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1、第一章 概 论第一节 大气与大气污染一、大气的组成1. 大气与空气大气（atmosphere）:指环绕地球的全部空气的总和（The en tire mass of air which surroundsthe Earth）。环境空气 （ambient air）: 指人类、植物、动物和建筑物暴露于其中的室外空气 （Outdoor air to which people, plants, animals and structures are exposed ）。从自然科学角度来看，两者并没有实质性的差别。但在环境科学中，为了便于说明问 题，有时两个名词分别使用，一般对于室内和特指某个地方（车间，厂
2、区等），供给植物生存的气体， 习惯上称为 空气，对这类场所的空气污染用 空气污染 一词，并规定相应的质量标 准和评价方法（如室内空气质量标准 、环境空气质量标准 ）。而对大区域或全球性的气 流，常用大气一词，同时对区域性的空气污染称为 大气污染 ，并有相应的质量标准和评价方 法（如大气污染物综合排放标准 、锅炉大气污染物排放标准 、工业炉窑大气污染物排 放标准）。大气污染控制工程的研究内容和范围，基本上都是 环境空气 的污染与防治，而且 更侧重于和人类关系最密切的近地层空气。即使研究大环境的大气物理学、大气气象学等， 主要研究范围也是对流层空气，很难将大气与空气截然区分开。本课程以后的论述中，
3、无论 使用“大气”或“空气” ，皆主要指“环境空气” 。据研究，成年人平均每天需 1 公斤粮食和 2 公斤水，而对空气的需求则大的多，每天 约13.6公斤（合10m3）,不仅如此，如果三者同时断绝供给，则引起死亡的首先是空气。2. 大气的组成大气是由多种气体混合组成、按其成分可以概括为 三部分 ：干燥清洁的空气 ，水蒸汽 和 各种杂质 。干洁空气的主要成分是 氮、氧、氩和二氧化碳 气体，其含量占全部干洁空气的 99.996（体积）；氖、氦、氪、甲烷等次要成分只占0.004左右，如表 11 所示（ P1）。由于空气的垂直运动、水平运动以及分子扩散，使不同高度、不同地区的大气得以交换 和混合。因而
4、大气的组成比例直到 90 一 100km 的高度还基本保持不变。也就是说，在人类 经常活动的范围内， 任何地方干洁空气的物理性质是基本相同的。 例如干净空气的平均相对 分子质量为 28.966,在标准状况下（273.15K,101325Pa）,密度为1.293kg/m3。大气中的水蒸气含量平均不到0.5，而且随着时间、地点、气象条件等不同而有较大变化。其变化范围可达 0.01%4%。大气中的水汽含量虽然很少.但却导致了各种复杂的 天气现象：云、雾、雨、雪、霜、露等。这些现象不仅引起大气中湿度的变化,而且还引起 热量的转化。同时,水蒸汽又具有很强的吸收长波辐射的能力,对地面的保温起着重要的作 用
5、。（ 所以一般来说,下雨前后给人的感觉明显变暖,夏天则闷热 ）大气中的各种杂质是由于自然过程和人类活动排到大气中的各种悬浮微粒 和气态物质 形成；大气中的县浮微粒，除了由水蒸汽凝结的水滴和冰晶外，主要是各种有机的或无机的 固体微粒。有机微粒数量较少，主要是植物花粉，微生物等；无机微粒数量较多，主要有岩 石或土壤风化后的尘粒， 流星在大气层中燃烧后产生的灰烬、 火山喷发后留在空中的火山灰， 海洋中浪花溅起在空中蒸发留下的盐粒，以及地面燃料燃烧和人类活动产生的烟尘等。大气中的各种气态污染物质，也上由于自然过程和人类活动产生的，主要有硫氧化物、 氮氧化物、一氧化碳、二氧化碳、硫化氢、氨、甲烷、甲醛、
6、烃蒸气、恶臭气体等。在大气中的各种悬浮微粒和气态物质中， 有许多是引起大气污染的物质。 它们的分布是 随时间、地点和气象条件的变化而变化的，通常是陆上多于海上，城市多于乡村、冬季多于 夏季。它们的存在，对辐射的吸收和散射，对云、雾和降水的形成，对大气中的各中光学现 象，皆具有重要影响，因而对大气污染也具有重要影响。讲解 P27 第 1-1 至 1-4 题。二、大气污染 含有上述恒定组分和可变组分的空气，我们认为是洁净的空气，而大气中不定组分来 源有二：一是自然界的火山爆发、森林火灾、海啸、地震等自然灾害。二是人类的生产生活 活动。 因此而形成的污染物有尘埃、 硫、硫化氢， 硫氧化物， 氮氧化物
7、， 盐类及恶臭气体等， 这些不定组分的最主要来源也就是大气污染得主要根源。大气污染的定义可概括如下： 由于人类活动或自然过程引起某些物质进入大气中，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、健康和人们的福利，甚至危害了生态环境，这种现象 就是大气污染。大气污染危害包括对人体的舒适、健康和福利的危害，例如对人体的正常生活环境和 生理机能的影响，引起急性病、慢性病乃至死亡等。而所谓福利，系指与人类协调并共存的 生物、自然资源以及财产、器物等。大气污染的分类，按照大气污染的范围，可分为四类，局部地区污染，局限于小范 围的大气污染， 如受到某些烟囱排气的直接影响； 地区性污染，
8、涉及一个地区的大气污染； 如工业区及其附过地区或整个城市大气受到污染； 广域污染， 涉及比一个地区或大城市更 广泛地区的大气污染；全球性污染，涉及全球范围的大气污染。三、全球性大气污染问题1. 温室效应大气中的二氧化碳和其他微量气体如甲烷、一氧化二氮、臭氧、氟氯烃（CFCs）、水蒸气等，可以使太阳短波辐射几乎无衰减的通过，但却可以吸收地表的长波辐射，由此引起全 球气温升高的现象，称为 温室效应 。上述那些气体，称为 温室气体 。二氧化碳是最重要的温 室气体。2. 臭氧层破坏大气中臭氧含量仅占一亿分之一，主要集中在平流层中，称为臭氧层 。导致臭氧层破坏的主要原因：氟氯碳、氮氧化物等物质向大气排放
9、逐年增多。3. 酸雨pH 小于 5.6 的雨、雪或其他形式的大气降水(如雾、露、霜)称为酸雨。 形成原因：化石燃料和汽车尾气排放的硫氧化物和氮氧化物，在大气中形成硫酸和硝 酸，又以雨、雪、雾等形式返回地面，形成“酸沉降” 。第二节 大气污染物及其来源一、大气污染物大气污染物 指由于人类活动或自然过程排入大气的并对人和环境产生有害影响的那些 物质。大气污染物的种类很多，按其存在状态可概括为： 气溶胶状态污染物 ， 气体状态污染 物。1气溶胶状态污染物在大气污染中，气溶胶系指固体粒子、液体粒子或它们在气体介质中的悬浮体。从大气 污染控制的角度， 按照气溶胶的来源和物理性质可将其分为如下几种 ：(1
10、) 粉尘 (dust) ：粉尘系指悬浮于气体介质中的小固体粒子，能因重力作用发生沉降， 但在某一段时间内能保持悬浮状态。它通常是由于固体物质的破碎、研磨、分级、输送等机 械过程或土壤、岩石的风化等自然过程形成的。粒子的形状往往是不规则的。粒子的尺寸 范围，一般为1200卩m左右。属于粉尘类的大气污染物很多，如黏土粉尘、石英粉尘、煤 粉、水泥粉尘、各种金属粉尘等。(2) 烟(fume): 一般指由冶金过程形成的固体颗粒的气溶胶。它是由熔融物质挥发后生 成的气态物质的冷凝物。 在生成过程中总是伴有诸如氧化之类的化学反应。 烟的粒子尺寸很 小，一般为 0.011卩m左右。(3) 飞灰 (fly as
11、h) ：指燃料燃烧产生的烟气排出的分散得较细的灰分。(4) 黑烟 (smoke) ：指由燃料燃烧产生的能见气溶胶。(5) 霾(或灰霾)(haze)：霾天气是大气中悬浮的大量微小尘粒使空气浑浊，能见度降低到10km以下的天气现象，易出现在 逆温、静风、相对湿度较大 等气象条件下。(这就解释 了为什么冬天霾的天气需要地场强冷空气或大风、降雨去去除。)(6) 雾(fog):指气体中液滴悬浮体的总称。在气象中，雾系指造成能见度小于1km的小水滴悬浮体。在工程中，雾一般泛指小液体粒子悬浮体，它可能是由于液体蒸气的凝结、液 体的雾化及化学反应等过程形成的，如水雾、酸雾、碱雾、油雾等。我国环境空气质量标准中
12、，根据粉尘颗粒的大小，将其分为总悬浮颗粒物(TSP)、可吸入颗粒物 (PM10) 和可吸入肺颗粒物( PM2.5)。总悬浮颗粒物(TSP):指能悬浮在空气中，空气动力学当量直径w100卩m的颗粒物。可吸入颗粒物(PMo):指悬浮在空气中，空气动力学当量直径w10卩m的颗粒物。可吸入肺颗粒物 (PM2.5):指悬浮在空气中，空气动力学当量直径w2.5卩m的颗粒物。有关空气动力学当量直径见教材128页说明。2. 气体状态污染物气体状态污染物是以分子状态存在的污染物，简称气态污染物。气态污染物的种类很多，总体上可分为五大类：以SO2为主的硫氧化物，以NO、NO2为主的含氮化合物，碳的氧化物，有机化合
13、物及卤素化合物。*1-2气体状态大气再染博的总分类一挖污染物二次存染粽會荻化合物SQ,、巴罢人、MSOi會氟化合鶴NO.NHj,NQ4MNOj碳的am无有机化合物GYj化合精詡血，过乙離殆战艄HF ,HCJ无注：就SO-MNO*井钢井僦战盐和常战盐*对于气态污染物、又可分为一次污染物和二次污染物。一次污染物 是指直接从污染源排到大气中的原始污染物质；二次污染物 是指由一次污染物与大气中已有组分或几种一次污染物之间经过一系列化学或光化学反应而生成的与一次污染物性质不同的新污染物质。在大气污染控制中，受到普遍重视的一次污染物主要有 硫氧化物、氮氧化物、碳氧化物以及碳氢化物等。受到普遍重视 的二次污
14、染物主要是 硫酸烟雾(Sulfurous smog)和光化学烟雾(Photochemical smog)。3. 气态污染物的来源和特征(1) 硫氧化物主要是SO2,它是目前大气污染物中数量较大、影响范围广的一种气态污染物。来源：化石燃料的燃烧过程，以及硫化物矿石的焙烧、冶炼等热过程。如火力发电厂、 有色金属冶炼厂、硫酸厂、炼油厂以及所有烧煤或油的工业炉窑都排放SO2烟气。(2) 氮氧化物氮和氧的化台物有N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4、N2O5,总起来用氮氧化物(NOx)表示。其中污染大气的主要是NO、NO2。NO毒性不太大，但进人大气后可被缓慢地氧化成N02,当大气中有 03等强氧化
15、剂存在时，或在催化剂作用下，其氧化速度会加快。N02的毒性约为 NO 的 5 倍。当 N O 2参与大气中的光化学反应，形成光化学烟雾后，其毒性更强。来源：人类活动产生的 NOx，主要来自各种炉窑、机动车和柴油机的排气，其次是化 工生产中的硝酸生产、硝化过程、炸药生产及金属表面处理等过程。其中燃料燃烧产生的 NOx约占 83%。（3）碳氧化物CO和C02是各种大气污染物中发生量最大的一类污染物。CO 是一种窒息性气体，进入大气后，由于大气的扩散稀释作用和氧化作用，一般不会 造成危害，但在城市冬季采暖季节或在交通繁忙的十字路口，繁华商业街等地区，当气象条 件不利于排气扩散稀释时， CO 浓度有可能达到危害人体健康的水平。C02本身无毒，但当其在大气中的浓度过高时，使氧气含量相对减少， 对人会产生不良影响，如心习、恶心等；地球上C02浓度的增加，对气候的影响是能产生“温室效应” ，导致全球气候变暖。来源： 它主要来自燃料燃烧和机动车排气。（4）有机化合物 （浓度表示）在光化学反应过程中，甲烷是一种稳定的烃类，不参与光化学反应，所以一般用总非甲烷烃类（ NMHCs ）的形式报道环境中烃的浓度。（判断依据）多环芳烃类（PAHs）中的苯并芘，是强致癌物质，可以作为判断大气是 否受到多环芳烃污
