1、1,大氣污染及其防治,1 大氣圈的組成及其結(jié)構(gòu) 2 大氣主要污染物及其來源 3 人類活動對大氣圈的影響溫室效應(yīng) 4 人類活動對大氣圈的影響酸雨 5 人類活動對大氣圈的影響臭氧層耗損 6 大氣污染防治概要,2,1.1 大氣的組成,（1） 干潔空氣,1 大氣圈的組成及其結(jié)構(gòu),3,4,地球與最鄰近行星的大氣組成比較,5,（2） 水汽： 所占百分比低，但含量變化大 （3） 懸浮微粒物 含量、種類及化學(xué)成分變化較大,6,大氣顆粒物 粒徑 10200m 降塵 顆粒物 粒徑 10m 飄塵（可吸入顆粒物） 總懸浮顆粒物(TSP)：大氣中粒徑0.1100m的 所有固體顆粒。 來源： 自然來源火山噴發(fā)，森林火災(zāi)，

2、海水蒸 發(fā)的 土壤侵蝕吹揚 人為來源燃料燃燒，工業(yè)生產(chǎn)， 交通運輸,7,對流層特點： 氣溫隨高度增加而降低； 空氣具有劇烈的對流運動； 密度大,平流層的特點： 溫度隨高度的增加而升高； 大氣穩(wěn)定，沒有上下對流； 臭氧層：15-50km,1.2 大氣層結(jié)構(gòu),對流層(troposphere) 平流層(stratosphere) 中間層(mesosphere) 熱層(thermosphere) 外層,8,2 主要大氣污染物及其來源,2.1 大氣污染物來源及分類,大氣污染 （Atmosphere Pollution) 是指由于人類活動和自然過程引起某種物質(zhì)進(jìn)入大氣中，呈現(xiàn)出足夠的濃度，達(dá)到了足夠的時間

3、，并因此而危害了人體的舒適、健康和福利或危害了環(huán)境的現(xiàn)象 國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）,9,（1） 造成大氣污染的原因 人類活動 自然過程,（2） 大氣污染的來源 按類型分：生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通 按位置分：點源、線源、面源 （3） 分類 局部地區(qū)大氣污染 區(qū)域性大氣污染 廣域性大氣污染 全球性大氣污染,10,空氣污染指數(shù)(Air Pollution Index，API ）,APImax(I1,I2Ii,In) In各污染物（二氧化硫、氮氧化物和總懸浮顆粒物TSP） 的分指數(shù),11,空氣污染指數(shù)及對應(yīng)的空氣質(zhì)量級別,空氣質(zhì)量日報,12,2000年中國環(huán)境狀況公報大氣環(huán)境,13,2.2 影響大氣污染

4、物遷移的氣象因素,風(fēng) 定義：空氣的水平運動成為風(fēng) （水平稱風(fēng)，垂直稱升降氣流，不規(guī)則稱亂流運動） 作用： 輸送作用 擴(kuò)散和稀釋作用,（1） 風(fēng)和大氣湍流的影響,14,大氣湍流 定義：大氣從不同的尺度作無規(guī) 則運動的流體狀態(tài) 作用：使氣體各部分得到充分的 混合 形成因素： 機械因素當(dāng)空氣流過粗糙 的表面時，隨地面的起伏而抬升 或下沉，產(chǎn)生垂直方向的湍流 熱力因素由于大氣鉛直 方向溫度變化所引起的湍流,15,（2） 溫度層結(jié)和逆溫 溫度層結(jié)就是指大氣的溫度垂直分布 在對流層內(nèi)，實際的氣溫垂直分布比較復(fù)雜，分三種情況： 氣溫隨高度遞減； 氣溫隨高度遞增（逆溫）； 氣溫隨高度變化不大（等溫）。 逆溫的

5、發(fā)生原因： 輻射逆溫； 地形逆溫 鋒面逆溫,16,（3） 地理因素 海陸風(fēng),17,山谷風(fēng),白天風(fēng)從谷底吹向山坡， 這種風(fēng)叫谷風(fēng)； 到夜晚，風(fēng)從山坡吹向山谷，這種風(fēng)稱山風(fēng)。 山風(fēng)和谷風(fēng)總稱為山谷風(fēng)。,谷風(fēng),山風(fēng),18,城市風(fēng),城市所發(fā)出的巨大熱量，使得城區(qū)成為好比在冷涼郊區(qū)農(nóng)村包圍中的溫暖島嶼，因此得名“城市熱島”。 城市風(fēng)是由城市熱島效應(yīng)造成的。 造成的原因： 城市能源消耗量大 城市建筑物及路面硬化覆蓋率大，散熱差。,19,3 人類活動對大氣圈的影響溫室效應(yīng),（1） 溫室效應(yīng)： 大氣層中的某些微量組分，能使太陽的短波輻射通過，加熱地面，而地面增溫后所放出的熱輻射卻被這些組分吸收，使大氣增溫，這

6、種現(xiàn)象稱溫室效應(yīng)。,3.1 溫室效應(yīng)和溫室氣體,20,（2） 溫室氣體：能使大氣增溫的微量組分稱溫室氣體。,主要的溫室氣體有,21,二氧化碳和水蒸汽對地球熱輻射的吸收, CO2,22,23,24,CH4 和 N2O,（）,25,氟里昂 和 CCl4,26,3.2 全球氣候變化趨勢,1860年以來全球氣溫的變化,27,過去1000年北半球氣候變化的趨勢,28,對沿海地區(qū)的影響 對人類健康的影響 對水資源的影響 對森林影響 對生物物種的影響 對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響,3.3 溫室效應(yīng)的影響和危害,29,幾種不同的氣候模型對于下一百年全球氣溫變化的預(yù)測,30,對于海平面上漲的預(yù)測?？v坐標(biāo)的單位是m,31,南極

7、巨型冰架拉森轟塌 美國國家冰雪信息中心2002年3月19日,32,3.4 全球變暖控制對策 (1) 能源對策提高能源效率與節(jié)能 發(fā)展核能和氫能。 開發(fā)利用新能源太陽能與風(fēng)能 開發(fā)替代能源水力發(fā)電 (2) 綠色對策綠化造林 固碳技術(shù),33,風(fēng)力發(fā)電場（簡稱風(fēng)電場）是將多臺大型并網(wǎng)式的風(fēng)力發(fā)電機安裝在風(fēng)能資源好的場地，按照地形和主風(fēng)向排成陣列，組成機群向電網(wǎng)供電。,大坂城風(fēng)力發(fā)電廠,34,35,36,京都議定書(1997.12, 160個國家參加） 在2008年至2012年期間，發(fā)達(dá)國家的溫室氣體排放量要在1990年的基礎(chǔ)上平均削減5.2，其中美國削減7，歐盟8，日本6。 但美國2001年3月28

8、日突然宣布將不履行京都議定書規(guī)定的義務(wù)！,37,4 人類活動對大氣圈的影響酸雨,4.1 酸雨 （1） 酸雨的定義 酸雨又稱酸沉降，它是指pH5.6的天然降水(濕沉降)和酸性氣體及顆粒物的沉降(干沉降),38,關(guān)于酸雨的本底值： 對于未被污染的大氣中，可溶于水且含量比較大的酸性氣體是二氧化碳，如果只把它作為影響天然降水pH的因素，則根據(jù)化學(xué)平衡可得：,按上式計算得到此時pH=5.6(空氣中CO2濃度為316ppm) 。,39,（2） 降水中的離子成分,我國與歐美發(fā)達(dá)國家的酸雨在化學(xué)組成上的明顯差異：降水中SO42-占絕對優(yōu)勢,SO42- /NO3 的平均比值 在510之間，而國外一般為1左右,S

9、O42- /NO3 1.1 1.1 0.6 2.3 0.8,SO42- /NO3 9.8 5.5 5.7 3.4 2.8 5.5,40, 酸雨中的有機酸對酸度也有貢獻(xiàn)，在美國城市地區(qū)，其貢獻(xiàn)在1635%，在偏遠(yuǎn)地區(qū)的貢獻(xiàn)還要大。 我國酸雨中的Ca2+濃度較大，它也提供了相當(dāng)大的中和能力。, 大氣中的氨：是大氣中唯一的常見氣態(tài)堿，它能與酸性氣溶膠或雨水中的酸起中和作用，從而降低雨水的酸度。,41,4.2 酸雨的形成和特征 （1） 酸雨的 形成 礦石燃料的燃燒排放大量的SO2和氮氧化物NOx，在大氣層里，由于水蒸汽的存在，它們可以轉(zhuǎn)化為硫酸、硝酸，在特定條件下隨雨水降落下來就成為酸雨。,42,酸雨

10、的形成過程,43,SO2有兩種氧化途徑： (1)氣相反應(yīng) (2)液相反應(yīng) NO的氧化過程： 2NO+O2NO2 2NO2+H2OHNO3+HNO2 O指各種氧化劑，如O3,HO ,Mn,V等。,44,（2）我國酸雨的基本特征: 降水化學(xué)組分以含硫量為突出，SO42-/NO-3比值為5 10，而國外在12。 城市降水酸度 高，酸雨呈現(xiàn) 以城市為中心 的多中心分布。,45,4.3 酸雨的 危害,46,（1） 對魚類和 水生生物的危害,當(dāng)水體酸化至pH為6.5-6時，魚類的孵化率明顯下降；pH為6以下時，魚苗的數(shù)量減少；pH小于5.5時，大部分魚類難以生存；pH為5以下時，各種魚類和兩棲動物和絕大部

11、分昆蟲將死亡，水草大量死亡，浮游生物瀕臨滅絕。,47,（2）對陸生生態(tài)系統(tǒng)的危害,酸雨對森林的危害Ulrich分為四個階段： 第一階段，由于酸雨增加了硫和氮，同時使土壤中營養(yǎng)元素加速釋放，樹木生長變化較為迅速，呈現(xiàn)受益的傾向。 第二階段，隨著硫和氮的長期降落，土壤不斷進(jìn)行著離子交換，養(yǎng)分被淋失，致使土壤的中和能力以及養(yǎng)分的供應(yīng)能力大大減弱。 第三階段，連續(xù)的酸雨活化了土壤中的鋁離子和其它重金屬離子并把它們釋放出來，由非溶態(tài)變?yōu)榭扇軕B(tài)對樹木根毛產(chǎn)生危害。這個階段土壤溶液和根部的 CaAl率小于1。當(dāng)其比率小于0.15時，所溶出的Al具有D毒性，它使樹木生長受到抑制。 第四階段，生態(tài)系統(tǒng)失去了恢復(fù)

12、力，樹木瀕臨死亡。,48,（3） 對建筑材料和金屬材料的腐蝕,（4）酸雨對人體 健康的影響,49,4.4 對酸雨的防治對策 技術(shù)改造 改善能源結(jié)構(gòu),風(fēng)能電站,太陽能利用,三峽水利工程,50,5 臭氧層破壞和耗損,5.1 臭氧層及其作用 臭氧層：濃度峰值在于平流層(30km)以下離地面2025km 的大氣中 臭氧的生成和消除：臭氧在平流層的產(chǎn)生和消除都是通過光化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的,51,臭氧的作用： 它能強烈吸收太陽輻射中大部分波長為220-330nm的紫外線，從而防止過強的紫外線對地球上生物的直接傷害。臭氧吸收紫外線的過程： O3+h(210nm290nm) O2+O O+O O2+熱能,臭氧的徑向

13、輸送,52,目前人類認(rèn)識到的直接破壞臭氧層的基團(tuán)主要有4種類型： (1)可產(chǎn)生自由基ClOx.(如Cl.,ClO.)的物質(zhì)。(2)可產(chǎn)生自由基BrOx.(如Br.,BrO.)的物質(zhì)。(3)氮氧化物NOx(如NO，NO2)及可生成氮氧化物的物質(zhì)。(4)可產(chǎn)生自由基HOx.(如H.，HO.，HO2.)的物質(zhì)。,53,5.2 臭氧層耗損,54,2000年6月美國宇航局（NASA）科學(xué)家拍攝到的南極上空臭氧層空洞照片（面積到達(dá)2830萬平方公里）,55,5.3 氯氟烷烴及其對臭氧層的破壞 導(dǎo)致臭氧耗損的物質(zhì)： 氟里昂(氟氯烷烴，記為 CFCs)：如 CFCl3(F-11)、CF2Cl2(F-12)、C

14、F3Cl(F-13)、 CHFCl2(F-21)、CHF2Cl(F-22) 哈龍(溴氟烷烴) ：如 哈龍1211(CF2ClBr)、哈龍1301(CF3Br) N2O CCl4,56,臭氧耗損潛勢（ozone depletion potentail,ODP),57,氟里昂類分子破壞臭氧層的化學(xué)原理：,鏈反應(yīng)結(jié)果：1個氯原子可以消耗10萬個臭氧 分子！,凈效果：,58,5.4 臭氧層耗損造成的危害,59,對人類健康的危害： 使皮膚癌、白內(nèi)瘴患者增加，人的免疫能力下降（臭氧每減少1%，到達(dá)地球表面的紫外線B強度增加2%，皮膚癌的發(fā)病率可能上升5-7%，白內(nèi)障的發(fā)病率將上升0.6-0.8% ） 加速氣候變暖 造成農(nóng)牧業(yè)的減產(chǎn)、生態(tài)系統(tǒng)破壞和導(dǎo)致 某些生物物種的突變,60,制定國際協(xié)定減少或禁止氟里昂生產(chǎn) 消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾協(xié)定書 研制氟里昂替代品 氫氟烴 HFC-134a(CF3CH3