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1、第四章 大气污染与防治 主讲：关伟 2010年xx月xx日目录 第一节 光化学烟雾 第二节 煤烟型烟雾 第三节 酸雨 第四节 臭氧层损耗 第五节 全球气候变暖 第六节 大气污染防治第一节 光化学烟雾一.概述：1.定义：汽车、工厂等污染源排人大气的碳氢化合物和氮氧化物等一次污染物在阳光作用下会 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 混合物(其中有气体污染物，也有气溶胶)所形成的烟雾桔染现象，称为光化学烟雾。 2.背景：20世纪40年代，美国加利福尼亚州洛杉矾就发生过光化学烟雾。20世纪50年代以来，光化学烟雾污染事件在美国其他城市和世界各地相继出现，如日本、
2、加拿大、德国、澳大利亚、荷兰等国的一些大城市都发生过。1974年以来，我国兰州的西固石油化工区也出现光化学烟雾污染现象。近年来，一些乡村地区也有光化学烟雾污染的迹象。日益严重的光化学烟雾问题，逐 渐引起人们的重视。二.光化学烟雾的特征光化学烟雾的表现特征是棕黄色或谈蓝色的烟雾弥漫，大气能见度降低。光化学烟雾一般发生在大气相对湿度较低、气温为2432的夏、秋季晴天，污染高峰出现在中午或稍后。光化学烟雾是一种循环过程，白天生成，傍晚消失。三.形成光化学烟雾的反应机制1.污染空气中二氧化氮的光解是光化学烟雾形成的起始反应。2.碳氢化合物被氢氧自由基HO、原子氧O等自由基和臭氧氧化，导致醛、酮等产物以
3、及重要的中间产物烃基过氧自由基RO2、氢过氧自由基HO2、酰基自由基RCO等自由基的生成。3.过氧自由基引起一氧化氮向二氧化氮转化，并导致臭氧和过氧乙酰硝酸酯的生成。四.光化学烟雾的危害光化学烟雾成分复杂，但是，对动物、植物和材料有害的主要是臭氧、PAN、醛、酮等二次污染物。人和动物受到的主要伤害是眼睛和教膜受到刺激、头痛、呼吸障碍、慢性呼吸道疾病恶化、儿童肺功能异常等。植物受到臭氧的损害，经过一段时间后色素发生变化，叶片上出现红褐色斑点。PAN影响植物的生长、降低植物对病虫害的抵抗力。臭氧、PAN等还能造成橡胶制品老化、脆裂，使染料褪色，并损害油漆涂料、纺织纤维和塑料制品等。 五.美国洛杉矶
4、容易发生光化学烟雾的原因首先，美国洛杉矾当时拥有超过800万辆汽车，汽车排出的污染物占洛杉矾大气污染物的90。于是，洛杉矶有充足的一次污染物生成光化学烟雾。其次，洛杉矾地处洛杉矾盆地，容易形成上热下冷的逆温现象。污染物不容易扩散稀释，容易发生污染事件。再次，洛杉矾夏季的阳光非常强烈，为形成光化学烟雾提供了外界条件。六.我国兰州西固区的光化学烟雾1974年以来，每到夏季和秋季，我国甘肃省会兰州市西固区的居民经常出现眼睛受到刺激、流眼泪、恶心、头晕等症状。经调查证实该地区存在光化学烟雾类型的大气污染，污染源主要是石油化工及炼制业。西固区形成光化学烟雾的一次污染物中，碳氢化合物主要不是来自汽车尾气，
5、而是来自兰化公司各厂和兰州炼油厂的面源；同样，氮氧化物是来自热电厂和燃烧面源。除了具有大量形成光化学烟雾的一次污染物这个条件以外，西固区地处黄河河谷，污染物不易扩散稀释，再加上西北高原的强烈日照，所以在夏、秋季容易发生光化学烟雾污染。第一节 结束返回目录第二节 煤烟型污染 一.煤烟型污染的来源燃煤是煤烟型污染的主要污染源。煤是最重要的固体燃料，它是一种复杂的物质聚集体，其可燃成分主要是由碳、氢及少量氧、氮和硫等一起构成的有机聚合物。烟气中二氧化硫和硫化氢几乎完全来自燃料。煤中含有四种形态的硫：黄铁矿疏、有机硫、单质硫和硫酸盐硫。在燃烧过程中，前三种硫都能燃烧放出热量，并释放出硫氧化物或硫化氢，
6、在一般燃烧条件下，二氧化硫是主要产物。燃烧过程中形成的氯氧化物，一部分是燃料氮氧化物，另一部分是热致氮氧化物。不完全燃烧产物主要是一氧化碳和挥发性有机化合物。它们排入大气不仅污染环境，也使能源利用效率降低，导致能源浪费。 二.伦敦型烟雾从1873年到1962年，伦敦历史上曾经六次发生烟雾污染事件，其中1952年 最为严重。1952年12月58日，英国几乎全境为浓雾笼罩，燃煤产生的烟雾不断积聚。4天中伦敦市死亡约4000人。肺炎、肺癌、流感及其他呼吸道病患者死亡率均成倍增加。后来，人们把这种化学烟雾称为伦敦型烟雾。它的一次污染物是煤烟和二氧化硫，二次污染物是硫酸雾和硫酸盐。在冬季气温低、无风或静
7、风、湿度高的有雾天气下容易发生，白天夜间连续出现。严重影响能见度，视程甚至只有几米远。总体上看，伦敦型烟雾是一种还原性烟雾。它严重刺激人的呼吸道，还危害森林等植物，腐蚀建筑物。 三.煤烟型污染发生的条件伦敦之所以多次发生烟雾污染事件，首先是因为历史上伦敦大量烧煤，烧煤排放出大量煤烟和二氧化硫，是伦敦型烟雾重要的一次污染物。其次，伦敦曾经号称“雾都”，气象条件也有利于煤烟型烟雾的生成。除了伦敦烟雾事件以外，比利时马斯河谷工业区的马斯河谷事件、美国宾夕法尼亚州多诺拉镇的多诺拉事件都是大气中的烟尘与二氧化硫发生协同作用产生的。 1952年发生的伦敦烟雾事件是20世纪八大公害事件之一四.中国的大气污染
8、中国的大气环境污染以煤烟型为主，主要污染物为总悬浮颗粒物和二氧化硫，这种特点是因为中国一次能源的三分之二是煤，这种状况今后相当长一段时间内不会改变。由于煤炭使用效率不高，适合国情的脱硫技术开发落后，污染治理缺乏力度等，造成我国二氧化硫年排放量居高不下。目前我国少数特大城市，如北京、上海、广州等，均属煤烟与汽车尾气污染并重类型。颗粒物仍是影响空气质量的首要污染物，对气体污染物的控制重心已由二氧化硫相氮氧化物偏移。47个全国环境保护重点城市中，20个城市环境空气质量达到二级标准；21个城市空气质量为三级；6个城市劣于三级标准，空气污染严重。”第二节 结束返回目录第三节 酸雨一.什么是酸雨并非pH7
9、的降雨皆为酸雨，微弱的酸性有利于土壤中养分的溶解，对生物和人有益。如果降水的pH5.6，则是大气受到污染的表现，才称为酸雨。“酸雨”问题不仅来自于雨，范围较广的描述是“酸性降水(acid precipitation)”，包括所有pH56的从空中云雾降落到地面的液态水(雨)和固态水(雪、田、雹)，通常把近地层中水汽直接凝结于物体表面的露和霜也包括在内。学术界爱用的全面描述是“酸沉降(acid deposition)：，不仅包括上述各种酸性的湿沉降，而且包括酸性的干沉降，比如酸性气体被地表吸收和发生反应，酸性颗粒物通过重力沉降、碰撞和扩散沉降于地表。 二.酸雨区的分布世界上有三大酸雨区，按出现时间
10、的先后为：欧洲、北美和中国。我国酸雨区域分布范围基本稳定，2004年降水年均pH值小于5.6 (酸雨)的城市主要分布在华中、西南、华东和华南地区。1.华中酸雨区污染最为严重，降水年均pH值(5.6)为酸雨的城市占58.3，酸雨频率大 于80的城市比例达21.4。湖南和江西是华中酸雨区酸雨污染最严重的区域。2.华南酸雨区主要分布在广东以珠江三角洲为中心的东南部和广西东部。降水年均pH 值小于5.6的城市比例为58.9。3.西南酸雨区以四川的宜宾、南充、贵州的遵义和重庆为中心，降水年均pH值小于5.6 的城市比例为49.0。4.华东酸雨区分布范围较广，覆盖江苏省南部、浙江全省、福建沿海地区和上海。
11、高酸 雨频率(80)和高酸度降水(pH4.5)的城市比例仅次于华中酸雨区，分别为21.0 和14.6。全国降水pH年均值等值线图三.酸雨中主要的酸酸雨中的酸主要是H2SO4和HNO3，它们占总酸量的90以上。然而，自然和人为向大气中排放H2SO4和HNO3的量并不大，酸雨中的这两种酸主要是二次污染物，它们由一次污染物转化而来。H2SO4的前体物是SO2，HNO3的前体物是NOx。人为排放量占SO2的79，NOx的59，来自人为源的SO2大约是NOx的2倍。四.我国酸雨南多北少的原因我国的酸雨并未发生在酸雨前体物排放强度最大的北方地区，而是发生在排放强度较小的南方地区，为什么呢? 其实，同一国家
12、酸雨中的酸性物质浓度相差不大，而碱性物质浓度却相差较大 。所以，是否形成酸雨，决定于降水中酸性物质的相对比例，而不是绝对浓度。我国长江以南大气颗粒物酸化缓冲能力小，土壤呈酸性，通风量小，湿度大，气温高，太阳辐射强度大，并有一定的前体物SO2和NOX排放强度。这些因素都有助于降水酸化，所以出现了区域性严重的形成，所以北方尚出现区域性酸性。五.酸雨的运输(一)远距离输送国外一些厂家为了减轻当地污染，把烟囱建得很高，可达三百多米。SO2、NOX经过高空扩散，24h以后就能扩散700km，造成跨越国界的污染。有人认为挪威和瑞典的酸雨80%90%来自英国、德国，加拿大东部的酸雨半数来自美国，日本也有酸雨
13、物质“西来说”。(二)中等距离输送我国四川的峨媚山地区和湖南长沙到广东韶关一线，当地工业企业并不多，酸雨是一段距离以外输送来的。 (三)局地源我国西南的重庆地区、贵阳地区，酸雨来自本地。 六.酸雨的危害由于酸雨的侵蚀，世界上很多著名的大理石和石灰石雕像和建筑物遭到破坏。酸雨使 城市建筑灰暗脏就，也严重腐蚀金属，危害钢铁桥梁、建筑物、交通工具、铁路等， 使市内的汽车等公共设施锈迹斑斑。酸雨造成某些地区湖泊河流逐渐酸化，有害金属溶入水中，鱼类减少，当pH4.8时，水中就没有鱼了。强酸度的降水、雾和高浓度的SO2等直接危害森林和农作物。酸雨造成土壤酸化，使钙、镁、钾等营养元素流失，抑制有机物的降解和
14、固氮作用， 使土壤贫瘠化；酸雨会将铝等有害元素活化，进入土壤溶液，被树木根部吸收后转化 为氢氧化铝等，堵住根内传输管道。H2SO4和HNO3雾直接危害人体呼吸系统、眼睛和皮肤。由于酸雨使湖河、土壤酸化，溶出铅、铜、汞等重金属，如进入饮用水，也将对人类健康造成严重威胁。 酸雨对森林的危害极大经历了60年，德国这座石雕已被酸雨腐蚀的面目全非第三节 结束返回目录第四节 臭氧层耗损一.大气臭氯层的耗损 1985年，英国法曼(J.Farman)等人首先提出南极出现“臭氧洞”。 据美国航空航天局(NASA)通过卫星侦测，南极臭氧洞春初出现，春末闭合，其面积1984年几乎相当于1个美国，1995年相当于2个
15、多欧洲，2000年达到历史最大值：2830万km2，比南极大陆大一倍，有三个美国那么大。1988年，美国科学家提出北极也有臭氧洞，但比南极的小。1998年，我国科学家发现，我国青藏高原上空也出现了臭氧洞。1994年，国际奥氧委员会宣布，1969年以来，全球臭氧层总量减少10，南极上空下降70。 二.消耗臭氮层物质 (一)查普受循环1929年，查普曼（S.Chapman）首先提出：臭氧层中达成稳态是4个反应的结果。查普曼循环包括臭氧的生成反应：O2+hO+OO+O2+MO3+M （M：第三体，如N2,O2）也包括臭氧的消除反应：O3+hO+O2O+O3O2+O2 （慢）由于有反应臭氧层成为太阳紫
16、外辐射的天然屏障，它又产生原子氧，有可能通过反 应再生成奥氧。而原子氧和臭氧也可能碰撞，通过慢反应从循环中除去“奇数氧”（ O和O3）。 (二)破坏臭氧层的催化剂如果有某种物质X能与臭氧反应总反应即反应，X起催化剂的作用，本身并不消耗，加速破坏奥氧。目前人们认识到的X分为4类。1含氯的自由基ClOx 如Cl、ClO。一个原子氯作为催化剂可以破坏10万个臭氧。2含溴的自由基BrOx如Br、BrO。原子溴比原子氯的催化作用强50倍。3氮氧化物 指NO、NO2。4含氢的自由基HOx如H、HO、HO2。凡能向平流层排放X的人类活动都能破坏臭氧层。 (三)消耗臭氧层物质以下7类最重要的消耗臭氧层物质(ODS)都能穿越-56的平流层顶而破坏臭氧层： 1.氯氟烃(氟利昂、氟氯化碳),
