环境学概论第6章大气环境保护.ppt

第六章 大气环境保护,第一节 大气的组成和结构第二节 大气污染和污染物第三节 大气气体污染物的扩散第四节 大气污染物控制方法,本章作业,名词解释：一次污染物、二次污染物、TSP、PM10简答题：1、按行业来分，人为污染源分为哪几个来源？2、常见的大气污染物一般有哪几种？,第一节 大气结构与组成,空气和大气是同义词。一般对于室内或特指某个场所(如车间，会议室和厂区等)供人和动植物生存的气体习惯上称为空气。而在大气物理学、大气气象学、自然地理学以及环境科学的研究中，常常以大区域或全球性的气流为研究对象常用大气。,1.大气圈及结构,对流层（地表18km）平流层（对流层顶55km）中间层（平流层顶 85km）暖层或电离层（中间层顶 800km）散逸层（800km 以外）,2.大气组成,干洁空气主要由N2 78.09%、O2 20.95%、Ar 0.93%、CO2 0.03%及微量惰性成分构成。各成分有比例是几十亿年演化的结果。这种比例最适宜于人类及各种生物的生存与生长。,大气的演化,第一代大气（原始大气）-氢、氦、氖等。第二代大气（还原大气）-氮、二氧化碳、甲烷、氨和水汽。现代大气（氧气大气）-干洁空气、水汽和悬浮微粒。稳定组分：氮、氧、氩、氖、氦、氪、氢、氙等，这一组分的比例，从地球表面至90公里的高度范围内都是稳定的。不稳定组分：二氧化碳、二氧化硫、甲烷、硫化氢、臭氧、氮氧化物、水汽等。主要来源于自然界的火山爆发、地震、岩石风化、森林火灾等和人类活动产生。,大气的运动,大气水平方向的运动称为风大气无规则的运动称为湍流城市的热岛效应（如图）,3、大气污染类型,大气污染的概念：由于人类活动或自然力（火山、海啸等）而排放到空气中的大气污染物（有害气体和颗粒污染物等），累积到超过大气的自净过程（稀释、转化、洗净、沉降等）所能降低的程度，在一定的持续时间内有害于生物和非生物。,大气污染的分类：,按影响范围,按污染物特征,局城性污染,地区性污染,广域性污染,全球性污染,煤烟型污染,混合型污染,石油型污染,特殊型污染,按化学性质,氧化型污染,还原型污染,按放射性特征,放射性污染,物理化学污染,一次污染物和二次污染物,一次污染物：由人类活动直接产生，自污染源直接排入环境后，其物理和化学性状未发生变化的污染物。二次污染物：排入环境的一次污染物，与大气中的原有组分，或几种一次污染物之间发生一系列的变化或光化学反应，形成了与原污染物性质不同的新的污染物。,煤炭型污染的一次污染物是烟尘和二氧化硫。二次污染物是硫酸及其盐类所构成的气溶胶。石油型污染又称排气型或联合企业型污染其一次污染物是烯烃、二氧化氮以及烷、醇、碳基化合物等。二次污染物主要是臭氧、氢氧基、过氧氢基等自由基以及醛、酮和PAN(过氧乙酸硝酸脂)。,例如：,大气污染过程,大气污染源,接受者,大气扩散,大气污染物,发出反溃信息，对污染源进行控制,人、动植物,措施、设备等,中国城市污染概况,绝大多数城市以煤烟型为主，主要污染物为TSP（PM10）、SO2。少数特大城市（北京、上海、广州等）为煤烟与汽车尾气并重型污染，主要污染物为TSP（PM10）、SO2、NOX（NO2）。大气污染北方重于南方。酸雨区分布广泛：长江以南、青藏高原以东的广大地区；四川盆地为酸雨重污染区；华中、华南、西南及华东地区酸雨面积占国土面积的30%。,大气污染可分为自然的和人为的两大类。前者是自然界所发生火山爆发、地震、台风、森林火灾等自然灾害所造成的。后者是人类活动所排放的有毒有害气体所造成的。目前，一般所说的大气污染多指后者。,4.大气污染源,天然源火山爆发,森林火灾,天然源海啸,土壤扬尘,大气污染物的人为污染源,大气污染物的人为污染源有哪些？,钢铁厂排放的废气,火力发电厂排烟污染大气,排入大气中的烟尘随风扩散,大山深处的工厂,废弃物的燃烧发出有害气体和粉尘,人为污染源的类型,人为造成大气污染的污染源较多，根据不同的研究目的以及污染源的特点，污染源的类型有多种划分方法：,按污染源存在的形式可划分为固定污染源和移动污染源，此划分法适用于进行大气质量评价时绘制污染派分析图。固定源就是位置和地点固定不变的污染源。主要指工矿企业在生产中排放的大量污染物。冶金、钢铁、建材等工业企业都是对大气环境污染严重的固定源。流动污染源是指交通工具在行驶时向大气中排放的有害气体而形成的污染源,大气污染源的其它分类：,按污染物排放的高度可划分为高架源和地面源。按污染源的几何形状可分为点源、面源和线源，此划分法适用于大气扩散计算。按污染物排放的时间可划分为连续源、间断源、瞬时源，此划分方法适用于分析大气污染物排放的时间规律。按人类社会活动功能划分，还可以分为工业污染源、农业污染源、交通运输污染源和生活污染源等,大气污染源的分类：,按源的形态,固定源,移动源,工厂烟囱,汽车、飞机、轮船等,按源的几何形状,点源,面源,工厂烟囱,公路、一排烟囱,线源,居民区、车间无组织排放,大气污染源的分类：,按源离地高度,高架源,地面源,30m以上,近地面排放,按源排放时间,连续源,间断源,连续排放,间歇排放,按人类社会活动功能,工业污染源,农业污染源,交通运输污染源,生活污染源,由火力发电、钢铁、化工和硅酸盐等工矿企业在生产过程中所排放的煤烟、粉尘及有害化合物等形成的污染源。此类污染源由于不同工矿企业的生产性质和流程工艺的不同，其所排放的污染物种类和数量大不相同，但有一个共同的特点是，排放源集中、浓度高、局地污染强度高。是城市大气污染的罪魁祸首。,工业污染源,主要是不当施用农药、化肥、有机粪肥等过程产生的有害物质挥发扩散，以及施用后期NOX、CH4、挥发性农药成分从土壤中逸散进入大气等形成的污染源。,农业污染源,由汽车、飞机、火车和轮船等交通运输工具运行时向大气中排放的尾气。这类污染源属流动污染源，主要污染物是烟尘、碳氢化合物、NOX、金属尘埃等，是城市大气环境恶化的主要原因之一。,交通运输污染源,汽 车 排 气一氧化碳碳氢化合物氮氧化物,是指居民日常烧饭、取暖、沐浴等活动，燃烧化石燃料而向大气排放烟尘、SO2、NOX等污染物。这类污染源属固定源，且多为面源排放，具有分布广、排量大、污染高度低等特点，是一些城市大气污染不可忽视的污染源。随着城市电气化的推进及清洁能源的推广，城市生活污染源将从根本上得到遏制。,生活污染源,5 大气污染物,颗粒污染物,重要概念总悬浮颗粒物（TSP）空气动力学当量直径在0.1-100微米：悬浮在大气中的微粒之总称。PM10：通常把空气动力学当量直径在10微米以下的颗粒物称为PM10，又称为可吸入颗粒物或飘尘,颗粒污染物（气溶胶状态污染物）：是指固体粒子、液体粒 子或它们在气体介质中的悬浮体。飘尘 10m 可长时间 漂浮于大气降尘 10m 在较短时间内沉降到地面 总悬浮微粒（TSP)100m 的所有固体颗粒 可吸入颗粒物（PM10)10m 悬浮在空气中的颗粒物 粉尘(dust)1 m 200m 先悬浮后沉降烟(fume)0.01m 1m 漂浮于大气雾(fog)100m 悬浮于大气的小水滴飞灰（fly ash)特指燃料燃烧产生的较细的灰份黑烟（smoke)特指燃料燃烧产生的可见的气溶胶,大气中气态污染物分类,含硫化合物,大气中的含硫化合物主要包括：氧硫化碳(COS)、二硫化碳(CS2)、二甲基硫(CH3)2S、硫化氢(H2S)、二氧化硫(SO2)、三氧化硫(SO3)、硫酸(H2SO4)、亚硫酸盐(MSO3)和硫酸盐(MSO4)等。生物活动（动植物机体的腐烂）产生的多为低价硫。SO2的危害：刺激性气体,呼吸道危害；植物危害；酸雨。SO2 的来源与消除：有60来自煤的燃烧，30左右来自石油燃烧和炼制过程；一般煤的含硫量为1-5%，石油含硫量为0.8-2%；另天然源包括火山排放和H2S氧化。有50%会转化形成硫酸或硫酸根，另外50%可以通过干湿沉降从大气中被消除。SO2的浓度特征：本底浓度一般在0.210L/m3之间，停留时间36.5天。Q=WS280%=1.6WS，其中：Q，SO2的产生量（kg）；W，燃煤量（kg）;S,煤中全硫含量（%）,H2S和有机硫化物(CH3)2S,天然源：主要污染源，生物活动（水、土壤有机残体无氧细菌作用，海洋生物活动排放）、火山活动(主要是SO2)、海水浪花（主要是SO42-）。人为源：工业排放（H2S为SO2的2%）汇：在大气中氧化OH+H2SH2O+SH，O2和O等氧化为SO2。在大气中停留时间1-4天。,实验前黑豆的生长情况,SO2熏48h后黑豆的生长情况,受HF 污染的剑麻症状,NOX,主要形态：NO，N2O，NO2，NH3 N2O主来自天然源，即在土壤中硝酸盐在微生物作用下的还原过程形成的；人为源主要是燃料燃烧及含氮化肥的施用。大气中含量甚微，化学活性差，吸收地面热辐射使全球气候变暖，t=120年。在平流层中：N2O+h N2+O；N2O+O N2+O2；N2O+O NO+NO；,NOX,NOX：自，闪电，生物活动；人（主），煤和石油的燃烧（燃烧型和温度型）、汽车尾气和工业排放；一般有2/3来自汽车等流动源的排放，1/3来自固定源的排放。NO占90以上；NO2占0.5到10。NOx最终将转化为硝酸和硝酸盐微粒经湿沉降和干沉降从大气中去除。其中湿沉降是最主要的消除方式。,NOx的危害,植物叶片产生斑点，引起植物光合作用的可逆衰减。导致光化学污染的重要物质。危害：引起酸雨和光化学烟雾。,CO,是大气中很普遍的排放量极大的污染物。全世界CO年排放量为2.10*108t,排放量为大气污染物之首。主来自天然源，甲烷的氧化转化；海水中CO的挥发为1.0*108t；植物排放的烃类（主要是萜烯）经HO氧化而成CO；植物叶绿素的光解，其量为（5-10)*107t/a；森林火灾等，其量为60*106t/a.人为源主要是燃料的燃烧和加工、汽车排气。其中约80%来自汽车尾气的排放，燃烧不完全，当空燃比超过15时，汽油燃烧完全，汽车尾气中就没有CO。无色、无味、无臭的有毒气体，转化为CO2速度很慢；去除途径是通过土壤中某些细菌的吸收和代谢为CO2和CH4；此外，自由基的作用也是很重要的。T停为0.4a.对植物和微生物无害，但对人体有害(使人体缺氧)，参与光化学烟雾的形成，温室效应。,CO2,大气的正常组分，无毒，一种重要的温室气体；天然源：海洋排气，全球约有千亿吨的CO2在海洋和大气圈之间进行交换；甲烷氧化转化；动植物呼吸、腐败作用以及生物质的燃烧；来自地球内部的释放（如火山活动等）；森林火灾。CO2对12-18m的红外线有强烈的吸收作用；大量的硫酸盐颗粒的存在对全球变暖过程有显著的抑制作用，硫酸盐颗粒可能已经抵消温室效应对全球变暖贡献量的三分之一。,碳氢化合物HC,大部分的HC来自植物的分解，人类排放量较小；HC的人为源主要来自石油燃料的不充分燃烧和蒸发过程，其中汽车排气占了相当的比重。大气污染研究中，通常把HC分为甲烷（80-85%的HC）和非甲烷烃NMHC；大部分NMHC来自天然源，最主要的天然排放物是异戊二烯和单萜烯；NMHC的人为源有汽油燃烧（38.5%),焚烧（28.3%),溶剂蒸发（11.3%),石油蒸发和运输损耗(8.8%)，废物提纯(7.1%)。大气中的NMHC其最主要的大气化学反应是与OH自由基的反应。,CH4,主来自沼泽、泥塘、水稻田、牲畜反刍等厌氧发酵过程。一头牛每天排放200-400L甲烷，全世界每年有12*108头牛、羊。水稻田是大气甲烷的重要排放源之一，全球水稻田产甲烷的量为（7.0-17.0*107t/a);在大气中存在寿命为11年，大部分为OH所氧化；是重要的温室气体，温室效应比CO2大20倍；,卤代烃,主要物质：简单卤代烃（甲烷的衍生物）和氟氯烃类 CH3Cl,CH3Br,CH3I,CHCl3,CCl4,CFCs,Halon；CH3Cl和CH3Br寿命较长，可以扩散进入平流层，CH3I则在对流层光解产生原子I。来源：冷却剂，喷雾剂，发泡剂，灭火剂，溶剂等；火山喷发，工业泄漏和排放；钢铁、炼铝和磷肥厂的排放，瓷、砖、瓦等的生产；燃煤等。汇机制：对流层化学和光化学反应去除，扩散至平流层解离；降水湿去除，扩散至地表被土壤、植被吸收。,大气污染物对人体的危害,煤烟：引起支气管炎等。如果煤烟中附有各种工业粉尘(如金属颗粒)，则可引起相应的尘肺等疾病。硫酸烟雾：对皮肤、眼结膜、鼻粘膜、咽喉等均有强烈刺激和损害。严重患者如并发胃穿孔、声带水肿、狭窄、心力衷竭或胃脏刺激症状均有生命危险。铅：略超大气污染允许深度以上时，可引起红血球碍害等慢性中毒症状，高浓度时可引起强烈的急性中毒症状。,二氧化硫：浓度为15ppm时可闻到嗅味，5ppm长吸入可引起心悸、呼吸困难等心肺疾病。重者可引起反射性声带痉挛，喉头水肿以至窒息。氧化氮：主要指一氧化氮和二氧化氮，中毒的特征是对深部呼吸道的作用，重者可致肺坏疽；对粘膜、神经系统以及造血系统均有损害，吸入高浓度氧化氮时可出现窒息现象。一氧化碳：对血液中的血色素亲和能力比氧大210倍，能引起严重缺氧症状即煤气中毒。约100ppm时就可使人感到头痛和疲劳。,大气污染物对人体的危害,臭氧其影响较复杂，轻病表现肺活量少，重病为支气管炎等。硫化氢：浓度为100ppm吸入215分钟可使人嗅觉疲劳，高浓度时可引起全身碍害而死亡。氰化物：轻度中毒有粘膜刺激症状，重者可使意识逐渐昏，虽直性痉挛，血压下降，迅速发生呼吸障碍而死亡。氰化物中毒后遗症为头痛，失语症、癫痫发作等。氰化物蒸汽可引起急性结膜充血、气喘等。,大气污染物对人体的危害,氟化物：可由呼吸道、胃肠道或皮肤侵入人体，主要使骨骼、造血、神经系统、牙齿以及皮肤粘膜等受到侵害。重者或因呼吸麻痹、虚脱等而死亡。氯：主要通过呼吸道和皮肤粘膜对人体发生中毒作用。当空气中氯的浓度达0.040.06毫克/升时，3060分钟即可致严重中毒，如空气中氯的浓度达3毫克/升时，则可引起肺内化学性烧伤而迅速死亡,大气污染物对人体的危害,6、大气污染控制标准,大气环境质量标准 以保障人体健康和正常生活条件为主要目标，规定出大气环境中某些主要污染物的最高允许浓度。大气污染物排放标准 以实现大气环境质量标准为目标对污染源排放的污染物作出限制。其作用是直接控制污染源排出的污染物浓度或排放物以防止大气污染。,大气污染物控制技术标准 大气污染物排放标准的一种辅助规定。它根据大气污染物排放标准的要求结合生产工艺特点，对必须采取的污染控制措施加以明确规定。如对某种生产设备和窑炉明文规定必须配备何等效率的净化装置或安装多高的排气简，或明确限制某生产过程使用的燃料和原料，以及所必须的卫生防护距离等。大气污染警报标准 大气环境污染恶化到必须向社会公众发出一定警报的标准。,大气污染控制标准,GB3095-1996环境空气质量标准,一类区为自然保护区、风景名胜区和其它需要特殊保护的地区。二类区为城镇规划中确定的居住区、商业交通居民混合区、文化区、一般工业区和农村地区。三类区为特定工业区。,GB16297-1996大气污染物综合排放标准,本标准规定三类指标：通过排气筒排放废气的最高允许浓度；按排气筒高度规定的最高允许排放速率；规定无组织排放的监控点相应的监控浓度限值。对于新老污染源规定了不同的排放限值：1997年1月1日前设立的污染源为现有(老)污染源1997年1月1日起设立的污染源为新污染源,GB16297-1996大气污染物综合排放标准,现有污染源分一、二、三级，新污染源分为二、三级。按污染源所在的环境空气质量功能区类别，执行相应级别的排放速率标准，即：位于一类区的污染源执行一级标准(一类区禁止新、扩建污染源，一类区现有污染源改建执行现有污染源的一级标准)；位于二类区的污染源执行二级标准；位于三类区的污染源执行三级标准。,在我国现有的大气污染物排放标准体系中，按照综合性排放标准与行业标准不交叉执行的原则：锅炉执行锅炉大气污染物排放标准GWPB3-1999工业炉窑执行工业炉窑大气污染物排放标准GB9078-1996火电厂执行火电厂大气污染物排放标准GBl3223-1996炼焦炉执行炼焦炉大气污染物排放标准GBl6171-1996水泥厂执行水泥厂大气污染物排放标准GB4915-1996恶臭物质执行恶臭污染物排放标准GBl4554-93汽车排放执行汽车大气污染物排放标准摩托车排气执行摩托车排气污染物排放标准GBl4621-93,行业标准,一、颗粒状污染物-除尘净化技术,7、大气污染防治技术,利用旋转气流的离心力使粉尘从气体中分离的装置。,机械除尘器-旋风除尘器,电除尘器,利用静电分离原理使粉尘从气体中分离的装置。原理：高压电场的电晕放电、尘粒子荷电、粒子沉降、粒子清除。,过滤式除尘器-袋式除尘器,利用含尘气流通过滤材或滤层使粉尘分离和捕集的装置。,典型的湿式除尘器文丘里洗涤器,使含尘气体与液体（一般为水）密切接触，利用水滴和尘粒的惯性碰撞及其它作用捕集尘粒或使粒径增大的装置。,二、气态污染物的控制（分离法、转化法）,大气污染防治技术,