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1、大气环境安全概述 1大气环境概念 大气环境是地球的气体外壳 通常称为 大气圈 是人类生存的重要组成部分 它养育地球上的生命 并保护其免遭外层空间各种有害因素的干扰 主要成分为氮 氧 氩 二氧化碳 水等 组成比率因时 地不同 而有所差异 其中以二氧化碳变动率最大 大气不是密度均匀 是以海平面的密度最大 往上密度渐小 大气约50 集中在海拔5 6公里内 约80 集中在海拔13公里以内 其总质量约为5 136 1021克 相当于地球总质量的百万分之0 86 1大气环境概念 大气层垂直结构 1 4 3 平流层 中间层 对流层 2 5 游离层 外气层 1大气环境概念 对流层是对流最旺盛的区域 大气中的水
2、汽约有80 存在于对流层 含有臭氧 具有吸收紫外线功能 保护地球生物免于紫外线的侵袭 热层的空气密度极小且受太阳短波辐射而处于高度电离的状态 电离层便存在于在本层中 而极光也是在热层顶部发生的 含元素中最轻的二种气体 氢 H 及氦 He 主要成分有O3 氧 CO2 氮的氧化物 部分为光化学作用产物 2大气环境作用 大气为生物提供呼吸所需的氧气 同时还为绿色植物的光合作用提供CO2 合成碳水化合物 作为人类和动物的食物 大气同时参与地球表面的各种过程 在物质循环和能量流动中起重要作用 大气中的某些气体能吸收太阳和地球的红外长波辐射 对保持地球的能量平衡起了重要作用 从而使地表维持有利于生物生存的
3、较适宜的温度 大气能吸收来自外层空间的宇宙射线和来自太阳的短波辐射 使地球上的生物免遭其害 大气在水循环中起冷凝器的作用 形成降雨 从而把水从海洋输送到陆地 为陆地生物提供了必要的生活条件 大气中的氮通过固氮作用以及一系列复杂的生物化学反应 转变为生命不可缺少的氨基酸 3大气环境污染 大气环境中各组分之间保持着精细的平衡 这是地球环境一万年来发育的结果 保持这种平衡乃是维护地球上的生物所必须 破坏这种平衡就是破坏生命的基础 然而 人类社会实现工业化以来 规模和强度日益加大的人类活动正在破坏这种平衡 工业革命尤其20世纪中叶以后 大气环境污染已发展成公害 震惊世界的八大公害中的五个是大气污染问题
4、 由此可见 大气污染是影响范围最广泛 也是最严重的污染 并且 当今最为人们关注的全球性环境问题 臭氧层空洞 温室效应加剧和酸雨 都是与大气污染直接相关的 3大气环境污染 3大气环境污染 大气污染是指在空气的正常成分之外又增加了新的成分 如S02的增加 或者原有成分的骤然增加 如CO2的增加 从而对人类健康和动植物生长产生伤害 对人类的生活 工作 生产等方面直接和间接地产生恶劣影响的现象 3 1大气SO2的危害及治理 二氧化硫 化学式 SO2 是最常见的硫氧化物 无色 有强烈刺激性气味的有毒气体 密度比空气大 易液化 易溶于水 约为1 40 密度2 551g L 气体 20摄氏度下 熔点 72
5、4 200 75K 沸点 10 263K 是大气主要污染物之一 火山爆发时会喷出该气体 在许多工业过程中也会产生二氧化硫 城市 工业区大气中的二氧化硫主要来源于含硫的矿物燃料或含硫金属矿的冶炼排放废气 当二氧化硫溶于水中 会形成亚硫酸 若把SO2进一步氧化 通常在催化剂如二氧化氮的存在下 便会生成硫酸 对环境起酸化作用 是大气污染的主要污染物之一 3 1大气SO2的危害及治理 二氧化硫对呼吸器官和眼睛黏膜有刺激作用 吸入高浓度二氧化硫可引起喉头水肿和支气管炎 长期接触低浓度二氧化硫 不仅对呼吸道疾病增加 而且对肝 肾 心脏皆有损害 大气中二氧化硫对动植物和建筑物也有很大危害 防治的主要措施是煤
6、的气化 液化 集中供热以及进行燃料脱硫 排烟脱硫技术的应用等 3 1大气SO2的危害及治理 煤的脱硫就有 物理法 化学法 气化法 液化法 冶炼钢铁时 在高温 还原气氛下采用高碱度低氧化铁的渣进行脱硫 效果最好 在氧化过程中 也可除去部分硫 烟道气脱硫有干法和湿法之分 冶炼过程中降低金属含硫量 燃烧前脱去燃料中的硫分以及烟道气排放前的去硫是防治大气污染的重要技术措施之一 3 2大气氯氟烃的危害及治理 氯氟烃系泛指含氯氟代烃类物质 它们广泛用作冰箱和空调器的致冷剂 气溶胶喷雾 溶剂与洗涤剂 聚氨酯发泡剂以及灭火剂等 目前 全世界氯氟烃的年消费量约为110万吨 中国年消费量为2万多吨 占世界消费量的
7、2 左右 氯氟烃具有破坏臭氧层的作用 氯氟烃类物质极为稳定 可穿越大气层的对流层而上升进入平流层 受太阳紫外线辐射光解 产生对臭氧有破坏作用的氯原子 一个氯原子可通过连锁反应破坏上万个臭氧分子 臭氧层遭破坏后 大大削弱了对紫外线的吸收能力 使得辐射到地球表面的紫外线的强度大大增强 导致人体免疫力降低 引起皮肤癌增加 此外 氯氟烃也是产生 温室效应 导致全球气候变暖的物质 3 2大气氯氟烃的危害及治理 氯氟烃破坏臭氧层这一全球环境问题 引起了国际社会极大关注 1987年9月通过了 关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书 后来又于1990年6月和1992年11月又分别对 修定书 进行了修正 并将禁用时
8、间提前 1994年停止使用哈龙类物质 1996年停止使用氯氟烃类物质 四氯化碳和甲基氯仿 2030年停止使用作为过渡性物质的含氢氯氟烃类物质 对发展中国家 其禁用时间给予了10年宽限期 中国于1991年5月加入了修正后的 议定书 缔约国 并于1992年8月10日起生效 中国已制定了逐步将把少数大规模氯氟烃生产厂转产HCFC 22 在汽车空调和家用冰箱上以HFC 134a代替CFC 12 3 3大气氮氧化物危害及治理 氮氧化物包括 一氧化氮 二氧化氮 四氧化二氮 五氧化二氮等 为黄色至深棕色的气体 有强刺激性 氮氧化物主要来源于含氮化合物生产 炸药爆炸 石油燃烧和电焊等作业所排放的废气 以及汽车
9、废气等 我国大气环境质量标准中规定了三级浓度限值 日平均值 0 05mg m3 一级 0 10mg m3 二级 0 15mg m3 三级 任何一次值 0 10mg m3 一级 0 15mg m3 二级 0 30mg m3 三级 3 3大气氮氧化物危害及治理 氮氧化物气体的水溶性较二氧化硫为小 故对上呼吸道及眼粘膜的刺激性也较二氧化硫为小 但也因其水溶性小而较易被吸入深部呼吸道 与肺组织中的水分结合而成硝酸 亚硝酸 对肺组织造成强烈刺激及腐蚀 引起肺组织的严重损伤 急性中毒可致肺水肿并可形成变性血红蛋白血症 慢性中毒常常表现为慢性上呼吸道炎症以及牙齿酸蚀症 在强烈日光照射下可发生光化学的反应形成
10、 光化学烟雾 其化学反应产物主要为臭氧和过氧乙酰硝酸酯 它们刺激和破坏深部呼吸道粘膜和组织 对眼睛也有刺激作用 还可以形成硝酸性酸雨 对植物 建筑 土壤等产生危害 3 3大气氮氧化物危害及治理 主要预防措施是改进生产工艺 生产过程密闭化 以减少氮氧化物的形成和排放 车间空气中最高容许浓度 换算为NO2 为5mg m3 大气中一次最高容许浓度 换算为NO2 为0 5mg m3 我国规定 居民区大气中氮氧化物 换算NO2 的一次最高允许浓度为0 15ppm 选择性非催化还原法 SNCR法 处理氮氧化物 3 4H2S的危害及中毒处理 化学式为H2S 一种无色 有恶臭味 臭鸡蛋味 的剧毒气体 广泛存在
11、于金属冶炼 天然气 盐酸和硫酸等的制造工业中 在制造硫酸盐纸浆 人造丝 人造棉 橡胶 二硫化碳等各种硫化物时 常有硫化氢气体排出 在一些化学反应中 含硫化合物不稳定也会分解出硫化氢 硫化染料分解也可放出硫化氢气体 下水道 枯井和粪窖等有机物腐败场所内也常遇到 3 4H2S的危害及中毒处理 硫化氢主要通过呼吸道吸入引起中毒 对粘膜有明显刺激作用 经呼吸道和消化道很快吸收 进入体内后 能与组织细胞内钠离子形成硫化钠 它是一种神经毒 抑制细胞呼吸酶的活性 阻碍机体氧化反应 引起细胞内窒息 造成中枢神经麻痹以至死亡 血液中游离的硫化氢 与氧化型细胞色素氧化酶中的三价铁结合 并使高铁血红蛋白变成硫高铁血
12、红蛋白 从而影响细胞的氧化过程 造成组织 尤其神经组织缺氧 空气中最高允许浓度为10毫克 米3 3 4H2S的危害及中毒处理 人员硫化氢中毒 须迅速将中毒者移到空气新鲜处休息 保暖 确保呼吸道通畅 眼睛受刺激时 可先用清水或2 碳酸氢钠溶液冲洗 再用4 硼酸水溶液冲洗 并滴入无菌橄榄油 中毒严重时 应采取吸氧 人工呼吸 注射呼吸兴奋剂等措施或送医院治疗 解毒药剂主要有 细胞色素C 美兰溶液等 3 5大气中的臭氧 淡蓝色 有鱼腥臭味的气体 极毒 在常温下臭氧分解缓慢 在高温下分解迅速 形成氧气 臭氧的氧化能力很强 空气中含量过多时可对眼及上呼吸道粘膜有较强的刺激作用 如上呼吸道干燥感 鼻及咽喉粘
13、膜的刺激症状 窒息 咳嗽 胸骨下痛 重症时可因肺水肿而死亡 自然界中的臭氧由于雷雨放电及紫外线照射空气中的氧而形成 在清洁空气中及野外大气中臭氧的含量约为0 01ppm 长期呼吸臭氧含量超过0 1ppm的空气对人体有害 当大气被汽车废气和其它化学物质所污染后 经光化学反应可产生较多的臭氧 3 6气溶胶 气溶胶是以固体或液体为分散质 又称分散相 和气体为分散介质所形成的溶胶 气溶胶的分散质微粒大多小于1微米 它具有胶体性质 对光线有散射作用 如雾和云是水滴分散在空气中的液态气溶胶 烟是固体微粒分散在空气中的固态气溶胶 烟雾是固液混合态气溶胶 气溶胶具有丁铎尔效应 电泳 布朗运动等许多特性 大气中
14、的固体和液体微粒作布朗运动 不因重力作用而沉降 可悬浮在大气中长达数月 数年之久 大气气溶胶主要来源于工业排放和海洋运动 其分布有近地大气层和低同温层两个高浓度区 气溶胶微粒的成分相当复杂 含有40 50种元素 60 左右是无机物 其余是各种有机化合物 有机聚合物和可挥发性有机物 还有微生物如酵母菌 细菌 病毒等 气溶胶粒子可通过呼吸道 侵入人体 对健康造成危害 气溶胶现与大气颗粒物用作同义词 3 6 1光化学烟雾 汽车 工厂等污染源排入大气的碳氢化合物和氮氧化物等一次污染物在阳光 紫外光 作用下会发生光化学反应生成二次污染物 参与光化学反应过程的一次污染物和二次污染物的混和物 其中有气体污染
15、物 也有气溶胶 所形成的烟雾污染现象 称为光化学烟雾 它是以NO2光解生成氧原子的反应为引发 导致臭氧的生成 最终产物是醛 O3 过氧硝酸乙酰酯 PAN 等二次污染物 在一年中 夏 秋季是发生光化学烟雾的季节 在一日中 下午二时前后是光化学烟雾达到峰值的时刻 在特定的地理条件下 当遇逆温或不利于扩散的气象条件时 烟雾便积聚不散 造成大气污染事件 3 6 1光化学烟雾 光化学烟雾含有多种氧化能力极强 毒害很大的物质 是属于特殊的二次污染物 主要成分为臭氧 二氧化氮 过氧酰基硝酸酯 醛类 烷基硝酸盐 酮等一系列氧化剂 其中臭氧约占90 是主要的危害成分 光化学烟雾的特征是具有特殊的刺激味 使大气能
16、见度降低 人员接触能伤害眼睛 引起头痛 呼吸障碍 并可使慢性呼吸道病恶化 儿童的肺功能发生异常 对于植物生长及橡胶 油漆涂料 塑料及纺织工业制品也能引起伤害 3 6 1光化学烟雾 1946年美国首次报道了洛杉矶城的光化学烟雾污染 后来这个城市和其它城市曾经多次发生 1954年12月洛杉矶城发生的光化学烟雾污染事件是其中最严重的一次 当地仅65岁以上的老人就死亡400多人 柑桔减产20 30 葡萄减产60 以上 距洛杉矶城100公里外 在海拔2000米高山上的松林干枯 1970年7月 日本东京也发生过光化学烟雾污染 对农业生产和居民都造成了很大的伤害 4大气污染特点 5大气污染物产生来源 大气污染物来源 城市居民 机关 服务行业等的生活活动向大气排放污染物 由于人类的工业生产活动而向大气排放各类废气 粉尘等大气污染物 交通运输工具 排放出含有CO 氮氧化物 碳氢化合物等污染物的尾气 农业施用农药和化肥时 相当一部分农药和化肥散发到大气中 6大气污染成因 大气污染的成因 火山爆发 森林燃烧 风力吹扬 海浪浮沫 生物腐烂以及 大气中氧的光离解 甲烷的反应和土壤的生物作用等 都不断向大气里排放
