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1、矿山环境保护,第二章 大气污染及其防治,大气污染及其防治,大气的结构和组成 大气污染、污染物及类型 大气环境中污染物的化学转化 影响大气污染的因素 大气污染物的扩散模式 大气污染综合防治及环境质量控制标准 大气污染控制技术 露天矿大气污染的防治 补充：防止大气污染的规划和措施,大气污染及其防治,2-1 大气的结构和组成,大气的结构和组成,地球上的大气是自然环境的组成部分。人类一 刻也离不开大气，没有大气就没有地球上的生命， 就没有生机勃勃的世界。大气又是人类极其重要的 自然资源。在环境保护中，对特定场所或区域，供 人和动植物生存的气体称为“空气”；而以大区域 或全球性的气流为研究对象时，则采用
2、“大气”一 词。,大气的结构和组成,一、大气的结构 大气圈分为五层：（如图所示） 1.对流层 对流层是大气的最底层，夏季较厚，冬季较薄。 特点是：气温随高度升高而递减，大约每上升 100m，温度降低0.6；密度大，大气总质量的 3/4以上集中在此层。,大气的结构和组成,2.平流层 从对流层顶到约50km的大气层为平流层。在高 度约为1535km的范围内，有厚度约为20km的臭氧 层。 3.中间层 从平流层顶到80km高度这一层称为中间层，气 温随高度增加而下降，中间层顶温可降至-83- 113。,大气的结构和组成,4.热成层 中间层之上为热成层，上界达800km，又称为电 离层。 5.逸散层
3、大气圈的最外层，高度达800km以上。,大气的结构和组成,返回,大气的结构和组成,二、大气的组成 大气是一种气体的混合物，其中除含有各种气 体元素及化合物外，还有水滴、冰晶、尘埃和花粉 等杂质，大气中除去水气和杂质的空气称为清洁空 气。一般将大气分为恒定组分、可变组分和不定组 分。,大气污染及其防治,2-2 大气污染、污染物及类型,大气污染、污染物及类型,一、大气污染 国际标准化组织(1SO)作出的定义：大气污染通 常是指由于人类活动和自然过程引起某种物质进入 大气中，呈现出足够的浓度，达到了足够的时间并 因此而危害了人体的舒适、健康和福利或危害了环 境的现象。 所谓大气污染是指大气中一些物质
4、的含量达到 有害的程度，以至破坏人和生态系统的正常生存和 发展，对人体、生态和材料造成危害的现象。,大气污染、污染物及类型,大气污染主要是由于人类活动的结果，一般认 为大气污染只发生在城市和工业区，实际上，大气 污染是全球性的问题。,大气污染、污染物及类型,根据影响范围，大气污染可分为四类： 局部地区污染 地区（区域）性污染 广域性污染 全球性大气污染,大气污染、污染物及类型,二、大气污染源 大气污染源是指向大气环境排放有害物质或对 大气环境产生有害影响的场所、设备和装置。大气 污染源有四种划分方法： 1.按污染源存在的形式划分 固定污染源 移动污染源 2.按污染源排放方式划分 点源,大气污染
5、、污染物及类型,面源 线源 3.按污染物排放时间划分 连续源 间断源 瞬时源 4.按污染物质的来源划分 天然污染源：主要有火山喷发、森林火灾、自然尘、森林植物释放、海浪飞沫。,大气污染、污染物及类型,人为污染源：概括为五个方面：燃料燃烧、工业生产过程排放、交通运输过程排放、矿山开采过程排放、农业活动排放。,燃料燃烧 火力发电厂、钢铁厂等工矿企业的燃料燃烧，各种工业窑炉的燃料燃烧以及各种民用炉灶、取暖锅炉的燃料燃烧均向大气排放出大量污染物。燃烧排气中的污染物组分与能源消费结构有密切关系。发达国家能源以石油为主，大气污染物主要是一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物和有机化合物。我国以煤为主，主要大气污染物
6、是颗粒物和二氧化硫。,火力发电厂,水泥厂,工业生产过程排放 化工厂、石油炼制厂、钢铁厂、焦化厂、水泥厂等各种类型的工业企业，在原材料制成成品的过程中，都会有大量的污染物排人大气中。这类污染物主要有粉尘、碳氢化合物、含硫化合物、含氮化合物以及卤素化合物等多种污染物。,土法炼焦,大气污染、污染物及类型,根据对烟尘、二氧化硫、氮氧化物和一氧化碳 四种主要污染物的统计，我国大气污染物主要来源 于燃料燃烧，其次是工业生产与交通运输，它们所 占的比例分别为70%、20%和10%；燃料构成以燃煤为 主，约占能源消费的75%。煤的燃烧为我国大气污染 物的主要来源，同时也形成了我国煤烟型大气污染 的特点。因此，
7、控制煤烟型的大气污染，将是我国 近期大气污染防治的主要任务。,大气污染、污染物及类型,三、大气污染物 大气污染物是指由于人类活动或自然过程排入 大气的并对环境或人类产生有害影响的物质。主要 有粉尘、硫氧化合物、氮氧化合物、一氧化碳、臭 氧、碳氢化合物等，按其存在的物理状态可概括为： 气体状态污染物和固体颗粒状态污染物；按形成过 程分类则可分为：一次污染物和二次污染物。,大气污染、污染物及类型,1.一次污染物 是指直接从污染源排放的污染物质，如二氧化 硫、一氧化氮、一氧化碳、颗粒物等。 2.二次污染物 是指由一次污染物在大气中互相作用经化学反 应或光化学反应形成的与一次污染物的物理、化学 性质完
8、全不同的新的大气污染物，最常见的二次污 染物如硫酸及硫酸盐气溶胶、硝酸及硝酸盐气溶 胶、臭氧、光化学氧化剂Ox，以及许多不同寿命的 活性中间物，如HO2、HO、NO和氧原子等。受人们重 视的大气污染物如表2-2所示。,大气污染、污染物及类型,3.气溶胶状态污染物 按照气溶胶的来源和物理性质可分为 粉尘 烟 飞灰 烟尘 雾 烟雾,大气污染、污染物及类型,根据大气中颗粒物粒径的大小可分为 总悬浮颗粒（TSP） 飘尘 降尘 可吸入粒子（IP） 4.气体状态污染物 硫氧化物 氮氧化物 碳氧化物 碳氢化合物（CH）,大气污染、污染物及类型,硫酸烟雾 光化学烟雾,大气污染、污染物及类型,四、大气污染类型
9、大气污染类型主要取决于所用能源的性质和污 染物的化学特性，但气象条件也起着重要的作用 （如阳光、风、湿度、温度等）。大气污染类型可 根据不同的依据进行分类。 1.根据污染物的性质分 还原型（煤炭型） 氧化型（汽车尾气型） 2.根据燃料性质和大气污染物的组成划分 煤炭型,大气污染、污染物及类型,石油型 混合型 特殊型,大气污染及其防治,2-3 大气环境中污染物的化学转化,大气环境中污染物的化学转化,从各种污染源排放到大气中的污染物，在扩 散、输送过程中，在一定条件下（如阳光、温度、 湿度）的影响下，在污染物之间，以及它们与空气 原有组分之间进行一系列的化学反应，形成新的二 次污染物，这一反应过程
10、称为大气污染物的“化学 转化”。,大气环境中污染物的化学转化,当前受到关注的大气污染化学问题有： 气体硫化物污染（主要是二氧化硫） 氮的氧化物污染 光化学烟雾 酸雨 臭氧层的变化 最经常发生的和对人类生活有较大影响的两类 化学反应过程是： 生成硝酸盐气溶胶的反应 生成光化学烟雾的反应,大气环境中污染物的化学转化,一、光化学烟雾的特征 20世纪40年代在美国洛杉矶发生光化学烟雾， 首次出现了这种污染。它的特征是： 烟雾呈蓝色 具有强氧化性 刺激人们眼睛 伤害植物叶子 使橡胶开裂 使大气能见度降低,大气环境中污染物的化学转化,光化学烟雾的定义：含有氮氧化物和烃类的大 气，在阳光中紫外线照射下发生反
11、应所产生的产物 及反应物的混合物被称为光化学烟雾。 1.光化学烟雾的日变化曲线 图2-3给出了洛杉矶市1965年7月19日白天时间 各种污染物的每小时平均浓度。CO和NO浓度的最大 值约在上午的7时左右，而NO2的晨峰推迟约3h，O3滞 后约5h。,大气环境中污染物的化学转化,大气环境中污染物的化学转化,2.烟雾箱模拟曲线 烟雾箱实验：在一大容器内通入反应气体，在 人工光源照射下，模拟大气光化学反应。照射含非 甲烷总烃和氮氧化物的空气，以及照射C3H6-NO-空气 混合物，其结果如图2-4和图2-5所示。,大气环境中污染物的化学转化,大气环境中污染物的化学转化,由图说明碳氢化合物（HC）和氮氧
12、化合物共存 时，在紫外线的作用下会出现： NO转化为NO2； 碳氢化合物氧化消耗； 臭氧及其它氧化剂二次污染物的生成。,大气环境中污染物的化学转化,二、光化学烟雾的形成条件 1.烟雾形成的地理条件 在副热高压控制地区的夏季和早秋季节常成为 光化学烟雾发生的有利时节。 2.污染源条件 以石油为原料的工厂排气和汽车排气等污染源 的存在是烟雾形成的前提。,大气环境中污染物的化学转化,三、光化学烟雾形成的步骤 1.空气中的NO2吸收紫外光后发生光分解反应，产生 活泼的氧原子。 2.原子氧与NO、O2、HC反应，生成一系列中间产物 或最终产物。 3.臭氧分子与HC反应生成酰类游离基和醛或酮。 4.酰类游
13、离基被NO还原后，再被氧分子氧化成过氧 酰类游离基。 5.过氧化酰类游离基与NO2反应生成过氧化酰硝酸 酯。,大气污染及其防治,2-4 影响大气污染的因素,影响大气污染的因素,一、影响大气污染的气象因素 1.主要的气象要素 气温 气压 温度 风 湍流 云 太阳高度角 能见度,影响大气污染的因素,影响大气扩散能力的主要因素有两个方面： 气象的动力因子 气象的热力因子 2.气象的动力因子 主要指风和湍流，风和湍流对污染物在大气中 的扩散和稀释起着决定性作用。 风：风向决定污染物迁移、运动的方向，风速决 定污染物迁移状况。风速一般分成12级，如表2-5所 示。,影响大气污染的因素,影响大气污染的因素
14、,湍流：风不规则的阵性和摆动称为大气湍流。大 气湍流实际上是指大气以不同尺度作无规则运动的 流动状态，它是气象动力因子的主要因素。湍流运 动使烟团各部分得以充分混合，因此进入大气的污 染物，逐渐分散稀释，这种现象称为大气扩散。 湍流尺度不同，使烟云扩散状态也不同，如图 2-8所示。,影响大气污染的因素,影响大气污染的因素,3.气象热力因子 温度层结：是指在地球表面上方，大气的温度随 高度变化的情况，或者是指气温在垂直方向的分布。 气温的垂直递减率：是指在垂直方向上，每升高100m时的温度变化值。 气温的干绝热递减率：是指干空气块或未饱和的湿空气在绝热条件下每升高单位高度（通常取为100m）所造
15、成的温度下降数值。该数值与周围环境温度无关，通常取为0.98/100m。 气温沿高度的分布如图2-9所示。,影响大气污染的因素,影响大气污染的因素,大气中的温度层结有四种类型： 正常分布层结或递减层结 中性层结 等温层结 逆温 大气稳定度：是指在垂直方向上大气稳定的程度。 判断大气是否稳定，可用气块法来说明。 逆温：一般气温随高度增加而增加的气层称为逆 温层（阻挡层）。根据逆温生成过程，可将逆温分 为辐射性逆温、沉降性逆温、锋面逆温、湍流性逆 温和地形逆温五种。,影响大气污染的因素,4.不同温度层结下的烟形 翻卷形（波浪形） 锥形 平展形 上升形（屋脊形） 熏蒸形（漫烟形） 上述五种典型的烟流
16、形状，如图2-10所示。上 述五种烟流发生特点与大气温度层结的关系见表2-6。,影响大气污染的因素,影响大气污染的因素,二、影响大气污染的地理因素 1.地形的影响 山谷风：发生在山区，是以24h为周期的局地环流，主要是由于山坡和谷地受热不均而产生的，如图2-11所示。,影响大气污染的因素,影响大气污染的因素,海陆风：发生在海陆交界地带，是以24h为周期的一种大气局地环流，是由于陆地和海洋的热力性质的差异而引起的，如图2-12所示。,影响大气污染的因素,影响大气污染的因素,2.地物的影响 城市热岛环流：是由城乡温度差引起的局地风。由于城市温度经常比农村高（特别是夜间），气压比乡村低，所以可以形成一种从周围农村吹向城市市区的特殊的局地风，称为城市热岛环流或城市风，如图2-13所示。,影响大气污染的因素,三、影响大气污染的其他因素 污染物的性质和成分 污染源的几何形状和排放方式,补充：大气污染的危害,世界卫生组织和联合国环境组织发表的一份报 告说：“空气污染已成为全世界城市居民生活中一 个无法逃避的现实。” （图） 大气污染的危害主要包括以下五个方
