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1、第三章 大气污染监测1 大气污染监测概论一、大气与大气污染围绕在地球表面厚度为1000-1400km的大气层称为大气圈。它对人类的生存是极为重要的。一个人每次呼吸约需0.5升空气，每天吸入的空气总量为：1012 /人天，停止呼吸几分钟就可能造成死亡。因此，清洁无污染、化学组成正常的空气是人类生活生存必不可少的重要物质。 1.大气的组成大气层由多种气体、少量水滴、冰晶、尘埃、花粉和孢子组成。除去水和固体杂质的空气叫做干洁空气。未受污染的干洁空气的组成如下：大气组成成分体积百分比N278.09%O220.94%Ar0.93%CO20.032%NeHeCH3Kr2.大气的结构根据大气圈在垂直高度上温
2、度变化特点、大气组成状况及其运动状态，将大气划分成为： 大气层均质层对流层O2、N2的组成比例几乎无变化平流层中间层非均质层暖层气体组成随高度而不同逸散层 对流层是大气圈中最下面的一层，其厚度随地球纬度不同而不同：极地：610Km 赤道：1618Km；中纬度； 1012Km 平均厚度；12Km 。对流层的上界在极地的冬季接近地表，而在赤道的下界达到最高。温度曲线在一个过度层中骤然变徒，并达到极小值。这个过渡层就是对流层。通常处于1020Km处对流层与人类关系最为密切：对流层的空气质量占大气层 总质量的75%，这一层包括大气层中的绝大部分水汽和颗粒物。对流层的温度分布特点是：下部气温高，上部气温
3、低，大气易形成较强型的对流运动（平均每升高100m，温度下降0.65），并且由于太阳辐射和大气对流的影响，会出现及其复杂的气象现象，有时易形成易于扩散的气象条件，有时形成对生态系统有危害的逆温：风 、雪、 雨 、霜 、雾和雷电等自然现象也都出现在这一层。人类活动排放的污染无绝大多数聚集于对流层。大气污染主要发生在这一层，特别是近地11Km的近地层。所以，对流层是大气污染研究的主要对象。3. 大气污染及其分类定义：大气污染是由于人类活动或自然过程所引起某些物质介入大气中，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。一般来说，自然现象所造成的空气污染，自然
4、环境可通过自身的物理、化学机能，经过一段时间后使之自动消除，这就是地球的自净能力和自然生态平衡的自动恢复，因此，通常说的大气污染是指由于人类活动造成的危害。大气污染的分类：根据燃料类型分类石油型污染：飘尘M、 SO2 、Nox CH煤烟型污染：烟尘 SO2混合型污染根据大气污染的影响范围，分为：局部地区污染：如工厂烟囱影响附近居民；地区性污染：如工业及其附近地区和城市受到污染；广域污染：指跨行政区划的广大地域的空气污染；全球性污染；超出国界的国际性的或世界性的大气污染。如：美国在与加拿大接壤的北部边境地区建立的发电厂，通过高烟囱排出的大量的浓烟，跨越国界线，飘入加拿大上空，使邻国受危害，这种情
5、况在欧洲工业发达国家之间经常出现。大气污染事例： .1930年12月，比利时马斯河谷地区。工业生产排放废气，再逆温天气下发生大气污染条件。 . 1934年5月美国发生一次席卷半个国家的风暴，卷起大量尘土，使芝加哥在5月11日降尘量达到12万吨。 .40年代，美国洛杉矶是由于汽车尾气的排放，夏季经常出现光化学烟雾。 . 欧洲由于燃煤造成大气污染，使北欧许多国家降酸雨，多次引起国际争端。 .英国在手工业时期就曾多次发生过燃煤造成的大气污染，1987、1880、1892、1952年先后多次发生烟雾中毒事件。最严重的一次发生于1952年12月5日早晨，伦敦上空受高气层的影响，地面处于无风状态，浓雾笼罩
6、整个城市，由于50150m高空出现逆温层，使大量烟尘 、SO2等污染物被封闭在逆温层下，污染物得不到扩散，造成迅速的积累，烟尘浓度高达4.5mg/m3，为平时的10倍；SO2高达3.8mg/m3，为平时的6倍，造成大量市民患病和死亡。4. 大气污染的危害局部空气污染已有几千年历史。十二世纪初，煤炭代替木材，煤烟造成大气污染；十八世纪中叶，石油作为燃料造成石油的污染；原子能的大量利用，带来新的污染。真正提出大气污染是近30年的事。大气污染的危害是多方面的：（1）对人体健康的危害a、急性作用：在特定的环境下（盆地、 谷地 、无风或微风、 逆温），有大量污染物排出，或有毒物泄露事故发生时，污染物浓度
7、迅速升高，可出现急性污染事件。如：1952年12月5日9日伦敦烟雾事件，有逆温，当时逆温层在60150m的低空。因此，从家庭和工厂排出的烟尘，被逆温层封盖停滞在下层。雾期一周内伦敦市区死亡人数为945人2484人。雾期过后死亡人数仍较平时为高，慢性支气管炎、心脏病患者死亡人数较多。 大气污染对人体产生的急性作用可分为：直接作用：以急性中毒形式表现出来；间接作用：加重原患呼吸系统疾病、心脏病患者的病情，进而加速死亡。b、 慢性作用 低浓度的污染物长期作用于人体会产生慢性的远期效应，往往不易引人注意，且难以鉴别。大气污染对人体健康的慢性危害是由于污染物与呼吸道粘膜表面接触而引起的。 随着工业和交通
8、运输业的发展，空气中致癌物质的种类日益增多，十九世纪肺癌死亡率在所有癌症死亡率中还处于较低的位置。目前，世界各国肺癌的发病率和死亡率都明显上升。特别是一些工业发达的国家增长更快。而且城市肺癌发病率和死亡率高于农村。肺癌的日益增多和具有显著性的地区性差异这一特点可以说明环境性因素（工业致癌物如石棉、砷、多环芳烃等、大气污染、吸烟等）与肺癌有直接的关系。c、大气污染物进入人体的途径： 呼吸系统：对人危害大，主要污染途径。 消化系统：食入被大气污染物污染的水或农作物。 眼、鼻粘膜、皮肤直接接触。（2）对动物的危害 大气污染对动物的危害和影响与对人的情况相似。凡是对人造成了危害的大气污染事件，都同时对
9、动物产生一定的危害和影响，使动物患病或死亡。大气污染对动物的慢性危害，除直接吸入外还可通过食物进入动物体内。美国蒙塔那洲一铜冶炼厂排出大量SO2、As2O3，污染周围牧草，草中含砷400PPm，使在24Km内的羊群，3500头中死亡625头。蒙塔那洲磷肥厂，因排放大量HF，草料中氟含量高达1000PPm致使牛患氟骨病，牛奶减产，生殖率降低。（3）对植物的危害污染物对植物的危害可分为急性、慢性和不可见三种。 急性危害是在污染物浓度很高的情况下，短时间内所造成的危害。构成急性危害时，不同的污染物往往表现出各自特有的危害症状，常使产量显著降低。 慢性危害是指低浓度的污染物长期造成的危害。慢性危害也能
10、影响植物生长的发育，有时还会出现与急性危害相似的症状，但大多数症状是不明显的。 不可见危害只造成植物生理上的障碍，在某种程度上抑制植物的生长，但在外观上一般看不出症状。（4）对材料的损害大气污染除了使衣服、建筑物变脏外还能使某些物质迅速发生质的变化，造成很大损失。如：SO2能腐蚀暴露于空气中的金属制品，使皮革、纸张、纺织品变脆；H2S能使白色铅涂料变成黑色；光化学烟雾能使橡胶轮胎龟裂、电镀层加速腐蚀；高浓度的NOx能使尼龙织品分解。此外飘尘等大气污染物还可降低大气可见度，减少日照和紫外线等，影响植物光合作用。二污染物的来源及分类（1）大气污染：污染源：自然污染源（尘暴、火山爆发、森林火山） 人
11、为污染源：固定源（工业与民用烟囱、工业企业排气）、流动源（汽车、火车、飞机、轮胎、宇宙运载工具）点源：如城市供暖锅炉，其排放物质只构成小范围的大气污染，该污染源为点源。线源：汽车、火车、飞机在公路、铁路、航空线附近构成的大气污染为线源。面源：石油化工厂、居民住宅区的小炉灶，构成较大范围的大气污染，是典型的面污染源。（2）大气污染物的种类：大气污染物种类繁多，形态多样，性质复杂，分子大小也不一样。到目前为止，已经产生危害或已被人们所重视的大气污染有百种之多。a、按污染物来源及形成过程分为：一次污染物（原生污染物）和二次污染物（次生污染物）。其中一次污染分为：反应性物质（不稳定）、非反应性物质（稳
12、定）按污染物物理形态分为：气态污染物（分子状态）和颗粒状态污染物（粒子状污染物）。其中，颗粒状污染物分为：飘尘（烟、雾、烟雾、尘）、降尘等。b、一次污染物与二次污染物一次污染物是直接从污染源排放出来的物质。如：从烟道中排出的SO2、NO2；从汽车尾气中排放出的CO和CH化合物。二次污染物是指进入大气的一次污染物间的相互作用或一次污染物与大气正常组分发生反应所产生的新的污染物。如：SO2SO3 NOx+CHO2+PAN（过氧乙酰硝酸酯）一般来说，二次污染物造成的危害比一次污染物更为严重。一次污染物和二次污染物在大气中的浓度由于受气象条件的影响，它们在一天内的变化也不同。一次污染物因受逆温及气温、
13、气压的限制，在清晨和黄昏浓度较高，在中午时降低。而二次污染物，如：光化学烟雾，由于是靠太阳光能形成的，故在中午时浓度增加，清晨和夜晚时降低。了解污染物的这种特性，有利于有针对地进行监测。c、气态污染物和颗粒污染物气态污染物是指在常温常压下以气体或蒸汽形式分散在大气中的污染物质。这类物质的特点是： 以分子状态分散于大气中，能与空气随意混合； 在大气中的扩散速度受气流和温度的影响，通常与气流的速度基本相同； 扩散速度还与它们的密度有关，密度小的如CH4易上浮扩散，密度大的如Hg易下沉扩散. 颗粒状污染物常以多分子聚合体的形式存在于大气中，运动时有较大的惯性。这种污染物是分散在大气中的微小液体或固体
14、颗粒。粒径：0.01100m，是一个复杂的非均匀体系。 降尘粒径10m，一般颗粒大，密度大，在重力作用下容易下沉，故对人体健康的危害较小。 飘尘是指小于10m的粒子，粒径小，密度小，它们在空中可以漂浮几小时，甚至几年，可以飘浮的很远，甚至可以随气流环绕全球运动。由于飘尘受气体动力学作用，可长期飘流在大气中，随呼吸而进入人体内脏，对人体健康危害较大。特别是2m以下的尘粒，更易沉降在呼吸道及肺泡内，对人体健康危害最大。这就是我们在大气污染监测时选用飘尘作为主要监测之一的原因。另外，分散度还严重地影响着化学的组成，随着微粒直径减小，一些有毒元素，如Pb、Mn、Cd、Cr、As、Ni等的浓度会显著增加，所以分析降尘中有害物质的含量，不能代表飘尘中有害物质的含量。 飘尘具有气溶胶的性质：a、液态气溶胶；b、固态气溶胶。描述气溶胶的名词: 雾液态气溶胶如:H2SO4、NH4Cl 烟固态气溶胶如:油烟、碳烟 烟雾固液混合气溶胶如:H2SO4烟雾、HNO3烟雾 尘固态气溶胶水泥、飞灰、颜料 此外还有：煤烟 soot、尘粒particles、烟气fume。上述提到H2SO4烟雾主要由燃煤时产生的高浓度SO2和煤烟所形成。烟这种烟雾首次出现在伦敦，所以称为伦敦型烟雾。HNO3烟雾主要是汽车尾气中的NOx与CH化合物形成的。NOxCH光化学氧化剂
