(16)--第二章-大气环境化学环境化学.ppt

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1、1 1第第二二章章大气环境化学大气环境化学 知识点：大气的结构、特点和大气稳定度，知识点：大气的结构、特点和大气稳定度，影响污染物迁移转化的因素，影响污染物迁移转化的因素，大气中污染物的产生、迁移和转化规律。大气中污染物的产生、迁移和转化规律。重重点：大气污染物的迁移和转化规律点：大气污染物的迁移和转化规律难难点：光化学反应历程点：光化学反应历程2 2大大气气环环境境化化学学主主要要研研究究大大气气环环境境中中污污染染物物质质的的化化学学组组成成、性性质质、存存在在状状态态等等物物理理化化学学特特性性及及其其来来源源、分分布布、迁迁移移、转转化化、累累积积、消消除除等等过过程程中中的的化化学学

2、行行为为、反反应应机机制制和和变变化化规规律，探讨大气污染对自然环境的影响等。律，探讨大气污染对自然环境的影响等。3 3第第1节大气的组成和结构节大气的组成和结构第第2节大气中污染物的迁移扩散节大气中污染物的迁移扩散第第3节节大气中污染物的转化大气中污染物的转化第第4节节大气污染综合防治与管理大气污染综合防治与管理4 4第1节大气的组成和结构一、大气的组成一、大气的组成二、大气的结构二、大气的结构三、大气污染和污染物三、大气污染和污染物四、辐射逆温层四、辐射逆温层五、大气稳定度五、大气稳定度5 5大大气气：包包围围在在地地球球表表面面并并随随着着地地球球旋旋转转的的空空气气层，也称为层，也称为

3、大气圈大气圈或或大气层大气层。大气的重要性：大气的重要性：地球上一切生命赖以生存的气体环境；地球上一切生命赖以生存的气体环境；吸吸收收来来自自太太阳阳和和宇宇宙宙空空间间的的大大部部分分高高能能宇宇宙宙射射线和紫外辐射，是地球生命的保护伞；线和紫外辐射，是地球生命的保护伞；是是地地球球维维持持热热量量平平衡衡的的基基础础，为为生生物物生生存存创创造造适宜的温度环境。适宜的温度环境。6 6一、大气的组成一、大气的组成稀有气体（CH4、SO2、NH3、CO、O3）0.1%、水（正常范围1-3%）大气的总重量约为大气的总重量约为55005500万亿吨，为万亿吨，为地球地球重量的百万分之一。重量的百万

4、分之一。(r=6360km)(r=6360km)78.0920.940.930.0350.0199.97 7成云致雨的必要条件成云致雨的必要条件主要主要成分成分次要次要成分成分水水 汽汽固体杂质固体杂质生物体的基本成分生物体的基本成分维持生物活动的必要物质维持生物活动的必要物质植物光合作用的原料；对地面保温植物光合作用的原料；对地面保温吸收紫外线，使地球上的生物免吸收紫外线，使地球上的生物免遭过量紫外线的伤害遭过量紫外线的伤害成云致雨的必要条件；对地面保温成云致雨的必要条件；对地面保温大气组成大气组成主主 要要 作作 用用干干洁洁空空气气O3N2O2CO2大气各成分的作用大气各成分的作用8 8

5、大气是一个流动体系和循环体系。气体组分的寿命气体组分的寿命少少则几小时，多则达百万年以上。这与组分的性质、储量及则几小时，多则达百万年以上。这与组分的性质、储量及迁出或循环的途径等有密切关系。迁出或循环的途径等有密切关系。化学反应化学反应生物活动生物活动水的活动水的活动放射性衰变放射性衰变工业活动工业活动化学反应化学反应生物活动生物活动等等转化为转化为其它物质其它物质产生产生消耗消耗大气大气循环循环9 9非循环气体：稀有气体（非循环气体：稀有气体（107年以上）年以上）循环气体：循环气体：以以年年计计：O2（600年年）、N2（100年年）、H2（5年年）、CO2（10年年）、CO（1年年）、

6、CH4（25年）、年）、N2O（815年）年）以天计：以天计：H2O（10.1天）、天）、O3（0.25年）、年）、NH3（1天天）、NO和和NO2（1月月）、H2S（1天天）、）、SO2（0.01年）年）10101.2大气的结构大气的结构有关大气的一些数据有关大气的一些数据&地地表表大大气气平平均均压压力力：1个个大大气气压压（101325Pa），相当于相当于1cm2地表上承受地表上承受1034g的空气柱。的空气柱。&地球总表面积：地球总表面积：5.1108km2。&大大气气层层没没有有明明确确的的上上限限（顶顶），离离地地面面800km的的高空还有少量空气存在。高空还有少量空气存在。&大气

7、层厚度大气层厚度一般为一般为1000km。&75%的的大大气气质质量量在在10km范范围围内内，99%在在30km范范围围内内，而而在在100km以以上上的的范范围围，空空气气质质量量仅仅为为整整个大气的百万分之一。个大气的百万分之一。1111地球大气的区域划分地球大气的区域划分按高度划分按高度划分低层大气：从地面到大约低层大气：从地面到大约50km高层大气：高层大气：50km以上以上按均匀程度划分按均匀程度划分均均质质层层：从从地地面面到到大大约约90km高高空空的的大大气气区区域域物物质质组组成成相相对对均匀，在气体组成上变化较小；均匀，在气体组成上变化较小；非非均均质质层层：大大气气上上

8、部部区区域域的的物物质质组组成成有有较较大大的的变变化化，在在气气体体组成上有极大的变化。组成上有极大的变化。按按照照温温度度随随高高度度变变化化和和气气流流运运动动特特点点分分类类（是是最最常常用用的方法），大气温度层结。的方法），大气温度层结。1212大气温度层结大气温度层结大大气气温温度度层层结结和和大大气气密密度度层层结结：静静大大气气的的温温度和密度在垂直方向上的分布。度和密度在垂直方向上的分布。p对流层（对流层（troposphere）p平流层（平流层（stratosphere）p中间层（中间层（mesosphere）p热层（热层（thermosphere）p逸散层（逸散层（esc

9、apelayer）1313 Pressure units 1 atm=1.013 x 106 g cm-1 s-2 1 mbar=103 g cm-1 s-2 1 hPa=103 g cm-1 s-2 Ideal gas law p V =Rg T p=(Rg T)/MaSource:Environmental Science,Cunningham,P.W.and B.W.Saigo,20011414大气的垂直分层大气的垂直分层对流层对流层平流层平流层对流旺盛近地面，对流旺盛近地面，纬度不同厚度变；纬度不同厚度变；高度增来温度减，高度增来温度减，只因热源是地面；只因热源是地面；天气复杂且多变，

10、天气复杂且多变，风云雨雪较常见。风云雨雪较常见。气温初稳后升热气温初稳后升热只因层中臭氧多只因层中臭氧多水平流动天气好水平流动天气好高空飞行很适合高空飞行很适合上冷下热上冷下热高空对流高空对流电电离离层层高高层层大大气气电离层能反射无线电电离层能反射无线电波，对无线电通讯有波，对无线电通讯有重要作用重要作用1515范围范围：大气的底层，平均为：大气的底层，平均为012km。厚度厚度：随随纬纬度度变变化化：赤赤道道附附近近为为1618km，在在中中纬纬度地区为度地区为1012km，两极附近为，两极附近为89km。随季节变化夏季较厚，冬季较薄。随季节变化夏季较厚，冬季较薄。对流层（对流层（trop

11、osphere）1616对流层（对流层（troposphere）特点特点：气温随高度升高而降低：气温随高度升高而降低：大大气气垂垂直直递递减减率率：随随高高度度升升高高气气温温的的降降低低率率。表表征征大气的温度层结。大气的温度层结。式中式中T绝对温度，绝对温度，K；z高度。高度。在在对对流流层层中中，dT/dz0，且且0.6K/100m，即即每每升高升高100m，温度降低，温度降低0.6。1717空空气气密密度度大大：对对流流层层的的厚厚度度是是大大气气层层厚厚度度的的1%，但但却却集集中中了了大大气气总总质质量量的的3/4以以上上和和几乎所有水蒸气。几乎所有水蒸气。天天气气现现象象复复杂杂

12、多多变变：存存在在强强烈烈的的垂垂直直对对流流作用和较大的水平运动。作用和较大的水平运动。风风、云云、雨雨、雪雪、雾雾、雹雹、霜霜等等主主要要天天气气现象与过程都发生在对流层中。现象与过程都发生在对流层中。1818平流层（平流层（stratosphere）范范围围：对对流流层层顶顶（约约12km）到到55km的的大大气气层为层为平流层平流层。温度变化温度变化：25km以以下下，温温度度随随高高度度降降低低变变化化较较小小，气气温温趋于稳定，所以又称为同温层。趋于稳定，所以又称为同温层。从从25km开始，温度随高度升高而升高。开始，温度随高度升高而升高。1919特点特点：大大气气层层稳稳定定，下

13、下部部温温度度低低，上上部部温温度度高高：气气流稳定，只随地球的自转运动。流稳定，只随地球的自转运动。空空气气比比下下层层稀稀薄薄得得多多，水水汽汽、尘尘埃埃的的含含量量甚甚微，很少出现云、雨等天气现象，透明度高。微，很少出现云、雨等天气现象，透明度高。在在1535km范范围围内内，有有厚厚约约20km的的臭臭氧氧层层，保护地球。保护地球。平流层（平流层（stratosphere）2020中间层（中间层（mesosphere）范围范围：5585km特点特点：温温度度随随高高度度增增加加而而降降低低，顶顶部部达达到到极极低低值值-92左左右右。因因而而下下热热上上冷冷，空空气气垂垂直直运运动动强

14、强烈。烈。在在约约60km的的高高空空，受受到到阳阳光光照照射射的的大大气气分分子子开开始始电电离离，所所以以在在6080km之之间间是是均均质质层层转转向非均质层的向非均质层的过渡层过渡层。2121热层（热层（thermosphere）范围范围：85km800km，也称，也称电离层电离层。特点特点：温度随高度增加而迅速上升。顶部可达温度随高度增加而迅速上升。顶部可达1000K以上。以上。大气分子比中间层更加稀薄。大气分子比中间层更加稀薄。受受宇宇宙宙射射线线和和阳阳光光紫紫外外线线的的作作用用，大大部部分分空空气气呈呈离离子子或或自自由由电电子子的的高高度度电电离离状状态态，所所以以热热层层

15、又又称称为为电电离离层层。由由于于电电离离层层能能够够反反射射无无线线电电波波，所所以以人人类类可可能利用它进行远距离无线电通讯。能利用它进行远距离无线电通讯。2222逸散层（逸散层（escapelayer）800km以上的大气层，也称以上的大气层，也称逸散层或逃逸层逸散层或逃逸层。特点：特点：该层的温度随高度增加而略有升高。该层的温度随高度增加而略有升高。空空气气极极为为稀稀薄薄。密密度度几几乎乎与与太太空空密密度度相相同同，所所以以又又常称为常称为外大气层外大气层。空气受地心引力极小，气体及微粒从该层飞出地球空气受地心引力极小，气体及微粒从该层飞出地球重力场而进入太空，逃逸层因此得名。重力

16、场而进入太空，逃逸层因此得名。该层可以看作是地球大气与外太空的交界区。该层可以看作是地球大气与外太空的交界区。2323顶顶同温层同温层过渡层过渡层大气密度大气密度大大气气层层高高度度kmkm大气圈垂直分层2424臭氧臭氧臭氧臭氧（OO3 3）v来源：来源：O2 O+OO2+O O3v分布：分布：v原因：原因：在上层大气中，紫外线强度很大，氧气分子多分在上层大气中，紫外线强度很大，氧气分子多分离成氧原子。离成氧原子。在较低层大气中，在较低层大气中，O O2 2和和O O数量充足，为数量充足，为O O3 3形成提供了形成提供了物质条件，因而在距地面物质条件，因而在距地面3030千米处臭氧混合比最大

17、，千米处臭氧混合比最大，再通过下沉作用，在再通过下沉作用，在20202525千米处最多。千米处最多。在低层大气中由于，短波紫外辐射减弱，氧原子形成在低层大气中由于，短波紫外辐射减弱，氧原子形成微弱，故臭氧比重减少。微弱，故臭氧比重减少。252526261.31.3大气污染和污染物大气污染和污染物一、大气污染一、大气污染概念概念:指由于人类活动或自然过程使大气中一些物质的含指由于人类活动或自然过程使大气中一些物质的含量达到有害的程度量达到有害的程度(一般指有害物质，如一般指有害物质，如SOSO2 2、NONOX X、HCHC、O O3 3、飘尘等超过国家质量标准、飘尘等超过国家质量标准)，以至破

18、坏人和，以至破坏人和生态系统的正常生存和发展，对生态系统的正常生存和发展，对人体、生态和材料人体、生态和材料造成危害造成危害的现象。的现象。2727大气污染对大气性质的影响：1.降低能见度2.形成雾及降水3.减少太阳辐射4.改变温度和风的分布2828一、大气污染一、大气污染发生过程发生过程:大气环境大气环境污染源污染源输入输入输出输出输入速率输出速率输入速率输出速率29291.31.3大气污染和污染物大气污染和污染物二、大气污染源二、大气污染源概念概念:向大气环境排放有害物质或对大气环境产生向大气环境排放有害物质或对大气环境产生有害影响的有害影响的场所、设备和装置场所、设备和装置。分类分类:按

19、污染物质来源分：天然源和人为源。按污染物质来源分：天然源和人为源。按污染源性状分：固定源和移动源。按污染源性状分：固定源和移动源。按污染物空间分布分：点源、线源和面源按污染物空间分布分：点源、线源和面源按污染物排放时间分：连续源、间断源和瞬时源按污染物排放时间分：连续源、间断源和瞬时源。3030污染源污染源 特特 点点 主要来源主要来源 排放的污染物排放的污染物 天天 然然 源源它它和和人人为为源源相相比比产产生生的的污污染染物物较较少少，浓浓度度较较低低，具具有有局局部部地地区区某某段段时时间间内内可可能能形形成成严严重重影影响响的特点。的特点。火山喷发火山喷发二二氧氧化化硫硫、硫硫化化氢氢

20、、二二氧氧化化碳、一氧化碳、火山灰碳、一氧化碳、火山灰森林火灾森林火灾一一氧氧化化碳碳、二二氧氧化化碳碳、二二氧氧化硫、碳氢化合物等化硫、碳氢化合物等自然尘自然尘风砂、土壤尘等风砂、土壤尘等森林植物释放森林植物释放萜稀类碳氢化合物。萜稀类碳氢化合物。海浪飞沫海浪飞沫 硫酸盐和亚硫酸盐硫酸盐和亚硫酸盐人人为为源源移移动动源源汽汽车车和和火火车车、飞飞机机等等,分分布布广广泛泛分分散散,难难于于监测和治理。监测和治理。交交通通运运输输过过程程：现现代化交通运输工具代化交通运输工具一一氧氧化化碳碳、氮氮氧氧化化物物、碳碳氢氢化合物、硫氧化合物和铅等化合物、硫氧化合物和铅等 静静止止源源静静止止源源则

21、则包包括括工工厂厂 、焚焚化化炉炉等等不不移移动动的的污污染染源源。静静止止源源污污染染面面积积广广，易易于于集集中中监监测治理。测治理。燃料燃烧燃料燃烧二二氧氧化化硫硫、氮氮氧氧化化物物、二二氧氧化碳、一氧化碳化碳、一氧化碳工业生产过程工业生产过程二氧化硫、硫化氢等二氧化硫、硫化氢等颗粒物、粉尘、氧化亚氮等颗粒物、粉尘、氧化亚氮等 大大 气气 污污 染染 源源农农业业活活动动排排放放：农农药、化肥药、化肥 3131三、大气污染物及大气污染类型三、大气污染物及大气污染类型大气污染物的概念大气污染物的概念指由于人类活动或自然过程排入大气的并对环境或指由于人类活动或自然过程排入大气的并对环境或人产

22、生有害影响的那些物质。人产生有害影响的那些物质。大气污染物的分类大气污染物的分类:从形成过程：一次、二次污染物从形成过程：一次、二次污染物从存在状态：气态和固体颗粒态的污染物从存在状态：气态和固体颗粒态的污染物3232大气颗粒物大气颗粒物v气气溶溶胶胶aerosol体体系系:大大气气是是由由各各种种固固体体或或液液体体微微粒粒均均匀匀地地分分散散在在空空气气中中形形成的一个庞大的成的一个庞大的分散体系分散体系。分散体系分散体系：溶液、胶体和粗分散系统。：溶液、胶体和粗分散系统。气溶胶，固溶胶和液溶胶。气溶胶，固溶胶和液溶胶。大大气气环环境境是是一一个个气气溶溶胶胶系系统统，习习惯惯上上称称为为

23、颗颗粒物。粒物。3333大气颗粒物是大气的一个组分。大气颗粒物是大气的一个组分。大气颗粒物参与大气降水过程。大气颗粒物参与大气降水过程。在在清清洁洁大大气气中中，大大气气颗颗粒粒物物很很少少而而且且无无毒毒；在在污污染染大大气气中中，大大气气颗颗粒粒物物也也属属于于一一种种污污染染，并并且且其其中中大大部分有毒。部分有毒。大气颗粒物是大气中一些污染物的载体或反应床。大气颗粒物是大气中一些污染物的载体或反应床。34341、大气颗粒物的分类、大气颗粒物的分类（按照物态及形成机制分类）（按照物态及形成机制分类）粉尘粉尘（微尘、（微尘、Dust）：固体；风吹扬尘，风沙。）：固体；风吹扬尘，风沙。烟烟（

24、烟烟气气，Fume）：固固体体；熔熔融融金金属属、凝凝结结的的金金属氧化物、汽车排气、烟草燃烟、硫酸盐。属氧化物、汽车排气、烟草燃烟、硫酸盐。灰灰（Ash）：固固体体；煤煤、木木材材燃燃烧烧产产生生的的硅硅酸酸盐盐颗粒，煤粉燃烧产生的飞灰。颗粒，煤粉燃烧产生的飞灰。雾雾（Fog）：液液体体；水水蒸蒸气气冷冷凝凝生生成成的的颗颗粒粒小小水水滴或冰晶，水平视程小于滴或冰晶，水平视程小于1km。3535霭霭（Mist）：液液体体；称称为为轻轻雾雾，水水平平视视程程在在12km之内，大气呈灰色。之内，大气呈灰色。霾霾（Haze）：固固体体；水水平平视视程程小小于于2km，使使大大气气混浊呈浅蓝色或微黄

25、色。混浊呈浅蓝色或微黄色。烟烟尘尘（熏熏烟烟，Smoke）：固固体体与与液液体体；含含碳碳物物质质（如如煤煤炭炭）燃燃烧烧时时产产生生的的固固体体碳碳粒粒、水水、焦焦油油状状物物质质及及不不完完全全燃燃烧烧的的灰灰分分所所形形成成的的混混合合物物，如如果果煤烟中失去了液态颗粒，即成为烟尘。煤烟中失去了液态颗粒，即成为烟尘。烟烟雾雾（Smog）：固固体体；泛泛指指各各种种妨妨碍碍视视程程(能能见见度低于度低于2km)的大气污染现象。的大气污染现象。36362 大气颗粒物的粒度大气颗粒物的粒度颗粒大小的界限很难划分，通常用空气动力学直径（Dp）描述。空气动力学等效直径（Dp）在气流中，如果所研究的

26、颗粒物（任意密度和形状）与一个单位密度的球形颗粒物的空气动力学效应相同，则这个球形颗粒物的直径就定义为所研究颗粒物的Dp。3737Dp表示所研究的粒子有相同终端降落速度的密度为1的球体。Dg几何直径，K形状系数(球形K=1.0)p忽略了浮力效应的粒密度o参考密度（o=1g/cm3）3838大气颗粒物按粒径大小分类：大气颗粒物按粒径大小分类：飘尘：飘尘：D D1010m m能在大气中长期飘浮的悬浮物质，如煤烟、能在大气中长期飘浮的悬浮物质，如煤烟、烟气、雾等。烟气、雾等。降尘：降尘：D D3030m m的粒子，靠重力作用可在短时间内降到地的粒子，靠重力作用可在短时间内降到地面的。面的。总悬浮颗粒

27、物总悬浮颗粒物(TSP)(TSP)：D(D(粒径粒径)在在100100m m以下，其中多数在以下，其中多数在1010m m以下，是分散在大气中的各种粒子的总称。以下，是分散在大气中的各种粒子的总称。可吸入颗粒物（可吸入颗粒物（Inhalabte Particulates IPInhalabte Particulates IP）DpDp1010m m 指指TSPTSP中能用口鼻吸入的颗粒物气象报告中用中能用口鼻吸入的颗粒物气象报告中用PM10PM10表示表示39404141大大气气颗颗粒粒物物的的表表面面性性质质：成成核核作作用用、粘粘合和吸着合和吸着。成成核核作作用用是是指指过过饱饱和和蒸蒸汽

28、汽在在颗颗粒粒物物表表面面上上凝凝结结形形成液滴的现象。成液滴的现象。粘粘合合（或或凝凝聚聚）是是小小颗颗粒粒形形成成较较大大的的凝凝聚聚体体并并最最终达到很快沉降粒径的过程。终达到很快沉降粒径的过程。吸吸着着（吸吸收收和和吸吸附附）：气气体体或或蒸蒸气气溶溶解解在在微微粒粒中中的的现现象象称称为为吸吸收收；气气体体或或蒸蒸气气粘粘附附在在颗颗粒粒物物表表面面上上，则则为为吸吸附附。通通过过化化学学作作用用而而相相互互吸吸着着，定定义义为为化学吸附化学吸附。4242 汇（汇（sink）干沉降干沉降：通过重力对颗粒物的作用，使它沉降，沉降的速率与颗粒物的粒径、密度、空气运动粘滞系数有关4343通

29、过重力通过重力对颗粒物的去除对颗粒物的去除斯托克斯斯托克斯Stokes定律：定律：式中式中v沉降速度，沉降速度，cm/s；g重力加速度，重力加速度，cm/s2；Dp粒子直径，粒子直径，cm；1，2颗粒及空气的密度，颗粒及空气的密度，g/cm3；空气的粘度，空气的粘度，Pas。沉降时间沉降时间（滞留（滞留detain时间）：时间）：式中式中沉降时间，沉降时间，s；H 某种粒径粒子的最大高度，某种粒径粒子的最大高度，m。在在5000m高高空空的的粒粒子子沉沉降降到到地地面面（不考虑风力等气象条件）（不考虑风力等气象条件）：若若粒粒径径为为1.0 m，需需要要3年年11个半月的时间。个半月的时间。若

30、粒径为若粒径为10 m，则仅需，则仅需19天。天。4444不同粒径不同粒径颗粒物的沉降速度粒物的沉降速度颗粒直径粒直径（m）沉降速度沉降速度（cm/s）到达地面的到达地面的时间0.1810-51398a1410-3213a100.349h10030318min沉降对于去除空沉降对于去除空气中的大粒子是气中的大粒子是一个有效的途径一个有效的途径4545 湿沉降湿沉降:指降雨、雪使颗粒物在大气中消失的过程。大气中消除颗粒物的量一般湿沉降占8090，而干沉降只有1020。雨除和冲刷雨除和冲刷4646雨除过程：雨除过程：雨雨、雪雪形形成成：气气溶溶胶胶粒粒子子中中的的一一部部分分细细粒粒子子（0.1

31、m）形形成成云云的的凝凝结结核核而而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并并过过程程，云云滴滴增增长长形形成成雨雨滴滴（温温度度低低于于0时时雪雪晶晶）雨雨滴滴或或雪雪晶晶进进一一步长大形成步长大形成雨或雪雨或雪降落到地面上。降落到地面上。雨雨除除、雪雪除除过过程程：0.1 m的的细细粒粒子子作作为为云云的的凝凝结结存存在在在在于于雨雨滴滴或或雪雪晶晶中中；0.05 m的的细细粒粒子子粘粘附在云滴表面或溶解于云滴中。附在云滴表面或溶解于云滴中。4747冲刷过程冲刷过程：在在降降水水过过程程中中，雨雨滴滴或或雪雪片片不不断断地地将将大大气气中中的的微微粒携带、溶解或冲刷下

32、来，直接兼并气溶胶粒子。粒携带、溶解或冲刷下来，直接兼并气溶胶粒子。造造成成在在降降水水过过程程中中大大气气气气溶溶胶胶的的粗粗、细细粒粒子子含含量量发生变化。发生变化。冲刷过程的效率随着粒子直径的增大而增大。冲刷过程的效率随着粒子直径的增大而增大。雨滴可兼并粒径大于雨滴可兼并粒径大于2 m的粒子。的粒子。不不不不论论论论是是是是雨雨雨雨除除除除或或或或冲冲冲冲刷刷刷刷，对对对对粒粒粒粒径径径径为为为为2 2 mm左左左左右右右右的颗粒物都没有明显的去除作用。的颗粒物都没有明显的去除作用。的颗粒物都没有明显的去除作用。的颗粒物都没有明显的去除作用。因因因因而而而而，它它它它们们们们可可可可以以

33、以以随随随随气气气气流流流流被被被被输输输输送送送送到到到到几几几几百百百百公公公公里里里里甚甚甚甚至至至至上上上上千千千千公公公公里里里里以以以以外外外外的的的的地地地地方方方方去去去去，造造造造成成成成大大大大范范范范围的污染。围的污染。围的污染。围的污染。48484大气颗粒物的化学组成大气颗粒物的化学组成大气颗粒物的化学组成与其来源有关。(无机颗粒物和有机颗粒物无机颗粒物和有机颗粒物)无机颗粒物对于环境重要金属的天然源和人为源起制约作用的是颗粒物的粒度，重点是研究小于2m的细颗粒物。4949天然来源的无机颗粒物天然来源的无机颗粒物：扬尘的成分主要是该地区的土壤粒子。扬尘的成分主要是该地区

34、的土壤粒子。火火山山爆爆发发所所喷喷出出的的火火山山灰灰，除除主主要要由由硅硅和和氧氧组组成成的的岩岩石石粉粉末末外外，还还含含有有锌锌、锑锑、硒硒、锰锰和和铁铁等等金金属元素的化合物。属元素的化合物。海海洋洋溅溅沫沫所所释释放放出出来来的的颗颗粒粒物物，其其成成分分主主要要有有氯氯化钠粒子、硫酸盐粒子和一些含镁化合物。化钠粒子、硫酸盐粒子和一些含镁化合物。5050人为源人为源释放的无机颗粒物释放的无机颗粒物：动动力力发发电电厂厂由由于于燃燃煤煤及及石石油油而而排排放放出出来来颗颗粒粒物物，其其成成分分除除大量的烟尘外，还含有铍大量的烟尘外，还含有铍、镍、镍、钒等的化合物。、钒等的化合物。市市

35、政政焚焚烧烧炉炉中中排排放放出出砷砷、铍铍、镉镉、铬铬、铜铜、铁铁、汞汞、镁镁、锰、镍、铅、锑、钛、钒和锌等化合物。锰、镍、铅、锑、钛、钒和锌等化合物。汽车尾气中则含有大量的铅。汽车尾气中则含有大量的铅。不同粒径颗粒物不同粒径颗粒物的差异：的差异：粗粗粒粒子子主主要要是是土土壤壤及及污污染染源源排排放放出出来来的的尘尘粒粒，多多是是一一次次颗颗粒物，主要是由硅、铁、铝、钠、钙、镁、钛等元素组成。粒物，主要是由硅、铁、铝、钠、钙、镁、钛等元素组成。细粒子细粒子主要是硫酸盐、硝酸盐、铵盐、痕量金属和炭黑等。主要是硫酸盐、硝酸盐、铵盐、痕量金属和炭黑等。5151有机颗粒物：有机颗粒物：大大气气中中的

36、的有有机机物物凝凝聚聚而而形形成成，或或有有机机物物吸吸附附在在其其他颗粒物表面而形成。他颗粒物表面而形成。种类繁多，结构复杂：种类繁多，结构复杂：烃烃类类（烷烷烃烃、烯烯烃烃、芳芳香香烃烃和和多多环环芳芳香香烃烃等等），少少量量的的亚亚硝硝胺胺、杂杂氮氮环环化化合合物物、环环柄柄、酮酮醌醌类类、酚类和有机酸等。酚类和有机酸等。现现已已鉴鉴定定出出在在各各类类燃燃烧烧过过程程中中产产生生的的化化合合物物有有300多种。多种。5252多环芳烃多环芳烃5353多环芳烃及其衍生物中很多具有致癌和致突变性。PAH几乎只在固相中发现。54545.大气颗粒物对人体健康的影响大气颗粒物对人体健康的影响大于大

37、于10m的颗粒物能被鼻腔的鼻毛吸留的颗粒物能被鼻腔的鼻毛吸留住，而住，而小于小于10m的飘尘却能长驱直入侵蚀肺的飘尘却能长驱直入侵蚀肺泡，叫泡，叫“可吸入粒子可吸入粒子”。在可吸入微粒中。在可吸入微粒中80%可沉积于肺泡，且沉积时间可达数年之可沉积于肺泡，且沉积时间可达数年之久，导致肺心病等一系列病变。久，导致肺心病等一系列病变。55555656颗颗粒粒物物有有固固体体的的灰灰尘尘、烟烟尘尘、烟烟雾雾以以及及液液体体的的云云雾雾和和雾雾滴滴，它它们们中中一一部部分分是是致致癌癌、致致畸畸、致致突突变变物物质质，并并能能被被人人体体吸吸收收而而危危害害人人体体健健康康，另另一一方方面面，它它们们

38、是是有有毒毒物物质质的的载载体体，使使一一些些气气体体污污染染物物转化成为有害的颗粒物或使某些污染物的毒性增强。转化成为有害的颗粒物或使某些污染物的毒性增强。5757大气气溶胶对人体危害程度的决定因素有：颗粒物粒度、浓度和化学组成。颗粒物粒度越小比表面越大，含有的有毒化学物质的量越大，危害越大。三、大气的中的主要污染物三、大气的中的主要污染物大气污染大气污染大气中有害物质含量超过一定指标，使大气质量大气中有害物质含量超过一定指标，使大气质量恶化，对人、动植物、恶化，对人、动植物、设备财产造成危害的现象。设备财产造成危害的现象。*以城市空气中以城市空气中SOSO2 2、NONO2 2和可吸入颗粒

39、物和可吸入颗粒物(PM(PM1010)的浓度为依据换算成空气污染指数的浓度为依据换算成空气污染指数即即APIAPI和空气质量级别和空气质量级别 空气质量日报空气质量日报*APIPM10mg/m3SO2mg/m3NO2mg/m3空气质量级别空气质量级别空气质量状况空气质量状况050511001012002013003014004015000.050.150.350.420.500.600.050.150.801.602.102.620.080.120.280.560.750.94优优可正常活动可正常活动良好良好可正常活动可正常活动轻度污染轻度污染不亦长期接触不亦长期接触中度污染中度污染接触一段时

40、间接触一段时间可出现不良症状可出现不良症状重度污染重度污染影响正常活动影响正常活动重度污染重度污染影响正常活动影响正常活动大气的主要污染物分类一次污染物一次污染物从不同污染源直接向大气排放的有害从不同污染源直接向大气排放的有害气体和粉尘等。气体和粉尘等。二次污染物二次污染物大气污染物之间相互作用或污染物与大气大气污染物之间相互作用或污染物与大气中的正常成分作用或因太阳光引起光化学中的正常成分作用或因太阳光引起光化学反应等使污染物转换、产生的新的污染物。反应等使污染物转换、产生的新的污染物。主要大气污染物主要大气污染物 大气污染物大气污染物 从从1818世纪末至世纪末至2020世纪初，是大气污染

41、的形成时期。世纪初，是大气污染的形成时期。上上世世纪纪5050年年代代至至7070年年代代，工工业业发发达达国国家家石石油油、化化石石燃燃料料使使用用量量迅迅速速上上升升，大大气气污污染染物物含含量量迅迅速速上上升升，致致使使大大气气污污染染加加剧。剧。8080年年代代以以来来，由由于于酸酸雨雨、臭臭氧氧层层的的破破坏坏和和温温室室效效应应等等问问题题的的加加剧剧，大大气气污污染染问问题题已已成成为为全全球球性性环环境境问问题题，严严重重威威胁胁着着人类生存和发展。人类生存和发展。（一）含硫化合物（一）含硫化合物 硫硫化化合合物物主主要要包包括括硫硫化化氢氢、二二氧氧化化硫硫、三三氧氧化化硫硫

42、、硫硫酸酸、亚亚硫硫酸酸盐盐、硫硫酸酸盐盐和和有有机机硫硫化化合合物物等等。其其中中最主要的是硫化氢、二氧化硫和硫酸盐。最主要的是硫化氢、二氧化硫和硫酸盐。人类的活动，使大量硫化合物进入大气。人类的活动，使大量硫化合物进入大气。(1)SO2危害（两条）危害（两条）来源与消除来源与消除来源：来源：人为源:含硫燃料的燃烧有机体中的硫和海水中的SO42-天然：火山气体-地壳中的硫消除：消除：约一半转化为硫酸和硫酸盐，剩下的以沉降形式从大气中除去。SO2的浓度特征本底值：各地不同，一般为(0.210)10-9空气中停留时间一般为36.5天城市浓度变化规律（以北京为例）可以看到SO2浓度随时间（图2-2

43、）、高度（图2-3）、风向和风速的变化关系(2)H2S来源:火山喷发、动植物机体的腐烂等。去除:HO+H2SH2O+SH（二）含氮化合物（二）含氮化合物 主主要要含含氮氮化化合合物物为为NN2 2O O、NONO、NONO2 2、NN2 2O O5 5、NHNH3 3、硝硝酸酸盐盐、亚亚硝硝酸酸盐盐和铵盐等。和铵盐等。1.N1.N2 2O O NN2 2O O是是无无色色气气体体，称称为为“笑笑气气”的的麻麻醉醉剂剂。可可通通过过微微生生物物的的作作用用产产生生，是是目目前前已已知知的的温温室室气气体体之之一一，含含量量约约为为0.3ppm0.3ppm。低低层层大大气气中中含含量量最最高高的的

44、氮氧化物氮氧化物.NN2 2O O天天然然源源主主要要有有土土壤壤、雷雷电电。人人为为源源主主要要有有氮氮肥肥、化化石石燃燃料料燃燃烧烧及及工工业排放等。其中主要主要来自于土壤中业排放等。其中主要主要来自于土壤中NONO3 3-的细菌脱氮作用的细菌脱氮作用:NONO3 3-+2H+2H2 2+H+H+1/2N1/2N2 2O+5/2HO+5/2H2 2O ONN2 2O O的催化循环反应，导致了臭氧的不断损耗的催化循环反应，导致了臭氧的不断损耗,近年来也收到一定的关注近年来也收到一定的关注 2.2.NONOx x (1)(1)危害危害 无色无味的NO和刺激性的红棕色NO2均是大气中的重要污染物

45、，通常用NOx表示。其中90是NO NO能与血红蛋白结合，NO2毒性较大，刺激呼吸道，导致肺损伤，浓度高时使人中毒死亡。另外对植物生长影响较大 NOx最主要的危害是导致光化学烟雾形成的重要物质。（2 2）来源与消除）来源与消除 通过闪电、微生物固定及NH3的氧化等各种天然源和污染源进入大气。大气中的氮在高温下能氧化成一氧化氮，进而转化为二氧化氮。火山爆发和森林大火等都会产生氮氧化物。人为污染源是各种燃料在高温下的燃烧以及硝酸、氮肥、炸药和染料等生产过程中所产生的含氮氧化物废气造成的，其中以燃料燃烧排出的废气造成的污染最为严重。燃料燃烧中，1/3来自固定源，2/3来自流动源。湿沉降是其重要的消除

46、方式湿沉降是其重要的消除方式（3）燃烧生成NOx的机理一般认为有两种途径含氮化合物O2NOxN2O2NOxO2O+O（极快）O+N2NO+N（极快）NO2NO+O（极快）N+OHNO+H（极快）NO+1/2O2NO2（慢）(3)影响NOx形成的因素温度温度越高，形成的NOx越多空燃比如右图，实际上仍然是温度控制（4）NOx环境浓度NOx环境背景值随地理位置不同有明显差异且浓度NONO2三、含碳化合物三、含碳化合物 1.CO1.CO（1 1）来源）来源 COCO是是由由含含碳碳燃燃料料的的不不完完全全燃燃烧烧而而产产生生，或或者者是是在在内内燃燃机机的的高高温温、高高压压的燃烧条件下产生，的燃烧

47、条件下产生，约约80的的CO均由汽车排放均由汽车排放 COCO的的天天然然源源主主要要来来自自海海洋洋中中生生物物的的作作用用、植植物物叶叶绿绿素素的的分分解解、森森林林中中放放出萜的氧化、森林大火以及大气中出萜的氧化、森林大火以及大气中CHCH4 4的光化学氧化的光化学氧化和和COCO2 2的光解等。的光解等。另另外外，放放电电作作用用引引起起云云层层中中有有机机物物的的光光氧氧化化作作用用，二二氧氧化化碳碳的的轻轻微微解解离离作用，种子发芽、籽苗生长及人和动物新陈代谢过程中都会产生作用，种子发芽、籽苗生长及人和动物新陈代谢过程中都会产生COCO。（2）CO的去除土壤吸收：细菌可将CO代谢为

48、CO2和CH4与HO反应CO+HOCO2+HH+O2+MHO2+MCO+HO2CO2+HO此反应可除去大气中约50的CO（3）CO的停留时间及浓度分布在大气中停留时间短，约0.4a，热带更短CO的浓度随纬度和高度不同有明显变化（图2-11）（4）CO的危害与血红蛋白结合参与光化学烟雾的形成。CO+HOCO2+HH+O2+MHO2+MNO+HO2NO2+HO因此适量CO的存在可促进NO向NO2转化，从而促进O3的积累空气中存在的CO也可以直接导致臭氧的积累CO2O2CO2+O3CO本身也是一种温室气体。由CO的消除途径可知，与HO自由基的反应是CO的重要消除途径。因此，大气中CO的增加，将导致大

49、气中HO自由基减少，这使得可与HO自由基反应的物种如甲烷得以积聚。甲烷是一种温室气体，可吸收太阳光谱还可以通过消耗HO自由基使甲烷积累而间接的导致温室效应的发生。2.CO22.CO2（自学）（自学）3 3、碳氢化合物、碳氢化合物 碳碳氢氢化化合合物物通通常常指指C1C8C1C8的的可可挥挥发发的的碳碳氢氢化化合合物物，包包含含烷烷烃烃、烯烯烃烃、炔炔烃烃、脂脂肪肪烃烃和和芳芳香香烃烃等等，其其中中CH4CH4是是主主要要的的碳碳氢化合物，是光化学烟雾形成的主要参与者。氢化合物，是光化学烟雾形成的主要参与者。在在已已检检出出的的100100多多种种烷烷烃烃中中，直直链链烷烷烃烃最最多多，碳碳链链

50、长长的的多多以以气气溶溶胶胶形形式式或或吸吸附附在在其其他他颗颗粒粒物物质质上上。大大气气中中碳碳氢氢化化合合物物发发现现的的烯烯烃烃种种类类较较少少；另另外外还还有有单单环环和和多多环环的的芳芳香香烃烃存存在在（如如吸烟排放）。吸烟排放）。人人们们常常常常根根据据烃烃类类化化合合物物在在光光化化学学反反应应过过程程中中活活性性的的大大小小，把把烃烃类类化化合合物物区区分分为为甲烷（甲烷（CH4CH4）和非甲烷烃（）和非甲烷烃（NMHCNMHC）两类。）两类。（1 1）甲烷（）甲烷（methanemethane）甲甲烷烷是是无无色色气气体体、性性质质稳稳定定。它它在在大大气气中中的的浓浓度度仅