1、第二讲 大气污染控制,第二讲 大气污染控制,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.大气结构与组成1.1大气结构,大气温度层结,stratification n. 层化，成层，阶层的形成,由于地球的旋转作用以及距地面不同高度的各层次大气对太阳辐射吸收程度上的差异，使得描述大气状态的温度、密度等气象要素在垂直方向上呈不均匀分布。人们把静大气的温度和密度在垂直方向上的分布称为大气温度层结和大气密度层结。,Stratif
2、ication of the Atmosphere, 大气温度层结,对流层 Troposphere 高度为1112千米；温度变化特点是：通常0.6K/100 m；气体垂直运动激烈；含有大气全部质量的3/4和几乎全部水气，复杂的天气现象。(15 -56 ), 大气温度层结, n. 气 对流层, n. 气 同温层,平流层Stratosphere高度为1250 km；温度随高度的增高而递增；垂直对流少，大气稳定。（-56 -2 ）,135176 nm; 240260 nm,O3 + hv O + O2,200-300 nm, 300-360 nm max = 254 nm,小 知 识decimete
3、r (dm); centimeter (cm); millimeter (mm); micrometer (m) (测微计、千分尺、微米)；nanometer (nm); angstrom (); liter (L);milliliter (mL); microlitre (L), 大气温度层结,O + O2 + M O3 + M,O2 + hv O + O,angstrom n. 埃（光谱线波长单位）, 大气温度层结,中间层 Mesosphere高度为4878 km；气温随高度的增加而降低；空气运动激烈；(meso-),热层 (电离层) Thermosphere高度为80800 km；温度随
4、高度增加而迅速上升；,散逸层 Exosphere 空气非常稀薄, n. 气 中间层, n. 气 热层, n. 气 外逸层,对流层顶, 大气温度层结,图2-1 大气温度的垂直分布,图2-2 大气密度的垂直分布,热层,中间层顶,中间层,平流层顶,平流层,对流层,100,80,60,40,20,0,160,200,240,280,T(K),Z(km),0.8, 大气温度层结,Major regions of the atmosphere (not to scale).,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,Earth,Sea level,Stratosphere,N2, O2 H2O,
5、 CO2,Troposphere,Mesosphere,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,OO2O2+, O+, NO+,1200 km, O=O2,High energy ultraviolet: 330 nm, penetration to Eearths surface,Ultraviolet: 200-330 nm, penetration to 50 km
6、,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,1.2大气的演化及其组成,大气的组成 大气是由多种气体和水蒸气组成的混合物，由恒定气体、可变气体和不定气体组成。恒定气体在地球上任何地方的体积分数几乎是不变的；可变气体的含量往往随各地季节、天气变化和人类活动的状况而变化的；不定气体包括自然灾害和人为原因造成的大气污染物及有毒气体，后者是人类保护大气和防治大气污染的主要对象。,大气组成,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：
7、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。,2大气污染物及来源2.1大气污染 按照国际标准化组织(1SO)作出的定义：大气污染通常是指由于人类活动和自然过程引起某种物质进入大气中，呈现出足够的浓度，达到了足够的时间并因此而危害了人体的舒适、健康和福利或危害了环境的现象。,2.2大气污染的分类,(1)大气污染按其影响所及范围可分为四类：局部性污染、地区性污染、广域性污染、全球性污染。(2)根据能源性质和大气污染物组成和反应，一般特大气污染划分为四种类型：煤炭型、石油型、混合型、特殊型。,2.2大气污染的分类,石
8、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)。煤炭型污染的一次污染物是烟气、粉尘和二氧化硫。二次污染物是硫酸及其盐类所构成的气溶胶。,混合型污染是指以煤炭为主，还包括以石油为燃料的污染源而排放出的污染物体系。此种污染类型是由煤炭型向石油型过渡的阶段，它取决于一个国家的能源发展结构和经济发展速度，特殊型污染是指某些工矿企业排放的特殊气体所造成的污染，如氯气、金属蒸汽或硫化氢、氯化氢等气体。,2.2大气污染的分类,(3)根据污染物的化学性质及其存在的大气环境状况，可将大气污
9、染划分为两种类型：还原型和氧化型。还原型是指以煤、石油等为燃料所产生的大气污染，实质上就是第二种分类方法中的煤炭型和混合型污染。伦敦烟雾事件氧化型是指以石油为燃料所产生的大气污染，实质上就是第二种分类方法中的石油型污染。洛杉矶光化学烟雾,2.2大气污染的分类,光化學煙霧【洛杉機煙霧】,光化学烟雾是碳氢化合物和氦氧化物在阳光作用下发生光化学反应生成的。美国洛杉矾光化学烟雾事件发生在1940年，其表现是白色烟雾(有时带紫色或黄褐色)，大气能见度降低，具有特殊气味，刺激眼睛和喉粘膜使呼吸困难。其中生成的03 。可使橡胶制品开裂，使植物叶片变黄甚至枯萎，烟雾一般发生在相对湿度较低的夏季晴天，出现在中午
10、或刚过中午，夜间消失。大气中光化学氧化剂（03等)浓度很高。,倫敦煙霧(灰煙霧),伦敦曾多次发生煤烟事件，其中最严重的一次是于1962年12月5日发生的，历时5天，死亡4000多人。伦敦型烟雾是由居民、工厂取暖排放的煤烟和冬季早晨的雾相伴而生。构成这次事件的一次污染物是SO2和煤尘，其二次污染物主要是硫酸雾和硫酸盐气溶胶。硫酸雾是大气中的SO2在相对湿度比较高、气温比较低，而且又有煤烟颗粒物存在时所发生的催化反应而形成的。,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、地展、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
11、多指后者。 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，污染源的类型有四种划分方法：,2.3大气污染源,(1)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,2.3大气污染源,(2)按污染物排放的方式可划分为高架源、面源、线源，此划分法适用于大气扩散计算。(3)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
12、方法适用于分析大气污染物排放的时间规律。(4)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。,2.3大气污染源,工业污染源 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：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。,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,农业污染源 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，
13、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。,交通运输污染源 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。,从油箱和汽化器中挥发的汽油碳氢化合物20%,从曲轴箱漏出的气体碳氢化合物 20%,汽 车 排 气一氧化碳碳氢化合物氮氧化物,生活污染源 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，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。但是，随
14、着城市电气化的推进，城市生活污染源将从根本上得到遏制。,2.4 大气污染物,一次污染物：直接从污染源排入大气的各种气体、颗粒物质等。二次污染物：某些一次污染物在大气中与其他化学物结合而发生化学反应产生的新的污染物。颗粒物含硫化合物含氮化合物碳氧化合物碳氢化合物卤化物,飘尘,概念颗粒物：悬浮在大气中的微粒之统称。降尘： 粒径 10微米的固体颗粒物。飘尘： 粒径 10微米的固体颗粒物。,来源天然 人为：燃料燃烧；工业生产；汽车排气。,世界卫生组织和联合国环境组织发表的一份报告说：“空气污染已成为全世界城市居民生活中一个无法逃避的现实。” 大气污染的危害主要包括以下五个方面： 1、对人的伤害 2、危
15、害生物生存和发育 3、物体腐蚀 4、粉尘危害 5、对全球大气环境的影响 酸雨、温室效应、臭氧层破坏（基本概念）,2.5大气污染的危害,某些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。,2.5大气污染的危害,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
16、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。,某些大气污染物对人体的危害,2.5大气污染的危害,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，强直性痉挛，血压下降
17、，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。,某些大气污染物对人体的危害,2.5大气污染的危害,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,某些大气污染物对人体的危害,2.5大气污染的危害,烟尘、粉尘污染,农田大气污染,酸雨因pH小于5.6，造成土壤、岩石中
18、的有毒金属元素溶解，流入河川或湖泊，严重時使得魚类大量死亡。,大气污染物对仪器、设备和建筑物等，都有腐蚀作用。如金属建筑物出现的锈斑、古代文物的严重风化等。,美国纽约的自由女神像也饱受酸雨的侵蚀,11：30的王府井麦当劳路口,由于本地或附近尘沙被风吹起而造成的扬沙、沙尘暴与浮尘,其共同特点是能见度明显下降，出现时天空混浊，一片黄色。扬沙天气风较大，影响的能见度在1公里到10公里之间；沙尘暴风很大，能见度小于公里。而浮尘是由于远地或本地产生沙尘暴或扬沙后，尘沙等细粒浮游空中而形成，俗称“落黄沙”，出现时远方物体呈土黄色，太阳呈苍白色或淡黄色，能见度小于10公里。,沙尘笼罩下的呼和浩特五塔寺(20
19、01年6月14日),温室效应：地球大气中存在一些微量气体，如二氧化碳、一氧化碳、水蒸气、甲烷、氟利昂等，它们能让太阳短波辐射通过，同时吸收地面和空气放出的长波辐射（红外线），从而造成近地层增温。我们称这些微量气体为温室气体，它们的增温作用为温室效应。酸雨：pH值低于5.6的降水。臭氧空洞：由于地面向大气排放氯氟烃化合物过多，导致平流层里局部臭氧层浓度降低，我们称此低浓度臭氧区为“臭氧空洞” 。,全球大气环境问题,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,4%,地球表面反射,47%,17%,6%,9%,15%,9%,24%,24%,52%,48%,100%,10%,25%,云吸收,浮尘,被臭氧、水
20、蒸气、碳酸气等吸收,散射,太阳辐射通过大气到达和离开地球的情况,反射,地球外部太阳辐射（包括紫外、可见光、红外）, 温室气体和温室效应,一部分太阳辐射被地球和大气反射,大气,太阳辐射穿过晴空大气,大部分太阳辐射被地表吸收使地表变暖,地表放射的 红外辐射,一些红外辐射被温室气体吸收并重又放射出，这种效应使地表和低层大气变暖。, 温室气体和温室效应,大气中的CO2、CH4等气体可以强烈地吸收波长1200-1630 nm的红外辐射，因而它在大气中的存在对截留红外辐射能量影响较大。这些气体如同温室的玻璃一样，它允许来自太阳的可见光到达地面，但阻止地面重新辐射出来的红外光返回外空间，因此，这些温室气体起
21、到了单向过滤作用，吸收了地面辐射出来的红外光，把能量截留在大气之中，从而使大气温度升高，这种现象称为温室效应。,温室气体的作用, 温室气体和温室效应,图4-8. Mauns Loa 岛本底站测定的大气中CO2的浓度变化(唐孝炎，1990),1960 1965 1970 1975 1980 1985 年,340330320310,CO2(mL/m3), 温室气体和温室效应,气 体 大气中浓度（L/m3） 年平均增长率（%）二氧化碳 344 000 0.4甲 烷 1 650 1.0一氧化碳 304 0.25 二氯乙烷 0.13 7.0臭 氧 不定 CFC 11 0.23 5.0 CFC 12 0.
22、4 5.0四氯化碳 0.125 1.0注：本表摘自俊藤搏俊，1990。,大气中具有温室效应的气体, 温室气体和温室效应,Relative importance of the five most important greenhouse gases,Percentage of Tropospheric Warning (Hansen et al., 1989), 温室气体和温室效应,大气中能产生温室效应的气体主要有二氧化碳,甲烷,臭氧,氟氯烃,氧化氮和水汽等.工业化之后,大气中的二氧化碳含量由280ppm增加到大于356ppm,超过了12万年的最高值(300ppm)；甲烷由0.8ppm增加到1.
23、7ppm；氮的氧化物由280ppm增加到310ppm。以上对增温影响最大的是二氧化碳，占55%。而且，目前发现，以上气体除了甲烷外，全部的寿命都在100年以上。就是说，即使现在不排放任何废气，也得等100年或更长的时间才能够恢复原状。, 温室气体和温室效应,海平面上升的问题。研究表明：1950-1992年间。加州南部海岸带的海平面升高了7.6cm。其中，100米以上浅水区升温0.8摄氏度。中国国家测绘局1992年8月公布，我国海平面年平均升高2-3毫米。天津，莱州湾，长江口，珠江三角洲出现了大面积地面沉降。天津1985-1987年三年下沉了187毫米。塘沽新港码头1966-1985年20年下沉
24、了0.5米，导致屡遭海潮袭击。IPPC（世界气候变化委员会）的出结论：大概每十年，海平面上升3-10厘米。水资源的问题。气候变暖，使一些地区雨量增多，一些地区雨量减少。研究表明，气候变暖会导致地球上的水资源重新分布，总的来看，中纬度有些地方雨水会减少。气候变暖，对农业生产，森林草原，人类身体健康等均有严重的影响。所以，温室效应，是一个非常严峻的问题。, 温室气体和温室效应,酸 雨,酸雨的正确名称应该是酸性湿沉降，带酸性的污染物可以有两种沉降方式:湿沉降及干沉降。 湿沉降是指那些污染物，随着雨、雪、雾或雹等降水型态而落到地面，雨滴吸收包含了酸性物质，继而降下时再冲刷酸性物质，降到地面； 干沉降则
25、是指没有水份参与的情况下，带酸性物质从空中降下来的方式，通常，大气中酸性物质可被植被吸附或重力沉降到地面。 由于自然界的现象，例如生物的呼吸，火山的活动等等，引致大气中含有二氧化碳和其他带酸的气体，所以，天然雨水本身略带酸性，雨水的酸度也是以酸碱值来表达的。一般雨水的pH值约为 5.6。, 酸性降水,造成雨水带酸的原因很多，其中一个原因来自天然物质。如：火山爆发时，喷出大量的硫化物；海水及湖水释放的硫化氢；动植物分解後释出的有机酸；泥土中的微生物及海藻释放之硫化氢及氮化物等，都会使雨水之pH值降至5.0左右。 工业化後大量使用燃料，燃烧过程中产生出来的二氧化硫，氮氧化物及氯化氢等等，这些污染物
26、被排放至大气当中，经光化学反应生成硫酸、硝酸等酸性物质，使得雨水之pH值降低，形成酸雨。, 酸性降水,二氧化硫（SO2）的主要来源是燃烧燃料，发电厂烧煤或石油时会排出，炼油厂、炼钢厂、硫酸工厂等在生产程序中也会排放不少该种气体。氮氧化物（NOx）是高温燃烧下的产物，来源也跟二氧化硫相似，在燃烧燃料时被排出，另外，交通工具如气车的废气中也含有大量的氮氧化物。氯化氢（HCl）则源自盐酸工厂、焚化炉等的废气、汽油车的排气等。, 酸性降水,上世纪50年代中期美国科学家勒姆发现酸雨可导致湖泊和土壤酸化，即酸雨可形成灾难，但是此成果未能为世人重视。50年代初，北欧国家瑞典和挪威渔业减产，原因不明；1959
27、年挪威科学家才揭示元凶是酸雨。欧洲大陆工业排放大量酸性气体，随高空气流飘到北欧，被雨雪冲刷，所形成酸雨使湖泊酸化，导致渔业减产。 60年代，欧洲建立了欧洲大气化学监测网，继而发现pH值低于4.0 的酸雨地区，集中于地势较低地区，如荷兰，丹麦，比利时等。瑞典科学家奥登研究了欧洲的气象和降水，湖水，土壤的化学变化，证实欧洲大陆存在大面积酸雨，是洲级区域环境问题。, 酸性降水,1973至1975年欧洲经济合作与发展组织开展了专项研究，证实酸雨地区几乎覆盖了整个西北欧。1974年和以后北美证实在美国东北部和与加拿大交界地区亦发现大面积酸雨区域，几乎北美有三分之二陆地面积受到酸雨威胁，甚至在美国夏威夷群
28、岛的迎风一侧，也出现酸雨。再后，东南亚日本、韩国等亦发现大面积酸雨。有位科学家到杳无人烟，且长年冰封雪盖的格陵兰岛，给冰层打钻，取出180年前的冰块，与现在的酸度相比，酸度增长了99倍。至此世人公认酸雨是当前全球性重要区域环境污染问题之一。1986年5月，在环境保护国际会议上，专家们认为，酸雨现象正在发展，它已成为严重威胁世界环境的十大问题之一。, 酸性降水,地球的南极和北极,终年冰雪,罕见人至,但80年代,挪威科学家在北极圈内大面积地区都测到酸雨(酸雪)。他们认为是前苏联南部工业区排放的大气酸性物质, 随气流,几千公里飘移到此地。后来在南极地区也有人曾收集到pH为5.5的酸性降水。这些酸性降
29、水所含的酸性物质,可能来自更远的距离。1998年上半年, 中国南极长城站八次测得南极酸性降水, 其中一次pH值为5.46。当刮偏南风或偏东风时, 南极大陆因为没有人为排放, 大气是新鲜的, 所以测得降水的都接近于中性；当刮西北风时, 来自南美洲和亚太地区的大气污染物将吹到中国南极站所处的南极半岛, 遇到降水, 形成酸雨。, 酸性降水,90年代科学家又在冰雪世界的南极和北极收集到了含有有毒农药成份的“毒雪”。“毒雪”形成与酸雨或酸雪形成过程极为相似。也是人类活动，使用人造的农药到田间,杀虫增产，但农药却进入了环境，通过大气远程传输，在高空中污染物被雨雪冲刷，最终降落地面,危害人类。由“酸雨”,发
30、展到“毒雪”。, 酸性降水,在未被污染的大气中，可溶于水且含量比较大的酸性气体是CO2，如果只把CO2作为影响天然降水pH的因素，根据CO2在全球大气浓度330 mL/m3与纯水的平衡，可以求得降水的pH背景值。,降水的pH, 酸性降水,电中性原理：,解这个方程，得pH=5.6。多年来，国际上一直将此值看作未受污染的大气水的pH背景值。实际上，影响降水pH值的因素很多，近年来，倾向于将pH=5.0作为酸雨的界限。, 酸性降水,溶液一定是电中性的，即阳离子所带电荷总量与阴离子所带电荷总量一定相等。在溶液中，一种离子所带电荷总量可表示为： Q = ZCV式中：Q 为电荷量，Z为离子电荷值，C为物质
31、的量浓度，V为溶液体积。,由于降水要维持电中性，如果对降水中化学组分作全面测定，最后阳离子的当量浓度之和必然等于阴离子的当量浓度之和。,电中性原理：, 酸性降水,某次雨水的分析数据如下：NH4+ = 2.010-6 mol/L, Cl- = 6.010-6 mol/L； Na+ = 3.010-6 mol/L, NO3- = 2.310-5 mol/L； SO42- = 2.810-5 mol/L,则此次雨水的pH值大约为 ： A. 3 B. 4 C. 5 D. 6,分析：根据此数据，可看出两种阳离子Na+和NH4+所带电荷总量小于三种阳离子所带电荷总量，根据溶液中的电荷守恒关系可知，应还有一
32、种阳离子，为H+，其浓度为： H+ = Cl- + NO3- + 2SO42- NH4+ Na+ =6.010-6mol/L + 2.310-5mol/L + 22.810-5mol/L -2.010-6 mol/L - 3.010-6mol/L = 810-5 mol/L则此时雨水的pH = -lg(810-5) = 5-lg8 = 5 - 0.9 4, 酸性降水,酸雨的化学组成,酸雨是大气化学过程和物理过程的综合效应。, 酸性降水,通常测定酸雨含有如下几种离子：,我国酸雨中关键性离子组分是：SO42-, Ca2+, NH4+,(1) 酸性污染物的排放及转化条件； (2) 大气中的氨及其它碱
33、性气体； (3) 颗粒物酸度及缓冲能力； (4) 天气形势影响；,金属催化SO2氧化；中和作用,影响酸雨形成的因素, 酸性降水,1. 重庆的耗煤量只相当于北京的1/3，每年的SO2排放量却为北京的2倍。2. 重庆和贵阳的多山地形；3. 颗粒物缓冲能力；,贵阳,北京,成都,重庆,北京、成都、重庆、贵阳城区总颗粒物缓冲曲线,消耗H+(mol/L ),加入H+ (mol/L ),86420,0 2 4 6 8 10, 酸性降水,酸雨的危害,水的低pH值使得鱼的骨骼畸形生长，最终导致死亡,引起树木的大量不正常死亡,严重腐蚀建筑物, 酸性降水,20世纪50年代，英国的R. A. Smith最早观察到酸雨
34、现象。 我国降水pH小于5.6的地区主要分布在秦岭、淮河以南，pH 小于5.0的地区主要分布在西南、华南、东南沿海一带。 我国酸雨主要致酸物为硫化物(SO42-)。, 酸性降水,中国酸雨的分布变化,我国酸雨的化学特征, 酸性降水,臭氧层破坏,地球大气平流层中的臭氧层,是生命的保护层。地质时代，在臭氧层形成之前，地球生命只能生存于海水中一定深度之下。臭氧层之所以有保护作用，是由于它能吸收太阳的紫外辐射。紫外线能杀死，杀伤生物细胞，或造就细胞、遗传物质畸变，导致生命的死亡和产生各种病变。臭氧层的破坏完全是工业化以后人为影响所致，是氯氟烃这类自然界中没有的化合物消耗臭氧的结果。自1969年以后，除赤
35、道地区外，所有地方的臭氧都减少了3%-5%，南极山空减少了30%-65%，并开始出现臭氧空洞，即成片地方臭氧层消失殆尽。90年代初期，南极上空的臭氧空洞面积达到2000平方千米。,破坏因素：太阳辐射的紫外光中有一部分能量极高，如果到达地球表面，就可能破坏生物分子的蛋白质和基因物质，即我们所熟知的DNA，造成细胞破坏和死亡。 来自于太阳的高能量的紫外辐射在到达地球表面之前，其中高能的紫外线使得高空中（离地面10公里以上）的氧气分子发生分解，产生的氧原子具有很强的化学活性，因此能很快与大气中含量很高的氧分子发生进一步的化学反应，生成臭氧分子。臭氧层被破坏主要是因为人使用了消耗臭氧物质（氟氯烃化合物
36、）影响：一方面直接危害人体健康，另一方面还对生态环境和农林牧渔业造成破坏。, 臭氧层的形成与损耗,臭氧的形成 (天然), 臭氧层的形成与损耗,O2 + hv O + O ( 243 nm)2O + 2O2 + M 2O3 + M,3O2 + hv 2O3,臭氧层存在与对流层上面的平流层中，主要分布在距地面10-50 km的范围内，峰值浓度在20-25 km处。,NO2 + hv NO + O ( 420 nm)O + O2 + M O3 + M,臭氧形成：人为来源,动态平衡：生成和耗损的速率相同，臭氧的浓度保持恒定。,O3 + hv O2 + O O3 + O 2O2,2O3 + hv 3O2
37、,210 290 nm,耗损,Figure 2-4 Variation with altitude of ozone concentration, 臭氧层的形成与损耗,臭氧层耗损由于水蒸气、NOx、氟氯烃等污染物进入平流层，它们能加速臭氧耗损过程，破坏臭氧层的稳定状态。,Figure 2-5. The yearly variation in total ozone (mean values for October) over Halley bay Station, Antarctica., 臭氧层的形成与损耗,The total overhead amount of atmospheric o
38、zone 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) pressure. The normal amount of over-head ozone at temperate latitudes is about 350 DU. Because of
39、stratospheric winds, ozone is transported from tropical toward polar regions. Thus the closer to the equator you live, the less the total amount of ozone that protects you from ultraviolet light.,Dobson units (D. U.), 臭氧层的形成与损耗,假设可催化臭氧分解的物质为Y，则有如下反应：,超音速飞机可以排放NO。,平流层中NO, NO2的主要天然来源是N2O的氧化：,N2O是无色气体，
40、低层空气中含量最高的含氮化合物，主要是天然来源，惰性较大。,N2O + O 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, 臭氧层的形成与损耗,平流层HOX主要是由H2O, CH4 或H2与O反应而生成的。, 臭氧层的形成与损耗,ClOx的人为来源是制冷剂，如F-11(CFCl3)和F-12(CF2Cl2)，它们在波长175-220 nm的紫外光照射下会产生Cl。, 臭氧层的形成与损耗,The stratosphere chlorine co
41、ncentration currently is 3.5 ppb, which is twice as great as it was in the 1970s and six times the background 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,Freo
42、n is a commercial trade name 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（商标名，一种无色气体冷冻剂）, 臭氧层的形成与损耗,The chemical formulas for individuals CFCs, such as
43、CFC-11, can be deduced from their code number by adding 90. The resulting digits correspond, respectively, to the number of carbon, hydrogen, 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 flu
44、orine. Since that the total number of noncarbon atoms 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 for CFC-11, 2n+2=4, so the number of chlorine atoms is 4-(0+1)=3, and its formula is CFCl3.,
