大氣污染控制

1、第二講 大氣污染控制,第二講 大氣污染控制,空氣和大氣是同義詞。一般對(duì)于室內(nèi)或特指某個(gè)場(chǎng)所(如車間，會(huì)議室和廠區(qū)等)供人和動(dòng)植物生存的氣體習(xí)慣上稱為空氣。而在大氣物理學(xué)、大氣氣象學(xué)、自然地理學(xué)以及環(huán)境科學(xué)的研究中，常常以大區(qū)域或全球性的氣流為研究對(duì)象常用大氣。,1.大氣結(jié)構(gòu)與組成1.1大氣結(jié)構(gòu),大氣溫度層結(jié),stratification [????????????????] n. 層化，成層，階層的形成,由于地球的旋轉(zhuǎn)作用以及距

2、地面不同高度的各層次大氣對(duì)太陽(yáng)輻射吸收程度上的差異，使得描述大氣狀態(tài)的溫度、密度等氣象要素在垂直方向上呈不均勻分布。人們把靜大氣的溫度和密度在垂直方向上的分布稱為大氣溫度層結(jié)和大氣密度層結(jié)。,Stratification of the Atmosphere,? 大氣溫度層結(jié),對(duì)流層 Troposphere 高度為11~12千米；溫度變化特點(diǎn)是：通常0.6K/100 m；氣體垂直運(yùn)動(dòng)激烈；含有大氣全部質(zhì)量的3/4和幾乎全部水氣，復(fù)

3、雜的天氣現(xiàn)象。(15 ℃~-56 ℃),? 大氣溫度層結(jié),[???????????] n. [氣] 對(duì)流層,[????????????] n. [氣] 同溫層,平流層Stratosphere高度為12～50 km；溫度隨高度的增高而遞增；垂直對(duì)流少，大氣穩(wěn)定。（-56 ℃ ~-2 ℃）,135~176 nm; 240~260 nm,,O3 + hv ? O + O2,,200-300 nm, 300-360 nm λmax =

4、254 nm,小 知 識(shí)decimeter (dm); centimeter (cm); millimeter (mm); micrometer (µm) (測(cè)微計(jì)、千分尺、微米)；nanometer (nm); angstrom (Å); liter (L);milliliter (mL); microlitre (µL),? 大氣溫度層結(jié),O + O2 + M ? O3 + M,

5、O2 + hv ? O + O,angstrom [????????]n. 埃（光譜線波長(zhǎng)單位）,? 大氣溫度層結(jié),,中間層 Mesosphere高度為48～78 km；氣溫隨高度的增加而降低；空氣運(yùn)動(dòng)激烈；(meso-),,熱層 (電離層) Thermosphere高度為80～800 km；溫度隨高度增加而迅速上升；,散逸層 Exosphere 空氣非常稀薄,[?????????] n. [氣] 中間層,[???

6、???????] n. [氣] 熱層,[?????????] n. [氣] 外逸層,對(duì)流層頂,? 大氣溫度層結(jié),圖2-1 大氣溫度的垂直分布,圖2-2 大氣密度的垂直分布,,,,,,,,,,,,,,,,,熱層,中間層頂,中間層,平流層頂,平流層,對(duì)流層,,,,,,,,,,,,,,100,80,60,40,20,0,160,200,240,280,T(K),,Z(km),,,,,,,,0.8,,? 大氣溫度層結(jié),Major regions

7、 of the atmosphere (not to scale).,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,.,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,Earth,Sea level,Stratosphere,N2, O2 H2O, CO2,Troposphere,Mesospher

8、e,Thermosphere,O3,10-16 km,50 km,85 km,500 km,15 ℃,-56 ℃,-2 ℃,-92 ℃,1200 ℃,O3 + hv (220 nm-330 nm) → O2 + O,O2+, NO+,,Incoming Solar radiation,[O]>>[O2]O2+, O+, NO+,1200 km, [O]=[O2],High energy ultraviolet: λ<

9、100 nm,Penetration to ～ 200 km,Infrared, visible, and ultraviolet: λ>330 nm, penetration to Eearth’s surface,Ultraviolet: λ200-330 nm, penetration to ～ 50 km,第一代大氣（原始大氣）----氫、氦、氖等。第二代大氣（還原大氣） ----氮、二氧化碳、甲烷、氨和水汽。現(xiàn)代大

10、氣（氧氣大氣） ----干潔空氣、水汽和懸浮微粒,1.2大氣的演化及其組成,大氣的組成 大氣是由多種氣體和水蒸氣組成的混合物，由恒定氣體、可變氣體和不定氣體組成。恒定氣體在地球上任何地方的體積分?jǐn)?shù)幾乎是不變的；可變氣體的含量往往隨各地季節(jié)、天氣變化和人類活動(dòng)的狀況而變化的；不定氣體包括自然災(zāi)害和人為原因造成的大氣污染物及有毒氣體，后者是人類保護(hù)大氣和防治大氣污染的主要對(duì)象。,大氣組成,穩(wěn)定組分：氮、氧、氬、氖、氦、氪、氫、氙

11、等，這一組分的比例，從地球表面至90公里的高度范圍內(nèi)都是穩(wěn)定的。不穩(wěn)定組分：二氧化碳、二氧化硫、甲烷、硫化氫、臭氧、氮氧化物、水汽等。主要來(lái)源于自然界的火山爆發(fā)、地震、巖石風(fēng)化、森林火災(zāi)等和人類活動(dòng)產(chǎn)生。,2大氣污染物及來(lái)源2.1大氣污染 按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(1SO)作出的定義：大氣污染通常是指由于人類活動(dòng)和自然過(guò)程引起某種物質(zhì)進(jìn)入大氣中，呈現(xiàn)出足夠的濃度，達(dá)到了足夠的時(shí)間并因此而危害了人體的舒適、健康和福利或危害了環(huán)境的

12、現(xiàn)象。,2.2大氣污染的分類,(1)大氣污染按其影響所及范圍可分為四類：局部性污染、地區(qū)性污染、廣域性污染、全球性污染。(2)根據(jù)能源性質(zhì)和大氣污染物組成和反應(yīng)，一般特大氣污染劃分為四種類型：煤炭型、石油型、混合型、特殊型。,2.2大氣污染的分類,石油型污染又稱排氣型或聯(lián)合企業(yè)型污染．其一次污染物是烯烴、二氧化氮以及烷、醇、碳基化合物等。二次污染物主要是臭氧、氫氧基、過(guò)氧氫基等自由基以及醛、酮和PAN(過(guò)氧乙酸硝酸脂)。煤炭型污染的

13、一次污染物是煙氣、粉塵和二氧化硫。二次污染物是硫酸及其鹽類所構(gòu)成的氣溶膠。,混合型污染是指以煤炭為主，還包括以石油為燃料的污染源而排放出的污染物體系。此種污染類型是由煤炭型向石油型過(guò)渡的階段，它取決于一個(gè)國(guó)家的能源發(fā)展結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度，特殊型污染是指某些工礦企業(yè)排放的特殊氣體所造成的污染，如氯氣、金屬蒸汽或硫化氫、氯化氫等氣體。,2.2大氣污染的分類,(3)根據(jù)污染物的化學(xué)性質(zhì)及其存在的大氣環(huán)境狀況，可將大氣污染劃分為兩種類型：還原

14、型和氧化型。還原型是指以煤、石油等為燃料所產(chǎn)生的大氣污染，實(shí)質(zhì)上就是第二種分類方法中的煤炭型和混合型污染。倫敦?zé)熿F事件氧化型是指以石油為燃料所產(chǎn)生的大氣污染，實(shí)質(zhì)上就是第二種分類方法中的石油型污染。洛杉磯光化學(xué)煙霧,2.2大氣污染的分類,光化學(xué)煙霧【洛杉機(jī)煙霧】,光化學(xué)煙霧是碳?xì)浠衔锖秃ぱ趸镌陉?yáng)光作用下發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)生成的。美國(guó)洛杉礬光化學(xué)煙霧事件發(fā)生在1940年，其表現(xiàn)是白色煙霧(有時(shí)帶紫色或黃褐色)，大氣能見度降低，具有特

15、殊氣味，刺激眼睛和喉粘膜．使呼吸困難。其中生成的03 ?？墒瓜鹉z制品開裂，使植物葉片變黃甚至枯萎，煙霧一般發(fā)生在相對(duì)濕度較低的夏季晴天，出現(xiàn)在中午或剛過(guò)中午，夜間消失。大氣中光化學(xué)氧化劑（03等)濃度很高。,倫敦?zé)熿F(灰煙霧),倫敦曾多次發(fā)生煤煙事件，其中最嚴(yán)重的一次是于1962年12月5日發(fā)生的，歷時(shí)5天，死亡4000多人。倫敦型煙霧是由居民、工廠取暖排放的煤煙和冬季早晨的霧相伴而生。構(gòu)成這次事件的一次污染物是SO2和煤塵，其二次污染

16、物主要是硫酸霧和硫酸鹽氣溶膠。硫酸霧是大氣中的SO2在相對(duì)濕度比較高、氣溫比較低，而且又有煤煙顆粒物存在時(shí)所發(fā)生的催化反應(yīng)而形成的。,大氣污染可分為自然的和人為的兩大類。前者是自然界所發(fā)生火山爆發(fā)、地展、臺(tái)風(fēng)、森林火災(zāi)等自然災(zāi)害所造成的。后者是人類活動(dòng)所排放的有毒有害氣體所造成的。目前，一般所說(shuō)的大氣污染多指后者。 人為造成大氣污染的污染源較多，根據(jù)不同的研究目的以及污染源的特點(diǎn)，污染源的類型有四種劃分方法：,2.3大氣污染源,

17、(1)按污染源存在的形式可劃分為固定污染源和移動(dòng)污染源，此劃分法適用于進(jìn)行大氣質(zhì)量評(píng)價(jià)時(shí)繪制污染派分析圖。 固定源就是位置和地點(diǎn)固定不變的污染源。主要指工礦企業(yè)在生產(chǎn)中排放的大量污染物。冶金、鋼鐵、建材等工業(yè)企業(yè)都是對(duì)大氣環(huán)境污染嚴(yán)重的固定源。 流動(dòng)污染源是指交通工具在行駛時(shí)向大氣中排放的有害氣體而形成的污染源,2.3大氣污染源,(2)按污染物排放的方式可劃分為高架源、面源、線源，此劃分法適用于大氣擴(kuò)散計(jì)算。(3)按污

18、染物排放的時(shí)間可劃分為連續(xù)源、間斷源、瞬時(shí)源，此劃分方法適用于分析大氣污染物排放的時(shí)間規(guī)律。(4)按人類社會(huì)活動(dòng)功能劃分，還可以分為工業(yè)污染源、農(nóng)業(yè)污染源、交通運(yùn)輸污染源和生活污染源等。,2.3大氣污染源,工業(yè)污染源 由火力發(fā)電、鋼鐵、化工和硅酸鹽等工礦企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程、中所排放的煤煙、粉塵及有害化合物等形成的污染源。此類污染源由于不同工礦企業(yè)的生產(chǎn)性質(zhì)和流程工藝的不同，其所排放的污染物種類和數(shù)量大不相同，但有一個(gè)共同的特

19、點(diǎn)：排放源集中、濃度高、局地污染強(qiáng)度高。是城市大氣污染的罪魁禍?zhǔn)住?鋼鐵廠排放的廢氣,火力發(fā)電廠排煙污染大氣,排入大氣中的煙塵隨風(fēng)擴(kuò)散,大山深處的工廠,農(nóng)業(yè)污染源 主要是不當(dāng)施用農(nóng)藥、化肥、有機(jī)糞肥等過(guò)程產(chǎn)生的有害物質(zhì)揮發(fā)擴(kuò)散，以及施用后期NOX、CH4、揮發(fā)性農(nóng)藥成分從土壤中逸散進(jìn)入大氣等形成的污染源。,交通運(yùn)輸污染源 由汽車、飛機(jī)、火車和輪船等交通運(yùn)輸工具運(yùn)行時(shí)向大氣中排放的尾氣。這類污染源屬流動(dòng)污染源，

20、主要污染物是煙塵、碳?xì)浠衔?、NOX、金屬塵埃等，是城市大氣環(huán)境惡化的主要原因之一。,,從油箱和汽化器中揮發(fā)的汽油碳?xì)浠衔?0%,從曲軸箱漏出的氣體碳?xì)浠衔?20%,汽 車 排 氣一氧化碳碳?xì)浠衔锏趸?,,,生活污染源 是指居民日常燒飯、取暖、沐浴等活動(dòng)，燃燒化石燃料而向大氣排放煙塵、SO2 、NOX等污染物。這類污染源屬固定源，具有分布廣、排量大、污染高度低等特點(diǎn)，是一些城市大氣污染不可忽視的污染源

21、。但是，隨著城市電氣化的推進(jìn)，城市生活污染源將從根本上得到遏制。,2.4 大氣污染物,一次污染物：直接從污染源排入大氣的各種氣體、顆粒物質(zhì)等。二次污染物：某些一次污染物在大氣中與其他化學(xué)物結(jié)合而發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的新的污染物。顆粒物含硫化合物含氮化合物碳氧化合物碳?xì)浠衔稃u化物,飄塵,,概念顆粒物：懸浮在大氣中的微粒之統(tǒng)稱。降塵： 粒徑 > 10微米的固體顆粒物。飄塵： 粒徑 < 10微米的固體顆粒物

22、。,來(lái)源天然 人為：燃料燃燒；工業(yè)生產(chǎn)；汽車排氣。,世界衛(wèi)生組織和聯(lián)合國(guó)環(huán)境組織發(fā)表的一份報(bào)告說(shuō)：“空氣污染已成為全世界城市居民生活中一個(gè)無(wú)法逃避的現(xiàn)實(shí)?！?大氣污染的危害主要包括以下五個(gè)方面： 1、對(duì)人的傷害 2、危害生物生存和發(fā)育 3、物體腐蝕 4、粉塵危害 5、對(duì)全球大氣環(huán)境的影響 酸雨、溫室效應(yīng)、臭氧層破壞（基本概念）,2.5大氣污染的危害,某些大氣污染物對(duì)人體的危

23、害,煤煙：    引起支氣管炎等。如果煤煙中附有各種工業(yè)粉塵(如金屬顆粒)，則可引起相應(yīng)的塵肺等疾病。    硫酸煙霧：    對(duì)皮膚、眼結(jié)膜、鼻粘膜、咽喉等均有強(qiáng)烈刺激和損害。嚴(yán)重患者如并發(fā)胃穿孔、聲帶水腫、狹窄、心力衷竭或胃臟刺激癥狀均有生命危險(xiǎn)。    鉛：   

24、 略超大氣污染允許深度以上時(shí)，可引起紅血球礙害等慢性中毒癥狀，高濃度時(shí)可引起強(qiáng)烈的急性中毒癥狀。,2.5大氣污染的危害,二氧化硫：    濃度為1－5ppm時(shí)可聞到嗅味，5ppm長(zhǎng)吸入可引起心悸、呼吸困難等心肺疾病。重者可引起反射性聲帶痙攣，喉頭水腫以至窒息。氧化氮：   主要指一氧化氮和二氧化氮，中毒的特征是對(duì)深部呼吸道的作用，重者可致肺壞疽；對(duì)粘膜、神經(jīng)系統(tǒng)以及造血系統(tǒng)均有損

25、害，吸入高濃度氧化氮時(shí)可出現(xiàn)窒息現(xiàn)象。 一氧化碳：   對(duì)血液中的血色素親和能力比氧大210倍，能引起嚴(yán)重缺氧癥狀即煤氣中毒。約100ppm時(shí)就可使人感到頭痛和疲勞。,某些大氣污染物對(duì)人體的危害,2.5大氣污染的危害,臭氧：    其影響較復(fù)雜，輕病表現(xiàn)肺活量少，重病為支氣管炎等。 硫化氫：    濃度為100ppm吸入

26、2－15分鐘可使人嗅覺疲勞，高濃度時(shí)可引起全身礙害而死亡。 氰化物：    輕度中毒有粘膜刺激癥狀，重者可使意識(shí)逐漸昏，強(qiáng)直性痙攣，血壓下降，迅速發(fā)生呼吸障礙而死亡。氰化物中毒后遺癥為頭痛，失語(yǔ)癥、癲癇發(fā)作等。氰化物蒸汽可引起急性結(jié)膜充血、氣喘等。,某些大氣污染物對(duì)人體的危害,2.5大氣污染的危害,氟化物：    可由呼吸道、胃腸道或皮膚侵入人體，主要使骨

27、骼、造血、神經(jīng)系統(tǒng)、牙齒以及皮膚粘膜等受到侵害。重者或因呼吸麻痹、虛脫等而死亡。 氯：    主要通過(guò)呼吸道和皮膚粘膜對(duì)人體發(fā)生中毒作用。當(dāng)空氣中氯的濃度達(dá)0.04～0.06毫克/升時(shí)，30～60分鐘即可致嚴(yán)重中毒，如空氣中氯的濃度達(dá)3毫克/升時(shí)，則可引起肺內(nèi)化學(xué)性燒傷而迅速死亡,某些大氣污染物對(duì)人體的危害,2.5大氣污染的危害,煙塵、粉塵污染,農(nóng)田大氣污染,酸雨因pH小于5.6，造成土壤

28、、巖石中的有毒金屬元素溶解，流入河川或湖泊，嚴(yán)重時(shí)使得魚類大量死亡。,大氣污染物對(duì)儀器、設(shè)備和建筑物等，都有腐蝕作用。如金屬建筑物出現(xiàn)的銹斑、古代文物的嚴(yán)重風(fēng)化等。,美國(guó)紐約的自由女神像也飽受酸雨的侵蝕,11：30的王府井麥當(dāng)勞路口,由于本地或附近塵沙被風(fēng)吹起而造成的揚(yáng)沙、沙塵暴與浮塵,其共同特點(diǎn)是能見度明顯下降，出現(xiàn)時(shí)天空混濁，一片黃色。揚(yáng)沙天氣風(fēng)較大，影響的能見度在1公里到10公里之間；沙塵暴風(fēng)很大，能見度小于１公里。而浮塵是由于遠(yuǎn)

29、地或本地產(chǎn)生沙塵暴或揚(yáng)沙后，塵沙等細(xì)粒浮游空中而形成，俗稱“落黃沙”，出現(xiàn)時(shí)遠(yuǎn)方物體呈土黃色，太陽(yáng)呈蒼白色或淡黃色，能見度小于10公里。,沙塵籠罩下的呼和浩特五塔寺(2001年6月14日),溫室效應(yīng)：地球大氣中存在一些微量氣體，如二氧化碳、一氧化碳、水蒸氣、甲烷、氟利昂等，它們能讓太陽(yáng)短波輻射通過(guò)，同時(shí)吸收地面和空氣放出的長(zhǎng)波輻射（紅外線），從而造成近地層增溫。我們稱這些微量氣體為溫室氣體，它們的增溫作用為溫室效應(yīng)。酸雨：pH值低于5

30、.6的降水。臭氧空洞：由于地面向大氣排放氯氟烴化合物過(guò)多，導(dǎo)致平流層里局部臭氧層濃度降低，我們稱此低濃度臭氧區(qū)為“臭氧空洞” 。,全球大氣環(huán)境問(wèn)題,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,4%,地球表面反射,47%,17%,6%,9%,15%,9%,24%,24%,52%,48%,100%,10%,25%,云吸收,浮塵,被臭氧、水蒸氣、碳酸氣等吸收,散射,太陽(yáng)輻射

31、通過(guò)大氣到達(dá)和離開地球的情況,反射,地球外部太陽(yáng)輻射（包括紫外、可見光、紅外）,? 溫室氣體和溫室效應(yīng),,,,,,,一部分太陽(yáng)輻射被地球和大氣反射,大氣,太陽(yáng)輻射穿過(guò)晴空大氣,大部分太陽(yáng)輻射被地表吸收使地表變暖,地表放射的 紅外輻射,一些紅外輻射被溫室氣體吸收并重又放射出，這種效應(yīng)使地表和低層大氣變暖。,? 溫室氣體和溫室效應(yīng),大氣中的CO2、CH4等氣體可以強(qiáng)烈地吸收波長(zhǎng)1200-1630 nm的紅外輻射，因而它在大氣中的存在對(duì)截

32、留紅外輻射能量影響較大。這些氣體如同溫室的玻璃一樣，它允許來(lái)自太陽(yáng)的可見光到達(dá)地面，但阻止地面重新輻射出來(lái)的紅外光返回外空間，因此，這些溫室氣體起到了單向過(guò)濾作用，吸收了地面輻射出來(lái)的紅外光，把能量截留在大氣之中，從而使大氣溫度升高，這種現(xiàn)象稱為溫室效應(yīng)。,溫室氣體的作用,? 溫室氣體和溫室效應(yīng),,,,圖4-8. Mauns Loa 島本底站測(cè)定的大氣中CO2的濃度變化(唐孝炎，1990),,,,,,,,,,,1960 1

33、965 1970 1975 1980 1985 年,340330320310,CO2(mL/m3),? 溫室氣體和溫室效應(yīng),氣 體 大氣中濃度（μL/m3） 年平均增長(zhǎng)率（%）二氧化碳 344 000

34、 0.4甲 烷 1 650 1.0一氧化碳 304 0.25 二

35、氯乙烷 0.13 7.0臭 氧 不定 —CFC 11 0.

36、23 5.0 CFC 12 0.4 5.0四氯化碳 0.125

37、 1.0注：本表摘自俊藤搏俊，1990。,大氣中具有溫室效應(yīng)的氣體,,,,,,? 溫室氣體和溫室效應(yīng),Relative importance of the five most important greenhouse gases,Percentage of Tropospheric Warning (Hansen et al., 1989),? 溫室氣體和溫室效應(yīng),大氣中能產(chǎn)生溫室效應(yīng)的氣體主要

38、有二氧化碳,甲烷,臭氧,氟氯烴,氧化氮和水汽等.工業(yè)化之后,大氣中的二氧化碳含量由280ppm增加到大于356ppm,超過(guò)了12萬(wàn)年的最高值(300ppm)；甲烷由0.8ppm增加到1.7ppm；氮的氧化物由280ppm增加到310ppm。以上對(duì)增溫影響最大的是二氧化碳，占55%。而且，目前發(fā)現(xiàn)，以上氣體除了甲烷外，全部的壽命都在100年以上。就是說(shuō)，即使現(xiàn)在不排放任何廢氣，也得等100年或更長(zhǎng)的時(shí)間才能夠恢復(fù)原狀。,? 溫室氣體和

39、溫室效應(yīng),海平面上升的問(wèn)題。研究表明：1950-1992年間。加州南部海岸帶的海平面升高了7.6cm。其中，100米以上淺水區(qū)升溫0.8攝氏度。中國(guó)國(guó)家測(cè)繪局1992年8月公布，我國(guó)海平面年平均升高2-3毫米。天津，萊州灣，長(zhǎng)江口，珠江三角洲出現(xiàn)了大面積地面沉降。天津1985-1987年三年下沉了187毫米。塘沽新港碼頭1966-1985年20年下沉了0.5米，導(dǎo)致屢遭海潮襲擊。IPPC（世界氣候變化委員會(huì)）的出結(jié)論：大概每十年，海平面

40、上升3-10厘米。水資源的問(wèn)題。氣候變暖，使一些地區(qū)雨量增多，一些地區(qū)雨量減少。研究表明，氣候變暖會(huì)導(dǎo)致地球上的水資源重新分布，總的來(lái)看，中緯度有些地方雨水會(huì)減少。氣候變暖，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，森林草原，人類身體健康等均有嚴(yán)重的影響。所以，溫室效應(yīng)，是一個(gè)非常嚴(yán)峻的問(wèn)題。,? 溫室氣體和溫室效應(yīng),酸 雨,酸雨的正確名稱應(yīng)該是「酸性濕沉降」，帶酸性的污染物可以有兩種沉降方式:「濕沉降」及「干沉降」。 濕沉降是指那些污染物，隨著雨、雪

41、、霧或雹等降水型態(tài)而落到地面，雨滴吸收包含了酸性物質(zhì)，繼而降下時(shí)再?zèng)_刷酸性物質(zhì)，降到地面； 干沉降則是指沒有水份參與的情況下，帶酸性物質(zhì)從空中降下來(lái)的方式，通常，大氣中酸性物質(zhì)可被植被吸附或重力沉降到地面。 由于自然界的現(xiàn)象，例如生物的呼吸，火山的活動(dòng)等等，引致大氣中含有二氧化碳和其他帶酸的氣體，所以，天然雨水本身略帶酸性，雨水的酸度也是以酸堿值來(lái)表達(dá)的。一般雨水的pH值約為 5.6。,? 酸性降水,造成雨水帶酸的原因很

42、多，其中一個(gè)原因來(lái)自天然物質(zhì)。如：火山爆發(fā)時(shí)，噴出大量的硫化物；海水及湖水釋放的硫化氫；動(dòng)植物分解後釋出的有機(jī)酸；泥土中的微生物及海藻釋放之硫化氫及氮化物等，都會(huì)使雨水之pH值降至5.0左右。 工業(yè)化後大量使用燃料，燃燒過(guò)程中產(chǎn)生出來(lái)的二氧化硫，氮氧化物及氯化氫等等，這些污染物被排放至大氣當(dāng)中，經(jīng)光化學(xué)反應(yīng)生成硫酸、硝酸等酸性物質(zhì)，使得雨水之pH值降低，形成酸雨。,? 酸性降水,二氧化硫（SO2）的主要來(lái)源是燃燒燃料，發(fā)電廠燒煤

43、或石油時(shí)會(huì)排出，煉油廠、煉鋼廠、硫酸工廠等在生產(chǎn)程序中也會(huì)排放不少該種氣體。氮氧化物（NOx）是高溫燃燒下的產(chǎn)物，來(lái)源也跟二氧化硫相似，在燃燒燃料時(shí)被排出，另外，交通工具如氣車的廢氣中也含有大量的氮氧化物。氯化氫（HCl）則源自鹽酸工廠、焚化爐等的廢氣、汽油車的排氣等。,? 酸性降水,上世紀(jì)50年代中期美國(guó)科學(xué)家勒姆發(fā)現(xiàn)酸雨可導(dǎo)致湖泊和土壤酸化，即酸雨可形成災(zāi)難，但是此成果未能為世人重視。50年代初，北歐國(guó)家瑞典和挪威漁業(yè)減產(chǎn)，原

44、因不明；1959年挪威科學(xué)家才揭示元兇是酸雨。歐洲大陸工業(yè)排放大量酸性氣體，隨高空氣流飄到北歐，被雨雪沖刷，所形成酸雨使湖泊酸化，導(dǎo)致漁業(yè)減產(chǎn)。 60年代，歐洲建立了歐洲大氣化學(xué)監(jiān)測(cè)網(wǎng)，繼而發(fā)現(xiàn)pH值低于4.0 的酸雨地區(qū)，集中于地勢(shì)較低地區(qū)，如荷蘭，丹麥，比利時(shí)等。瑞典科學(xué)家奧登研究了歐洲的氣象和降水，湖水，土壤的化學(xué)變化，證實(shí)歐洲大陸存在大面積酸雨，是洲級(jí)區(qū)域環(huán)境問(wèn)題。,? 酸性降水,1973至1975年歐洲經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織開展

45、了專項(xiàng)研究，證實(shí)酸雨地區(qū)幾乎覆蓋了整個(gè)西北歐。1974年和以后北美證實(shí)在美國(guó)東北部和與加拿大交界地區(qū)亦發(fā)現(xiàn)大面積酸雨區(qū)域，幾乎北美有三分之二陸地面積受到酸雨威脅，甚至在美國(guó)夏威夷群島的迎風(fēng)一側(cè)，也出現(xiàn)酸雨。再后，東南亞日本、韓國(guó)等亦發(fā)現(xiàn)大面積酸雨。有位科學(xué)家到杳無(wú)人煙，且長(zhǎng)年冰封雪蓋的格陵蘭島，給冰層打鉆，取出180年前的冰塊，與現(xiàn)在的酸度相比，酸度增長(zhǎng)了99倍。至此世人公認(rèn)酸雨是當(dāng)前全球性重要區(qū)域環(huán)境污染問(wèn)題之一。1986年5月，在

46、環(huán)境保護(hù)國(guó)際會(huì)議上，專家們認(rèn)為，酸雨現(xiàn)象正在發(fā)展，它已成為嚴(yán)重威脅世界環(huán)境的十大問(wèn)題之一。,? 酸性降水,地球的南極和北極,終年冰雪,罕見人至,但80年代,挪威科學(xué)家在北極圈內(nèi)大面積地區(qū)都測(cè)到酸雨(酸雪)。他們認(rèn)為是前蘇聯(lián)南部工業(yè)區(qū)排放的大氣酸性物質(zhì), 隨氣流,幾千公里飄移到此地。后來(lái)在南極地區(qū)也有人曾收集到pH為5.5的酸性降水。這些酸性降水所含的酸性物質(zhì),可能來(lái)自更遠(yuǎn)的距離。1998年上半年, 中國(guó)南極長(zhǎng)城站八次測(cè)得南極酸性降水,

47、 其中一次pH值為5.46。當(dāng)刮偏南風(fēng)或偏東風(fēng)時(shí), 南極大陸因?yàn)闆]有人為排放, 大氣是新鮮的, 所以測(cè)得降水的都接近于中性；當(dāng)刮西北風(fēng)時(shí), 來(lái)自南美洲和亞太地區(qū)的大氣污染物將吹到中國(guó)南極站所處的南極半島, 遇到降水, 形成酸雨。,? 酸性降水,90年代科學(xué)家又在冰雪世界的南極和北極收集到了含有有毒農(nóng)藥成份的“毒雪”?！岸狙毙纬膳c酸雨或酸雪形成過(guò)程極為相似。也是人類活動(dòng)，使用人造的農(nóng)藥到田間,殺蟲增產(chǎn)，但農(nóng)藥卻進(jìn)入了環(huán)境，通過(guò)大氣遠(yuǎn)程傳

48、輸，在高空中污染物被雨雪沖刷，最終降落地面,危害人類。由“酸雨”,發(fā)展到“毒雪”。,? 酸性降水,在未被污染的大氣中，可溶于水且含量比較大的酸性氣體是CO2，如果只把CO2作為影響天然降水pH的因素，根據(jù)CO2在全球大氣濃度330 mL/m3與純水的平衡，可以求得降水的pH背景值。,,降水的pH,? 酸性降水,電中性原理：,解這個(gè)方程，得pH=5.6。多年來(lái)，國(guó)際上一直將此值看作未受污染的大氣水的pH背景值。實(shí)際上，影響降水pH值的因素

49、很多，近年來(lái)，傾向于將pH=5.0作為酸雨的界限。,? 酸性降水,溶液一定是電中性的，即陽(yáng)離子所帶電荷總量與陰離子所帶電荷總量一定相等。在溶液中，一種離子所帶電荷總量可表示為： Q = Z·C·V式中：Q 為電荷量，Z為離子電荷值，C為物質(zhì)的量濃度，V為溶液體積。,由于降水要維持電中性，如果對(duì)降水中化學(xué)組分作全面測(cè)定，最后陽(yáng)離子的當(dāng)量濃度之和必

50、然等于陰離子的當(dāng)量濃度之和。,電中性原理：,? 酸性降水,某次雨水的分析數(shù)據(jù)如下：[NH4+] = 2.0×10-6 mol/L, [Cl-] = 6.0×10-6 mol/L； [Na+] = 3.0×10-6 mol/L, [NO3-] = 2.3×10-5 mol/L； [SO42-] = 2.8×10-5 mol/L,則此次雨水的pH值大約為 ： A. 3 &

51、#160;  B. 4    C. 5    D. 6,分析：根據(jù)此數(shù)據(jù)，可看出兩種陽(yáng)離子Na+和NH4+所帶電荷總量小于三種陽(yáng)離子所帶電荷總量，根據(jù)溶液中的電荷守恒關(guān)系可知，應(yīng)還有一種陽(yáng)離子，為H+，其濃度為：   [H+] = [Cl-] + [NO3-] + 2·[SO42-] – [NH4+] – [Na+]   =6.0&#

52、215;10-6mol/L + 2.3×10-5mol/L + 2×2.8×10-5mol/L -2.0×10-6 mol/L - 3.0×10-6mol/L = 8×10-5 mol/L 則此時(shí)雨水的pH = -lg(8×10-5) = 5-lg8 = 5 - 0.9 ≈ 4,? 酸性降水,酸雨的化學(xué)組成,酸雨是大氣化學(xué)過(guò)程和物理過(guò)程的綜合效應(yīng)。,? 酸

53、性降水,通常測(cè)定酸雨含有如下幾種離子：,我國(guó)酸雨中關(guān)鍵性離子組分是：SO42-, Ca2+, NH4+,(1) 酸性污染物的排放及轉(zhuǎn)化條件； (2) 大氣中的氨及其它堿性氣體； (3) 顆粒物酸度及緩沖能力； (4) 天氣形勢(shì)影響；,金屬催化SO2氧化；中和作用,,影響酸雨形成的因素,? 酸性降水,1. 重慶的耗煤量只相當(dāng)于北京的1/3，每年的SO2排放量卻為北京的2倍。2. 重慶和貴陽(yáng)的多

54、山地形；3. 顆粒物緩沖能力；,,,,,,,,,,,,,貴陽(yáng),北京,成都,重慶,北京、成都、重慶、貴陽(yáng)城區(qū)總顆粒物緩沖曲線,消耗H+(μmol/L ),加入H+ (μmol/L ),86420,0 2 4 6 8 10,,,,,? 酸性降水,酸雨的危害,水的低pH值使得魚的骨骼畸

55、形生長(zhǎng)，最終導(dǎo)致死亡,引起樹木的大量不正常死亡,嚴(yán)重腐蝕建筑物,? 酸性降水,20世紀(jì)50年代，英國(guó)的R. A. Smith最早觀察到酸雨現(xiàn)象。 我國(guó)降水pH小于5.6的地區(qū)主要分布在秦嶺、淮河以南，pH 小于5.0的地區(qū)主要分布在西南、華南、東南沿海一帶。? 我國(guó)酸雨主要致酸物為硫化物(SO42-)。,? 酸性降水,中國(guó)酸雨的分布變化,我國(guó)酸雨的化學(xué)特征,? 酸性降水,臭氧層破壞,地球大氣平流層中的臭氧層,是生命的保護(hù)層。地質(zhì)時(shí)代

56、，在臭氧層形成之前，地球生命只能生存于海水中一定深度之下。臭氧層之所以有保護(hù)作用，是由于它能吸收太陽(yáng)的紫外輻射。紫外線能殺死，殺傷生物細(xì)胞，或造就細(xì)胞、遺傳物質(zhì)畸變，導(dǎo)致生命的死亡和產(chǎn)生各種病變。臭氧層的破壞完全是工業(yè)化以后人為影響所致，是氯氟烴這類自然界中沒有的化合物消耗臭氧的結(jié)果。自1969年以后，除赤道地區(qū)外，所有地方的臭氧都減少了3%-5%，南極山空減少了30%-65%，并開始出現(xiàn)臭氧空洞，即成片地方臭氧層消失殆盡。90年代初期

57、，南極上空的臭氧空洞面積達(dá)到2000平方千米。,破壞因素： 太陽(yáng)輻射的紫外光中有一部分能量極高，如果到達(dá)地球表面，就可能破壞生物分子的蛋白質(zhì)和基因物質(zhì)，即我們所熟知的DNA，造成細(xì)胞破壞和死亡。 來(lái)自于太陽(yáng)的高能量的紫外輻射在到達(dá)地球表面之前，其中高能的紫外線使得高空中（離地面10公里以上）的氧氣分子發(fā)生分解，產(chǎn)生的氧原子具有很強(qiáng)的化學(xué)活性，因此能很快與大氣中含量很高的氧分子發(fā)生進(jìn)一步的化學(xué)反應(yīng)，生成臭氧分子。臭氧層被破壞主要

58、是因?yàn)槿耸褂昧讼某粞跷镔|(zhì)（氟氯烴化合物）影響：一方面直接危害人體健康，另一方面還對(duì)生態(tài)環(huán)境和農(nóng)林牧漁業(yè)造成破壞。,? 臭氧層的形成與損耗,臭氧的形成 (天然),? 臭氧層的形成與損耗,O2 + hv ? O + O (λ < 243 nm)2O + 2O2 + M ? 2O3 + M,,3O2 + hv ? 2O3,臭氧層存在與對(duì)流層上面的平流層中，主要分布在距地面10-50 km的范圍內(nèi)，峰值濃度在20-25 km處。

59、,NO2 + hv ? NO + O (λ < 420 nm)O + O2 + M ? O3 + M,臭氧形成：人為來(lái)源,動(dòng)態(tài)平衡：生成和耗損的速率相同，臭氧的濃度保持恒定。,O3 + hv ? O2 + O O3 + O ? 2O2,,2O3 + hv ? 3O2,210 <λ<290 nm,耗損,,Figure 2-4 Variation with altitude of ozone concentration

60、,? 臭氧層的形成與損耗,臭氧層耗損由于水蒸氣、NOx、氟氯烴等污染物進(jìn)入平流層，它們能加速臭氧耗損過(guò)程，破壞臭氧層的穩(wěn)定狀態(tài)。,Figure 2-5. The yearly variation in total ozone (mean values for October) over Halley bay Station, Antarctica.,? 臭氧層的形成與損耗,The total overhead amount of

61、 atmospheric ozone at any location is expressed in terms of Dobson units (DU); one such unit is equivalent to a 0.01 mm thickness of pure ozone at the density it would possess if it were brought ground-level (1 atm) pres

62、sure. The normal amount of over-head ozone at temperate latitudes is about 350 DU. Because of stratospheric winds, ozone is transported from tropical toward polar regions. Thus the closer to the equator you live, the l

63、ess the total amount of ozone that protects you from ultraviolet light.,Dobson units (D. U.),? 臭氧層的形成與損耗,假設(shè)可催化臭氧分解的物質(zhì)為Y，則有如下反應(yīng)：,超音速飛機(jī)可以排放NO。,平流層中NO, NO2的主要天然來(lái)源是N2O的氧化：,N2O是無(wú)色氣體，低層空氣中含量最高的含氮化合物，主要是天然來(lái)源，惰性較大。,N2O + O

64、 2NONO + O3 NO2 + O2,Y = NOX(NO, NO2) HOX(H, HO, HO2) ClOX(Cl, CLO),,,NO+O3 NO2+O2NO2+O NO+O2 O3+O 2O2,,,,,,? 臭氧層的形成與損耗,平流層HOX主要是由H2O, CH4 或H2與O反應(yīng)而生成的。,? 臭氧層的形成與損耗

65、,ClOx的人為來(lái)源是制冷劑，如F-11(CFCl3)和F-12(CF2Cl2)，它們?cè)诓ㄩL(zhǎng)175-220 nm的紫外光照射下會(huì)產(chǎn)生Cl。,? 臭氧層的形成與損耗,The stratosphere chlorine concentration currently is 3.5 ppb, which is twice as great as it was in the 1970s and six times the background

66、 level of 0.6 ppb, paralleling the growth in the use of CFCs. In the 1980s, about 1 million tonnes (i.e., metric tons, 1000 kg each) of CFCs were released annually to the atmosphere.,氟里昂,Freon is a commercial trade name

67、 used by Du Pont, a large corporation producing industrial chemicals, to refer to CFCs---it is a term often used informally in discussions of environmental air chemistry.,freon [???????] n. [化] 氟里昂，二氯二氟[氟三氯]甲烷（商標(biāo)名，一種無(wú)色氣體

68、冷凍劑）,? 臭氧層的形成與損耗,The chemical formulas for individuals CFCs, such as CFC-11, can be deduced from their code number by adding 90. The resulting digits correspond, respectively, to the number of carbon, hydrogen,

69、and fluorine atoms present in one molecule. For example, adding 90 to 11 gives 101, so it follows that CFC-11 contains one carbon, zero hydrogens, and one fluorine. Since that the total number of noncarbon atoms

70、adds up to 2n+2, where n is the number of carbons, the number of chlorines in these substituted alkanes can be deduced by difference, that is, by subtracting from 2n+2, the number of hydrogen plus fluorine atoms. Thus fo