市,50100,ppm,，,45%,年增长率；可参与光化学烟雾形成；增长后会导致全球性环境问题，,CO,增长,1.52.0,倍会导致,OH,减少，致使,CH,4,聚集；毒性表现为：,（,b,）与,OH,反应转化为,CO,2,2.2.3.2 CO,2,源、汇,源 天然源,（,a,）海洋脱气作用,（,b,）,CH,4,的转化,（,c,）动植物呼吸作用，生物残体自然氧化,人为源 矿物燃料燃烧（完全燃烧）,汇：（,a,）植物光合作用转化为生物碳,（,b,）溶解于海水,CO,2,的环境浓度,2.2.4,碳氢化合物,2.2.4.1,CH,4,源汇,源 天然源：含碳有机化合物经厌氧细菌作用，,513,10,6,t/y,人为源：天然气、原油泄露,汇：与,OH,反应转化为,CO,、,CO,2,，向平流层扩散，起到终止,Cl,作用,甲烷环境浓度（,100,年来变化，,70%,源于直接排放，,30%,源于,OH,减少；温室效应比,CO,2,高,20,倍。）,2.2.4.2,非甲烷烃（,NMHC,）源汇,源 天然源：植物排放萜烯类，,1.7,10,9,t/y,表 不同人为源排放烃类估计量,类别：烃类（,CH,4,、,C,2,H,4,、,C,2,H,2,、,C,3,H,6,、,C,4,H,10,、,）、,醛类（甲醛、乙醛、丙醛、丙烯醛、苯甲醛）、芳烃、多环芳烃,汇：大气化学反应或转化为有机气溶胶,环境浓度：海洋上空,8,g,m,-3,10ppb,陆地上空,50,g,m,-3,62ppb,城市,5,ppm,2.2.5,卤素化合物,2.2.5.1,卤代烃,CH,3,Cl,、,CH,3,Br,、,CH,3,I,、,CHCl,3,、,C,2,H,2,Cl,3,、,CCl,4,、,CFC-11,（,CFCl,3,）、,CFC-12,（,CF,2,Cl,2,）、,CFC-113,（,CFCl,2,CF,2,Cl,）、,CFC-114,（,CF,3,CF,2,Cl,）、,CFC-115,（,CF,3,CF,2,Cl,）、,Halon,-1301,（,CF,3,Br,）、,Halon,-1211,（,CF,2,ClBr,）、,Halon,-2402,（,C,2,F,4,Br,2,）。,源 冷却剂、喷雾剂、发泡剂、灭火剂、溶剂,汇 （,a,）对流层化学或光化学反应去除（含,H,的）,（,b,）扩散至平流层光解离（不含,H,的）,环境效应：破坏平流层,O,3,，引起对流层气候变化，引发全球性环境问题。,表 卤代烃在对流层环境浓度,2.2.5.2,无机氯化物,Cl,2,、,HCl,，刺激性、腐蚀性,源 天然源：火山排放，,7.6,10,6,t/y,表,Cl,2,和,HCl,排放量估计（美国资料）,汇：降水湿去除，扩散到地表被土壤、植被吸收,2.2.5.3,氟化物,HF,、,SiF,4,、,H,2,SiF,6,、,F,2,、,CaF,2,源 天然源：火山,人为源：,（,a,）使用萤石（,CaF,2,）、冰晶石（,Na,3,AlF,6,）和磷灰石（,3,Ca,3,(PO,4,),2,CaF,2,）的工业，钢铁、铝厂、磷肥厂,（,b,）以土为原料的工业（,600700,ppm,）：瓷、瓦、砖,（,c,）燃煤工业,汇：降水湿去除、扩散至地表被土壤、植被吸收,（该类污染在中国较为普遍，是累积性的，可顺食物链传递。）,2.2.6,光化学氧化剂（,O,x,）,O,3,、,PAN,s,、,NO,2,、醛、,H,2,O,2,、,R,2,O,2,2.2.6.1 O,3,的源和汇,源 天然源,人为源：（,a,）交通运输,NO,x,、,HC,（,b,）石油化工综合工业区（,eg,.,兰州西固）,（,c,）燃煤电厂烟羽,汇：（,a,）气相汇机制,自由基生成和反应机制,（,b,）非均相汇机制,云滴和降水的去除作用,O,3,的环境浓度,0.020.06,ppm,，有明显单峰日变化，日光型；明显季节变化,2.2.6.2,过氧酸酯,源：,PAN,寿命为,30min/300K,，,3,天,/290K,，,1,月,/260K,，因此,PAN,作为光化学烟雾远距离输送的指示剂、,NO,2,的储库、夜间非光解自由基的源。,环境浓度：,0.50.7,ppb,本底，有明显的日变化（中午最高）、季变化（夏季最高）。,汇：热解，一级反应,