硫氧化物的转化及硫酸烟雾型污染ppt课件.ppt

第二章第二章第二章第二章 大气环境化学大气环境化学大气环境化学大气环境化学 七、硫氧化物的转化及硫酸烟雾型污染七、硫氧化物的转化及硫酸烟雾型污染七、硫氧化物的转化及硫酸烟雾型污染七、硫氧化物的转化及硫酸烟雾型污染l污染源中主要硫氧化物：污染源中主要硫氧化物：SOSO2 2（sulfur dioxidesulfur dioxide）lSOSO2 2来源：来源：人为排放源：含硫矿物燃料的燃烧过程人为排放源：含硫矿物燃料的燃烧过程 煤煤 石油石油 0.50.5-6-6 0.50.5-3-3 天天 然然 来来 源：主要是火山喷发，大部分以源：主要是火山喷发，大部分以SOSO2 2形式存在，形式存在，少量为少量为H H2 2S S。H H2 2S S在大气中很快被氧化成在大气中很快被氧化成SOSO2 2。l硫在燃料中可能以有机硫化物或元素硫的形式存在。硫在燃料中可能以有机硫化物或元素硫的形式存在。l对对于于城城市市和和工工业业区区，由由于于SOSO2 2排排放放量量大大，会会造造成成大大气气污污染染，产产生生酸雨和硫酸烟雾型污染等。酸雨和硫酸烟雾型污染等。1 1二氧化硫的气相氧化二氧化硫的气相氧化lSOSO2 2 SO SO3 3+H+H2 2O HO H2 2SOSO4 4（酸雨或硫酸烟雾）（酸雨或硫酸烟雾）lH H2 2SOSO4 4+NHNH4 4+（阳离子）（阳离子）硫酸盐气溶胶硫酸盐气溶胶（1 1）SOSO2 2的直接光氧化的直接光氧化吸收太阳中的紫外光后进行两种电子允许跃迁：吸收太阳中的紫外光后进行两种电子允许跃迁：(2)SO(2)SO2 2被自由基氧化被自由基氧化HOHO、HOHO2 2、RORO、RORO2 2、RC(O)ORC(O)O2 2、O O 自由基的来源：自由基的来源：（1 1）一次污染物）一次污染物NOxNOx的光解的光解（2 2）光解产物与活性碳氢化物相互作用）光解产物与活性碳氢化物相互作用（3 3）光化学反应产物的光解过程，如醛、亚硝酸、过氧化氢）光化学反应产物的光解过程，如醛、亚硝酸、过氧化氢SOSO2 2与与HOHO的反应的反应速速率率决决定定步步骤骤形成酸雨形成酸雨自由基自由基SOSO2 2与其他自由基的反应：与其他自由基的反应：l与二元活性自由基的反应与二元活性自由基的反应l其他自由基氧化其他自由基氧化 O+SO O+SO2 2 SO SO3 3 H H2 2SOSO4 4H H2 2O OH H2 2O O2 2二氧化硫的液相氧化二氧化硫的液相氧化lSOSO2 2可以溶于大气中的水可以溶于大气中的水l吸附在颗粒物上，并溶解于颗粒物表面所吸附的水中吸附在颗粒物上，并溶解于颗粒物表面所吸附的水中（1 1）SOSO2 2被水吸收被水吸收(2)O(2)O3 3对对SOSO2 2的氧化的氧化l污染空气中污染空气中O O3 3浓度比清洁空气中高浓度比清洁空气中高pHpH对对三三个个反反应应的的重重要要性性有何影响？有何影响？k ko o=2.4=2.410104 4 L/(molL/(mols)s)k k1 1=3.7=3.710105 5 L/(molL/(mols)s)k k2 2=1.5=1.510109 9 L/(mol L/(mols)s)OO3 30.05mL/m0.05mL/m3 3,pH5.5pH5.5O O3 3氧化作用大于氧化作用大于O O2 2湿度低时，反应较慢湿度低时，反应较慢过氧亚硫酸过氧亚硫酸(3)H(3)H2 2O O2 2对对SOSO2 2的氧化的氧化l在在pHpH为为 0-8 0-8 范围内均可发生氧化反应，通常氧化反应式可表示范围内均可发生氧化反应，通常氧化反应式可表示为：为：(4)(4)金属离子对金属离子对SOSO2 2液相氧化的催化作用液相氧化的催化作用Mn(II)Mn(II)的的催催化化氧氧化化反反应应：在在SOSO2 2催催化化氧氧化化中中，通通常常认认为为MnMn2+2+的的催催化作用较大。有人对此提出的反应机理如下：化作用较大。有人对此提出的反应机理如下：总反应总反应 Mn Mn2+2+2SO2SO2 2+2H+2H2 2O+OO+O2 2 2H 2H2 2SOSO4 4Fe(III)Fe(III)催化氧化催化氧化 当有氧存在时，当有氧存在时，Fe(III)Fe(III)对对S(IV)S(IV)的氧化起催化作用的氧化起催化作用Fe(II)Fe(II)的催化氧化的催化氧化 低低pHpH条件下，条件下，Fe(II)Fe(II)可以对可以对S(IV)S(IV)的氧化起催化作用，的氧化起催化作用，但必须经过一个诱发期。但必须经过一个诱发期。为什么？为什么？FeFe3+3+和和MnMn2+2+共存时的催化氧化共存时的催化氧化 两种离子共存时，具有协同作用两种离子共存时，具有协同作用(1)pH(1)pH低于低于4 4或或5 5时，时，H H2 2O O2 2的的氧化是主要途径氧化是主要途径（2 2）pH5pH5或或更更大大时时，臭臭氧氧的的氧化作用比氧化作用比H H2 2O O2 2的快的快1010倍倍（3 3）高高pHpH时时，FeFe和和MnMn的的催催化化氧化作用可能是主要的。氧化作用可能是主要的。（4 4）在所研究的）在所研究的pHpH范围内，范围内，HNOHNO2 2(NO(NO2 2-)和和NONO2 2，对，对S(IV)S(IV)的的氧化作用都不重要。氧化作用都不重要。3 3硫酸烟雾型污染硫酸烟雾型污染 硫硫酸酸烟烟雾雾也也称称为为伦伦敦敦烟烟雾雾，最最早早发发生生在在英英国国伦伦敦敦。它它主主要要是是由由于于燃燃煤煤而而排排放放出出来来的的SOSO2 2、颗颗粒粒物物以以及及由由SOSO2 2氧氧化化所所形形成成的的硫硫酸酸盐颗粒物所造成的大气污染现象。盐颗粒物所造成的大气污染现象。l发发生生条条件件：这这种种污污染染多多发发生生在在冬冬季季，气气温温较较低低、湿湿度度较较高高和和日日光光较弱的气象条件下。较弱的气象条件下。如如19521952年年1212月月在在伦伦敦敦发发生生的的一一次次硫硫酸酸烟烟雾雾型型污污染染事事件件。当当时时伦伦敦敦上上空空受受冷冷高高压压控控制制，高高空空中中的的云云阻阻挡挡了了来来自自太太阳阳的的光光。地地面面温温度度迅迅速速降降低低，相相对对湿湿度度高高达达8080，于于是是就就形形成成了了雾雾。由由于于地地面面温温度度低低，上上空空又又形形成成了了一一逆逆温温层层。大大量量家家庭庭的的烟烟囱囱和和工工厂厂所所排排放放出出来来的的烟烟就就积积聚聚在在低低层层大大气气中中，难难以以扩扩散散，这这样样在在低低层层大大气气中中就就形形成成了很浓的黄色烟雾。了很浓的黄色烟雾。l硫硫酸酸型型烟烟雾雾形形成成机机制制：在在硫硫酸酸型型烟烟雾雾的的形形成成过过程程中中，SOSO2 2转转变变为为SOSO3 3的的氧氧化化反反应应主主要要靠靠雾雾滴滴中中锰锰、铁铁及及氨氨的的催催化化作作用用而而加加速速完完成成。同时同时SOSO2 2的氧化速度还会受到其他污染物、温度以及光强等的影响。的氧化速度还会受到其他污染物、温度以及光强等的影响。l硫酸烟雾型硫酸烟雾型还原烟雾还原烟雾l光化学烟雾光化学烟雾氧化烟雾氧化烟雾l目目前前已已发发现现两两种种类类型型烟烟雾雾污污染染可可交交替替发发生生。例例如如，广广州州夏夏季季是是以以光化学烟雾为主，而冬季则以硫酸烟雾为主。光化学烟雾为主，而冬季则以硫酸烟雾为主。l硫硫酸酸烟烟雾雾型型和和光光化化学学烟烟雾雾在在许许多多方方面面具具有有相相反反的的化化学学行行为为。表表2 26 6给出了两种类型烟雾的区别。给出了两种类型烟雾的区别。八、酸性降水八、酸性降水(acid deposition)(acid deposition)酸性降水是指通过降水，如雨、雪、雾、冰雹等将大气中的酸性酸性降水是指通过降水，如雨、雪、雾、冰雹等将大气中的酸性物质迁移到地面的过程。物质迁移到地面的过程。l湿沉降湿沉降最常见的酸性降水就是酸雨。这种降水过程称为湿最常见的酸性降水就是酸雨。这种降水过程称为湿沉降。沉降。l干沉降干沉降指大气中的酸性物质在气流的作用下直接迁移到地指大气中的酸性物质在气流的作用下直接迁移到地面的过程。面的过程。5.0 or 5.6 5.0 or 5.6 酸雨的酸雨的pHpH界限？界限？1 1降水的降水的pHpHl在未被污染的大气中，可溶于水且含量比较大的酸性气体是在未被污染的大气中，可溶于水且含量比较大的酸性气体是COCO2 2。l如果只把如果只把COCO2 2作为影响天然降水作为影响天然降水pHpH的因素，根据的因素，根据COCO2 2的全球大气的全球大气浓度浓度330mL/m330mL/m3 3与纯水的平衡：与纯水的平衡：l将将HH+、HCOHCO3 3-和和COCO3 32-2-代入上式，得：代入上式，得：在一定温度下，在一定温度下，K Kw w、K KH H、K K1 1、K K2 2、p pCO2CO2都有固定值，都有固定值，并可测得，计算得到并可测得，计算得到pH=5.6pH=5.6能否用能否用pH=5.6pH=5.6作为降水是否酸化的判别值？作为降水是否酸化的判别值？未被污染的大气降水的未被污染的大气降水的pHpH一定正好是一定正好是5.6 5.6 吗？吗？除除COCO2 2以外，大气中对降水以外，大气中对降水pHpH值有影响的成分包括：值有影响的成分包括：l酸性或碱性气态物质、气溶胶，含量虽少，但可能会有影响酸性或碱性气态物质、气溶胶，含量虽少，但可能会有影响l天天然然产产生生的的硝硝酸酸和和硫硫酸酸、地地域域大大气气中中含含碱碱性性尘尘粒粒或或其其他他碱碱性性气气体，如体，如NHNH3 3含量高，会导致降水含量高，会导致降水pHpH升高。升高。2 2降水的背景值降水的背景值l由由于于世世界界各各地地区区自自然然条条件件不不同同，如如地地质质、气气象象、水水文文等等的的差差异异，会会造造成成各各地地区区降降水水pHpH的的不不同同。表表2-72-7列列出出了了世世界界某某些些地地区区降降水水pHpH的背景值，从中发现降水的背景值，从中发现降水pHpH值均小于或等于值均小于或等于5.05.0。把把5.05.0作为酸雨作为酸雨pHpH的界限更符合实际情况的界限更符合实际情况3.3.降水的化学组成降水的化学组成（1 1）降水的组成，通常包括以下几类：）降水的组成，通常包括以下几类：大气中固定气体成分：大气中固定气体成分：O O2 2、N N2 2、COCO2 2、H H2 2及惰性气体及惰性气体无机物：无机物：土壤衍生矿物离子土壤衍生矿物离子 海洋盐类离子海洋盐类离子 气体转化产物气体转化产物 人为排放源人为排放源有机物：有机酸、醛类、烷烃、烯烃和芳烃。有机物：有机酸、醛类、烷烃、烯烃和芳烃。光化学反应产物：光化学反应产物：H H2 2O O2 2，O O3 3和和PANPAN等。等。不溶物：土壤粒子、燃烧排放尘粒不溶物：土壤粒子、燃烧排放尘粒（2 2）降水的离子成分）降水的离子成分降水中最重要的离子：降水中最重要的离子：SOSO4 42-2-、NONO3 3-、ClCl-、NHNH4 4+、CaCa2+2+和和H H+4.4.酸雨的化学组成酸雨的化学组成l酸雨中含有多种无机酸和有机酸，其中绝大部分是硫酸和硝酸，酸雨中含有多种无机酸和有机酸，其中绝大部分是硫酸和硝酸，多数情况下以硫酸为主。多数情况下以硫酸为主。l酸雨成因：从污染源排放出来的酸雨成因：从污染源排放出来的SOSO2 2和和NOxNOx是形成酸雨的主要起始是形成酸雨的主要起始物，其形成过程为：物，其形成过程为：OO各种氧化剂各种氧化剂如：如：O O3 3、HOHO2 2大大气气颗颗粒粒物物中中的的MnMn、CuCu、V V等是酸性气体氧化的催化剂等是酸性气体氧化的催化剂降水的酸度是酸和碱平衡的结果降水的酸度是酸和碱平衡的结果l对酸性有贡献的包括：对酸性有贡献的包括：SOSO2 2和和NONOx xl对碱性有贡献的包括：飞灰中的氧化钙、土壤中的碳酸钙、天对碱性有贡献的包括：飞灰中的氧化钙、土壤中的碳酸钙、天然和人为来源的然和人为来源的NHNH3 3以及其他碱性物质以及其他碱性物质l如降水中酸量大于碱量，就会形成酸雨。所以，研究酸雨必须如降水中酸量大于碱量，就会形成酸雨。所以，研究酸雨必须进行雨水样品的化学分析，通常分析测定的化学组分有如下几进行雨水样品的化学分析，通常分析测定的化学组分有如下几种离子：种离子：我国降水酸度主要由哪几类离子的相互作用决定？我国降水酸度主要由哪几类离子的相互作用决定？p72p72 阳离子：阳离子：H H+、CaCa2+2+、NHNH4 4+、NaNa+、K K+、MgMg2+2+阴离子：阴离子：SOSO4 42-2-、NONO3 3-、ClCl-、HCOHCO3 3-5.5.酸雨的形成机制酸雨的形成机制从从化化学学角角度度看看，大大气气中中酸酸性性物物质质增增加加或或碱碱性性物物质质减减少少，或或二二者者同同时发生，都将导致降水酸化。时发生，都将导致降水酸化。u在在成成雨雨的的过过程程中中，排排入入大大气气的的SOSO2 2、NONOX X被被氧氧化化后后在在云云层层内内与与云云滴滴作用形成酸性雨，或者在雨滴形成的同时被直接吸收而成酸性雨。作用形成酸性雨，或者在雨滴形成的同时被直接吸收而成酸性雨。u水蒸气也可冷凝在含有硫酸盐和硝酸盐等气溶胶的凝结核上。水蒸气也可冷凝在含有硫酸盐和硝酸盐等气溶胶的凝结核上。u气气溶溶胶胶粒粒子子和和细细小小的的水水滴滴也也可可能能在在云云雾雾形形成成过过程程中中互互相相碰碰撞撞合合并并，同时与水滴结合。同时与水滴结合。人为活动如何影响酸雨的形成？人为活动如何影响酸雨的形成？l人为排放的硫酸和人为排放的硫酸和SOSO2 2主要是由化石燃料的燃烧产生的，主要是由化石燃料的燃烧产生的，l硝酸和硝酸和 NONOX X主要是由汽车尾气以及煤、石油的燃烧过程产生的。主要是由汽车尾气以及煤、石油的燃烧过程产生的。l盐酸的人工来源也主要是由含氯物质的燃烧产生的。盐酸的人工来源也主要是由含氯物质的燃烧产生的。l制制酸酸、氯氯碱碱、化化肥肥、塑塑料料、制制药药等等生生产产过过程程，也也都都是是酸酸雨雨的的污污染染源。源。6.6.酸雨的危害酸雨的危害酸酸雨雨污污染染是是一一种种区区域域性性的的污污染染。虽虽然然它它不不像像COCO2 2那那样样属属于于全全球球性性的的，但其危害也相当严重。但其危害也相当严重。（1 1）酸雨降到地面）酸雨降到地面l使土壤中的钙、镁、钾等营养元素溶出并迅速流失。使土壤中的钙、镁、钾等营养元素溶出并迅速流失。l使使土土壤壤中中的的有有毒毒金金属属元元素素溶溶解解，变变成成水水溶溶液液，连连同同水水分分一一起起被被植植物吸收，影响植物生长甚至造成植物死亡。物吸收，影响植物生长甚至造成植物死亡。（2 2）酸酸雨雨降降落落到到湖湖泊泊中中，导导致致水水体体酸酸化化鱼鱼类类死死亡亡。酸酸性性水水还还会会使使水水底底沉沉积积物物释释放放出出有有毒毒物物质质，如如铅铅、铜铜、镍镍等等。酸酸雨雨对对水水系系、植植物物、土土壤壤等等的的影影响响，导导致致了了自自然然生生态态环环境境的的破破坏坏，并并危危及及野野生生动动物物的的生存。生存。（3 3）酸酸雨雨加加速速了了房房屋屋、桥桥梁梁、水水坝坝、工工业业设设备备、供供水水管管网网、通通信信电电缆缆等等的的腐腐蚀蚀；对对文文物物古古迹迹、历历史史建建筑筑、雕雕刻刻、装装饰饰等等各各种种重重要要文文化化设设施施造造成成严严重重损损害害。一一些些世世界界上上的的著著名名文文化化遗遗物物，如如雅雅典典的的巴巴特农神殿和罗马的图拉真凯旋柱都正在遭受酸雨的侵蚀。特农神殿和罗马的图拉真凯旋柱都正在遭受酸雨的侵蚀。7 7、影响酸雨形成的因素、影响酸雨形成的因素（1 1）酸性污染物的排放及其转化条件）酸性污染物的排放及其转化条件（2 2）大气中的氨）大气中的氨（3 3）颗粒物酸度及其缓冲能力）颗粒物酸度及其缓冲能力（4 4）天气形势的影响）天气形势的影响 问题：问题：1 1、NHNH3 3对大气降水的酸性有何影响？对大气降水的酸性有何影响？2 2、颗粒物对酸雨形成有什么影响？、颗粒物对酸雨形成有什么影响？3 3、为什么我国西南地区发生大面积强酸性降雨？、为什么我国西南地区发生大面积强酸性降雨？九、温室气体和温室效应九、温室气体和温室效应(greenhouse effect)(greenhouse effect)1.1.温室效应温室效应 来来自自太太阳阳各各种种波波长长的的辐辐射射，一一部部分分在在到到达达地地面面之之前前被被大大气气反反射射回回外外空空间间或或者者被被大大气气吸吸收收之之后后再再辐辐射射而而返返回回外外空空间间，一一部部分分直直接接到到达达地地面面或或者者通通过过大大气气而而散散射射到到地地面面。到到达达地地面面的的辐辐射射有有少少量量短短波波长长的的紫紫外外光光、大大量量的的可可见见光光和和长长波波红红外外光光。这这些些辐辐射射在在被被地地面面吸吸收收之之后后，最最终终都都以以长长波波辐辐射射的的形形式式又又返返回回外外空空间间，从从而而维维持持地地球球的的热平衡。热平衡。u大气中的大气中的COCO2 2虽然含量比水分子低得多，但它可强烈地吸收波长虽然含量比水分子低得多，但它可强烈地吸收波长为为120012001630nm1630nm的红外辐射，因而它在大气中的存在对截留红的红外辐射，因而它在大气中的存在对截留红外辐射能量影响较大。对于维持地球热平衡有重要的影响。外辐射能量影响较大。对于维持地球热平衡有重要的影响。COCO2 2如如温温室室的的玻玻璃璃一一样样，它它允允许许来来自自太太阳阳的的可可见见光光射射到到地地面面，也也能能阻阻止止地地面面重重新新辐辐射射出出来来的的红红外外光光返返回回外外空空间间。因因此此，COCO2 2起起着着单单向向过过滤滤器器的的作作用用。大大气气中中的的COCO2 2吸吸收收了了地地面面辐辐射射出出来来的的红红外外光光，把把能能量量截截留留于于大大气气之之中中，从从而而使使大大气气温温度度升升高高，这这种种现现象称为温室效应。象称为温室效应。2 2、温室气体、温室气体 能能够够引引起起温温室室效效应应的的气气体体，称称为为温温室室气气体体。如如果果大大气气中中温温室室气气体体增增多多，便便可可有有过过多多的的能能量量保保留留在在大大气气中中而而不不能能正正常常地地向向外外空空间间辐辐射射，这这样样就就会会使使地地表表面面和和大大气气的的平平衡衡温温度度升升高高对对整整个个地地球的生态平衡会有巨大的影响。球的生态平衡会有巨大的影响。问题：问题：COCO2 2浓度升高的原因是什么？浓度升高的原因是什么？在这些温室气体中，甲烷的温室效应比在这些温室气体中，甲烷的温室效应比COCO2 2大大2020倍。倍。氟里昂将在氟里昂将在2020世纪成为温室效应的第二大促成因素。世纪成为温室效应的第二大促成因素。3 3、温室效应的影响、温室效应的影响温温室室效效应应是是由由于于人人类类自自身身活活动动所所造造成成的的一一种种大大规规模模的的环环境境灾灾难难。近近百百年年来来全全球球气气候候呈呈现现变变暖暖的的趋趋势势。变变暖暖速速度度是是最最后后冰冰期期结结束束以以来自然变暖的来自然变暖的15154040倍。倍。l科科学学家家们们预预言言，人人类类如如不不采采取取果果断断和和必必要要的的措措施施，到到2030203020502050年年，大大气气中中的的二二氧氧化化碳碳含含量量将将比比工工业业革革命命时时增增加加一一倍倍，全全球球平均气温有可能升高平均气温有可能升高1.51.55.05.0。l现现在在全全球球的的平平均均气气温温大大约约是是1414，如如果果温温度度上上升升33，有有的的生生物物将将面面临临过过去去十十万万年年所所未未遭遭遇遇的的生生存存条条件件。如如果果温温度度上上升升44，地地球将是四千万年前的始新世以来最温暖的时期。球将是四千万年前的始新世以来最温暖的时期。l气温升高，将使寒带和极地的冰川大量融化，海平面可能上升气温升高，将使寒带和极地的冰川大量融化，海平面可能上升3030140cm140cm，从而淹没地势低的沿海城市和河流三角洲，给人类，从而淹没地势低的沿海城市和河流三角洲，给人类现在的生活带来无法估量的损失。现在的生活带来无法估量的损失。l气候变暖会使半干旱的热带地区变得更加干旱，并加快土地沙气候变暖会使半干旱的热带地区变得更加干旱，并加快土地沙漠化。漠化。l气候变暖会使有的地区降雨量猛增而成涝灾。气候变暖会使有的地区降雨量猛增而成涝灾。气气候候变变暖暖的的最最大大威威胁胁还还不不只只是是平平均均气气温温升升高高，而而是是出出现现极极端端高高温温、百百年年不不遇遇的的干干旱旱、异异乎乎寻寻常常的的热热浪浪、行行凶凶肆肆虐虐的的飓飓风风和和龙龙卷卷风风等等，带带来来致致命命的的灾灾难难。急急剧剧的的气气温温变变化化，还还会会使使许许多多生生物物难以适应，导致许多物种加速灭绝。难以适应，导致许多物种加速灭绝。一般认为，温室效应对北半球的影响比南半球更为严重一般认为，温室效应对北半球的影响比南半球更为严重十、臭氧层的形成与耗损十、臭氧层的形成与耗损臭臭氧氧层层能能够够吸吸收收9999以以上上来来自自太太阳阳的的紫紫外外辐辐射射，从从而而保保护护了了地地球球上上的的生生物不受其伤害。物不受其伤害。540雾化、冷凝过程净化空气浓雾fog液滴1机械粉碎，扬尘，煤燃烧能形成水核烟尘fume固液微粒0.011蒸发、凝集、升华等过程，难再分散影响能见度烟smoke固体微粒1升华、冷凝、燃烧过程降低能见度、影响健康烟雾smog液滴、固粒1冷凝过程，化学反应降低能见度、影响健康烟炱soot固体微粒0.5燃烧、升华、冷凝过程影响人体健康霾haze液滴、固粒1凝聚过程、化学反应湿度小石油吸水性，其他同烟3 3、大气颗粒物的作用、大气颗粒物的作用l清洁空气中，大气颗粒物很少，参与云的形成和大清洁空气中，大气颗粒物很少，参与云的形成和大 气降水过程气降水过程u污染大气中，吸附大气中的组分污染大气中，吸附大气中的组分 大气（污染物）反应的载体大气（污染物）反应的载体 影响太阳辐射和大气能见度影响太阳辐射和大气能见度 较大颗粒吸收太阳辐射较大颗粒吸收太阳辐射 小颗粒散射太阳光小颗粒散射太阳光大气中许多气态污染物的最终归宿是形成气溶胶粒子大气中许多气态污染物的最终归宿是形成气溶胶粒子爱根核爱根核模模4 4、大气颗粒物的去除过程、大气颗粒物的去除过程大大气气颗颗粒粒物物的的去去除除与与颗颗粒粒物物的的粒粒度度、化化学学组组成成及及性性质质密密切切相相关关。通常有两种清除方式：通常有两种清除方式：(1)(1)干干沉沉降降：干干沉沉降降是是指指颗颗粒粒物物在在重重力力作作用用下下的的沉沉降降，或或与与其其他他物物体碰撞后发生的沉降。体碰撞后发生的沉降。两种机制：两种机制：u通通过过重重力力对对颗颗粒粒物物的的作作用用，使使其其降降落落在在土土壤壤、水水体体的的表表面面或或植植物物、建建筑筑物物等等物物体体上上。沉沉降降的的速速度度与与颗颗粒粒物物的的粒粒径径、密密度度、空空气运动粘滞系数等有关。气运动粘滞系数等有关。u粒粒径径小小于于0.10.1mm的的颗颗粒粒，靠靠布布朗朗运运动动扩扩散散，相相互互碰碰撞撞而而凝凝聚聚成成较大的颗粒，通过大气湍流扩散到地面或碰撞而去除。较大的颗粒，通过大气湍流扩散到地面或碰撞而去除。(2)(2)湿湿沉沉降降：湿湿沉沉降降是是指指通通过过降降雨雨、降降雪雪等等使使颗颗粒粒物物从从大大气气中中去去除除的过程。它是去除大气颗粒物和痕量气态污染物的有效方法。的过程。它是去除大气颗粒物和痕量气态污染物的有效方法。湿沉降也可分雨除和冲刷两种机制湿沉降也可分雨除和冲刷两种机制雨雨除除：指指一一些些颗颗粒粒物物可可做做为为形形成成云云的的凝凝结结核核，成成为为云云滴滴的的中中心心，通通过过凝凝结结过过程程和和碰碰撞撞过过程程使使其其增增大大为为雨雨滴滴，进进一一步步长长大大而而形形成成雨雨降降落落到到地地面面，颗颗粒粒物物也也就就随随之之从从大大气气中中被被去去陈陈。雨雨除除对对半半径径小小于于1m1m的的颗颗粒粒物物的的去去除除效效率率较较高高，特特别别是是具具有有吸吸湿湿性性和和可可溶溶性性的的颗颗粒粒物物更更明明显。显。冲冲刷刷：冲冲刷刷则则是是降降雨雨时时在在云云下下面面的的颗颗粒粒物物与与降降下下来来的的雨雨滴滴发发生生惯惯性性碰碰撞撞或或扩扩散散、吸吸附附过过程程，从从而而使使颗颗粒粒物物去去除除。冲冲刷刷对对半半径径为为4m4m以以上的颗粒物效率较高。上的颗粒物效率较高。l一般通过湿沉降过程去除大气中颗粒物的量约占总量的一般通过湿沉降过程去除大气中颗粒物的量约占总量的8080-90-90而干沉降只有而干沉降只有1010-20-20。l不论雨除或冲刷，对半径为不论雨除或冲刷，对半径为2m2m左右的颗粒物都没有明显的去左右的颗粒物都没有明显的去除作用。因而它们可随气流被输送到几百公里甚至上千公里以除作用。因而它们可随气流被输送到几百公里甚至上千公里以外的地方去，造成大范围的污染。外的地方去，造成大范围的污染。1 1、颗粒物的粒径、颗粒物的粒径(1)(1)颗粒物的粒径：粒度是指颗粒物粒子粒径的大小颗粒物的粒径：粒度是指颗粒物粒子粒径的大小l 大大气气中中粒粒子子的的形形状状极极不不规规则则，实实际际工工作作中中往往往往用用诸诸如如当当量量直直径径或有效直径来表示。或有效直径来表示。l对对于于大大气气粒粒子子，目目前前普普通通采采用用有有效效直直径径来来表表示示；最最常常用用的的是是空空气气动动力力学学直直径径(D(Dp p)。其其定定义义为为与与所所研研究究粒粒子子有有相相同同终终端端降降落落速速度度的的、密度为密度为1 1的球体直径。的球体直径。D Dp p可由下式求得：可由下式求得：式中：式中：D Dg g几何直径；几何直径；p p忽略了浮力效应的忽略了浮力效应的粒密度；粒密度；0 0参考密度参考密度(0 01g/cm1g/cm3 3)；K K 形状系数，当粒子形状系数，当粒子为球时，为球时，K K1.01.0二、大气颗粒物的粒径分布二、大气颗粒物的粒径分布2 2、大气颗粒物按粒径大小的分类、大气颗粒物按粒径大小的分类 总总悬悬浮浮颗颗粒粒物物（total total suspended suspended particlesparticles，TSPTSP）：用用标标准准大大容容量量颗颗粒粒采采样样器器在在滤滤膜膜上上所所收收集集到到的的颗颗粒粒物物的的总总质质量量，通通常常称称为为总总悬悬浮浮颗颗粒粒物物。其其粒粒径径多多在在100m100m以以下下，以以10m10m以以下下的的为为最多。最多。飘飘尘尘：可可在在大大气气中中长长期期飘飘浮浮的的悬悬浮浮物物称称为为飘飘尘尘。其其粒粒径径主主要要是是小于小于10m10m颗粒物。颗粒物。降降尘尘：能能用用采采样样罐罐采采集集到到的的大大气气颗颗粒粒物物。在在总总悬悬浮浮颗颗粒粒物物中中一一般般直直径径大大于于10m10m的的粒粒子子由由于于自自身身的的重重力力作作用用会会很很快快沉沉降降下下来来。这部分颗粒物称为降尘。这部分颗粒物称为降尘。可可吸吸入入粒粒子子：易易于于通通过过呼呼吸吸过过程程而而进进入入呼呼吸吸道道的的粒粒子子。国国际际标标准化组织准化组织(ISO)(ISO)建议将其定为建议将其定为D Dp p10m10m。3 3、大气颗粒物的三模态、大气颗粒物的三模态 WhitbyWhitby等等人人依依据据大大气气颗颗粒粒物物按按表表面面积积与与粒粒径径分分布布的的关关系系得得到到了了三三种种不不同同类类型型的的粒粒度度模模，并并用用它它来来解解释释大大气气颗颗粒粒物物的的来来源源与与归归宿宿。按按这这个个模模型型，可可把把大大气气颗颗粒粒物物表表示示成成三种模结构，即：三种模结构，即：l爱根爱根(Aitken)(Aitken)核模核模 (D(Dp p0.05m)0.05m)，不稳定，不稳定l积聚模积聚模(0.05m(0.05mD Dp p2m)2m)，稳定，稳定l粗粒子模粗粒子模(D(Dp p2m)2m)2m2m0.5m0.5m爱根核模爱根核模粗粒子模粗粒子模粗粒子粗粒子 细粒细粒子子爱根核模爱根核模 积积聚模聚模例例如如，在在正正常常大大气气条条件件下下，污污染染源源排排放放出出来来的的SOSO2 2氧氧化化后后溶溶于于水水形形成成硫硫酸酸，硫硫酸酸与与大大气气中中的的NHNH3 3化化 合合 生生 成成(NH(NH4 4)2 2SOSO4 4，也也可可以以与与大大气气中中其其他他金金属属离离子子化化合合生生成成各各种种硫硫酸酸盐盐颗颗粒粒物物，粒粒径径属属于于核核模模范范围围，硫硫酸酸盐盐颗颗粒粒之之间间能能迅迅速速凝凝聚聚，从从而而进进入入积积聚聚模模粒粒径范围。径范围。可能可能被其被其他物他物质或质或地面地面吸收吸收而去而去除除二二次次颗颗粒粒物物4 4、大气颗粒物的表面性质、大气颗粒物的表面性质三种重要的表面性质：三种重要的表面性质：成核作用、成核作用、粘合、粘合、吸着吸着u成核作用是指过饱和蒸汽在颗粒物表面上形成液滴的现象。雨成核作用是指过饱和蒸汽在颗粒物表面上形成液滴的现象。雨滴的形成就属成核作用。滴的形成就属成核作用。u粒子彼此相互紧紧地粘合或在固体表面上粘合。粘合或凝聚是粒子彼此相互紧紧地粘合或在固体表面上粘合。粘合或凝聚是小颗粒形成较大的凝聚体并最终达到很快沉降粒径的过程。小颗粒形成较大的凝聚体并最终达到很快沉降粒径的过程。u气体或蒸汽吸附在颗粒物表面上称为吸着。气体或蒸汽吸附在颗粒物表面上称为吸着。三、大气颗粒物的化学组成三、大气颗粒物的化学组成 (1)(1)无机颗粒物：无机颗粒物的成分是由颗粒物形成过程决定的。无机颗粒物：无机颗粒物的成分是由颗粒物形成过程决定的。天然来源：天然来源：l 扬尘扬尘l火山灰，火山灰，l海洋溅沫海洋溅沫人为来源：人为来源：l动力发电厂动力发电厂l垃圾焚烧炉垃圾焚烧炉l汽车尾气汽车尾气问题：问题：1 1、硫酸盐颗粒物的主要成分？、硫酸盐颗粒物的主要成分？2 2、HNOHNO3 3在大气中的主要存在形式？在大气中的主要存在形式？3 3、NaClNaCl、NOxNOx、水蒸汽和空气构成的体系，、水蒸汽和空气构成的体系，对研究哪个区域的颗粒物比较重要？对研究哪个区域的颗粒物比较重要？（2 2）有机颗粒物）有机颗粒物 有有机机颗颗粒粒物物是是指指大大气气中中的的有有机机物物质质凝凝聚聚而而形形成成的的颗颗粒粒物物，或或有有机机物物质质吸吸附附在在其其他他颗颗粒粒物物上上面面而而形形成成的的颗颗粒粒物物。大大气气颗颗粒粒污污染物主要是这些有毒或有害的有机颗粒物。染物主要是这些有毒或有害的有机颗粒物。l已已检检测测到到的的主主要要有有烷烷烃烃、烯烯烃烃、芳芳烃烃和和多多环环芳芳烃烃等等各各种种烃烃类类，少少量量的的亚亚硝硝胺胺、杂杂氮氮环环化化合合物物、环环酮酮、酮酮类类、酚酚类类和和有有机机酸酸等等。（表（表2-312-31）l有有机机颗颗粒粒物物来来源源：主主要要是是由由矿矿物物燃燃料料燃燃烧烧、废废弃弃物物焚焚化化等等各各种种高高温温燃燃烧烧过过程程所所形形成成的的。多多数数是是由由气气态态一一次次污污染染物物通通过过凝凝聚聚过过程程转转化而来的，但转化速率比化而来的，但转化速率比SOSO2 2转化为硫酸盐颗粒物要小。转化为硫酸盐颗粒物要小。有机颗粒物的粒径一般比较小，属于爱根核模或积聚模。有机颗粒物的粒径一般比较小，属于爱根核模或积聚模。3 3 3 3、有机颗粒物中的多环芳烃（、有机颗粒物中的多环芳烃（、有机颗粒物中的多环芳烃（、有机颗粒物中的多环芳烃（PAHPAHPAHPAH）lPAHPAH是由若干个苯环稠合在一起或是若干个苯环和戊二烯稠合在是由若干个苯环稠合在一起或是若干个苯环和戊二烯稠合在一起的化合物。一起的化合物。lPAHPAH的种类：苯并的种类：苯并aa芘，苯并芘，苯并aa蒽，苯并蒽，苯并ee苊，苊，苯并苯并jj荧蒽，茚并荧蒽，茚并1,2,3-cd1,2,3-cd芘等芘等lPAHPAH的存在形态：环少的易于以气态形式存在的存在形态：环少的易于以气态形式存在 环多的存在于固相颗粒中环多的存在于固相颗粒中lPAHPAH的危害：与大气中亲电子体发生反应，形成二次污染物，有的危害：与大气中亲电子体发生反应，形成二次污染物，有直接致癌和致突变作用。直接致癌和致突变作用。五、大气颗粒物中的五、大气颗粒物中的五、大气颗粒物中的五、大气颗粒物中的PMPMPMPM2.52.52.52.51 1、大气颗粒物的研究重点、大气颗粒物的研究重点 TSP PMTSP PM1010(Dp 10um)PM(Dp 10um)PM2.52.5(Dp 2.5um)(Dp 2.5um)2 2、PMPM2.52.5来源来源 土壤扬尘、矿山飞灰、海洋气溶胶、公路灰尘、土壤扬尘、矿山飞灰、海洋气溶胶、公路灰尘、车辆尾气等排放源。车辆尾气等排放源。3 3、影响大气中、影响大气中PMPM2.52.5含量的因素（含量的因素（p143p143）4 4、PMPM2.52.5含量的危害含量的危害 PMPM2.52.5是人类活动释放污染物的主要载体，携带大量重金属和是人类活动释放污染物的主要载体，携带大量重金属和污染物污染物对健康有重要影响对健康有重要影响第五节第五节 大气环境化学研究方法大气环境化学研究方法1 1、现场实测、现场实测在所研究地区采用实地布点、采样或直接测量的方法取得所在所研究地区采用实地布点、采样或直接测量的方法取得所需污染物的直接数据。需污染物的直接数据。可以达到：可以达到：（1 1）了解大气污染物浓度的时空分布和变化规律）了解大气污染物浓度的时空分布和变化规律（2 2）同步测定反应物和产物，从中找出化学转化）同步测定反应物和产物，从中找出化学转化 的相互关系。的相互关系。布点的方式：地面、水上、空中布点的方式：地面、水上、空中2 2、实验室研究、实验室研究（2 2）基础研究）基础研究 包括大气中各种基元反应、光解反应和自由基反应的实验室研包括大气中各种基元反应、光解反应和自由基反应的实验室研究，反应动力学常数的测定、气态物质溶解度的测定，气溶胶究，反应动力学常数的测定、气态物质溶解度的测定，气溶胶粒子的动态学数据测定等。粒子的动态学数据测定等。（3 3）实验模拟）实验模拟目的：排除复杂的气象、地形等因素的影响，单纯模拟大气中的目的：排除复杂的气象、地形等因素的影响，单纯模拟大气中的化学过程，以便由复杂的现象中提炼出化学反应的本质。化学过程，以便由复杂的现象中提炼出化学反应的本质。（1 1）大气中微量物质分析方法和技术的研究）大气中微量物质分析方法和技术的研究 包括常规分析方法灵敏度、准确度的提高，新测试方法的研究包括常规分析方法灵敏度、准确度的提高，新测试方法的研究以及大气中心物质的测定等。以及大气中心物质的测定等。优点：实验条件可以人为控制、改变和重复，因而在进行机理性优点：实验条件可以人为控制、改变和重复，因而在进行机理性研究和解决复杂条件下的环境问题时具有较大的优越性。研究和解决复杂条件下的环境问题时具有较大的优越性。例如：烟雾箱（例如：烟雾箱（smog chambersmog chamber）实验）实验容器：惰性材料，如塑料膜、玻璃、不锈钢等容器：惰性材料，如塑料膜、玻璃、不锈钢等模拟太阳光：紫外光源模拟太阳光：紫外光源 烟雾箱可以是固定的，也可以移动的。烟雾箱可以是固定的，也可以移动的。实实验验方方法法：向向容容器器中中通通入入所所研研究究气气体体，观观察察其其反反应应物物和和产产物物随随时时间间的的变变化化，由由此此得得出出大大气气中中化化学学转转化化的的动动态态规规律律，为为污污染染防防治治对对策提供科学依据。策提供科学依据。烟雾箱的实验数据还可以作为模式的验证用。烟雾箱的实验数据还可以作为模式的验证用。三、模