第二章大氣環(huán)境化學(xué)-課件

1、大 氣 環(huán) 境 化 學(xué) 第二章 天然大氣化學(xué)大氣污染化學(xué)第一節(jié)、大氣環(huán)境化學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí) 覆蓋在地球表面并隨地球引力而旋轉(zhuǎn)的大氣層叫做大氣圈。 地球上的大氣是自然環(huán)境的組成部分。人類一刻也離不開大氣，大氣又是人類極其重要的自然資源。 在環(huán)境保護(hù)中，對(duì)特定場(chǎng)所或區(qū)域，供人和動(dòng)植物生存的氣體稱為“空氣”。 而以大區(qū)域或全球性的氣流為研究對(duì)象時(shí)，則采用“大氣”一詞。一、大氣的組成 大氣總質(zhì)量約為5.31018，相當(dāng)于地球質(zhì)量的1 106倍，其質(zhì)量的99.9(99%)集中在50km(29km)以下范圍內(nèi)。 包括：N2 (78.08)、O2(20.95)、 Ar(0.934) 、CO2(0.0314)。希

2、有氣體：He、Ne、Kr、Xe的含量相對(duì)也是較高的。上述氣體約占空氣總量的99.9 以上。水的含量一般在13范圍內(nèi)變化。除此之外，還包括很多痕量組分，如H2 、CH4、CO、SO2、NH3、NO2、O3等。二、大氣層結(jié)構(gòu) 劃分依據(jù)：大氣組成狀況及在垂直高度上的溫度變化。大氣的垂直分層對(duì)流層平流層對(duì)流旺盛近地面，緯度不同厚度變；高度增來(lái)溫度減，只因熱源是地面；天氣復(fù)雜且多變，風(fēng)云雨雪較常見氣溫初穩(wěn)后升熱只因?qū)又谐粞醵嗨搅鲃?dòng)天氣好高空飛行很適合上冷下熱高空對(duì)流電離層高層大氣電離層能反射無(wú)線電波，對(duì)無(wú)線電通訊有重要作用大氣圈被分為五層 a、對(duì)流層troposphere平均厚度12km 特點(diǎn)：一是密

3、度大，含有全部大氣質(zhì)量34的大氣和幾乎所有的水汽；二是溫度隨高度上升而降低（因受地面輻射影響），大約每升高100m，溫度降低0.6（絕大部分空氣組分不能直接吸收太陽(yáng)能，只能吸收地面輻射能，因此，對(duì)流層溫度隨高度的增加而降低）-下熱上冷。 吸收地表熱量，低層空氣先被加熱，而后熱量被傳遞到高層；由于海、陸、晝、夜及緯度、地形的差別，低層空氣的溫度差異很大，形成了垂直和水平方向的對(duì)流，此為對(duì)流層的重要特性之一。 思考題：為什么污染物的遷移轉(zhuǎn)化主要發(fā)生在對(duì)流層？（human being） 對(duì)流層頂層的氣體溫度特別低，水分子到達(dá)這一層后迅速地被轉(zhuǎn)化成冰，從而阻止水分子進(jìn)入平流層，否則，一旦進(jìn)入會(huì)發(fā)生光解

4、產(chǎn)生H，其會(huì)脫離大氣，從而造成大氣氫的損失。天氣現(xiàn)象、污染物生成b、平流層 stratosphere（同溫層）高度約在17-55 之間 在25km以下的低層，隨高度增加氣溫保持不變或稍有上升。從25km開始，氣溫隨高度的增加而升高。-上熱下冷，空氣垂直對(duì)流運(yùn)動(dòng)很小，只能隨地球自轉(zhuǎn)而產(chǎn)生平流運(yùn)動(dòng)，所以該層內(nèi)氣體非常穩(wěn)定，污染物停留時(shí)間長(zhǎng)。 臭氧層在平流層15-35高度范圍內(nèi)，該層集中了地球大氣中大部分的臭氧，由于臭氧能強(qiáng)烈地吸收太陽(yáng)的紫外線輻射而光解，當(dāng)它們又重新化合為臭氧時(shí)，便可釋放出大量的熱能，因此，溫度隨高度的增加而上升。 O3h O2O O2O +M O3 h 問(wèn)題：飛機(jī)多在平流層底部飛

5、行的原因？c、中間層 mesosphere （過(guò)渡層85Km) 這一層空氣變得較稀薄，同時(shí)由于臭氧層的消失，溫度隨高度增加而降低，降至-92 ， -上冷下熱，空氣垂直運(yùn)動(dòng)相當(dāng)強(qiáng)烈。d、熱層 thermosphere 約800km 該層空氣更加稀薄，大氣質(zhì)量?jī)H占總質(zhì)量的0.5。同時(shí)，由于太陽(yáng)所發(fā)出的紫外線絕大部分都被這一層的物質(zhì)所吸收，使得大氣溫度隨高度的增加而迅速增加。 在太陽(yáng)紫外線和宇宙射線作用下，該層空氣處于高度電離狀態(tài)，因此也稱為電離層。 問(wèn)題：為什么夜間的無(wú)線電收音特別清晰？e、外逸層 exoatmosphe（逸散層）800Km 逸散層空氣空氣極為稀薄，其密度幾乎與太空密度相同，故又常

6、稱為外大氣層。關(guān)于該層的上界到哪還沒(méi)有一致的看法。 由于空氣受地心引力極小，氣體及微?？蓮倪@一層飛出地球重力場(chǎng)而進(jìn)入太空。 該層的溫度隨高度增加而略有增加。 三、大氣溫度層結(jié)a.氣溫垂直遞減率r=-dT/dZ T(熱力學(xué)溫度,K) Z(高度，m)r0 氣溫隨高度的增加而遞減（10000）米r0 氣溫隨高度的增加而增加r=0 氣溫不隨高度的變化而變化 （等溫層）b.輻射逆溫層 近地面層的逆溫多由于熱力條件而形成,以輻射逆溫為主。輻射逆溫是地面因強(qiáng)烈輻射而冷卻降溫所形成的。這種逆溫多發(fā)生在距地面100-150米的高度內(nèi)。 最有利于輻射逆溫發(fā)展的條件是平靜而晴朗的夜晚。有云和有風(fēng)都能減弱逆溫。c.氣

7、塊的絕熱過(guò)程絕熱過(guò)程：干過(guò)程：固定質(zhì)量的氣塊所經(jīng)歷的不發(fā)生水相變化的過(guò)程。沒(méi)有液態(tài)水或固態(tài)水的出現(xiàn)。干氣塊在絕熱上升過(guò)程中，溫度降低；相反，在絕熱下降過(guò)程中，溫度升高。四、 大氣穩(wěn)定度氣塊在大氣中的穩(wěn)定度與大氣垂直遞減率（r）和干絕熱垂直遞減率（ rd ）兩者有關(guān)。 rd = 0.98/100m=1/100mrrd ,大氣是穩(wěn)定的； rrd ,大氣是不穩(wěn)定的； r =rd，大氣處于平衡狀態(tài)。r越大，氣塊越不穩(wěn)定；反之，越穩(wěn)定。五 對(duì)流層的組成和性質(zhì)氣溫:1.5m P14 濕度:水汽質(zhì)量/干空氣 空氣中水汽的絕對(duì)量P15 露點(diǎn) 氣 液 氣-固 活性微粒（自由基）六、影響大氣污染物遷移的因素 1、

8、氣象動(dòng)力因子的影響（1）風(fēng)氣塊在水平方向的規(guī)則運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生風(fēng)。 a、風(fēng)速：由于地表摩擦作用，越近地面，風(fēng)速越低；高度越高，風(fēng)速越大，單位時(shí)間內(nèi)污染物被輸送的距離越遠(yuǎn)，混合空氣量越大，污染物濃度越低。風(fēng)速大小直接決定了某一地區(qū)污染物的大氣稀釋能力。b、風(fēng)向：風(fēng)吹來(lái)的方向。風(fēng)使污染物向下風(fēng)向擴(kuò)散，但風(fēng)向一年四季里隨時(shí)在變化。風(fēng)向頻率：某方向的風(fēng)占全年風(fēng)向總和的百分率，決定了污染物被風(fēng)吹向下風(fēng)向的時(shí)間長(zhǎng)短。 (2)湍流（亂流）a、 動(dòng)力亂流：地表不均一、粗糙程度不同，有規(guī)律水平運(yùn)動(dòng)的氣流受到地形擾動(dòng)形成。通常所謂湍流即指動(dòng)力亂流。b、 熱力亂流（又稱對(duì)流）：地表與其附近溫 度不均，近地面空氣受熱膨脹上升

9、，隨之上面的冷空氣下降，形成對(duì)流。 熱力亂流和動(dòng)力亂流往往同時(shí)存在，主次難分，因此亂流的強(qiáng)弱取決于二者的共同作用。但是，在氣溫的垂直分布上，呈現(xiàn)上冷下熱時(shí)，熱力亂流起主要作用；上熱下冷時(shí)，動(dòng)力亂流起主要作用。 風(fēng)和湍流共同作用，影響大氣中污染物的分散，但湍流影響為主。湍流擴(kuò)散速度比氣體分子擴(kuò)散速度快數(shù)十萬(wàn)倍。污染物在大氣中的遷移，水平運(yùn)動(dòng)方向上取決于風(fēng)的平流輸送，垂直方向上的擴(kuò)散取決于大氣的湍流運(yùn)動(dòng)。 2、天氣形勢(shì)和地理地勢(shì)的影響 A.天氣形勢(shì)和地理地勢(shì)的概念（1）天氣形勢(shì)局部地區(qū)的氣象條件（風(fēng)、雨、雪等），受大的天氣形勢(shì)的影響。（2）地理地勢(shì)特定地形與特殊的天氣狀況往往共同決定了某一地區(qū)空氣

10、污染物的擴(kuò)散和分布。如逆溫現(xiàn)象，使污染物長(zhǎng)時(shí)間積累在逆溫層中難以擴(kuò)散。 B.影響因素 (1)山谷風(fēng)山區(qū)往往山坡受熱強(qiáng)，谷地受熱弱，使得地表受熱不均，引起局部氣流有規(guī)律的變化（周期一晝夜），產(chǎn)生山風(fēng)和谷風(fēng)。山谷風(fēng)轉(zhuǎn)換時(shí)往往造成嚴(yán)重的空氣污染。 (2)海陸風(fēng)海洋由于大量水的存在，溫度變化緩慢，陸地表面溫度變化劇烈，因此，在白天和夜間分別形成不同方向的空氣流動(dòng)。即海陸風(fēng)。（Q：風(fēng)向？） 影響：循環(huán)作用，往返作用 (3)熱島效應(yīng)（城郊風(fēng)）“熱島”指某個(gè)地區(qū)的氣溫顯著高于周圍地區(qū)，象大海中的孤島，形成溫度的“孤島”。城市由于人口眾多、工業(yè)發(fā)達(dá)，生活、生產(chǎn)排放大量熱量；且建筑物集中、自然通風(fēng)堵塞，使得城市

11、低層空氣溫度比郊區(qū)高，該現(xiàn)象被稱為熱島效應(yīng)。 城區(qū)空氣受熱上升，而郊區(qū)的冷空氣向城市流動(dòng)，形成熱島環(huán)流，導(dǎo)致城市本身排放的煙塵等污染物積聚在城市上空，形成煙幕，加劇大氣污染。 可能的治理/預(yù)防措施 建筑物使用隔熱材料和淺色涂裝，推行樓頂綠化，增強(qiáng)日光反射； 道路采用保濕性鋪裝，使雨水儲(chǔ)存在路面內(nèi)，保持一定濕度，從而降低路面溫度； 城市規(guī)劃中注意留出“風(fēng)道”，即合理布局道路、公園、建筑物等，使城市周圍的冷空氣不受阻礙地進(jìn)入市區(qū)，減少城市與周圍地區(qū)的溫度差； 采取各種措施，盡可能減少向空氣中的人工排熱。區(qū)域大氣化學(xué)：森林天然氧吧 P26-28 海面-天然降水的酸性組分（沼澤地及草地: 硫酸、硝酸

12、海面：鹽酸-鹽霧試驗(yàn)） 都市-燃燒 小環(huán)烴 氣溶 膠 轉(zhuǎn)化為有機(jī)酸；取代芳烴轉(zhuǎn)化為酚大氣中的水循環(huán): 自由基反應(yīng) 光反應(yīng) P22-24膠體的通性: 粒度活性、 溶解性 電性 吸附性氣溶膠的性質(zhì)及運(yùn)移特點(diǎn) P20 表面沉積 加速腐蝕 酸雨 引發(fā)感冒、支氣管炎等人體疾病-粒度 濃度 化學(xué)組成 P21 降塵 飄塵IP/PM10 TSP 生態(tài)城市弗萊堡中隨處可見天然植被給城市降溫立體綠化習(xí)題P48 1 2 6 7大氣污染化學(xué)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：SO2 NOx PM10 (particle matter 10um) TSP CO O3 API(1-50 51-100 101-150 151 200)酸雨 光化

13、學(xué)煙霧污染物單項(xiàng)污染指數(shù)/占標(biāo)率，污染物的污染分指數(shù)，最大者為首要污染物-API-確定空氣等級(jí)(1)光化學(xué)反應(yīng) photochemical reactions 由一個(gè)原子、分子、自由基或離子吸收一個(gè)光子所引發(fā)的反應(yīng), 分為初級(jí)過(guò)程和次級(jí)過(guò)程。 最容易發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)的：OH-、H2O2、O3等 Ah A+ h: 光子能量 1ev10ev 對(duì)應(yīng)波長(zhǎng) 100nm800nm h=普朗克常數(shù)6.62610-34焦/秒摩 頻率 秒-1第二節(jié) 大氣污染 一 分類污染源: 點(diǎn) 一臺(tái)機(jī)械 2010.12.01 CCTV-1 午間 13：00 走進(jìn)科學(xué) “奪命井、” 講述云南一個(gè)邊遠(yuǎn)小村，居住少數(shù)民族，特別信奉，

14、一天上午，壯年男子吳某正用小型柴油機(jī)泵從井中抽水澆灌菜地，突見井邊其衣服、手表及鞋，不見該人，仔細(xì)搜尋，在井中發(fā)現(xiàn)尸體。人們建議用此泵將井中水抽干以便打撈。村民下井打撈時(shí)又死1人，受傷4人。. 新華網(wǎng)太原3月29日電(記者 葉健)記者從山西省介休市政府獲悉，29日13時(shí)24分，介休市安泰集團(tuán)25兆瓦電廠9號(hào)鍋爐檢修中發(fā)生一氧化碳中毒事故。當(dāng)班檢修人員15人，事故發(fā)生后，又有2人進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)搶救，現(xiàn)場(chǎng)人員共17人。截止到14時(shí)20分，已經(jīng)確定9人死亡，8人正在緊急治療中。事故發(fā)生后，介休市委市政府主要領(lǐng)導(dǎo)及時(shí)趕往第一現(xiàn)場(chǎng)指揮搶險(xiǎn)。目前，事故處理正在處置中。一個(gè)企業(yè) 、渣場(chǎng)及煙道 線：公路面 ：工業(yè)園

15、區(qū) 污染物：CxOy，CxHyOn，NxOy二 大氣中污染物的轉(zhuǎn)化物理方式：p36 擴(kuò)散 沉積化學(xué)途徑：微生物：細(xì)菌作用 大氣光化學(xué)反應(yīng)A 光化學(xué)反應(yīng)有三種情況： 分子接受光能后，可能產(chǎn)生三種能量躍遷 a. 電子的 UV-vis b. 振動(dòng)的 IR c. 轉(zhuǎn)動(dòng)的 NMR a、電子被激發(fā)躍遷，并產(chǎn)生反應(yīng)（電激發(fā)態(tài)分子） b、多原子分子或雙原子分子的鍵斷裂（均裂產(chǎn)生自由基，異裂產(chǎn)生離子） c、電子被激發(fā)而脫離母體，產(chǎn)生光電離（離子） 只有電子躍遷才可能產(chǎn)生光化學(xué)反應(yīng)，對(duì)應(yīng)：100800nmB 電激發(fā)態(tài)分子 electronically excited molecules 基態(tài)分子接受光能，被激發(fā)到

16、高能量的激發(fā)態(tài) NO2 h NO2* 激發(fā)態(tài)分子丟失能量回到基態(tài)的主要形式： a、放熱 O2* M O2M熱 Mthird body =另一種分子或原子 b、分解 O2* OO （熱電離層的主要反應(yīng)） c、發(fā)光 發(fā)熒光、磷光等 NO2* NO2h d、分子內(nèi)部能量轉(zhuǎn)換 XY* XY+ 轉(zhuǎn)換成另一種激發(fā)態(tài) e、不同分子間能量轉(zhuǎn)換 O2* Na O2Na*f、異構(gòu)化 g、光離子化 N2* N2+e- 光化學(xué)激發(fā)和各種可能的退激過(guò)程有機(jī)化合物分子C hv 電激發(fā)態(tài)分子C*物理過(guò)程 化學(xué)過(guò)程a,以減少振動(dòng)能方式釋熱，熱量傳遞 a,光離解或光分解 給另一物質(zhì)的分子、離子或原子 b,與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)b,

17、以發(fā)生熒光或磷光的方式釋能 c,光電離c,將能量轉(zhuǎn)移給另一物質(zhì)的分子、 d,分子內(nèi)重排 離子或原子，引起其發(fā)生反應(yīng) e,脫去H原子 （光敏作用）。 f,異構(gòu)化 g,聚合 h,發(fā)生電子遷移C 大氣中常見的自由基及其反應(yīng)a、HO自由基 hydroxyl radicalsb、HO2自由基 hydroperoxyl radicalsc、其它自由基：醛，酮，過(guò)氧自由基大氣中存在的重要自由基有：HO、HO2、R（烷基）、RO（烷氧基）、RO2（過(guò)氧烷基），其中HO、HO2更為重要。1)大氣中HO的來(lái)源清潔大氣中,主要來(lái)自O(shè)3的光離解O3 + h O + O2O + H2O2HO污染大氣中有HNO2和H2O

18、2存在時(shí),其光離解也產(chǎn)生HOHNO2 + h HO + NOH2O2 + h 2HO H2O + h HO + H HO的反應(yīng)：HO + CO CO2 + HHO + HNO2 HNO3HO + CH4 CH3 + H2O南半球的HO高出北半球的20%2)大氣中HO2的來(lái)源及其反應(yīng)主要來(lái)源于醛類,尤其是甲醛的光解H2CO + h H + HCOH + O2 + M HO2 + MHCO + O2 HO2 + CO HO + CO CO2 + H H + O2 HO2 任何光解過(guò)程只要有H 和HCO自由基生成,都可以與空氣中的O2結(jié)合而生成HO2自由基。HO2的反應(yīng)HOO + NO HO + N

19、O2HOO + O3 2O2 + HO3)其他自由基的來(lái)源RH + O/HO R + HO/H2O 烷基自由基CH3ONO + h CH3O + NO 烷氧基自由基R + O2 RO2 過(guò)氧烷基自由基（4） 氮氧化物的轉(zhuǎn)化（1）通式NOx表示NO和NO2 對(duì)流層中危害大，引起酸雨和引發(fā)光化學(xué)煙霧 天然源：閃電、火災(zāi)、大氣中NH3， NO2的氧化 人為源：HNO3廠，氮肥廠，染料廠，煤氣，抽煙，汽車尾氣等 自然去除： NOO3 NO2O2 NO2HOM HNO3M NO2O3 NO3O2 H2O NO2NO3 N2O5 2HNO3 HNO3NH3 NH4NO3 NOx的治理 減少NOx產(chǎn)生：煙道

20、氣回流，降低燃燒溫度 對(duì)NOx回收凈化: 還原法、吸收法（NaOH + Na2S，NaOHNa2SO3, HNO3）、吸附法（分子篩，沸石，活性炭） （5） 碳?xì)浠衔锏霓D(zhuǎn)化a、天然有機(jī)污染物（1）甲烷 厭氣條件下有機(jī)物分解產(chǎn)生 2CH2O CO2(g)CH4(g)（2）C2H4，萜烯、酯植物排放產(chǎn)生b、碳?xì)浠衔?PAHs（polycyclic aromatic hydrocarbons） 多環(huán)芳烴，量少危害大。 溶劑蒸發(fā)產(chǎn)生。 汽車尾氣含烷、烯、炔烴、芳烴、醛等。 碳?xì)浠衔锱cNOx協(xié)同作用產(chǎn)生光化學(xué)煙霧。細(xì)菌 光化學(xué)煙霧由污染源排入大氣的污染物在陽(yáng)光紫外線照射下，發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)生成二次污

21、染物，參與光化學(xué)反應(yīng)的一次污染物和二次污染物所形成的煙霧污染現(xiàn)象。 c、鹵代烴 H2CCHCl 氯乙烯，橡膠工業(yè)原料，能引起肝癌；全氯乙烯，干洗劑 氯氟碳 CFCs chlorofluorocarbons 氯氟烴 CFHCs chlorofluorohydrocarbons 化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，大氣中壽命長(zhǎng)，在平流層里進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)而破壞O3層。 Cl2CF2h ClClCF2 ClO3 ClOO2， ClO O ClO2制冷劑：CCl3F, CCl2F2, C2Cl3F3, C2Cl2F4, C2ClF5命 名：CFC-11 CFC-12 CFC-113 CFC-114 CFC-115催化臭氧層的

22、分解Cl原子在平流層中的滯留期約2年，每個(gè)Cl可摧毀1-10萬(wàn)個(gè)O3，CFC 的濃度每年增加70，每年生產(chǎn)80萬(wàn)噸取代物：含氫氯氟烴，分子易分解1987年蒙特列爾條約規(guī)定：2010年根除CFCs，杜邦公司改生產(chǎn)CFHCs(question:無(wú)氟冰箱的提法科學(xué)嗎？)(6) 光化學(xué)煙霧 photochemical smog A、光化學(xué)煙霧的發(fā)現(xiàn)和現(xiàn)象 光化學(xué)煙霧是大氣污染的結(jié)果之一。大氣中的氮氧化物、碳?xì)浠衔锏任廴疚?，在合適的氣象、地理等條件下，受強(qiáng)烈的光照可發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)形成光化學(xué)煙霧。 1940年于美國(guó)洛杉璣發(fā)生并記錄。 1951年提出洛杉璣煙霧的形成理論。 現(xiàn)象： 強(qiáng)烈刺激性的淺藍(lán)色煙霧（

23、有時(shí)帶紫色或黃褐色），使能見度降低；行人眼睛紅腫流淚，刺激呼吸系統(tǒng)，損害肺功能；橡膠開裂，植物葉片受毒變黃以致枯死。 出現(xiàn)高峰期為中午稍后，夏季晴天。 B、光化學(xué)煙霧的形成機(jī)理 NOx和CH在UV光作用下形成的一系列鏈?zhǔn)椒磻?yīng) 引發(fā)： NO2h NOO OO2M O3M O3NO NO2O2 歧化： ORH 多種R穩(wěn)定產(chǎn)物 O3RH 多種R穩(wěn)定產(chǎn)物 傳遞： RRH RHR RNO NO2R 終止： RNO2 穩(wěn)定產(chǎn)物 RR 穩(wěn)定產(chǎn)物 光化學(xué)煙霧形成的定性表述： NO2光解生成的O的反應(yīng)為引發(fā)，原子O的產(chǎn)生導(dǎo)致了O3的形成。OH參予反應(yīng)，使NO轉(zhuǎn)化為NO2，循環(huán)往復(fù)，直至NO和OH耗盡為止。 C、

24、起因光照，NOx，CH，地理、氣象 高速行駛 NO/NOx 2.5Kg/106米汽車尾氣 排氣、漏油、揮發(fā) CH 15Kg/106m 空欄、減速行駛 CO 2.5Kg/106m NOX為吸收光能的引發(fā)劑，以NO2最為重要。CH中烯烴反應(yīng)最快，其次是有側(cè)鏈的芳烴。當(dāng)NO2與CH的濃度比達(dá)到1:1時(shí)和1:3時(shí)，引發(fā)反應(yīng)最快，最強(qiáng)烈。a.氣候條件：晴朗、濕度低、氣溫在24-32的夏日午后。b.污染物條件：空氣中有氮氧化物和碳?xì)浠衔锎嬖?。c.地形條件：盆地、谷地（污染物不易擴(kuò)散）。D、控制 燃燒溫度、燃燒種類、空氣燃料比，混合程度、熱遷移速度E、光化學(xué)煙霧（洛杉磯型煙霧和倫敦型煙霧） 高濃度O3和P

25、AN（過(guò)一酰硝酸酯）是光化學(xué)煙霧的形成指標(biāo)，皆為強(qiáng)氧化劑，屬于氧化型煙霧； 倫敦?zé)熿F主要含有SO2等化合物，為還原型煙霧。 (7) 硫氧化物的轉(zhuǎn)化及硫酸煙霧型污染 A.二氧化硫的氣象氧化 (a)二氧化硫的直接光氧化 (b)二氧化硫被自由基氧化 B.二氧化硫的液相氧化 C.硫酸煙霧型污染 硫酸煙霧也稱為倫敦?zé)熿F,最早發(fā)生在英國(guó)倫敦。主要是由于燃煤而排放出來(lái)的二氧化硫、顆粒物以及由二氧化硫氧化所形成的硫酸鹽顆粒物所造成的 大氣污染現(xiàn)象.氧化型煙霧和還原型煙霧對(duì)比P334第三節(jié)、幾個(gè)突出的大氣環(huán)境問(wèn)題 一、酸性降水降雨pH低于5.6的降水稱酸雨怎么定義出來(lái)的？符合實(shí)際情況嗎？為什么科學(xué)家提出質(zhì)疑？1

26、、有關(guān)酸雨的概念 1）酸雨：pH值小于5.6的雨雪或其他形式的大氣降水。是大氣受污染的一種表現(xiàn)。20世紀(jì)50年代，英國(guó)R.A.Smith觀察到酸性降雨的現(xiàn)象并提出該術(shù)語(yǔ)。 2）濕沉降：主要是降水（雨或雪）的沉降過(guò)程。 近年已逐漸用該術(shù)語(yǔ)來(lái)取代“酸雨”的提法。 3）干沉降：各種污染物按本身物理、化學(xué)特征和表面性質(zhì)的不同，以不同速率與下方的物質(zhì)表面碰撞而被吸附沉降下來(lái)的全部過(guò)程。 4）酸沉降化學(xué)：研究干、濕沉降過(guò)程中與酸性有關(guān)的各種化學(xué)問(wèn)題。2、降水的pH和背景值5.0未被污染的大氣中，會(huì)由于CO2的存在與水分子結(jié)合使雨雪等降水呈酸性。 酸雨概念中pH值為5.6的由來(lái) （計(jì)算推導(dǎo)）近年來(lái)科學(xué)家質(zhì)疑

27、：降水的背景值存在著地質(zhì)、氣象、水文等自然條件的差異pH值在5.0-5.6之間都為正常（常見天然碳酸鹽水系）真正意義上的“酸雨”是指酸性強(qiáng)于正常雨水的降水。20世紀(jì)80年代初期我國(guó)部分城市的降水pH平均值 北京 6.74天津 6.26 蘭州 6.85西安 6.12 南京 5.47武漢 5.96 重慶 4.14貴陽(yáng) 4.07廈門的酸雨(pH 5.6)頻率： 95%Xiamen Atmospheric Environment mg/m3The density of major pollutants at various air monitoring stations in Xiamen, 2001

28、3、酸雨的形成酸雨的形成是復(fù)雜的大氣化學(xué)和大氣物理過(guò)程。SO2的反應(yīng)：2SO2 + O2 2SO3SO2 + H2O H2SO3SO3 + H2O H2SO4NO、NO2的反應(yīng)：2NO + O2 2NO22NO2 + H2OHNO3 + HNO24、酸雨的化學(xué)組成酸雨中含有多種有機(jī)酸和無(wú)機(jī)酸，絕大部分是硫酸和硝酸。降水呈電中性。陽(yáng)離子：H+、Ca2+、NH4+、Na+、K+、Mg2+陰離子：SO42-、NO3-、Cl-、HCO3-典型的酸雨離子和濃度（mg/L） 陽(yáng) 濃度（mg/L） 陰 濃度（mg/L） H+ 56 SO42- 51 NH4+ 10 NO3- 20 Ca2+ 7 Cl- 12

29、 Na+ 5 Mg2+ 3 K+ 21）Cl-和Na+主要來(lái)自海洋，濃度相近，不影響酸度。2）SO42-在陰離子中占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，而陽(yáng)離子中H+、Ca2+和NH4+占總量的80%以上。表明：1）降水酸度主要是SO42-、 Ca2+和NH4+的相互關(guān)系決定。雖然NO3-的比重較小，但并不意味著NO2作用可以忽略。2）酸指標(biāo)的SO42-離子來(lái)源主要是燃煤排放的SO2，堿指標(biāo)的Ca2+、NH4+來(lái)源復(fù)雜，但天然源是主要的（土壤性質(zhì)）。5、影響酸雨形成的因素1）大氣中的氨 氨是大氣中唯一的氣態(tài)堿性物質(zhì)，由于水溶性較好，能與雨水中的酸性物質(zhì)起中和作用而降低酸度。2）顆粒物酸度及其緩沖能力 顆粒物對(duì)酸雨的形成

30、有兩方面的作用：一是所含的金屬催化SO2氧化成酸；二是堿性顆粒物對(duì)酸起中和作用。6、酸雨的危害 1）湖泊酸化，影響水生生物及其生態(tài)系統(tǒng)（微堿性）。 2）使流域土壤和水體底泥中的金屬被溶解進(jìn)入水體而毒害魚類。（游離態(tài)）3）抑制土壤中有機(jī)物的分解和氮的固定，以及淋洗掉與土壤結(jié)合的鈣、鎂、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素，使土壤貧瘠。4）傷害新生芽葉，干擾光合作用，影響植物生長(zhǎng)發(fā)育。堿性5）腐蝕建筑材料、金屬、油漆和名勝古跡等。二、大氣中的顆粒物 顆粒物：大氣中大于分子尺寸的固體或液體顆粒狀物質(zhì)1、顆粒的分類和組成 75m 塵粒 10m 降塵 110m 飄塵 1 m 煙塵 60m（100m）總懸浮物或氣溶膠成分：C粒、

31、硅酸鹽、無(wú)機(jī)鹽、農(nóng)藥細(xì)粒、有機(jī)污染物等（1）來(lái)源：天然源：地表?yè)P(yáng)塵、火山噴發(fā)的迸出物、 森林火災(zāi)的燃燒物等人為源：燃料燃燒過(guò)程產(chǎn)生的、 工業(yè)生產(chǎn)和汽車尾氣排放的固體顆粒物（2）分類：按粒徑和物理性質(zhì)分飄塵（Airborne Particle）：長(zhǎng)期漂浮在大氣中、 粒徑小于10 m的懸浮物。降塵（Dustfall）：粒徑大于10 m以上的、 由于重力作用能沉降下來(lái)的微粒。總懸浮顆粒物（TSP，mg/m3）：用標(biāo)準(zhǔn)大容量顆粒采樣器在濾膜上所收集到的顆粒物的總質(zhì)量。粒徑一般在100 m以下。 （3）顆粒物的表面性質(zhì)成核作用、粘合、吸著 成核作用：過(guò)飽和蒸汽在顆粒物表面凝結(jié)成液滴。 粘合：粒子彼此間緊

32、緊粘合或在固體表面上粘合，是小顆粒形成較大凝聚體最終沉降的過(guò)程。 吸著：氣體或蒸汽吸附在顆粒物表面上。 2、大氣顆粒物的物化特性和危害性 擴(kuò)散，與大氣中的氣體反應(yīng)，共聚沉降，可通過(guò)降水去除（雨雪內(nèi)核）。 在0.110m 之間的粉塵對(duì)人體危害最大，直接到達(dá)肺細(xì)胞而積累，并進(jìn)入血液循環(huán)。鋼鐵工業(yè)、鋁合金工業(yè)。 0.1 m (屬于膠體) 在0.11m間，與可見光的波長(zhǎng)相近，對(duì)光線強(qiáng)烈散射，可造成大氣能見度下降。顆粒物影響氣象、折射光、協(xié)助大氣熱平衡，形成雨雪。3、氣溶膠 aerosol為大氣顆粒物的一大類，感興趣的大氣顆粒物均在此類。 定義：指氣體為分散介質(zhì)而形成的穩(wěn)定體系。 （1）固態(tài)氣溶膠：0.

33、00110m e.g. 煙、煤煙、飄塵、金屬氧化物、鹽等。 （2）液態(tài)氣溶膠：液態(tài)物質(zhì)霧化而形成 e.g. 薄霧，濃霧，硫酸霧，有機(jī)物等。 （3）固液混合態(tài)氣溶膠：煙霧 smog e.g. 光化學(xué)煙霧 危害：對(duì)氣象、視程、輻射、航空、云、酸雨等影響。 按化學(xué)性質(zhì)分類介紹 （1）硫酸鹽氣溶膠 2SO2O22H2O 2H2SO4 H2SO42NH3 (NH4)2SO4或NH4HSO4 H2SO4CaO CaSO4 氣相中H2SO4的飽和濃度只有4g/m3，可在所有的大氣條件下凝結(jié)，形成硫酸/硫酸鹽氣溶膠。 在沉積部位對(duì)生物組織危害（2）硝酸鹽氣溶膠 HNO3在氣相中濃度可達(dá)1.2108g/m3,

34、凝結(jié)態(tài)HNO3幾乎不存在。 氣溶膠形態(tài)為：NaNO3, NH4NO3或NOx吸附在顆粒物上的形式 大氣中的無(wú)機(jī)污染物最終大部分都轉(zhuǎn)化為硫酸鹽或硝酸鹽氣溶膠。（3）有機(jī)物氣溶膠 由于燃燒而進(jìn)入大氣的CH，參予光化學(xué)反應(yīng)和自由基反應(yīng)，或被氧化，或被吸附氧化，最后形成凝聚態(tài)過(guò)氧化物或聚合物。 含氧的：醛、醇、有機(jī)酸等 含硫的：硫醚、巰類 含N的：PAN，PPN，PBN等 其它的：PAHs （4）微量元素 Hg : (CH3)2Hg, Pb : Pb(C2H5)4 Fe、Cu、Zn、Ti、Mn、V、Ni、Cd、Co等4、其它顆粒污染物 石棉（asbestos）：含Si纖維：MgP(Si2O5)(OH)

35、4 強(qiáng)度大，彈性好，不燃，危害健康5、減少顆粒污染物的排放 除塵設(shè)備 機(jī)械式除塵器：重力、慣性、旋風(fēng)除塵器 洗滌式除塵器：噴淋洗滌器 過(guò)濾式除塵器：袋濾器 電除塵器 超聲波除塵器三、 溫室效應(yīng)和全球變暖1、有關(guān)溫室效應(yīng)的概念自上個(gè)冰期以來(lái)，地球溫度上升1.55，海平面上升0.51.5m；近300年，CO2由260ppm上升到350ppm，近年以每年1ppm的速度上升；CH4由0.7ppm上升到1.7ppm，近年以每年0.02ppm的速度上升； （ppm：part per million,百萬(wàn)分之）海洋吸收CO2的速度遠(yuǎn)小于CO2被排放速度。2、主要溫室氣體（紅外吸收氣體）CO2、CH4、CFCs、N2O 、CO、對(duì)流層O3 、H2O3、氣候變暖的影響和遠(yuǎn)期后果1）氣候帶北移2）海