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1、第三章 大 气 卫 生,第一节 大气的特征及其卫生学意义,一、大气的结构,P4,对流层 对流层(troposphere)是大气圈中最靠近地面的一层，平均厚度约12km。对流层集中了占大气总质量75%的空气和几乎全部的水蒸汽量，是天气变化最复杂的层次。该层的特点有：气温随着高度的增加而降低。这是由于对流层的大气不能直接吸收太阳辐射的能量，但能吸收地面反射的能量所致。空气具有强烈的对流运动。近地表的空气接受地面的热辐射后温度升高，与高空的冷空气形成垂直对流。 人类活动排入大气的污染物绝大多数在对流层聚集。因此，对流层的状况对人类生活的影响最大，与人类关系最密切。,一、大气的结构,P5,平流层 平流
2、层(stratosphere)位于对流层之上，其上界伸展至约55km处。在平流层的上层，即3035km以上，温度随高度升高而升高。在3035km以下，温度随高度的增加而变化不大，气温趋于稳定，故该亚层又称为同温层(isothermal layer)。平流层的特点是空气气流以水平运动为主。在高约1535km处有厚约20km的臭氧层，其分布有季节性变动。臭氧层能吸收太阳的短波紫外线和宇宙射线，使地球上的生物免受这些射线的危害，能够生存繁衍。,一、大气的结构,二、大气的组成,自然状态下的大气是由混合气体、水汽和气溶胶(aerosol)组成。除去水汽和气溶胶的空气称为干洁空气。,气溶胶,大气气溶胶是液
3、体或固体微粒均匀地分散在气体中形成的相对稳定的悬浮体系。自然状态下的大气气溶胶主要来源于岩石的风化、火山爆发、宇宙落物以及海水溅沫等。它的含量、种类以及化学成分都是变化的。根据形成过程、对能见度的影响以及颜色的差异等，气溶胶可分为轻雾(mist)、浓雾(fog)、霾(haze)、粉尘(dust)、烟气(fume)、烟(smoke)、烟雾(smog)和烟炱(soot)等。,二、大气的组成,二、大气的组成,P9,三、大气的物理性状,太阳辐射 气象条件 空气离子,P10,太阳辐射 太阳辐射(solar radiation)是产生各种天气现象的根本原因，同时也是地表上光和热的源泉。紫外线具有色素沉着、
4、红斑、抗佝偻病、杀菌和免疫增强作用；过强的紫外线可致日光性皮炎和光电性眼炎、甚至皮肤癌等；紫外线还与大气中的某些二次污染物形成有关，例如光化学烟雾和硫酸雾等。可见光综合作用于机体的高级神经系统，能提高视觉和代谢能力，平衡兴奋和镇静作用，提高情绪与工作效率，是生物生存的必须条件。红外线的生物学作用基础是热效应，适量的红外线可促进人体新陈代谢和细胞增生，具有消炎和镇静作用；过强则可引起日射病和红外线白内障等。,三、大气的物理性状,P11,气象因素 气象因素与太阳辐射综合作用于机体，对机体的冷热感觉、体温调节、心血管功能、神经功能、免疫功能和新陈代谢功能有调节作用。如果气候条件变化过于激烈，超过人体
5、的代偿能力，例如酷暑、严寒和暴风雨等，可使机体代偿能力失调，引起心血管疾病、呼吸系统疾病和关节病等，并与居民的超额死亡有关，患者主要是心脑血管疾病的病人和65岁以上的老人。,三、大气的物理性状,P12,空气离子 大气中带电荷的物质统称为空气离子。根据空气离子的大小以及运动速度对其分类，近地表大气中存在的空气离子有轻离子(light ions)和重离子(heavy ions)两类。轻离子与空气中的悬浮颗粒或水滴结合，形成重离子。因此，新鲜的清洁空气中轻离子浓度高，而污染的空气中轻离子浓度低。空气中重离子数与轻离子数之比50时，则空气较为清洁。,三、大气的物理性状,P13,一般认为，空气阴离子对机
6、体具有镇静、催眠、镇痛、镇咳、降压等作用，而阳离子作用则相反，可引起失眠、头痛、烦躁、血压升高等。海滨、森林、瀑布附近等环境中，大气中阴离子含量较多，有利于机体健康。,三、大气的物理性状,第二节 大气污染及大气污染物的转归,P15,一、大气污染的来源,天然污染(natural pollution) 火山爆发、森林火灾等 人为污染(anthropogenic pollution) 工农业生产 生活炉灶和采暖锅炉 交通运输 其他,P16,工农业生产 各种工业企业是大气污染的主要来源，也是大气卫生防护的重点。工业企业排放的污染物主要来源于燃料的燃烧和工业生产过程。据统计，2005年，我国二氧化硫排放
7、量为2549.3万吨（其中，工业排放量为2168.4万吨，生活排放量为380.9万吨）；烟尘排放量为1182.5万吨（其中，工业排放量为948.9万吨，生活排放量为233.6万吨）；工业粉尘排放量为911.2万吨。 农业生产中化肥的施用、农药的喷洒以及秸杆的焚烧也会造成大气的污染。,一、大气污染的来源,P17,工业生产,燃料的燃烧 工业生产过程的排放,一、大气污染的来源,P18,燃料的燃烧 这是大气污染的主要来源。 目前我国的主要工业燃料是煤,其次是石油。用煤量最大的是火力发电站、冶金、化工、机械、轻工和建材等部门，它们的用煤量占总消耗量的70%以上。煤的主要杂质是硫化物，此外还有氟、砷、钙、
8、铁、镉等化合物。石油的主要杂质是硫化物和氮化物，其中也含少量的有机金属化合物。燃料所含杂质与其产地有关。我国煤中硫的含量一般在0.2%4.0%，但是重庆地区所产煤的硫含量高达8%。我国石油的含硫量一般在0.1%0.8%，而中东地区的一般为1.5%2.5%，有的甚至高达4%以上。,一、大气污染的来源,P19,燃料燃烧时产生的污染物的种类和排放量除与燃料中所含的杂质种类和含量有关外,还受燃料的燃烧状态影响。燃料燃烧完全时的主要污染物是CO2、SO2、NO2、水汽和灰分。燃烧不完全时，则会产生CO、硫氧化物、氮氧化物、醛类、碳粒、多环芳烃等。,一、大气污染的来源,P20,工业生产过程的排放 由原材料
9、到产品，工业生产的各个环节都可能有污染物排放出来。污染物的种类与原料种类及其生产工艺有关。,一、大气污染的来源,P21,生活炉灶和采暖锅炉 采暖锅炉以煤或石油产品为燃料，是采暖季节大气污染的重要原因。生活炉灶使用的燃料有煤、液化石油气、煤气和天然气。如果燃烧设备效率低，燃烧不完全，烟囱高度低或无烟囱，可造成大量污染物低空排放。在采暖季节，各种燃煤小炉灶是居民区大气污染的重要来源。,一、大气污染的来源,P22,交通运输 主要是指飞机、汽车、火车、轮船和摩托车等交通运输工具排放的污染物。目前这些交通工具的主要燃料是汽油、柴油等石油制品，燃烧后能产生大量的颗粒物、NOX、CO、多环芳烃和醛类。改革开
10、放以来，我国机动车数量每年以12.24%的速度递增。预计到2008年，北京市的机动车保有量将增加到350万辆。随着机动车数量的增加，汽车尾气排放已经成为我国许多大城市中大气污染的主要来源之一。据测算，北京市大气中74%的HCs、63%的CO、50%的NOX来自机动车尾气污染。,一、大气污染的来源,P23,其他 地面尘土飞扬或土壤及固体废弃物被大风刮起，均可将铅、农药等化学性污染物以及结核杆菌、粪链球菌等生物性污染物转入大气。水体和土壤中的挥发性化合物也易进入大气；车辆轮胎与沥青路面摩擦可以扬起多环芳烃和石棉。 意外事件，例如工厂爆炸、火灾、核泄漏均能严重污染大气，这类事件虽然少见，但是危害严重
11、。另外，火葬场、垃圾焚烧炉产生的废气也可以影响大气环境。,一、大气污染的来源,P24,大气污染物按其属性，一般分为物理性（如噪声、电离辐射、电磁辐射等）、化学性和生物性（经空气传播的病原微生物和植物花粉等）三类，其中以化学性污染物种类最多、污染范围最广。 根据污染物在大气中的存在状态，可将其分为气态和气溶胶。大气气溶胶体系中分散的各种微粒常常也被称作大气颗粒物(particulate matter)。,二、大气污染物的种类,P25,气态污染物 气态污染物包括气体和蒸汽。气体是某些物质在常温、常压下所形成的气态形式。蒸汽是某些固态或液态物质受热后，引起固体升华或液体挥发而形成的气态物质如汞蒸汽等
12、。气态污染物主要可分为以下5类： 1. 含硫化合物 主要有SO2、SO3和H2S等，其中SO2的数量最大，危害也最严重。 2. 含氮化合物 主要有NO、NO2和NH3等. 3. 碳氧化合物 主要是CO和CO2。 4. 碳氢化合物 包括烃类、醇类、酮类、酯类以及胺类。 5. 卤素化合物 主要是含氯和含氟化合物，如HCl、HF和SiF4等。,二、大气污染物的种类,P26,大气颗粒物,粒径是颗粒物的最重要的性质。它反映了颗粒物来源的本质，并可影响光散射性质和气候效应。颗粒物的许多性质如体积、质量和沉降速度都与颗粒物的大小有关。实际的颗粒物由于来源和形成条件不同，其形状是多种多样的，有球形、菱形、方形
13、等等。,二、大气污染物的种类,P27,在实际工作中常使用空气动力学等效直径（Dp）来表示颗粒物的大小。在气流中，如果所研究的颗粒物与一个有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。这种表示法可以直接表达出颗粒物在空气中的停留时间、沉降速度、进入呼吸道的可能性以及在呼吸道的沉积部位等。,二、大气污染物的种类,P28,大气颗粒物按粒径可分为： 1.总悬浮颗粒物（total suspended particulates, TSP） 是指粒径100m 的颗粒物，包括液体、固体或者液体和固体结合存在的，并悬浮在空气介质中的颗粒。 2.可吸入颗粒物（inh
14、alable particle, IP; thoracic particulate matter，PM10） 指空气动力学直径10m的颗粒物，因其能进入人体呼吸道而命名之，又因其能够长期漂浮在空气中，也被称为飘尘（suspended dusts）。 3.细颗粒物(fine particle; fine particulate matter, PM 2.5) 是指空气动力学直径2.5m的细颗粒。它在空气中悬浮的时间更长，易于滞留在终末细支气管和肺泡中，其中某些较细的组分还可穿透肺泡进入血液。PM2.5更易于吸附各种有毒的有机物和重金属元素，对健康的危害极大。 4. 超细颗粒物（ultrafine
15、 particle） 指粒径0.1m的大气颗粒物。城市环境中，人为来源的PM0.1主要来自汽车尾气。PM0.1有直接排放到大气的，也有排放出的气态污染物经日光紫外线作用或其他化学反应转化后二次生成的。PM0.1的健康影响受到日益广泛的关注。,P29,大气污染物按其形成过程可分为 一次大气污染物(primary air pollutants) 二次大气污染物(secondary air pollutants),P30,一次大气污染物 由污染源直接排入大气环境中，其物理和化学性质均未发生变化的污染物称为一次大气污染物。这些污染物包括从各种排放源排出的气体、蒸汽和颗粒物，如SO2、CO、NO、颗粒物
16、、碳氢化合物等。,二、大气污染物的种类,P31,二次污染物 排入大气的污染物在物理、化学等因素的作用下发生变化，或与环境中的其他物质发生反应所形成的理化性质不同于一次污染物的新的、毒性更大的污染物，称为二次污染物。常见的有SO2在环境中氧化遇水形成的硫酸；汽车尾气中的氮氧化物（NOX）和挥发性有机物（VOCs）在日光紫外线的照射下，经过一系列的光化学反应生成的臭氧、醛类以及各种过氧酰基硝酸酯(peroxyacyl nitrate,PAN)。一般来说，二次污染物对环境和人体的危害要比一次污染物大。,二、大气污染物的种类,P32,三、影响大气中污染物浓度的因素,污染源的排放情况 气象因素 地形,P33,污染源的排放情况,排放量 与污染源的距离 排出高度,三、影响大气中污染物浓度的因素,P34,排放量 污染物的排放量是决定大气污染程度的最基本的因素。燃料燃烧产生的污染物排放量与燃料的种类、消耗量、燃烧方式、燃烧是否充分有关；工业企业污染物的排放量受工业企业的数量、生产性质、生产规模、工艺过程、净化设备及其效率的影响。,三、影响大气中污染物浓度的因素
