第3章大气环境化学.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,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,*,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,第3章 大气环境化学,3.1 大气环境化学概述,3.2 天然大气环境特征及化学组成,3.3 大气光化学反应,3.4 气溶胶化学,3.5 酸沉降化学,3.6 平流层化学,3.7 大气污染的控制化学,2 天然大气环境特征及化学组成,大气温度层结,图,2-1 大气温度的垂直分布,图,2-2 大气密度的垂直分布,热层,中间层顶,中间层,平流层顶,对流层顶,平流层,对流层,100,80,60,40,20,0,160,200,240,280,T,(K),Z,(km),0.8,0,20,4,8,12,16,Z,(km),0,0.2,0.4,0.6,1.0,0,/,0s,大气温度层结,大气温度层结,由于地球的旋转作用以及距地面不同高度的各层次大气对太阳辐射吸收程度上的差异，使得描述大气状态的温度、密度等气象要素在垂直方向上呈不均匀分布。,人们把静大气的温度和密度在垂直方向上的分布称为,大气温度层结,和,大气密度层结。,Stratification of the Atmosphere,对流层,Troposphere,高度为11,12米；温度变化特点是：通常0.6K/100m；气体垂直运动激烈；含有大气全部质量的3/4和几乎全部水气，复杂的天气现象。,(15-56),平流层,Stratosphere,高度为1250 km；温度随高度的增高而递增；垂直对流少，大气稳定。（-56 -2）,大气温度层结,图,2-1 大气温度的垂直分布,图,2-2 大气密度的垂直分布,热层,中间层顶,中间层,平流层顶,对流层顶,平流层,对流层,100,80,60,40,20,0,160,200,240,280,T,(K),Z,(km),0.8,0,20,4,8,12,16,Z,(km),0,0.2,0.4,0.6,1.0,0,/,0s,大气温度层结,Figure.Major regions of the atmosphere(not to scale).,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,Earth,Sea level,Stratosphere,N,2,O,2,H,2,O,CO,2,Troposphere,Mesosphere,Thermosphere,O,3,10-16 km,50 km,85 km,500 km,15,-56,-2,-92,1200,O,3,+hv(220 nm-330 nm),O,2,+O,O,2,+,NO,+,Incoming Solar radiation,OO,2,O,2,+,O,+,NO,+,1200 km,O=O,2,High energy ultraviolet:,330 nm,penetration to Eearths surface,Ultraviolet:,200-330,nm,penetration to,50 km,一般按照停留时间把大气物质分为三类：,1、,准永久性气体,N,2,、,Ar,、,Ne,、,Kr,、氙,2、可变组分,CO,2,、CH,4,、H,2,、N,2,O、O,3,、O,2,3、强可变组分,H,2,O、CO、NOx、NH,3,、SO,2、,HC、颗粒物、H,2,S,大气组成的分类,大气中的的自由基,自由基在清洁的大气中的浓度仅为1/10,12,左右，但对对流层光化学反应有很重要的作用。自由基的外层电子层有不成对电子，倾向得到一个电子达到稳定结构，因此具有极强的化学活性。,大气中存在的重要自由基包括：,H,、,HO,、,HO,2,、,R,、RO,、,RO,2,、,HCO,、,RCO,等,氢氧自由基（OH）的来源,O,3,+,hv,(320 nm)O(,1,D)+O,2,O(,1,D)+H,2,O 2OH,HONO+,hv,(400 nm)OH +NO,H,2,O,2,hv,(,360 nm)OH +OH,过氧氢氧自由基（HO,2,）的来源,HCHO+,hv,(,10 m，降尘,10 m，飘尘,2.气溶胶的分类,气溶胶(来源),天然源,人为源气溶胶(形成机制),一次颗粒物,二次颗粒物,气溶胶（,颗粒物成因,）,分散性气溶胶,固态或液态物质经粉碎、喷射，形成微小粒子，,分散在大气中形成的气溶胶,凝聚性气溶胶,由气体或蒸汽(其中包括固态物升华而成的蒸汽),遇冷凝聚成液态或固态微粒，而形成的气溶胶,气溶胶（,物理状态,）,固态气溶胶烟和尘,液态气溶胶雾,固液混合态气溶胶烟雾(smog),气溶胶（,粒径,）,总悬浮颗粒物,(total suspended particulates,TSP,)，,用标准大容量颗粒采样器(流量在1.11.7,m,3,/min)在滤膜上所收集到的颗粒物的总质量,飘尘,可在大气中长期飘浮的悬浮物称为飘尘，,其粒径小于10 m的微粒,降尘,粒径大于10 m，由于自身的重力作用会,很快沉降下来的微粒,可吸入粒子,(inhalable particles或IP)，易于通过,呼吸过程而进入呼吸道的粒子,IP为粒径D,P,1 0 m的粒子,D,P,的定义为与所研究粒子有相同终端降落速率 的,密度为1的球体直径,二.颗粒物的粒径分布,气溶胶粒径分布是指所含颗粒物的浓度按粒子大小的分布情况。由于颗粒物形状的不规则性，粒径的表示有空气动力学直径（D,P,的定义为与所研究粒子有相同终端降落速率的,密度为1的球体直径）或斯托克斯直径（系指一颗粒子与另一球形颗粒物具有相同平均密度及沉降速率的直径）。,颗粒物的浓度通常采用单位体积气溶胶内粒子的数目（数浓度N）、粒子的总表面积（表面积浓度S）或粒子的总体积（V）或总质量（M）来表示。,气溶胶的粒径分布,上图是某城市大气颗粒物的数浓度、表面积浓度和体积浓度分布曲线。,粒径分布约0.01 m,表面积浓度分布约0.2m,体积浓度分布约0.3m，10m,显然这三种表示结果是不同的。,近年来，对气溶胶的粒径分布与其来源和形成过程的关系方面开展了不少研究。Whitby概括提出了气溶胶粒子的三模态模型并解释了气溶胶的来源和归宿。,按照这个模型，气溶胶粒子可以表示为三种模结构：,粒径小于0.05,m的粒子称为爱根核模,粒径0.05 m,D,P,2,m的粒子称为积聚模,粒径大于2 m的粒子称为粗粒子模,图中还表示出三种大气气溶胶的表面积按粒径的分布及各个模态粒子的主要来源和去除机制,气溶胶的粒径分布及来源和汇,(引自Whitby and Cantrel l,1976),气溶胶的源与汇,1.气溶胶粒子源,天然源,人为源,气溶胶粒子,一次气溶胶,是由污染源释放到大气中直接造成,污染的颗粒物，如土壤粒子、海盐粒子、燃烧,烟尘等，大部分粒径在2m以上,二次气溶胶,是由大气中某些污染气体组分(如二,氧化硫、氮氧化物、碳氢化合物)之间，或它们,与大气正常组分(如氧气)之间通过光化学氧化,或其他化学反应转化成的颗粒物，如二氧化硫,转化成硫酸盐。,粒径一般在 0.011m范围,气溶胶的排放量很大，天然排放量是人为量的两倍多。另一方面，由天然和人为源排出的H,2,、NH,3,、SO,2,、NOx、HC等气体污染物转化成二次气溶胶粒子每年达5.214.3510,8,t.其中细颗粒的80%90%都是二次气溶胶粒子,对大气质量的影响极大,2.气溶胶的汇,气溶胶的去除与粒子的粒径、化学组成以及气象条件有关。,气溶胶粒子的迁移率随着粒径的增大而迅速减小，所以主要是粒径小于0.2,m 的粒子发生凝聚现象，即因碰撞而合并成较大的粒子，然后,通过干沉降（重力沉降或与地面碰撞后沉降）和湿沉降（雨除和冲刷）清除,气溶胶粒子的化学组成,1、气溶胶粒子中的无机颗粒物,(1)硫酸及硫酸盐气溶胶粒子,2)硝酸及硝酸盐气溶胶粒子,(3)颗粒态碳,如烟怠、炭黑和石墨,(4)有毒无机颗粒，如石棉、汞、铅等,2、气溶胶粒子中的有机物,气溶胶粒子中的有机物(particulates organic martter POM)，其粒径一般在0.110m之间，其中大部分是2m以下的细粒子,气溶胶粒子中有机物的种类很多，其中烃类烷烃、烯烃、芳香烃和多环芳烃等是主要成分，还含有亚硝胺、氮杂环化合物、环酮、醌类、酚类和酸类等。其浓度从ng/m,3,到mg/m,3,的量级，且因地而异,多环芳烃（PAHs）,两个或两个以上苯环以稠环形式相连的化合物。,它是石油、煤炭等化石燃料及木材烟草等有机物,在不完全燃烧过程中产生的;火山爆发等也会产生,PAHs,空气中,PAHs以气态、颗粒态形式存在,PAHs的致癌和(或)诱变性；环境中存在PAHs对,人体健康有很大的影响,PAHs的基本性质,PAHs,NAPH,ACEN,FLUOR,PHEN,FLUR,中文名称,分子量,结构式,萘,128,0/+,苊,152,0/+,芴,166,0/+,菲,178,0/+,AN,蒽,178,+,荧蒽,202,0/+,两个或两个以上苯环以稠环形式相连,PAHs,中文名称,分子量,结构式,PY,芘,202,BaA,苯并,(a),蒽,228,+,CHRY,屈,228,0/+,BeP,苯并,(e),芘,252,0,BkF,苯并,(k),荧蒽,252,0/+,BaP,苯并,(a),芘,252,+,注：,0,为无致癌性，,0/+,为怀疑具致癌性，,+,为具致癌性，,+,为强致癌性,3、气溶胶粒子中的微量元素,气溶胶粒子中的元素达70余种，其中Cl、Br和I,主要以气体形式存在于大气中，它们在气溶胶,粒子中分别占总量的2%、3.5%和17.0%,Cl,-,主要分布在粗模范围，地壳元素如Si、Fe、,Al、Sc、Na、Ca、Mg和Ti一般以氧化物的形式,存在于粗模中；Zn、Cd、Ni、Cu、Pb和S等元,素则大部分存在于细粒子中,4.生物颗粒物,大气颗粒物组成还应包括生物气溶胶。这里的生物气溶胶粒子确切地是指一次生物气溶胶粒子（PBAP）。PBAP描述空气中起源于生物的固体粒子（死的或活的），包括微生物和所有种生物体的碎片。粒径分布从最小的病毒颗粒（0.005,m,0.25,m)，到大颗粒的花粉(,5,m),气溶胶的形成机制,均相成核或非均相成核,形成细粒子分散在空气中,在细粒子表面,经过多相气体反应,使粒子长大,由布朗凝聚和湍流凝聚,粒子继续长大,通过干沉降（重力沉降或与地面碰撞后沉降）和湿沉降（雨除和冲刷）清除,颗粒物的环境健康效应,气溶胶的气候效应全球气温、,能见度,气溶胶的健康效应呼吸道疾病,PM,2.5,在PM,l0,的质量中占30-70%，细颗粒具有更,大的环境活性，对人体健康危害更大,当气溶胶粒子通过呼吸道进入人体时，有部分,粒子可以附着在呼吸道上，甚至进入肺部沉积,下来，直接影响人的呼吸，危害人体健康,可被吸入的飘尘因粒径不同而滞留在呼吸道的,不同部位。大于,5,m,的飘尘，多滞留在上呼吸,道，小于,5,m,的多滞留在细支气管和肺泡。进,入呼吸道的飘尘往往和二氧化硫、二氧化氮产,生联合作用，损伤粘膜、肺泡，引起支气管,和肺部炎症，长期作用导致肺心病,侵入人体深部组织的粒子化学组成不同对健康产生不同的危害，如硫酸雾侵入肺泡引起肺水肿和肺硬化而导致死亡，故硫酸雾的毒性比气体SO,2,的毒性要高10倍以上,现在普遍认为,粒径小于2.5的细粒子对人体健康的危害最大，许多发达国家开始对细粒子制定大气质量标准并进行控制。我国的空气了质量标准以前只限制气溶胶粒子总量（TSP），现在也开始重视细粒子的问题，开始制定PM10的控制指标，而PM2.5也在考虑之中,三、在颗粒物表面上的氧化,2SO,2,+2H,2,O+O,2,2H,2,SO,4,综上所述，大气中SO,2,的氧化有多种途径，其主要途径是均相气相氧化和液相氧化。,催化剂,酸沉降（Acid Deposition）,大气中的酸通过降水，如雨、雾、雪等迁移到地表，或在含酸气团气流的作用下直接迁移到地表,湿沉降（Wet Deposition）酸雨,干沉降（Dry Deposition）,3.5,酸沉降,一、酸雨的研究概况,pH值小于5.6的雨雪或其他形式的大气降水,1761-1767年，Marggraf 测定雨和雪等降水的,化学组成,1872年，Smith 首次提出酸雨的概念,并讨论煤燃烧、降水量和降水频率的影响,20世纪50年代，欧洲发现降水酸性增强,酸雨问题受到普遍重视,美国15个州，降水的pH平均值在4.8以下,最严重的降水pH为1.5,1971年 日本首次报导酸雨,酸雨是跨越国界的公害之一,我国酸雨概况,20世纪70年代末，开始研究酸雨,主要分布在秦岭淮河以南,严重的地区：西南、华东和东南沿海,酸雨区占国土面积的,30%,主要致酸物质:,硫酸、硝酸、有机酸,酸雨的前体物：SO,2,、NOx、有机物,2002年全国酸雨区域分布示意图,不同降水酸度城市百分比,2007年浙江省环境状况公报喜忧参半,全省酸雨污染仍较严重,全省酸雨污染仍较严重，省控测站降水PH年均值都在5.60以下，全省平均为4.32，比上年上升0.02；平均酸雨率为92.6%，比上年上升了1.0个百分点。32个省控城市中有27个为重酸雨区，较上年增加两个；其余5个为中酸雨区。,全省城市环境空气质量总体良好，78%的省控城市达到国家二级标准，对城市空气质量影响最大的仍为可吸入颗粒物，其次是二氧化硫和二氧化氮。各项污染指标与上年相比，二氧化硫年日均值略有上升，二氧化氮和可吸入颗粒物略有下降。,其中，城市日空气质量一项指标中，11个设区市全年的I-II级空气质量天数均达到84%以上，其中宁波、温州、湖州、衢州、舟山、台州和丽水市达到90%以上。,浙江酸雨现状,基本被酸雨覆盖，酸雨率已达83.7%,降水pH（酸度）年均值都在5.6以下,96.9%的地区 pH,5.0,临安、开化、安吉等地 pH,4.5,主要酸性污染物SO,4,2-,NO,3,-,的影响正在逐年加重,二、降水的化学性质,1、降水的化学组成,（1）降水组成,大气固定气体成分,O,2,，N,2,，CO,2,，H,2,及惰性气体,无机物：土壤矿物离子、海洋盐类离子、大气,转化产物、人类排放物,有机物：,如有机酸（甲酸、乙酸）、醛类、烯,烃、PAHs等,光化学反应产物:,H,2,O,2,、O,3和PAN等,不溶物：土壤粒子和燃烧排放烟尘中的不溶物,重要离子：,SO,4,2-,，NO,3,-,，Cl,-,，NH,4,+,，Ca,2+,，H,+,SO,4,2-,：1-20 mg/L,美国东北部降水：H,2,SO,4、,H,NO,3、,HCl所占比,例分别为60%、30%和5%,我国酸雨为硫酸型，SO,4,2-,含量是 NO,3,-,的3-10倍,（2）降水中的离子成分及平衡,降水中的主要离子,阴离子,SO,4,2-,、NO,3,-,、Cl,-,、HCO,3,-,阳离子,H,+,、NH,4,+,、Ca,2+,、K,+,、Mg,2+,、Na,+,雨水呈电中性，阴阳离子基本平衡,H,+,+NH,4,+,+Na,+,+K,+,+Ca,2+,+Mg,2+,=SO,4,2-,+NO,3,-,+Cl,-,+HCO,3,-,（阴离子）,当代表酸性物质的阴离子总量大于代表碱性物质,的阳离子总量时，降水的H,+,含量增 高，pH值降,低，形成酸雨,雨水酸度与酸碱成分(,g/mL),地点,pH,SO,4,2,-,NO,3,-,Ca,2+,NH,4,+,重庆,4.12,13.29,1.39,1.53,1.21,北京,6.7,13.11,3.12,3.68,2.54,瑞典,4.3,3.4,1.9,0.,28,0.56,美国,3.92,6.0,2.4,0.30,0.20,2、降水的pH及酸雨的定义,降水的天然酸度为pH5.6,CO,2,(g)+H,2,O CO,2,H,2,O,CO,2,H,2,O H,+,+HCO,3,-,HCO,3,-,H,+,+CO,3,2-,H,K,1,K,2,按电中性原理得：,H,+,=OH,-,+HCO,3,-,+CO,3,2-,=K,w,/H,+,+K,1,HPco,2,/H,+,+2K,1,K,2,HPco,2,/H,+,2,式中:K,w,为水的离子积，P,CO,2,为CO,2,在大气中的分压,K,1,、K,2,分别为 CO,2,H,2,O的一级和二级电离常数,计算可得洁净雨水的pH为5.6,对pH 5.6能否作为酸性降水界限的异议,高清洁大气中，除CO,2外还存在着各种酸、碱性,气态和气溶胶物质，降水酸度是其中各种酸、碱,性物质综合作用的结果，其pH不一定正好是5.6,作为对降水pH值有决定影响的强酸，尤其是硫酸,和硝酸，并不都来自人为源,降水pH5.6的地区并不都意味着没有人为污染，,有的地区空气中酸性物质污染严重，但碱性尘粒,或其他碱性物质如NH,3,含量高，降水冲刷的结果,使pH值大于5.6（,如北京等地,）,H,+,浓度不是一个守恒量，它不能表示降水受污,染的程度。同一酸度的降水，其中的SO,4,2-,、NO,3,-,等含量可以相差很大,在偏远地区（如林区,有些树木排放有机酸），降 水pH低不一定表示污染严重（临安等地）,城市附近的降水，有时pH并不低，降水实际上已,受到了污染,降水pH 与其中的酸、碱离子平衡有关,合适的pH(5.0),世界某些降水背景点的pH值,地,点,样品数,pH,平均值,中国丽江,280,5.00,Amsterdan(,印度洋,),26,4.92,Porkflot(,阿拉斯加,),16,4.94,Katherine(,澳大利亚,),40,4.78,Sancarlos(,委内瑞拉,),14,4.81,St.Georges(,大西洋白慕群岛,),67,4.79,绍兴酸雨的成因,空气中酸雨前体物,SO,2,、NOx,浓度较高,高温、高湿等气象条件有利于,SO,2,、NOx,的转化,土壤粒子呈酸性，大气中碱性物质少,三、酸雨的形成（降水酸化的过程）,酸雨的形成涉及一系列复杂的物理、化学过程，,包括污染物的,远程输送过程、成云成雨过程,以及,在这些过程中发生的气相、液相和固相等均相或,非均相化学反应等,1、大气中酸性物质的形成,主要致酸物质：,H,2,SO,4,、HNO,3,，有机酸,气相路径和液相路径,(1)SO,2,和NO,x,在气相中氧化成H,2,SO,4,和HNO,3,，,以气溶胶或气体的形式进入液相,(2)SO,2,和NO,x,溶入液相后，在液相中被氧化成,SO,4,2-,和NO,3,-,(3)SO,2,和NO,x,在气液界面发生化学反应转化为,SO,4,2-,和NO,3,-,SO,2,和NO,x,的气相转化(OH自由基反应),SO,2,+OH H,2,SO,4,(1),NO,2,+OH HNO,3,(2),在大气环境中,反应(1)产生的H,2,SO,4,占气相反应产生的H,2,SO,4,总量的98%以上,反应(2)是气相产生HNO,3,最主要的反应，它比反应(1)约快10倍,多步,H,2,O,2,+HSO,3,-,SO,4,2-,+H,+,+,H,2,O,O,3,+HSO,3,-,H,+,+SO,4,2-,2NO,2,+HSO,3,-,2NO,3,-,+3H,+,+SO,4,2-,pH5时，H,2,O,2,氧化S()是最有效的途径,pH5时，O,3,氧化S()比 H,2,O2,快10倍,Fe,3+,和Mn,2+,催化O,2,氧化S()在高pH下比较重要,H,2,O,SO,2,和NOx的液相氧化,溶于水中的SO,2,和NOx可被大气中的H,2,O,2,、O,3,及OH、HO,2,等氧化成SO,4,2-,和NO,3,-,NO,x,可被OH、H,2,O,2,、O,3,等氧化成NO,3,-,OH+NO HONO,OH+NO,2,NO,3,-,+H,+,H,2,O,2,+HONO NO,3,-,+H,+,+H,2,O,O,3,+NO,2,-,NO,3,-,+O,2,后两个反应与pH有很大关系,大气中有机酸的形成,乙酸,CH,3,CHO+HO,2,CH,3,CO,2,+H2,O,CH,3,CHO+OH CH,3,CO+H,2,O,CH,3,CHO+hv CH,3,O,2,+HO,2,+CO,CH,3,CO +O,2,CH,3,CO,3,CH,3,CO,3,+CH,3,O,2,CH,3,COOH,+HCHO+O,2,O,2,甲酸,CH,2,=CH,2,+OH HOC,2,H,4,O,2,+C,2,H,3,HOC,2,H,4,O,2,HCOOH,C,2,H,3,HCOOH,CH,2,=CH,2,+O,3,CH,2,OO,*,CH,2,OO,*,HCOOH,多步,多步,M,2、降水的酸化过程,云内清除或雨除,(in-cloud scavenging or rain out),在云内，云滴相互碰并或与气溶胶粒子碰,并，同时吸收大气中的气体污染物，在云内部发,生化学反应,云下清除或冲刷,(below-cloud scavenging or washout),在雨滴下落过程中，雨滴冲刷着所经过空气,中的气体和气溶胶，雨滴内部也会发生化学反应,酸雨的形成过程,(a)由源排放的气态SO,2,、NO,x,经气相反应生成,H,2,SO,4,、HNO,3,或硫酸盐、硝酸盐气溶胶,(b)云形成时，含SO,4,2-,和NO,3,-,的气溶胶粒子以凝结,核的形式进入降水,(c)云滴吸收了SO,2,、NO,x,气体，在水相氧化形成,SO,4,2-,、NO,3,-,(d)云滴成为雨滴，降落时清除了含有SO,4,2-,、NO,3,-,的气溶胶,(e)雨滴下降时吸收SO,2,、NO,x,，再在水相中转化,成SO,4,2-,、NO,3,-,途径(b)、(c)为雨除（云内清除过程），(d)、(e)为冲刷(云下清除过程),在雨除和冲刷过程中同时进行着SO,2,、NO,x,的,吸收及其液相氧化；H,2,O,2,、O,3,及OH、HO,2,对SO,2,、NO,x,液相氧化起重要作用,大气中的其他气态物质和NH,3,、H,2,O,2,、O,3,和碳,氢化合物等也会被清除进入降水，其中的一些,物质(如碳氢化合物)可发生氧化转化，从而对降,水起酸化作用,因此，酸雨的形成是酸化的化学过程与清除的,物理过程交织在一起的,四、酸雨的危害,酸雨降落到地面后得不到中和，可使土壤、湖泊、河流酸化，危害水生生态系统与陆地生态系统,。,对土壤生态的危害,使土壤酸化，(,抑制有机物的分解和氮的固定，淋洗钙、镁、钾等营养元素，使土壤贫瘠化),并危害植物根系和茎叶。,对水生生态的危害,水体酸化可能改变水生生态系统，同时严重影响鱼类的繁殖和发育.酸雨还使土壤中的铝、汞等十分有害的金属离子游离出来。这不仅对陆地植物，而且对水生的动植物都是十分有害的。欧洲和北美几千个湖泊鱼类灭绝成为死湖，这是一个重要原因。,对植物的危害,只要水的,pH,值低到,3,以下，水稻、松树、向日葵等叶子表面就会出现坏死斑点；显微镜下观察叶子表面的毛孔和气孔都受到损害，严重影响光合作用。,对材料和古迹的影响,对人体健康的影响,酸雨可造成很大的经济损失,中国酸雨区面积占国土面积的30%，61.8%的南方城市出现酸雨，宜宾、怀化、,绍兴,、遵义、宁波、温州等南方城市酸雨频率超过90%。中国环境科学研究院、清华大学的研究结果表明，酸雨污染给中国造成,的损失,每年超过人民币1100亿元.,目前世界上减少二氧化硫排放量的主要措施有：1、原煤脱硫技术，可以除去燃煤中大约40一60的无机硫。2、优先使用低硫燃料，如含硫较低的低硫煤和天然气等。3、改进燃煤技术，减少燃煤过程中二氧化硫和氮氧化物的排放量。例如，液态化燃煤技术是受到各国欢迎的新技术之一。它主要是利用加进石灰石和白云石，与二氧化硫发生反应，生成硫酸钙随灰渣排出。4、对煤燃烧后形成的烟气在排放到大气中之前进行烟气脱硫。目前主要用石灰法，可以除去烟气中85一90的二氧化硫气体。不过，脱硫效果虽好但十分费钱。例如，在火力发电厂安装烟气脱硫装置的费用，要达电厂总投资的25之多。这也是治理酸雨的主要困难之一。,五、酸雨研究及污染控制中有关问题,1、,酸雨的监测,准确测定降水的,pH？(传统方法和,单柱离子排斥-阳离子交换色谱法)(互动内容),2,、,酸雨的控制,酸雨前体物,SO,2,、NOx,的污染源及贡献率,局地源及外源输入（远距离输入）,合适的pH（,如5.0 or 5.6?,）,SO,2,、NOx 的控制技术及相关的环境政策,一.平流层臭氧,离地面约1535km范围内，有厚约20km的臭氧层,对流层,平流层,20 Km O,3,紫外线,氟里昂,平流层臭氧,二.平流层臭氧的形成和破坏,1.平流层臭氧化学,在大气中，每天大约有3.510,8,Kg O,3,被生成和破坏。,O,2,hv（,240nm）2O,O,O,2,M O,3,O,3,hv（,325nm）O,2,O,O,O,3,2O,2,太阳光驱动臭氧的生成和去除，但是参与的波段不同。这些吸收和后续的反应使得地面不受200nm、230320nm 两个高能紫外线的辐射。,同时光子的能量被转化为热能，这就可以解释为何在中平流层温度相对较高，是因中平流层的臭氧生成和破坏反应最为活跃。,从上述反应式可知，3O,2,/2O,3,远离平衡，因此就要不断促使O,2,参加反应，直到O,3,的生成与转化回到O,2,的速率平衡。但是此时测得的O,3,平衡浓度远比实验观测到约高23倍。这就意味着还存在未被发现的天然去除机制破坏平流层臭氧。,还存在未被发现的天然去除机制破坏平流层臭氧。这些去除机制被认为是催化过程，每一个都是自由基链反应循环。一般表达式为：,XO,2,XOO,XOO XO,2,OO,3,2O,2,现已发现四种催化循环，都涉及到催化剂 X，一种奇电子物种。X 可以是氯原子（Cl）、一氧化氮（NO）、羟基自由基（OH）、或氢原子（H）,2.臭氧耗损的后果,紫外线分为UV-A（400320nm）,UV-B（320290nm）,UV-C（290nm）,臭氧层中臭氧含量的减少等于在屋顶上开了天窗，导致太阳对地球紫外线辐射增强。大量紫外光照射进来，严重损害动植物的基本结构，降低生物产量，使气候和生态环境发生变异，特别对人类健康造成重大损害。,三.臭氧层耗损物质,氯氟烃类化合物,氯氟烃化合物（CFCs），氟里昂是它的商品名称。它不易燃烧，不具腐蚀性，无毒，性能稳定，价格便宜，作为一种工业用化学物质，被广泛使用在各种冷冻空调的冷媒、电子和光学元件的清洗溶剂、化妆品等喷雾剂，以及泡沫塑料PU、PS、PE的发泡剂等等。从20世纪的30年代初到90年代的五六十年中，人类总共生产了1500万吨氯氟烃。,哈龙类化合物,其他化合物,四.保护臭氧层国际公约,1987年9月16日在加拿大蒙特利尔会议上，通过了关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书。为了实施议定书的规定，1990年6月在伦敦召开的议定书缔约国第二次会议上，决定设立多边基金，对发展中国家淘汰有关物质提供资金援助和技术支持。1991年建立了临时多边基金，1994年转为正式多边基金。到1995年底，多边基金共集资4.5亿美元，在发展中国家共安排了1100多个项目。,五.替代化合物,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。在特殊情况下需要使用，也应努力回收，尽可能重新利用。,目前，世界上一些氟里昂的主要生产厂家参与开发研究了替代氟里昂的含氟替代物（含氢氯氟烃HCFC和含氢氟烷烃HCF等）及其合成方法，有可能用作发泡剂、制冷剂和清洗溶剂等，但这类替代物也损害臭氧层或产生温室效应。同时，也在开发研究非氟里昂类型的替代物质和方法，如水清洗技术、氨制冷技术等。,地球的能量平衡,温室效应,(Greenhouse effects),地球表面能量返回大气由三种能量传输机制来完成:,传导,-通过相邻分子的相互碰撞作用来完 成。,对流,-是当空气团移动越过一个地区时陡然的空气变化。,辐射,-地球受热后，能量辐射比太阳光到达地面辐射更长波长的长波辐射，把能量带离地球表面，以维持地球热量平衡,二.温室效应,太阳光被地表吸收，受热地球表面以更长的波长（红外波段）再辐射返回太空。在返回过程中，一些辐射被大气中的温室气体吸收，被温室气体吸收的能量向四面八方再发射，其中向下的能量返回地面，使地表增温。,三.全球变暖,在过去的一个世纪里，全球表面平均温度上升了0.3至0.6摄氏度，海平面上升了10至25厘米。目前地球大气中的二氧化碳浓度已由工业革命（1750年）之前的280ppm增加到了近360ppm。1996年政府间气候变化小组发表的评估报告表明：如果世界能源消费的格局不发生根本性变化，到21世纪中叶，大气中的二氧化碳浓度将达到560ppm，全球平均温度可能上升1.5至4摄氏度。,中国气候出现变暖趋势,近40年来中国的气候存在着变暖的总趋势，80年代的年均气温值比前30年的平均气温值高0.21摄氏度。,气温增高增大了地表水的蒸发量，从而加重了中国华北和西北地区的干旱、土地沙化、碱化以及草原退化，使得近年来，春季北方沙尘天气异常频繁。,气候变暖对中国西北、华北、东北、西南、华中的夏季气候造成影响，使农业病虫害频繁产生。2000年中国遭受了罕见的全国性干旱，而且干旱高温致使北方部分省市发生大面积严重的蝗虫灾。全球气候变暖造成的海平面上升对三角洲地带和平原沿岸危害最大，而这些地区都是中国经济密集、比较发达的地区。海平面上升，必将对中国的社会、经济发展产生巨大影响。,气温和海平面变化,到2025年：气温升高1，海平面上升20cm,四.温室气体,温室气体是指大气中由自然或人为产生的能够吸收和释放地球表面、大气和云所辐射出的红外波谱段特定波长的气体成分。该特性导致温室效应。水汽（H,2,O）、二氧化碳（CO,2,）、氧化亚氮（N,2,O）、甲烷（CH,4,）和臭氧（O,3,）是地球大气中主要的温室气体。,此外，大气中还有许多完全由人为因素产生的温室气体，如蒙特利尔协议所涉及的卤代烃和其他含氯和含溴物。除CO,2,、N,2,O和CH,4,外，京都议定书将六氟化硫（SF,6,）、氢氟碳化物（HFCs和全氟化碳（PFCs）定为温室气体。,最近发现新的温室效应最强的气体CF,3,SF,5,1.CO,2,是主要的温室气体,CO,2,浓度的变化,19世纪上半叶 1988年 2000年,（270mL/m,3,）（350mL/m,3,）（365mL/m,3,）,2.六氟化硫(SF,6,),京都议定书管制的6种温室气体之一。作为高压设备的绝缘体或有助于生产电缆冷却设备，它广泛地应用在重工业生产中。它的全球增暖潜势为23,900。,一个SF,6,分子的温室效应是CO,2,分子的22200倍。,3.氢氟碳化物(HFCs),京都议定书控制的六种温室气体之一。商业上生产该物质用作氯氟碳化物的替代品。HFCs 主要用于电冰箱和半导体生产。它们的全球增温潜势范围是1300-11700。,六.全球增温潜势(GWP),描述充分混合的温室气体的辐射特性的指数，它反映了不同时间这些气体在大气中的混合效应以及它们吸收向外发散的红外辐射的效力。该指数相当于与二氧化碳相关的在现今大气中给定单位温室气体量在完整时间内的升温效果。,一.室内空气污染问题的由来,煤烟型污染 光化学烟雾污染 室内空气污染,室内空气污染物的种类主要划分为四类:,生物污染,化学污染,物理污染,放射性污染,人居环境,二.室内气态污染物,室内空气污染严重,主要污染源：,装修、烹调、抽烟、采暖等,醛酮类化合物是室内空气中的主要污染物之一主要来自各种人造板、涂料、油漆、新家具、房屋隔热层使用的化纤地毯和墙面及地板的装饰材料。此类物质对粘膜和皮肤具较强的刺激性，影响人体舒适度，明显致突变作用，可诱发机体鼻腔上皮细胞等发生癌变,甲醛、乙醛、丙酮、苯甲醛、环己酮,国家第一部控制室内环境污染的工程建设强制性标准 民用建筑工程室内环境污染控制规范颁布实施，此外，与之相配套，以规范对建设工程勘察、设计、施工、验收阶段的管理的关于加强建筑工程室内环境质量管理的若干意见也同时出台。,今后,凡新建、扩建、改建的民用建筑工程，都被纳入了民用建筑工程室内环境污染控制规范范围。该规范对建筑工程室内氡、甲醛、苯、氨、总挥发性有机化合物(TVOC)含量的控制指标作了规定。,室内环境污染对女性健康威胁较大主要有以下几种：,一是甲醛,二是苯,三是电磁辐射污染,四是厨房油烟污染,五是吸烟的烟雾中含有多种有害物质，对室内不吸烟的人影响更大,含硫化合物的控制化学,含氮化合物的控制化学,其他废气控制化学,大气污染控制化学,（自学，结合查阅文献）,