环境科学导论第2章-大气环境及污染问题-课件.ppt

1、 第一节第一节 大气的结构和组成大气的结构和组成 第二节第二节 大气污染和污染物大气污染和污染物 第三节第三节 大气环境中污染物的化学转化大气环境中污染物的化学转化 第四节第四节 影响大气污染物扩散的气象条件影响大气污染物扩散的气象条件 和下垫面条件和下垫面条件 第五节第五节 大气污染物扩散模式大气污染物扩散模式 第六节第六节 环境标准环境标准1.1 1.1 大气垂直结构大气垂直结构l1.1.对流层对流层：l 大气的最低层，其厚度随纬度和季节而变化大气的最低层，其厚度随纬度和季节而变化,该层的特点：该层的特点：lA A 温度随高度升高而递减，大约每上升温度随高度升高而递减，大约每上升10010

2、0米，温米，温度降低度降低0.60.6度。度。lB B 由于近地面空气受地面辐射的影响而增温膨胀由于近地面空气受地面辐射的影响而增温膨胀上升，上层冷空气下降，所以在垂直方向上形成强上升，上层冷空气下降，所以在垂直方向上形成强烈对流；烈对流；lC C 密度大，占大气总质量的密度大，占大气总质量的3/43/4；lD D 主要的天气现象均发生在该层。主要的天气现象均发生在该层。l 在对流层中，因受地表的影响不同，在对流层中，因受地表的影响不同，又可分为两层。又可分为两层。l（1 1）摩擦层或边界层：）摩擦层或边界层：1-2km以下以下，受，受地表机械、热力作用强烈。排入大气的地表机械、热力作用强烈。

3、排入大气的污染物绝大部分活动在该层。因此是环污染物绝大部分活动在该层。因此是环境科学重点研究的气层。境科学重点研究的气层。l（2 2）自由大气层：）自由大气层：在在1-2km以上以上，受地，受地表影响变小，主要的天气过程如雨、雪表影响变小，主要的天气过程如雨、雪的形成均出现在此层。的形成均出现在此层。l 对流层是与人类关系最为密切的大对流层是与人类关系最为密切的大气气层。气气层。l2 2平流层平流层l 对流层顶到约对流层顶到约50km50km的大气层，同样也可分的大气层，同样也可分为为2 2层：层：（1 1）同温层：同温层：平流层下层，平流层下层，30-35 km30-35 km以下，温以下，

4、温度随高度降低变化较小，气温趋于稳定。度随高度降低变化较小，气温趋于稳定。（2 2）臭氧层：臭氧层：在在30-35 km30-35 km以上，温度随高度升以上，温度随高度升高而升高。这是因为在该范围内，有厚约高而升高。这是因为在该范围内，有厚约2020公公里的臭氧。臭氧吸收太阳紫外线，使该层温度里的臭氧。臭氧吸收太阳紫外线，使该层温度升高。升高。l 平流层特点平流层特点：l(1)(1)大气平流运动显著；大气平流运动显著；l(2)(2)空气稀薄，水气、尘埃少，大气透明度好空气稀薄，水气、尘埃少，大气透明度好l3.3.中间层中间层l 平流层顶到80km高度。温度随高度增加而下降。该层有强烈的垂直对

5、流运动，又称高空对流层。l4.热层（暖层，电离层）l 80km到800 km。温度随高度升高而迅速上升。l5.逃逸层（逸散层）l 热层以上的大气层。由于空气受地心引力极小，气体及微粒可以从这层飞出地球重力场而进入太空逸散。准永久性气体 O2 N2 惰性惰性气体气体 停留时间停留时间（年）（年）104 106 107 可变化组可变化组分分 CO2 CH4 H2 N2O O3 停留时间停留时间（年）年）515 2.58 68 1002 强可变组强可变组分分 H2O CO NOX NH3 SO2 H2S 停留时间停留时间（天）（天）10 73185 810521030l2.1 大气污染（atmosp

6、heric pollution）l 指由于自然或人为的过程，使得大气中的一些物质的含量达到有害的程度，以至影响到生态系统的平衡，严重威胁着人类健康和经济发展，这种现象称为大气污染。l2.2 2.2 大气污染物的来源大气污染物的来源l（1）天然污染源）天然污染源l 排放火山灰、二氧化硫、硫化氢等的活排放火山灰、二氧化硫、硫化氢等的活火山；自然溢出煤气和天然气的煤田和油田；火山；自然溢出煤气和天然气的煤田和油田；放出有害气体的腐烂的动植物、森林火灾、放出有害气体的腐烂的动植物、森林火灾、沙尘暴等（天然污染源造成的大气污染，目沙尘暴等（天然污染源造成的大气污染，目前还不能较好地控制）。前还不能较好地

7、控制）。l（2）人为污染源人为污染源l 燃烧化石能源的发电站等、可向大气释燃烧化石能源的发电站等、可向大气释放出污染物的工业生产过程、使用汽油等的放出污染物的工业生产过程、使用汽油等的交通运输工具、农业活动。交通运输工具、农业活动。l1）按污染源特性：l A 固定源：位置固定，如化工厂；l B 流动源：位置不断移动，如汽车。l2）按污染源排放方式：lA 点源：集中于一点：如工厂的烟囱源；lB 线源：集中在一条线上，如城市交通l 主干线lC 面源：低矮成片燃煤居民区，湖泊周 l 围大量施化肥的农田 l 大气污染物的定义大气污染物的定义 由于人类活动或自然过程排入大气，由于人类活动或自然过程排入大

8、气，并对人体、生物或环境产生有害影响的并对人体、生物或环境产生有害影响的物质。物质。l 按其存在状态可概括为两大类：按其存在状态可概括为两大类：l （1）气溶胶状态污染物）气溶胶状态污染物l （2）气体状态污染物）气体状态污染物。l 按照污染物形成的过程分为：按照污染物形成的过程分为：l （1）一次污染物、）一次污染物、l （2）二次污染物）二次污染物l 一次污染物 直接从污染源排放出来的污染物质，如二氧化硫、一氧化碳、一氧化氮、颗粒物等。l 二次污染物二次污染物l 一次污染物在大气中相互作用，经化学反应或光化学反应形成的与一次污染物的物理、化学性质完全不同的新的大气污染物，其毒性比一次污染物

9、更强。常见的有：硫酸及硫酸盐气溶胶、硝酸及硝酸盐气溶胶、臭氧等。1、气溶胶状态污染物、气溶胶状态污染物l 在大气污染研究中，气溶胶指在大气污染研究中，气溶胶指悬浮悬浮在大在大气中的固体粒子和液体粒子，种类组成复杂，气中的固体粒子和液体粒子，种类组成复杂，对人体影响较大。其粒径为：对人体影响较大。其粒径为：0.002100微米微米。l 常见的气溶胶污染物及监测指标常见的气溶胶污染物及监测指标l（1）总悬浮颗粒总悬浮颗粒（Total suspended particle TSP）：指悬浮于大气中，指悬浮于大气中，粒径小于粒径小于100微米微米的所有固体颗粒物，包括飘尘和降尘。它是的所有固体颗粒物，

10、包括飘尘和降尘。它是悬浮在大气中的各种粒子的总称，也是大气悬浮在大气中的各种粒子的总称，也是大气污染监测和评价中的一个重要指标。污染监测和评价中的一个重要指标。（2 2）可吸入粒子（）可吸入粒子（Inhale particle IP）：粒径粒径15m15m的粒子的粒子。国际标准化组织。国际标准化组织ISO(ISO(International standard organization )将将IPIP定为定为粒径粒径10m10m的粒的粒子。子。l（3 3）飘尘：飘尘：指大气中粒径小于指大气中粒径小于10m10m的固体颗粒物，的固体颗粒物，能长期漂浮在大气中，可被人吸收，可扩散较远距离，能长期漂浮

11、在大气中，可被人吸收，可扩散较远距离，有时也称浮游粒子或可吸入颗粒物。有时也称浮游粒子或可吸入颗粒物。l（4 4）降尘：）降尘：指大气中粒径大于指大气中粒径大于30m30m的固体颗粒物，的固体颗粒物，因重力作用，在短时间内可因自身重力沉降到地面。因重力作用，在短时间内可因自身重力沉降到地面。可吸入粒子（IP）PM10（粒径小于10m的颗粒物）PM2.5（粒径小于2.5m的细小颗粒物）PM10可以通过呼吸道进入人体，从而对人体健康产生危害.PM2.5的危害则更为严重。由于其粒径很小，可以在大气中长期漂浮，易将其携带的污染物带到很远的地方，使污染范围扩大，同时在大气中还可为化学反应提供反应床，因此

12、，近年来，在大气环境污染研究中倍受关注。多环芳烃（多环芳烃（PAHs）是对人体健康危害）是对人体健康危害极大的一类污染物。极大的一类污染物。PAHs已证明具有已证明具有致癌、致畸和致突变性的特征；美国致癌、致畸和致突变性的特征；美国EPA将将16种种PAHs类化合物列为优先控类化合物列为优先控制的制的PAHs。可吸入颗粒物上附着的多环芳烃随呼吸可吸入颗粒物上附着的多环芳烃随呼吸进入体内后对于人类的健康影响巨大。进入体内后对于人类的健康影响巨大。采样过程崂应崂应20302030型中流量智能采样器型中流量智能采样器 福州市各功能区PM10浓度的季节变化 各功能区大气各功能区大气PM10质量浓度均表

13、现：质量浓度均表现：冬季冬季 春季春季 秋季秋季，平均浓度，平均浓度0.1mg/m3 同同一一季节，大气中季节，大气中PM10平均质量浓度平均质量浓度：工业区工业区 交通干道交通干道 住宅区住宅区 公园公园各功能区PM10中PAHs 质量浓度的季节变化 各功能区各功能区PM10中中PAHs浓度：浓度：冬季冬季 春季春季 秋季秋季，平均浓度，平均浓度10.5ng/m3 工业区工业区PAHs浓度浓度最高（平均最高（平均12.6ng/m3），公园最低（），公园最低（平均平均8.7ng/m3）机动车尾气和厨房油烟造成了交通干道和住宅区机动车尾气和厨房油烟造成了交通干道和住宅区PAHs污染污染地点地点P

14、AHs浓度，均值浓度，均值（ng/m3）参考文献参考文献福州福州1.03-22.03，10.50本文本文（2010-2011）青岛青岛1.11-3.74，2.29潘静（潘静（2003）澳门澳门13.69-89.87,50.96 祁士华（祁士华（2002）香港香港4.67-38.63，21.65Guo（2003）上海上海24.30-245.52，87.35郭红连（郭红连（2003-2004）厦门厦门3.70-32.64，16.08印红玲（印红玲（2004-2005）武汉武汉17.3-85.4，38.25周家斌（周家斌（2007）安徽（淮南）安徽（淮南）15.20-111.58，64.36郭清彬（

15、郭清彬（2008）北京北京7.29-656.39，119.87吴大鹏（吴大鹏（2004-2006）广州广州32-154段菁春（段菁春（2006）福州市及中国其他城市大气颗粒物中PAHs污染水平比较 福州市大气颗粒物种福州市大气颗粒物种PAHs平均浓度为平均浓度为10.5ng/m3，较北京、，较北京、上海、广州、上海、广州、武汉、武汉、香港香港和和澳门等澳门等城市小城市小，在国内处于较低水平，在国内处于较低水平。PM10中的中的PAHs组成都以高环为主，组成都以高环为主，4环、环、5环和环和6环分别占环分别占PAHs总量百总量百分比的范围分别为分比的范围分别为26.8%-37.7%、34.7%-

16、40.2%和和19.7%-32.5%。不同功能区之间不同功能区之间PAHs的组成相差不大的组成相差不大。PM10中PAHs的组成PM10中PAHs的来源福州大气福州大气PM10中中PAHs来源于汽油、柴来源于汽油、柴油、煤和薪柴的燃烧，其中汽油的燃烧油、煤和薪柴的燃烧，其中汽油的燃烧是最主要的来源是最主要的来源。不同季节不同季节PM10中中PAHs的来源的来源贡献略有贡献略有不同不同。不同季节PAHs来源比例组成 春季时，因子春季时，因子F1中中4环和环和5环环PAHs有较高的贡献率，表示主要来源于汽油有较高的贡献率，表示主要来源于汽油的燃烧，其比例为的燃烧，其比例为76%；因子；因子F2中二

17、苯并中二苯并a,h蒽蒽（DBA）和茚并）和茚并1,2,3-cd芘（芘（IND）具有较高的贡献率，表示柴油燃烧为主要来源，占）具有较高的贡献率，表示柴油燃烧为主要来源，占16%；因子；因子F3中中苊苊（Acp）和）和菲菲（Phe）具有较高的贡献率，表示生物质的燃烧。）具有较高的贡献率，表示生物质的燃烧。l将受到人类活动显著影响的霾称为灰（雾）将受到人类活动显著影响的霾称为灰（雾）霾霾l气溶胶气溶胶细细粒子粒子污染污染在高湿度条件下在高湿度条件下形成形成的低的低能见度事件能见度事件l灰霾天气的本质是细粒子气溶胶污染灰霾天气的本质是细粒子气溶胶污染l组成灰霾的细粒子气溶胶中二次气溶胶比例组成灰霾的细

18、粒子气溶胶中二次气溶胶比例很大，不同于由土壤、沙尘粒子组成的自然很大，不同于由土壤、沙尘粒子组成的自然形成的霾。形成的霾。From 秦瑜、郑均华、何清10uml尘卷风尘卷风 扬沙扬沙 沙尘暴沙尘暴 浮尘浮尘 霾霾l人类活动直接排放颗粒物人类活动直接排放颗粒物 烟雾烟雾 灰霾灰霾l人类活动排放气态污染物人类活动排放气态污染物 气粒气粒转化生成二次气溶胶转化生成二次气溶胶 光化学烟光化学烟雾雾 灰霾灰霾天气现象 成分水汽粒子尺度厚度颜色日变化边界雾雾水滴、冰水滴、冰晶晶饱和饱和10100 010102 2 m m肉眼可见肉眼可见10101 110102 2米米 乳白色、乳白色、青白色青白色明显明显

19、清晰清晰起伏起伏明显明显霾霾尘、硫酸、尘、硫酸、硝酸、碳硝酸、碳氢化合物氢化合物等等不饱和不饱和1010-3-310101 1 m m肉眼不可见肉眼不可见1 13 3公里公里黄色、黄色、橙灰色橙灰色不明不明显显不清不清晰晰内部内部均匀均匀l能见度恶化l诱发呼吸道疾病l空气质量恶化l太阳辐射减少l传染病多发l阻碍植物光合作用和呼吸l灾害性气候极端事件频发 From From 郑均华郑均华l2 2、气体状态污染物、气体状态污染物l 气体状态污染物是指以分子状态存在的气体状态污染物是指以分子状态存在的气体污染物，简称气体污染物，简称气态污染物气态污染物。气态污染物。气态污染物很多，主要有很多，主要有

20、5 5类：类：l（1 1）含硫化合物）含硫化合物l（2 2）含碳化合物）含碳化合物l（3 3）含氮化合物）含氮化合物l（4 4）碳氢化合物）碳氢化合物l（5 5）卤素化合物）卤素化合物l 气态污染物还可以分为气态污染物还可以分为一次污染物和二一次污染物和二次污染物次污染物。l 二氧化硫二氧化硫是主要的硫氧化物，是大气中数量较是主要的硫氧化物，是大气中数量较大，影响范围较广的一种气态污染物。大，影响范围较广的一种气态污染物。l 二氧化硫二氧化硫污染主要表现在在大气中易被氧化成污染主要表现在在大气中易被氧化成三氧化硫，再与水分子结合生成硫酸分子，进而形三氧化硫，再与水分子结合生成硫酸分子，进而形成

21、成酸雨酸雨。l 大气中二氧化硫主要来自含硫燃料（主要是含大气中二氧化硫主要来自含硫燃料（主要是含硫的煤）的燃烧过程，如采暖、发电；冶炼厂和石硫的煤）的燃烧过程，如采暖、发电；冶炼厂和石油精练厂也排放大量的二氧化硫。油精练厂也排放大量的二氧化硫。l 煤的含硫量：煤的含硫量：0.5-6%0.5-6%，石油的含硫量：，石油的含硫量：0.5-3%0.5-3%，含硫量低的煤称环保煤。含硫量低的煤称环保煤。l CO和和CO2是各种大气污染物中发生量最大是各种大气污染物中发生量最大的一类污染物。的一类污染物。CO2是大气中的正常组分，但是大气中的正常组分，但随着浓度的不断增加，会造成温室效益的加剧。随着浓度

22、的不断增加，会造成温室效益的加剧。l CO人为污染源人为污染源：发生在燃料非充分燃烧。：发生在燃料非充分燃烧。l CO天然污染源天然污染源：（1）甲烷的转化，生命有机体分解产生的甲）甲烷的转化，生命有机体分解产生的甲烷经羟基的氧化可形成烷经羟基的氧化可形成CO。（2）海水中海水中CO的挥发的挥发 （3）森林火灾）森林火灾l 氮氧化物种类很多，造成大气污染的主氮氧化物种类很多，造成大气污染的主要是要是NO和和NO2。l NO进入大气后可缓慢氧化成进入大气后可缓慢氧化成NO2。在大在大气中存在气中存在O3等强氧化剂或催化剂的作用下，等强氧化剂或催化剂的作用下，氧化速度加快。氧化速度加快。NO2的毒

23、性约是的毒性约是NO的的5倍。倍。NO2参与光化学反应形成光化学烟雾后，毒参与光化学反应形成光化学烟雾后，毒性更大。性更大。l NOx主要人为源主要人为源：机动车、煤和天然气：机动车、煤和天然气的燃烧以及化肥厂和炸药厂。的燃烧以及化肥厂和炸药厂。l NOx天然源天然源：生物机体腐烂形成硝酸盐，：生物机体腐烂形成硝酸盐，经细菌分解产生经细菌分解产生NO等途径。等途径。l 大气中的碳氢化物污染物主要指含有大气中的碳氢化物污染物主要指含有C1C8且且可挥可挥发碳氢化合物。发碳氢化合物。l 甲烷甲烷 CH4 是大气中含量最大的是大气中含量最大的HCHC，甲烷本身是一甲烷本身是一种无害烃，但因它是一种温

24、室气体，目前倍受关注。种无害烃，但因它是一种温室气体，目前倍受关注。l 甲烷主要是由于土壤中厌氧细菌使土壤中的有机甲烷主要是由于土壤中厌氧细菌使土壤中的有机物底质分解而形成，物底质分解而形成，各种天然湿地和水稻田各种天然湿地和水稻田是目前甲是目前甲烷的产生源。烷的产生源。l 此外，还有大量的非甲烷烃，多数对人和其他生此外，还有大量的非甲烷烃，多数对人和其他生物有毒有害，有的甚至致畸、致癌，物有毒有害，有的甚至致畸、致癌，l 碳氢化合物还是形成光化学烟雾的重要成分碳氢化合物还是形成光化学烟雾的重要成分。全球全球CH4排放：排放：520Tg(1012g)天然湿地天然湿地+水田：水田：273Tg土壤

25、中复杂有机物土壤中复杂有机物(Complex organics)发酵细菌发酵细菌(Fermentative bacteria)单体单体（Monomers）脂肪酸；酒精脂肪酸；酒精（Fatty acids；Alcohols）综合营养型菌种综合营养型菌种(Syhtrophic)二氧化碳二氧化碳(CO2)专性产醋酸菌专性产醋酸菌(Homoacetogens)氢氢(H2)醋酸醋酸(CH3COOH)产甲烷菌产甲烷菌(Methanogens)甲烷甲烷(Methane)CH4是在土壤中有机物厌氧分解的过程中产生的。土壤中多种细菌形成一个复杂的食是在土壤中有机物厌氧分解的过程中产生的。土壤中多种细菌形成一个复

26、杂的食物网，对有机底物进行厌氧分解，最后一步是由产物网，对有机底物进行厌氧分解，最后一步是由产CH4菌完成，最终产生菌完成，最终产生CH4。甲烷产生的过程甲烷产生的过程 醋酸醋酸和和CO2/H2是甲烷产生的最后底物，即是甲烷产生的最后底物，即 醋酸发酵和醋酸发酵和CO2氢还原是湿地土壤甲烷产生的氢还原是湿地土壤甲烷产生的2个最主要的途径：个最主要的途径：具体反应方程式具体反应方程式C6H12O6+2H2O=2CH3COOH+2CO2+4H2 CH3COOH+4H2=2 CH4+2H2O CO2+4H2=CH4+2H2O 产甲烷菌是一类能够将无机或有机化合物厌氧发酵转化成甲烷的古菌，产甲烷菌在生

27、物界中属于原核生物中的细菌。产甲烷菌的形态有球形、杆形、螺旋状和八叠球状等多种形态，但它们分解醋酸等产甲烷底物的最终产物都是甲烷。高温高温低温低温 甲烷产生：高甲烷产生：高 低低 八叠球菌八叠球菌 甲烷毛菌甲烷毛菌 应用应用rRNArRNA探针标记的方法，原位辨识出产甲烷古菌（红色的）和硫酸盐还原菌（绿色的）探针标记的方法，原位辨识出产甲烷古菌（红色的）和硫酸盐还原菌（绿色的）甲烷产生、氧化、传输过程的示意图甲烷产生、氧化、传输过程的示意图 甲烷排放的传输途径甲烷排放的传输途径 互花米草原产于大西洋西海岸及墨西哥湾，由于人类无意互花米草原产于大西洋西海岸及墨西哥湾，由于人类无意或有意的带入，现

28、已成为全球海岸盐沼生态系统最常见的入侵或有意的带入，现已成为全球海岸盐沼生态系统最常见的入侵植物之一。植物之一。我国在我国在2020世纪世纪8080年代开始引进年代开始引进互花米草，在江苏、福建部分互花米草，在江苏、福建部分海域滩涂试验移栽海域滩涂试验移栽,对于护岸对于护岸护堤、防浪促淤等方面作用显护堤、防浪促淤等方面作用显著。但也随之造成了对于一些著。但也随之造成了对于一些未引种地区河口湿地的入侵，未引种地区河口湿地的入侵，产生了诸多负面影响，包括直产生了诸多负面影响，包括直接影响河口海湾湿地生态系统接影响河口海湾湿地生态系统的生物多样性。的生物多样性。P.australisInvasive

29、 S.alternifloraC.malaccensis20022002年，互花米草开始大量入侵闽江河口区最大的鳝鱼滩年，互花米草开始大量入侵闽江河口区最大的鳝鱼滩湿地，大面积地替代土著种藨草、咸草以及部分芦苇湿地。湿地，大面积地替代土著种藨草、咸草以及部分芦苇湿地。（1）米草是否改变了被入侵沼泽湿地生）米草是否改变了被入侵沼泽湿地生态系统的地上和地下碳库？态系统的地上和地下碳库？（2）米草米草是否改变了是否改变了被入侵沼泽湿地生被入侵沼泽湿地生态系统的态系统的甲烷代谢（甲烷的产生、传输和排甲烷代谢（甲烷的产生、传输和排放）？放）？问题的提出？问题的提出？岛津气相色谱仪岛津气相色谱仪CN元素分

30、析仪元素分析仪互花米草入侵显著地增加了被入侵咸草湿地互花米草入侵显著地增加了被入侵咸草湿地 甲烷排放通量甲烷排放通量 互花米草入侵显著地增加了被入侵咸草湿地互花米草入侵显著地增加了被入侵咸草湿地 甲烷排放通量甲烷排放通量 EBFSFEEAE甲烷的植物体传输比较甲烷的植物体传输比较 结论：互花米草植物体甲烷传输效率大于其它结论：互花米草植物体甲烷传输效率大于其它2 2种植物种植物3种植物个体甲烷传输种植物个体甲烷传输能力的比较能力的比较3种植物种群甲烷传输种植物种群甲烷传输能力的比较能力的比较闽江口芦苇湿地土壤闽江口芦苇湿地土壤产甲烷菌可以聚成产甲烷菌可以聚成3 3大类大类群：甲烷杆菌目、甲烷微

31、群：甲烷杆菌目、甲烷微菌目菌目 和甲烷八叠球菌目和甲烷八叠球菌目3 3大类，其中包括甲烷绳菌大类，其中包括甲烷绳菌属、甲烷螺菌属、甲烷盘属、甲烷螺菌属、甲烷盘菌属、甲烷囊菌属、甲烷菌属、甲烷囊菌属、甲烷杆菌属和甲烷八叠球菌属杆菌属和甲烷八叠球菌属等等7 7个属个属。l 大气中以气态存在的卤素化合物大致有大气中以气态存在的卤素化合物大致有三类三类:(1)1)卤代烃、卤代烃、(2)(2)氟化物、氟化物、(3)(3)其他含氯其他含氯化合物（氯气和氯化氢）化合物（氯气和氯化氢）。l 其中最为关注的是卤代烃中的其中最为关注的是卤代烃中的氟氯烃类氟氯烃类CFCs和和含溴的卤代烷烃含溴的卤代烷烃。l 它们既

32、是破坏臭氧层物质，也是温室气它们既是破坏臭氧层物质，也是温室气体（具有极强的吸收红外线的能力，所以增体（具有极强的吸收红外线的能力，所以增加加一个一个CFCs分子相当于增加分子相当于增加104个个CO2分子分子造造成的温室效应。）成的温室效应。）l 其中最重要的是其中最重要的是一氟三氯甲烷（一氟三氯甲烷（CFC-011）和二氟二氯甲烷（和二氟二氯甲烷（CFC-012）。l 氟氯烃类氟氯烃类 的命名的命名lCFC-011，第一个数字表示（碳原子数第一个数字表示（碳原子数减减1），第二个数字表示（氢原子数加），第二个数字表示（氢原子数加1），第三个数字表示氟原子数，则），第三个数字表示氟原子数，则

33、CFC-011就是分子中含有就是分子中含有1个个C，0个个H和和1个氟，因此，个氟，因此，CFC-011分子中有分子中有1个氟，个氟，3个个Cl，当然还当然还含含1个个C，所以，所以，称为称为一氟三氯甲烷一氟三氯甲烷。含溴的卤代烷烃含溴的卤代烷烃，商业名称为，商业名称为Halon（哈龙），哈龙），特种消防灭火剂，为破特种消防灭火剂，为破坏臭氧层物质。坏臭氧层物质。l lCFCs和含溴的卤代烷烃的来源和含溴的卤代烷烃的来源：l 无自然源，都是人为源，主要无自然源，都是人为源，主要是用于致冷剂、气溶胶喷雾剂、电是用于致冷剂、气溶胶喷雾剂、电子工业的溶剂、制造塑料的泡沫发子工业的溶剂、制造塑料的泡沫

34、发生剂和消防灭火剂等。生剂和消防灭火剂等。l l (1)(1)还原型（还原型（伦敦型烟雾伦敦型烟雾)l 属于还原型污染物属于还原型污染物(低价化合物低价化合物,可失可失去电子去电子)的大气污染。经常发生在使用煤的大气污染。经常发生在使用煤炭为主，同时也消耗石油的地区，主要污炭为主，同时也消耗石油的地区，主要污染物是染物是二氧化硫、一氧化碳和颗粒物二氧化硫、一氧化碳和颗粒物。在。在低温、静风、高湿并伴有逆温的气象条件低温、静风、高湿并伴有逆温的气象条件下，污染物扩散受阻，在低空聚集形成烟下，污染物扩散受阻，在低空聚集形成烟雾。最早在英国的伦敦发生，因其持续时雾。最早在英国的伦敦发生，因其持续时间

35、最长、最典型、危害最严重，所以目前间最长、最典型、危害最严重，所以目前习惯称为习惯称为“伦敦型烟雾伦敦型烟雾”。l 指汽车、工厂等污染源排入大气的指汽车、工厂等污染源排入大气的烃类化合物（烃类化合物（HC）和氮氧化物等一次和氮氧化物等一次污染物，在阳光的作用下发生光化学反污染物，在阳光的作用下发生光化学反应，生成臭氧、醛、酮、过氧乙酰硝酸应，生成臭氧、醛、酮、过氧乙酰硝酸酯（酯（PAN）等二次污染物，这些二次污等二次污染物，这些二次污染物具有强的氧化性，对人体的刺激十染物具有强的氧化性，对人体的刺激十分强烈。洛杉矶光化学烟雾就是典型的分强烈。洛杉矶光化学烟雾就是典型的氧化型污染。氧化型污染。l

36、大气污染的化学转化大气污染的化学转化：当污染物进入大气环境，：当污染物进入大气环境，在扩散、输送过程中，在一些条件（阳光、温在扩散、输送过程中，在一些条件（阳光、温度）的影响下，污染物之间以及污染物与空气度）的影响下，污染物之间以及污染物与空气原有组分之间进行化学反应，形成新的二次污原有组分之间进行化学反应，形成新的二次污染物，这一过程称为大气污染物的化学转化。染物，这一过程称为大气污染物的化学转化。包括包括光化学反应过程光化学反应过程和和热化学反应过程热化学反应过程l 当前较关注的是当前较关注的是氮氧化物和氮氧化物和SO2 的的转化过程。转化过程。l 分别发生的化学反应是：分别发生的化学反应

37、是：l（1）光化学反应光化学反应l（2 2）生成硫酸盐气溶胶的反应）生成硫酸盐气溶胶的反应 l 大气中存在的吸光物质（氧气、臭氧、大气中存在的吸光物质（氧气、臭氧、NO2、等）的原子、分子、自由基或离子，它们吸收光等）的原子、分子、自由基或离子，它们吸收光子所引发的反应，称为子所引发的反应，称为光化学反应光化学反应。l 光化学反应过程包括光化学反应过程包括初级过程和次级过程初级过程和次级过程。初级过程初级过程：吸光物质吸收光量子，形成激发：吸光物质吸收光量子，形成激发态物质：态物质：A+A+hvhv A A*l A A*为的为的A A激发态激发态l 次级过程次级过程：受激活物质进一步发生的反应

38、。：受激活物质进一步发生的反应。NO和和NO2在大气环境的化学反应过程，在在大气环境的化学反应过程，在大气污染中作用较大。大气污染中作用较大。NO2的光分解和所生成的光分解和所生成的的O3在光化学烟雾的形成过程中十分重要。在光化学烟雾的形成过程中十分重要。（一）（一）NONO2 2的光分解化学反应的光分解化学反应：NO2+hvhv(290-430nm)(290-430nm)NO+O*O*+O2 O3 该反应是该反应是O3在大气中的唯一化学反应源在大气中的唯一化学反应源。生成的生成的O3会与会与NO再反应又生成再反应又生成NO2 形成一形成一个循环化学反应个循环化学反应。O3 +NO NO2+O

39、2NO2O*O3hvO2NONO2和和NO与与O3之间的化学循环之间的化学循环l （二）（二）NO2的化学反应的化学反应l（1）可以与一系列的自由基，如）可以与一系列的自由基，如:OH,HO2（过氧化氢过氧化氢）,RO 和和RO 2（过氧烷基过氧烷基）等发）等发生化学反应。如：生化学反应。如：l NO2+OH HNO3 该反应是大气中气该反应是大气中气态硝酸的主要来源，在白天反应发生态硝酸的主要来源，在白天反应发生。l（2）NO2与与O3的反应的反应l NO2+O3 NO3+O2 l 该反应是大气中该反应是大气中NO3的主要来源。的主要来源。l1、光化学烟雾的定义、光化学烟雾的定义l 含有氮氧

40、化物和烃类化合物的大气，在阳含有氮氧化物和烃类化合物的大气，在阳光中紫外线的照射下发生光化学反应所生成的光中紫外线的照射下发生光化学反应所生成的臭氧、醛、酮、过氧酰基硝酸酯（臭氧、醛、酮、过氧酰基硝酸酯（PANPAN）等二等二次污染物的混合物被称为光化学烟雾次污染物的混合物被称为光化学烟雾。l 特征是烟雾呈兰色，具有强氧化性，刺激特征是烟雾呈兰色，具有强氧化性，刺激人的眼睛，伤害植物的叶子，能使树木开裂，人的眼睛，伤害植物的叶子，能使树木开裂，使大气能见度降低。使大气能见度降低。l 首次光化学烟雾事件于首次光化学烟雾事件于1940年发生在美国年发生在美国的洛杉矶。中国兰州西固地区也有发生。的洛

41、杉矶。中国兰州西固地区也有发生。l 实验一日观测数据动态变化模拟实验一模拟实验二l 大气中的烃类化合物和大气中的烃类化合物和NOx在光照条件下在光照条件下形成光化学烟雾。烃类化合物和氮氧化物的相形成光化学烟雾。烃类化合物和氮氧化物的相互作用主要包括以下互作用主要包括以下2个关键步骤过程：个关键步骤过程：l 第一步：第一步：NO2的光化学分解是光化学烟雾形的光化学分解是光化学烟雾形成的起始反应成的起始反应l 低层大气中的其它气态化合物（低层大气中的其它气态化合物（NO、O2、N2、CO）都不吸收紫外线发生光化学分解，都不吸收紫外线发生光化学分解，但当大气中出现但当大气中出现NO2污染物，在光化学

42、作用下，污染物，在光化学作用下，直接光解生成直接光解生成O3，但生成的但生成的O3会与会与NO再反应再反应又生成又生成NO2，进而形成了进而形成了NO、NO2和和O3之间的之间的化学循环化学循环，这时还不能生成光化学烟雾。，这时还不能生成光化学烟雾。第二步：碳氢化合物的加入是产生光化学烟雾第二步：碳氢化合物的加入是产生光化学烟雾的关键的关键l NO2和和O3与与NO之间的化学循环，要使之间的化学循环，要使O3能能在大气中不断积累，在大气中不断积累，必须存在着能使必须存在着能使NONO向向NONO2 2转转化，从而使化，从而使NONO2 2浓度不断提高，浓度不断提高，NONO浓度不断减少浓度不断

43、减少的因素。的因素。l 实验证明，当大气中又出现实验证明，当大气中又出现碳氢化合物碳氢化合物时，时，以上的以上的NONO2 2和和O O3 3与与NONO之间的化学循环和均衡即被之间的化学循环和均衡即被打破打破，许多过氧自由基使的大气中的，许多过氧自由基使的大气中的NO快速向快速向NO2转化，转化，O3的浓度大大增加，并随同生成一的浓度大大增加，并随同生成一系列的中间和最终产物，如臭氧、醛、酮、过系列的中间和最终产物，如臭氧、醛、酮、过氧酰基硝酸酯（氧酰基硝酸酯（PAN）等二次污染物，从而导等二次污染物，从而导致光化学烟雾的生成。致光化学烟雾的生成。MNOONOMOMOOONOhvNO2332

44、2光化学烟雾的形成概括总结光化学烟雾的形成概括总结一、一、12个反应方程式个反应方程式 光化学烟雾的形成的简化机制可用光化学烟雾的形成的简化机制可用12个反应概括：个反应概括：(1)引发反应（引发反应（NO2和和O3与与NO之间的化学循环反应）之间的化学循环反应）（2）基反应）基反应 32222222222222222)()(HNONOOHCORONONOOORCHORCHONONOROHONONOHOCOHOROhvRCHOOHOORCOHRCHOOHROOHRH （3）终止反应（最终产物的生成）终止反应（最终产物的生成）22222222)()()()()(NOOORCNOOORCPANNO

45、OORCNOOORCl二、概括总结二、概括总结l 光化学烟雾的形成过程是由一系列复杂的链光化学烟雾的形成过程是由一系列复杂的链式反应组成的式反应组成的。是以。是以N0N02 2光解生成光解生成O O*的反应为引的反应为引发，导致了臭氧的生成。由于碳氢化合物的存在，发，导致了臭氧的生成。由于碳氢化合物的存在，促使促使NONO向向NONO2 2的快速转化，在此转化中自由基的快速转化，在此转化中自由基(特特别是别是HOHO基基)起了重要的作用，起了重要的作用，致使不需要消耗臭致使不需要消耗臭氧，就能使大气中的氧，就能使大气中的NONO转化成转化成NONO2 2，NONO2 2又继续光又继续光解产生臭

46、氧，解产生臭氧，同时转化过程中产生的自由基又继同时转化过程中产生的自由基又继续与碳氢化合物反应生成更多的自由基，如此继续与碳氢化合物反应生成更多的自由基，如此继续不断地进行链式反应，直到续不断地进行链式反应，直到NONO或碳氢化合物消或碳氢化合物消失为止。所产生的失为止。所产生的醛类、醛类、O O3 3 ，PANPAN等二次污染物等二次污染物是最终产物。是最终产物。l（1）光化学烟雾发生的地理条件光化学烟雾发生的地理条件l 对于纬度高的地区，由于光线通过大气层的路径对于纬度高的地区，由于光线通过大气层的路径加长，受到大气颗粒散射而损失的光线多，致使小于加长，受到大气颗粒散射而损失的光线多，致使

47、小于430钠米光很难到达地面，所以不易发生光化学烟雾。钠米光很难到达地面，所以不易发生光化学烟雾。l 另外，一般夏季发生光化学烟雾的可能性比冬季另外，一般夏季发生光化学烟雾的可能性比冬季大。一般发生在大气相对湿度较低，有逆温层存在，大。一般发生在大气相对湿度较低，有逆温层存在，污染高峰出现在中午或稍后。污染高峰出现在中午或稍后。l（2）光化学烟雾发生的污染源条件光化学烟雾发生的污染源条件l 光化学烟雾的形成是因为人类活动向大气中排入光化学烟雾的形成是因为人类活动向大气中排入大量的大量的NOx和碳氢化合物，因此，以石油为原料的工和碳氢化合物，因此，以石油为原料的工厂排气和汽车尾气等污染源的存在是

48、形成光化学烟雾厂排气和汽车尾气等污染源的存在是形成光化学烟雾的前提。的前提。l在二十世纪五十年代，瑞典在二十世纪五十年代，瑞典和挪威的渔业突然无故减产，和挪威的渔业突然无故减产，经研究之后，发现经研究之后，发现与酸性降水与酸性降水有关有关。一九六七年，美国俄亥俄河一九六七年，美国俄亥俄河跨河大桥倒塌，死亡人数高达跨河大桥倒塌，死亡人数高达46名，调查发现与酸雨侵蚀大名，调查发现与酸雨侵蚀大桥有关。桥有关。l 酸雨的定义酸雨的定义：pH小于小于5.6的酸性大气降水，的酸性大气降水，包括雨、雪、冰雹、露、霜和雾等（美国采包括雨、雪、冰雹、露、霜和雾等（美国采用用pH值小于值小于5）。）。l 广义的

49、酸沉降包括广义的酸沉降包括干沉降和湿沉降。干沉降和湿沉降。干干沉降主要是酸性颗粒物的直接降落，湿沉降沉降主要是酸性颗粒物的直接降落，湿沉降即通常所说的酸雨。酸雨是目前国际上十分即通常所说的酸雨。酸雨是目前国际上十分重视的一个区域性环境问题，在欧洲大陆和重视的一个区域性环境问题，在欧洲大陆和北美大陆较为明显。北美大陆较为明显。l 酸雨的危害酸雨的危害l 第一第一 对陆地生态系统的不利影响。对陆地生态系统的不利影响。主主要表现在以下两个方面：要表现在以下两个方面：直接损害植物的直接损害植物的叶面，特别是树木和农作物的叶面，叶面，特别是树木和农作物的叶面，对土对土壤化学结构产生影响，增加了土壤中一些

50、离壤化学结构产生影响，增加了土壤中一些离子的溶解度，洗提土壤的养分并产生如铝离子的溶解度，洗提土壤的养分并产生如铝离子这样的有毒离子，通过迳流很可能影响到子这样的有毒离子，通过迳流很可能影响到饮用水。饮用水。l 第二第二 对水生生态系统的影响对水生生态系统的影响。降低江降低江河湖泊水体的河湖泊水体的pH值，导致水生生物的受损害，值，导致水生生物的受损害，l 第三第三 还可对材料与人体健康造成不利影还可对材料与人体健康造成不利影响响。l 酸雨形成的机理酸雨形成的机理l 形成酸雨的主要污染物是形成酸雨的主要污染物是SO2和和NOx等，等，二者在大气环境中分别转化为二者在大气环境中分别转化为硫酸和硝