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大气污染控制工程

本课程学习的重要性
生活在地球上的人类，每分钟都离不开空气，人在5天内不吃饭、不饮水有可能生存，但断绝空气5秒钟就会死亡。
一个成年人每日所消耗的食物约1.5Kg，而需要的空气量约为15Kg（约12m3），相当于食物需要量的10倍。
工业生产过程特别是化石燃料的燃烧过程需要消耗更多的空气。
大气圈存在于地球表面数百公里高空的范围内，其总重量约为6×1016 t。地球上的空气和土地、水源及其他物质一样，其存在量是有限的。
授课与考核方法
教材重要内容详细讲解，尽量介绍国内和省内大气污染控制工程方面的先进案例。
每章均布置课外习题。
课堂点名5次，有3次无故不到者，取消参加考试的资格。
期末考试时交齐课外作业。
平时成绩考核包括课堂纪律的遵守情况、实验和课外作业的完成情况三大部分。
平时成绩占课程总成绩的30％，期末考试成绩占课程总成绩的70％。
第一章 绪 论
本 章 主 要 内 容：
大气与大气污染
大气污染源与大气污染物
大气污染物的浓度表示方法
大气污染的影响
本 章 主 要 内 容(续)：
大气污染防治法规与标准体系
中国的大气污染现状与特点
中国的大气污染综合防治技术与政策
大气污染与全球气候
1.1 大气与大气污染
1.1.1 近地层结构（重点对流层和平流层）
电离层
平流层
珠穆朗玛峰
臭氧层
喷气飞机
对流层
1.1.2 大气环流
对流
西风带
信风
1.1.3 大气的组成
大气与空气
从自然科学的角度来看，大气与空气是同义词，二者并没有实质性的差别。但在研究大气污染规律与对空气质量进行评价时，为了便于说明问题，这二个词常常分别使用。
空气
一般说来，对于室内或特指某个场所供人和动、植物生存的气体，习惯上称为空气。例如，室内空气、车间空气、厂区空气等。
大气（atmosphere(of the Earth））
在大气物理学、大气气象学、自然地理学及环境科学的研究中，需要以大区域或全球性的气流为研究对象，常常用大气这个词。国际标准化组织（ISO）的定义为：地球环境周围所有空气的总和（The entire mass of air which surrounds the Earth）
环境空气（ambient air）
国际标准化组织（ISO）的定义为：指人群，植物，动物和建筑物所暴露的室外空气（Outdoor air to which people,plants,animals and structures are exposed）。
关于课程的名称
根据我们日常所监测和评价的实际环境的主要保护对象，使用“环境空气”较“大气”更为合适，故我认为本课程的名称改为“环境空气污染控制工程”较为合适。
大气的组成
表1－1列出了干洁空气的组成。大气是多种气体的混合物，它的组成包括三部分：
a. 恒定（基本保持不变的）组分: 系指氮、氧、氩及微量的氖、氦、氪、氙等稀有气体。其中氮、氧、氩三种组分共占大气总量的99.6%;
b, 可变组分:主要是指大气中的二氧化碳和水蒸气等;
c. 不定组分（P2 最后三段）
1.1.4 大气污染
1.1.4.1 大气污染的定义（试比较其差别）
大气污染指大气中某种物质的浓度超过正常水平，造成可测的对人体、动物、植被和材料的影响的大气状况。
大气污染指大气中某种不良成分达到一定的浓度，造成有害的影响的大气状况。这种成分可能对人体健康、植被、器物或者全球环境以及通过浑浊的空气或不愉快的气味对环境美学造成负面的影响。
如果大气中的物质达到一定浓度，并持续足够的时间，以致对公众健康、动物、植物、材料、大气特性或环境美学产生可测量的不利影响，这就是大气污染。
Air Pollution may be defined as any atmospheric condition in which substances are present at concentrations high enough above their normal ambient levels to produce a measurable effect on man, animals, vegetation, or materials.
Air Pollution is the presence of undesirable materials in air, in quantities large enough to produce harmful effects. The undesirable materials may damage human health, vegetation, human property, or the global environment as well as create aesthetic insults in the form of brown or hazy air or unpleasant smells.
1.1.4.2 定义中的关键词
a. 某种不良成分
b. 达到一定的浓度
c. 持续足够的时间
1.1.4.3 大气污染的类型
局部地区污染 P3
地区性污染 P3
广域污染 P3
全球污染 P3
1.1.5 空气污染系统（Air Pollution Systems）
人口增长
科技社会
恶化空气质量
经济增长
国际冲突
费用增加
带来不便
健康问题
减少自由
新技术
1.1.6 空气污染及控制系统
排放来源
污染物
大气
混合和化学转化
感受器
自动控制
大气
立法行动
感受器
反应
1.1.7 大气污染的研究内容
Sources of air pollutants (大气污染物的来源)
Pollution Control Technology （污染控制技术）
Atmospheric behavior of air pollutants (大气污染物的大气行为)
Effects of air pollutants (大气污染物的影响)
Legislative and regulatory measures （立法和管理措施）
1.2 大气污染源与大气污染物
1.2.1 大气污染源
Anthropogenic sources （人为污染源）
Transportation （交通运输）
Electric power generation （发电）
Industrial processes （工业生产）
Industrial and domestic fuel burning （工业和家庭燃料燃烧）
Refuse burning （废物燃烧）
Etc. （其他）
（续）自然污染源
Natural sources （自然污染源）
Geological: geyser,volcano,ocean （地质原因：火山喷发，海啸）
Meteorological: lightning （气象原因：闪电）
Fauna: ruminants,termites （动物：反刍动物 ，白蚁）
Vegetations （蔬菜）
Etc. （其他）
Sources of airborne pollution in Asia are many: power generation, industry, traffic, home cooking, and biomass burning
Source: David Streets. Energy Use, Emissions, and Air Pollution in Asia
亚洲有很多空气污染物的来源：如发电厂，工业生产，交通运输，家庭烹饪和生物质燃烧
基本控制方程：
例如：
活动水平：人均经济活动量
排放因子：单位经济活动造成的污染物排放量
Total Emissions=Population×Activity level × Emission factor
For example:
Activity level: Economic activity per capita
Emission factor: Pollutant emissions
per unit of economic activity
1.2.2 大气污染物
1.2.2.1 一次大气污染物
直接以原始形态排放入大气中并达到足够的排放量从而造成健康威胁的污染物
Sources of Primary Air Pollutants（一次大气污染物的来源）
Pollutants released directly into the atmosphere in their unmodified forms and in sufficient quantities to pose a health risk
1.2.2.2 二次大气污染物
二次大气污染物指大气中的一次污染物通过化学反应生成的化学物质。
光化学烟雾是大气中氮氧化物和碳氢化合物在紫外线照射下反应生成的多种污染物的混合物。
光化学烟雾最具危害的两种物质是臭氧(O3)和过氧乙酰硝酸酯(peroxyacetylnitrates,PAN)。
Secondary air pollutants are compounds that results from the interaction of various primary air pollutants.
Photochemical smog is a mixture of pollutants resulting from the interaction of nitrogen oxides and hydrocarbons with ultraviolet light.
The two most destructive components of photochemical smog are ozone(O3) and peroxyacetylnitrates(PAN，过氧乙酰硝酸酯)
1.2.2.3 光化学烟雾形成过程
1.2.2.4 光化学烟雾实例
1.2.3 气溶胶状态污染物
总悬浮颗粒物 P4~5
（Total Suspended Particular, TSP）
指能悬浮在空气中，空气动力学当量直径≤100微米的颗粒物。
可吸入颗粒物 P4~5
（Particular Matter less than 10微米，PM10）
指能悬浮在空气中，空气动力学当量直径≤10微米的颗粒物。
细颗粒物对人体健康和大气环境质量造成的危害要远比粗颗粒物大。
细颗粒物本身可能是有毒、有害物质。
细颗粒物易成为其它污染物的运载体和反应体。
细颗粒物污染可导致低能见度显著降低。
细微颗粒物污染
北京市国安宾馆附近PM2.5的化学成分谱
细粒子的组成——二次粒子污染
微量元素
未知
微量元素
未知
1.2.4 气体状态污染物
含硫化合物 P13
含氮化合物
碳的氧化物
有机化合物
卤素化合物
光化学氧化剂 氧化剂、臭氧（O3）、过氧乙酰硝酸酯（PNA）、过氧苯酰硝酸酯（PBA）、和其它能使碘化钾的碘离子氧化的痕量物质。P13
上述气态污染物又可分为一次污染物和二次污染物，见P5表1－2。
1.3 大气污染物浓度的表示方法
1.3.1 体积浓度
通常表示气体污染物在空气的浓度以ppm(百万分之几即10-6)为单位。
它是一个比值，是一个无量纲的量，但需注意，它是体积比值，不是质量比值。
与此含义相同，在浓度很低时，以pphm(亿分之几即10-9)和ppb(十亿分几即10-12)表示。
1.3.2 质量浓度
在更普遍的情况下，气体污染物在空气的浓度是质量浓度，以mg/m3为单位。
它不是一个单纯的比值。
是一个有量纲的量，它表示一立方米体积空气或烟气中所含污染物的质量。
1.3.3 体积浓度与质量浓度的换算
1atm、0℃下换算关系式

1atm、25℃下换算关系式
1.4 大气污染的影响
1.4.1 对人体健康的影响 P12~15 以下作为补充材料
1.4.1.1 CO对人体健康的影响
1.4.1.2 NO2对人体健康的影响
1.4.1.3 臭氧对人体健康的影响
注：部分人群接触臭氧后肺功能下降
1.4.1.4 突发性严重大气污染事故
1952年12月伦敦烟雾事件中死亡人数与大气中烟尘和二氧化硫浓度的相关性
1.4.2 对植物的伤害 P16~17 以下作为补充材料
注：二氧化氮浓度和暴露时间与植物死亡、叶器官损伤和新陈代谢或生长影响之间的关系
Source：Springer-Verlag and Prof. D. C. MacLean
1.4.3 对器物和材料的影响
注：平均二氧化硫浓度和不同暴露时间与低碳钢的腐蚀之间的关系（1963－1964年9月，在芝加哥的七个地点进行的实验）
Source：Air and Waste Management Association
1.4.4 对大气能见度的影响
对大气能见度或清晰度有影响的污染物，一般应是气溶胶粒子、能通过大气反应生成气溶胶粒子的气体或有色气体，包括：
总悬浮颗粒物（TSP）
SO2和其它气态含硫化合物，在大气中以较大反应速率生成硫酸盐和硫酸气溶胶粒子
NO和NO2，在大气中反应生成硝酸盐和硝酸气溶胶粒子
光化学烟雾，反应生成亚微米的气溶胶粒子
1.4.5 能见度与大气中颗粒物浓度的关系
应用最广的估算能见度的方程是Koschmeider方程：

LV为能见度范围，即一般人刚刚可以将暗色物体（例如山或高楼）从天空的背景上分辨出来的距离。此方程是估算方程，基于大气颗粒物为一般组成的情况。
The most widely used equation for estimating visibility is the Koschmeider equation:
where Lv is the visual range, the distance at which an average person can barely distinguish a dark object( such as a mountain or skyscraper ) against the sky. This equation is an approximation, based on an average set of atmospheric particles.
利用上述方程估算大气颗粒物浓度等于NAAQS的年均和日均PM10标准时的能见度范围。
美国大峡谷及周围地区在晴朗的天气里非常容易看到160公里以外的山脉。此时大气中颗粒物的浓度可能为多少？
如果大气中颗粒物的浓度增加1μg/m3，能见度水平下降的百分比为多少？假定原能见度为20km。如果原来的能见度范围为200km，下降的比例又为多少？
Use the equation to estimate the visual range when the particulate concentration is equal to the annual average and to the maximum 24-hour NAAQS for PM10.
In the Grand Canyon and the surrounding area, on clear days, one can easily see mountains 100 miles away. What is the probable concentration of particles in the atmosphere when one can see that far?
the particle concentration in the atmosphere is increased by 1 ug/m3, what is the percentage decrease in the visual range if the initial visual range is 20km? If the initial visual range is 200km,what is the percentage decrease?
1.4.6 能见度与自然景观
USEPA在1999年宣布，将在未来几十年内致力于提高国家公园和旷野地区的空气质量
例：美国大烟雾山国家公园（北卡罗莱纳州）照片
晴天

雾天
1.5 大气污染防治法规与标准体系
1.5.1 中华人民共和国大气污染防治法
1987年9月5日由第六届全国人大常委会第22次会议通过，1988年6月1日起执行

1995年8月29日，第八届全国人大常委会第15次会议对该法进行了修订

2000年对该法再次修订
1995年8月29日修改后的大气污染防治法，在控制大气污染，改善大气环境质量方面起到了积极的作用：
强化了酸雨和二氧化硫污染控制
推动了煤炭的清洁利用
加快了淘汰严重污染大气的落后工艺和设备的步伐
开始生产和使用无铅汽油
法规实施后，一些地区依法强化环境管理，大气环境质量确实得到了改善
但未能有效地遏制大气环境质量的恶化：
大气污染形势仍然十分严峻，大多数城市还处于比较严重的污染程度；
缺少推动煤炭清洁利用的法律措施，燃煤污染仍然没有得到有效遏制；
大中城市机动车排气污染正在迅速增加；
大多数城市扬尘污染突出；
大气污染物排放总量居高不下，缺少有效的法律措施；
现行法律的法律责任部分内容偏少，力度不够。
2000年第二次修订的指导思想
面对现实，对我国以煤为主的能源结构短期难以改变的现状以及经济条件给予了充分考虑；
针对要害，主要是针对燃煤、机动车、扬尘等造成的大气污染；
抓住重点，主要是抓住重点城市、重点区域；
在禁止超标排放、按排污量收费，以及总量控制和排污许可证方面取得了重大突破；
强化法律责任，加强执法监督。
1.5.2 大气环境质量标准体系
GB3095－1996 环境空气质量标准
GB16297－1996 大气污染物综合排放标准
GWPB 3－1999 锅炉大气污染物排放标准
GB4915－1996 水泥厂大气污染物排放标准
GB9078－1996 工业炉窑大气污染物排放标准
GB16171－1996 炼焦炉大气污染物排放标准
GB13223－1996 火电厂大气污染物排放标准
GB14554－93 恶臭污染物排放标准
GWPB 1－1999 轻型汽车污染物排放标准
GB14761.2－93 车用汽油机排气污染物排放标准
GB14761.5－93 汽油车怠速污染物排放标准
GB14761.6－93 柴油车自由加速烟度排放标准
GB14761.7－93 汽车柴油机全负荷烟度排放标准
GB14621－93 摩托车排气污染物排放标准
GWPB 5－2000 饮食业油烟排放标准
GB5468－91 锅炉烟尘测试方法
GB11642－89 轻型汽车排气污染物测试方法
GB/T14762－93 车用汽油机排气污染物试验方法
GB/T14763－93 汽油车燃油蒸发污染物的测量 收集法
GB11340－89 汽车曲轴箱排放物测量方法
GB/T3845－93 汽油车排气污染物的测量 怠速法
GB/T3846－93 柴油车自由加速烟度的测量 滤纸烟度法
GB3847－83 汽油柴油机全负荷烟度测量法
GB/T5466－93 摩托车排气污染物的测量 怠速法
GB/T14622－93 摩托车排气污染物的测量 工况法
1.5.3 环境空气质量标准
1.5.3.1 中华人民共和国国家标准环境空气质量标准
Ambient air quality standard GB3095－1996
(代替GB3095－82)
国家环境保护局1996-01-18批准 1996-10-01实施
主题内容与适用范围
本标准规定了环境空气质量功能区划分、标准分级、污染物项目、取值时间及浓度限值，采样与分析方法及数据统计的有效性规定。
本标准适用于全国范围的环境空气质量评价。
环境空气质量功能区的分类和标准分级
环境空气质量功能区分类
一类区为自然保护区、风景名胜区和其它需要特殊保护的地区。
二类区为城镇规划中确定的居住区、商业交通居民混合区、文化区、一般工业区和农村地区。
三类区为特定工业区。
环境空气质量标准分级（环境空气质量标准分为三级）
一类区执行一级标准
二类区执行二级标准
三类区执行三级标准
各项污染物的浓度限值
1.5.3.2 工业企业设计卫生标准（TJ36－79）
P23～24 该标准现在仍然还在起作用。
在评价某新建企业对某区域环境质量的影响时，对于我国《环境空气质量标准》（GB3095-1996）中未列出的项目，原则上以我国《工业企业设计卫生标准》（TJ36-79）居住区大气中有害物质的最高容许日平均浓度为依据。
在制定《大气污染物综合排放标准》（GB16297－1996）时，对于《环境空气质量标准》（GB3095-1996）中未列出的项目，原则上也以我国《工业企业设计卫生标准》（TJ36-79）居住区一次最高允许浓度为依据。但考虑到TJ36-79多参考了原苏联同类标准，其规定偏严，故以其一次值的五倍定值。
1.5.4 大气污染物排放标准
1.5.4.1 大气污染物综合排放标准（GB16297－1996）
P24－25
1997年1月1日开始执行，适应于现有污染源大气污染物排放管理，以及建设项目的环境影响评价、设计、环境保护设施竣工验收及其投产后的大气污染物排放管理。
该标准规定了SO2、NOx（以NO2计）、CO等33种大气污染物的排放限值，其指标体系为最高允许排放浓度、最高允许排放速率和无组织排放监控浓度限值。
污染源分为三级，按环境空气质量功能区类别，分别执行相应级别的排放标准。即位于一类区的污染源执行一级标准；位于二类区的污染源执行二级标准；位于三类区的污染源执行三级标准。
污染源还有新建和现有之分，同样级别的污染源，新建污染源的排放限值都低于现有污染源。
1997年1月1日之前设立的污染源称为现有污染源。
1997年1月1日之后设立的称为新建污染源。
以建设项目环境影响报告书（表）批准日期作为污染源的设立日期。
1.5.4.2 行业性大气污染物排放标准
该类标准种类繁多，例如，锅炉大气污染物排放标准、水泥厂大气污染物排放标准
炼焦炉大气污染物排放标准、火电厂大气污染物排放标准等等。
在我国现有的国家大气污染物排放标准体系中，按照不交叉执行的原则，行业性大气污染物排放标准优先于大气污染物综合排放标准。
1.5.5 地方大气环境标准
地方大气环境标准主要有地方大气环境质量标准和地方大气污染物排放标准。
地方大气环境标准由省级人民政府制定；
地方大气环境质量标准只能对国家环境空气质量标准中未作规定的项目，制定地方补充标准，不得擅自改变国家环境空气质量标准中已作规定的项目的标准值；
地方大气污染物排放标准不仅可以对国家大气污染物综合排放标准中未作规定的项目，制定地方补充标准，而且还可以对国家大气污染物综合排放标准中已作规定的项目，制定严于国家大气污染物综合排放标准的地方大气污染物排放标准；
地方大气污染物排放标准优先于行业性大气污染物排放标准，行业性大气污染物排放标准又优先于国家大气污染物综合排放标准。
1.5.6 空气污染指数及报告
空气污染指数分级标准(试行)
2000年4月27日发布
来源：北京市环境保护局主页（）
空气污染指数分级浓度限值
计算公式：当第k种污染物浓度为 时，其分指数为
注：各变量含义参看教材 P27
1.6 中国的大气污染现状与特点
1.6.1 大气污染现状
大气污染形势仍然十分严峻，大多数城市还处于比较严重的污染程度；
缺少推动煤炭清洁利用的法律措施，燃煤污染仍然没有得到有效遏制；
大中城市机动车排气污染正在迅速增加；
大多数城市扬尘污染突出；
大气污染物排放总量居高不下，缺少有效的法律措施；
1999年全国重点城市主要大气污染物分布
2002年中国城市空气质量状况
不同规模城市空气污染程度（2002年）
经济水平和污染状况的综合比较
1.6.2 中国大气污染的特点
煤烟型污染是我国大气污染的普遍问题；
城市的大气污染比乡村严重；
南方的大气污染比北方严重；
冬季的大气污染比夏季严重；
酸雨现象集中在我国西南、华南和东南地区出现。
1.7 中国的大气污染综合防治
1.7.1 能源利用情况
注：中国正在不断提高能源使用的效率，但还未达到美国的水平（1980-1995年数据）
1.7.2 主要污染物排放
注：近年来GDP持续增长，主要污染物排放却有所下降
来源：中国统计年鉴，中国环境状况公报
1.7.3 控制大气污染的技术措施
清洁生产：清洁的生产过程和清洁的产品
可持续发展的能源战略
改善能源供应结构和布局，提高清洁能源和优质能源比例
提高能源利用效率和节约能源
推广少污染的煤炭开采技术和清洁煤技术
积极开发利用新能源和可再生能源
建立综合性工业基地：各企业间相互利用原材料和废弃物，减少污染物排放总量
1.7.4 控制污染的经济政策
必要的环境保护投资
环保投资占国民生产总值（GNP）的比例，发展中国家为0.5%～1％，发达国家为1%～2％
我国目前比例为0.7%～0.8％，希望能达到1.5％
实行“污染者和使用者支付原则”，可采用的经济手段：
建立市场（排污许可证制度等）
税收手段（污染税、资源税等）
收费制度（排污费等）
财政手段（生态环境基金等）
责任制度（赔偿损失和罚款等）
1.8 大气污染与全球气候
1. 温室气体引起全球气候变化问题
2. 臭氧层破坏问题
3. 酸雨污染问题
1.8.1 温室气体引起全球气候变化问题
全球气候变化的基本情况
大气中CO2含量
1750年以前 280ppm
目前 360ppm
预计21世纪中叶 540～970ppm
气温
20世纪增加了0.6±0.2oC
海平面
20世纪上升了10～20cm
全球气候变化问题
全球平均气温的变化
全球平均气温的变化
政府间气候变化专门委员会（IPCC）得到的几个重要结论
在过去的100年间，地球的平均温度增加了0.3～0.6 ℃（1995年是记录上最暖的一年），海平面高度增加了10～25cm。
气温和海平面高度仍会持续上升。众多模型的模拟结果表明，到2010年气温将增加1～3.5 ℃，海平面上升15～95cm。
气温升高和大气中温室气体的浓度具有很强的相关性。
人类活动极大地增加了大气中温室气体的含量。
1.8.1.1 温室效应（Greenhouse Effect）机理
1）大气层中各种作用对温室效应的影响
2） 能量流动对温室效应的影响
3）温室与大气具有相同热辐射作用
1.8.1.2 人类活动的影响
1）温室气体浓度变化情况
2）温室气体浓度变化趋势
3）主要温室气体的年排放量
4）二氧化碳排放量排序
5）二氧化碳总排放量与人均排放量
6）单位GDP的能源强度
7）各温室气体的体积比
Major Greenhouse Gases
8）1996年中国能源类型的CO2排放
CO2 emission by energy type in China, 1996
1.8.1.3 气候变化的影响
雪盖和冰川面积减少
雪盖 20世纪60年代以来 减少10％
冰川 20世纪50年代以来 减少10%～15％
海平面上升
过去100年 10～20cm
1990～2100 8～9cm
续
降水格局变化
中高纬降雨量增大
北半球亚热带降雨量下降，南半球增加
气候灾害
过多降水、大范围干旱、持续高温
影响人体健康
影响农业生产和生态系统
续 与1982-1983年厄尔尼诺时间相关的旱涝分布区
1.8.1.4 影响气候变化的大气成分
1）温室气体及其特征
2）CO2
3）CO2的浓度变化
大气中二氧化碳含量的变化
大气层CO2含量
每一百万CO2部分
4）CH4的浓度变化
5）气溶胶的协同作用
6）其它温室气体的贡献
甲烷
一氧化二氮
其他CFCs
1980到1990年期间人为源排放的温室气体对大气中波长8～12μm光线的透射率的影响。对流层臭氧可能也产生一定的影响，但影响程度难以估算。
续
预计到2030年全球气温大约平均升高3°C
1.8.1.5 应对措施与策略
1. 控制温室气体的排放
改变能源结构
提高能源转换效率
提高能源使用效率
减少森林植被的破坏
控制水田和垃圾填埋场的甲烷排放
续
不同燃料燃烧单位GJ的CO2排放量
续
2. 增加温室气体的吸收
植树造林
采用固碳技术
CO2分离、回收，注入深海或地下
化学、物理、生物方法固定
适应气候变化
培养新农作物品种，调整产业结构等
1.8.1.6 国际行动
1992年，联合国环境与发展大会《气候变化框架公约》
20世纪90年代末，发达国家温室气体年排放量控制在1990年水平
1997年，《京都议定书》
明确各发达国家削减温室气体排放的比例
续
1.8.2 臭氧层破坏问题
1.8.2.1 臭氧层特征及分布状况
臭氧层主要特征
离地面20～30km的平流层中
占当地空气含量的1/105
厚度单位
DU（Dobson unit）－ 273K，1atm下，10-3cm厚的O3层称为一个DU
1DU＝10-3 atm cm＝2.69×1016molecules
臭氧层的垂直分布
大气中臭氧浓度分布
1.8.2.2 臭氧层的作用
1.8.2.3 太阳辐射透过臭氧层的强度变化
1.8.2.4 臭氧层破坏现象
臭氧层破坏化学反应
臭氧分子吸收紫外线分解为一个氧气分子和一个氧原子：

氧气分子可以吸收紫外线分解为两个氧原子：

氧气分子和氧原子也可以合并生成臭氧分子，以便吸收更多的紫外线：
上述反应过程吸收了99％的来自于太阳的紫外线。
氟氯烃（CFCs）很大程度上导致了平流层臭氧的减少。

这两个反应都造成了臭氧的减少。
1979－1986年总臭氧纬向平均值的趋势
1.8.2.5 平流层臭氧形成和破坏机理
纯氧理论（Chapman Mechanism）

臭氧吸收紫外线的反应
续
催化清除理论
20世纪70年代建立
活性催化物质的链式反应

Y—活性物种，包括奇氢HOx、奇氮NOx、奇卤XOx三大家族
1.8.2.6 三大家族的来源
奇氢HOx
大气中H2O与激活O原子反应
奇氮NOx
宇宙射线分解N2
飞机等人类活动排放
奇卤XOx
人类活动产生的CFCs和含溴氟烷（哈龙，Halons)
1.8.2.7 消耗臭氧层的物质（ODS）
ODSs
CFCs、哈龙
CCl4、甲基氯仿（1,1,1－三氯乙烷）、溴甲烷
部分取代的氯氟烃
ODSs的破坏能力
臭氧耗减潜能（Ozone depletion potential）
全球变暖潜势（Global warming potential)
1.8.2.8 ODSs的破坏能力
1.8.2.9 CFCs对臭氧层的破坏作用
一个Cl自由基可以消耗数十万个O3
大气中CFCs分子的变化图

CFCs和其他消耗臭氧化合物的特性
1.8.2.10 南极臭氧浓度垂直分布

南极上空臭氧浓度垂直分布的变化
臭氧垂直剖面
1.8.2.11 南极臭氧空洞
极地平流层云在南极臭氧空洞的形成过程中起重要作用
吸附并聚集CFCs及哈龙
非均相反应场所
为什么北极没有形成臭氧空洞？
北极为海洋环境，较南极大陆环境温暖
周围分布不规则大陆，大气层较南极不稳定
不易形成极地平流层云
1.8.2.12 臭氧层破坏的危害
臭氧含量减少1％，地面紫外线增加2％～3％
危害
人体健康－皮肤癌、白内障
陆生生态系统－植物质量下降
水生生态系统－水面附近生物减少
城市空气和建筑材料－光化学烟雾，材料老化
大气结构－辐射收支变化，气候变化
1.8.2.13 臭氧层破坏的控制策略
开发消耗臭氧层物质的替代技术
无氟氯昂制冷设备
制定淘汰消耗臭氧层物质的措施
环境管理手段＋ 经济手段
国际行动
1985年， 28个国家 《维也纳公约》
1987年， 46个国家 《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔公约》
消耗臭氧物质的排放削减
消耗臭氧物质消费趋势
1.8.3 酸雨污染问题
1.8.3.1 致酸前体物与酸雨
酸雨－pH小于5.6的降水，广义包括酸性物质的干湿沉降
地理分布
几乎整个欧洲
美国和加拿大东部
东亚，中国南方地区
酸沉降
酸沉降是指某一平面上具有致酸潜势的物质的积累。
致酸物质是自然和人为活动的过程中产生的。
致酸物质按存在形态分为干和湿两种。
我国酸雨的化学特征(硫酸型）
1.8.3.2 我国酸雨区域分布（20世纪90年代末）
20世纪90年代末我国酸雨区域分布
20世纪80年代的酸雨分布
1.8.3.3 酸雨的危害
淡水湖泊、河流酸化，水生生物减少甚至绝迹
影响土壤特性，贫瘠化
破坏森林的生长

腐蚀建筑材料及金属结构
危害人体健康－角膜和呼吸道刺激
水的低pH值使得鱼的骨骼畸形生长，最终导致死亡
引起树木的大量不正常死亡
严重腐蚀建筑物
1.8.3.4 致酸前体物质
SO2
自然源－微生物、火山、森林火灾、海水飞沫
人为源－燃料燃烧，化工
NOx
自然源－闪电、林火、火山，占总量的50％
人为源－燃烧，机动车，50％
（续）其它化学物质
自然源、电厂以及内燃机等排放出的污染物在大气中发生化学反应产生
导致酸沉降的化学物质。
排放源
自然源
固定源
移动源
传输和转换
硫
氮
酸在环境表面沉积
有机酸
碳氢化合物
微粒
CO
氨
1.8.3.5 致酸前体物质的排放情况
1.8.3.6 酸雨控制措施
针对酸沉降前体物质
洗煤
开发低硫燃料
改进燃烧技术
烟气脱硫
机动车净化
1.8.3.7 国际行动
1972年，联合国人类