第二章大氣環(huán)境化學2

1、 2.2 大氣中污染物的轉(zhuǎn)化大氣中污染物的轉(zhuǎn)化 2.2.1 光化學反應基礎光化學反應基礎 2.2.2 大氣中重要自由基來源大氣中重要自由基來源 2.2.3 氮氧化物的轉(zhuǎn)化氮氧化物的轉(zhuǎn)化 2.2.4 碳氫化合物的轉(zhuǎn)化碳氫化合物的轉(zhuǎn)化 2.2.5 光化學煙霧光化學煙霧 2.2.6 硫氧化物的轉(zhuǎn)化及硫酸型煙霧硫氧化物的轉(zhuǎn)化及硫酸型煙霧 2.2.7 酸性降水酸性降水 2.2.8 大氣顆粒物大氣顆粒物 2.2.9 溫室氣體和溫室效應溫室氣體和溫室效應 2.2.10 臭氧層的形成與耗損臭氧層的形成與耗損 2.2 大氣中污染物的轉(zhuǎn)化大氣中污染物的轉(zhuǎn)化 LOGO 2.2.6 硫氧化物的轉(zhuǎn)化及硫酸煙霧型污染硫氧

2、化物的轉(zhuǎn)化及硫酸煙霧型污染 大氣中的硫氧化物（大氣中的硫氧化物（SOx)包括包括SO2、SO3、 H2SO4、SO42-，其中，其中SO2是一次污染物。是一次污染物。 含硫礦物燃料燃燒過程中直接排入大氣，煤含硫礦物燃料燃燒過程中直接排入大氣，煤 含硫含硫 0.5-6%，石油含硫，石油含硫 0.5 - 3%。 天然來源主要是天然來源主要是火山噴發(fā)火山噴發(fā)。 LOGO 硫氧化物的轉(zhuǎn)化硫氧化物的轉(zhuǎn)化 SO2的氣的氣 相氧化相氧化 SO2的液的液 相氧化相氧化 直接光氧化直接光氧化 被自由基氧化被自由基氧化 O2氧化氧化 O3和和H2O2氧化氧化 金屬離子的催化氧化金屬離子的催化氧化 LOGO 2 3

3、 2 2 1 2 )400340( )340290( SOnmhSO SOnmhSO SO2的氣相氧化的氣相氧化 直接光氧化直接光氧化 1SO2為單重態(tài)， 為單重態(tài)，電子自旋，反向，能態(tài)高電子自旋，反向，能態(tài)高 3SO2為三重態(tài)， 為三重態(tài)，電子自旋，平行，能態(tài)低電子自旋，平行，能態(tài)低 是大氣環(huán)境中重要的是大氣環(huán)境中重要的SO2物質(zhì)形態(tài)。物質(zhì)形態(tài)。 LOGO 。 MSOMSO 2 3 2 1 MSOMSO 22 1 SO2的氣相氧化的氣相氧化 能量較高單重態(tài)的激發(fā)態(tài)能量較高單重態(tài)的激發(fā)態(tài)SO2分子很不穩(wěn)定，立即分子很不穩(wěn)定，立即 可以通過放出磷光轉(zhuǎn)變?yōu)槿貞B(tài)或基態(tài)可以通過放出磷光轉(zhuǎn)變?yōu)槿貞B(tài)或

4、基態(tài). SO2直接吸收光激發(fā)為直接吸收光激發(fā)為3SO2的量極微，因的量極微，因 此此1SO2的衰變?yōu)榇髿庵械乃プ優(yōu)榇髿庵?SO2提供了一個重提供了一個重 要的生成途徑。要的生成途徑。 LOGO OSOOSO 322 3 32 3 SOOSO MSOMSO 22 3 淬滅失活。淬滅失活。 SO2的氣相氧化的氣相氧化 大氣中大氣中3SO2分子比基態(tài)分子比基態(tài)SO2分子容易被直接氧化：分子容易被直接氧化： 3SO2分子在大氣中比較穩(wěn)定，壽命比較長， 分子在大氣中比較穩(wěn)定，壽命比較長， 所以所以3SO2對于氧化和酸雨的形成有重要貢獻。對于氧化和酸雨的形成有重要貢獻。 因為基態(tài)的因為基態(tài)的SO2分子沒有

5、分子沒有3SO2分子化學性質(zhì)分子化學性質(zhì) 活潑，所以活潑，所以3SO2對于酸雨的貢獻更大。對于酸雨的貢獻更大。 LOGO 22 HOSOHOSO M 4223 SOHOHSO 3222 SOHOOHOSO M （活性自由基）（活性自由基） 22 NOHONOHO 使得使得HO 又再生，上述氧化過程又循環(huán)進又再生，上述氧化過程又循環(huán)進 行，其速率決定步驟為行，其速率決定步驟為SO2和和HO的反應。的反應。 被自由基氧化（被自由基氧化（OH，HO2 ，RO2 等）等） SO2與與 HO自由自由 基的反應基的反應 LOGO 322 SOHOSOHO 33223 SOOCHSOOCH 33223 )(

6、)(SOOOCCHSOOOCCH Criegee基（二元活性自由基）基（二元活性自由基） . CHOOCH3332 SOCHOCHSO . 與其他自由基的反應與其他自由基的反應 LOGO ONOhvNO K 1 2 3 4 2 SOOSO K SO2的氣相氧化的氣相氧化 被氧原子氧化被氧原子氧化 自由基對氣相自由基對氣相 中中SO2損耗的損耗的 貢獻貢獻:HO 氧化氧化 SO2的反應速的反應速 率常數(shù)為最大率常數(shù)為最大; 其次為其次為O。 LOGO SO2可溶于云霧、水滴中，然后被可溶于云霧、水滴中，然后被O2、O3或或 H2O2氧化。當有金屬離子存在時，氧化。當有金屬離子存在時，SO2的氧的

7、氧 化速率可大大加快。化速率可大大加快。 SO2的液相氧化即受的液相氧化即受擴散溶解擴散溶解制約，又與液制約，又與液 滴中滴中氧化劑氧化劑、金屬離子金屬離子的濃度有關。的濃度有關。 SO2的液相氧化的液相氧化 LOGO 被水直接吸收：被水直接吸收： SO2 + H2O SO2.H2O KH SO2 + H2O H+ + HSO3- Ks1 HSO3- H+ + SO32- Ks2 SO2的液相氧化的液相氧化 LOGO SO2的液相氧化的液相氧化 v在高在高pH范圍范圍S()以以SO32-為主，中間為主，中間pH 以以HSO3-為主，而低為主，而低pH時以時以SO2H2O為主。為主。 實際上，由

8、于實際上，由于S()在不同化學反應中存在在不同化學反應中存在 著不同的形態(tài)，如液相反應中出現(xiàn)著不同的形態(tài)，如液相反應中出現(xiàn)HSO3-或或 SO32-時，那么其反應速度將依賴于時，那么其反應速度將依賴于pH。 LOGO HSOOOHSO422 2 4222 HSOOHSO222 2 423 2 42 2 3 22SOOSO 液相中液相中O2對對SO2的氧化：的氧化： LOGO 2 2 4 0 223 2OSOHOHSOO K 24 1 33 OHSOHSOO K 2 2 4 2 2 33 OSOSOO K OHOOHSOOHHSO 22223 2 422 SOHHOOHSO H2O2在在pH為為

9、08范圍：范圍： 液相中液相中O3和和H2O2對對SO2的氧化的氧化 當當O30.05ml/m3,pH5.5的條件下，的條件下，O3對對 SO2的氧化作用大于的氧化作用大于O2的作用。的作用。 LOGO 微量的微量的Fe、Mn及其金屬離子可作為催化劑。及其金屬離子可作為催化劑。 以以錳鹽錳鹽的催化效率最高。的催化效率最高。 SO2H2O+Mn2+ MnSO22+ H2O 2MnSO22+ + O2 2 MnSO32+ MnSO32+ + H2O Mn2+ H2SO4 總反應：總反應：2SO2 + 2H2O +O2 2H2SO4 SO2的催化氧化的催化氧化 LOGO 2322 OOOH RRRR

10、 催 pH4或或5, 25 各種液相氧化速率大約為：各種液相氧化速率大約為： 經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)大氣中每小時約有經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)大氣中每小時約有18%的的SO2在在 液相中被氧化。液相中被氧化。 LOGO SO2的液相氧化的液相氧化 大氣中大氣中SO2的氧化有多種途徑，其主要途徑的氧化有多種途徑，其主要途徑 是是SO2的的氣相氧化氣相氧化和和液相氧化液相氧化。 SO2的氧化轉(zhuǎn)化機制因具體條件而異，一的氧化轉(zhuǎn)化機制因具體條件而異，一 般般白天低濕度白天低濕度條件下，以條件下，以氣相氧化氣相氧化為主和為主和 光氧化光氧化為主。而在為主。而在高濕度條件高濕度條件下，則以下，則以液液 相催化相催化氧化為主。氧化為主

11、。 LOGO SO2的氧化小結(jié)的氧化小結(jié) 在低在低pH條件下，條件下，SO2的溶解度隨的溶解度隨酸度酸度增大而增大而 降低。降低。 溫度對氧化反應速率的影響是兩方面競爭的溫度對氧化反應速率的影響是兩方面競爭的 結(jié)果。結(jié)果。 溫度低，氣體溶解度較大，但反應速溫度低，氣體溶解度較大，但反應速 率常數(shù)隨溫度降低而減小。但以率常數(shù)隨溫度降低而減小。但以溶解的增加溶解的增加 占主導作用。占主導作用。 LOGO 3硫酸煙霧型污染硫酸煙霧型污染 由于煤燃燒而排放出來的由于煤燃燒而排放出來的SO2、顆粒物以及、顆粒物以及 由由SO2氧化所形成的氧化所形成的硫酸鹽顆粒物硫酸鹽顆粒物所造成的所造成的 大氣污染現(xiàn)象

12、大氣污染現(xiàn)象. 發(fā)生在冬季，氣溫低，濕度高，日光弱發(fā)生在冬季，氣溫低，濕度高，日光弱 1952年年12月倫敦煙霧月倫敦煙霧 LOGO 1952 年年12月月4日，倫日，倫 敦城發(fā)生了一次世界敦城發(fā)生了一次世界 上最為嚴重的上最為嚴重的“煙霧煙霧” 事件：期間，有事件：期間，有4700 多人多人因呼吸道病而死因呼吸道病而死 亡；霧散以后又有亡；霧散以后又有 8000多人多人死于非命。死于非命。 這就是震驚世界的這就是震驚世界的 “霧都劫難霧都劫難”。 LOGO 硫酸煙霧與硫酸煙霧與光化學煙霧光化學煙霧的比較的比較 硫酸煙霧型污硫酸煙霧型污 染物，從化學染物，從化學 上看是屬于上看是屬于還還 原性

13、原性混合物，混合物， 稱還原性煙霧。稱還原性煙霧。 光化學煙霧是光化學煙霧是 高濃度氧化劑高濃度氧化劑 的混合物，因的混合物，因 此也稱為此也稱為氧化氧化 煙霧。煙霧。 LOGO 2.2.7 酸性降水酸性降水 1 降水的降水的pH 2 降水降水pH的背景值的背景值 3 降水的化學組成降水的化學組成 4 酸雨的化學組成酸雨的化學組成 5 影響酸雨形成的因素影響酸雨形成的因素 LOGO 酸沉降酸沉降 濕沉降濕沉降 （酸性降水）（酸性降水） 干沉降干沉降 酸性降水是指通過降水（雨、雪、霧、酸性降水是指通過降水（雨、雪、霧、 雹等）將大氣中的雹等）將大氣中的酸性酸性物質(zhì)遷移到地面物質(zhì)遷移到地面 的過程

14、。最常見的就是的過程。最常見的就是酸雨酸雨。 LOGO 酸沉降酸沉降 1872年，由英國科學家年，由英國科學家R.A.Smith最早提出最早提出酸雨酸雨 的概念。的概念。 降水的第一個監(jiān)測網(wǎng)于降水的第一個監(jiān)測網(wǎng)于1850年在英國建立。年在英國建立。1930 年，年，potter最早采用最早采用pH來表示雨水、飲用水等來表示雨水、飲用水等 的測定結(jié)果。的測定結(jié)果。 我國對酸性降水的研究始于上個世紀我國對酸性降水的研究始于上個世紀70年代末年代末 期，北京，上海，南京，期，北京，上海，南京，重慶重慶，貴陽等地均出，貴陽等地均出 現(xiàn)過，其中以西南地區(qū)最為嚴重?，F(xiàn)過，其中以西南地區(qū)最為嚴重。 LOGO

15、 酸性降水的危害酸性降水的危害 Ca,Fe,Mg等重要營養(yǎng)元素從等重要營養(yǎng)元素從 土壤中溶出和流失；有害重土壤中溶出和流失；有害重 金屬被淋溶出來；不利于金屬被淋溶出來；不利于N 的有效利用。的有效利用。 抑制植物種子發(fā)芽，破壞抑制植物種子發(fā)芽，破壞 葉面保護層和表皮組織，葉面保護層和表皮組織， 陽離子從葉片析出陽離子從葉片析出 1.對土壤的影響對土壤的影響 2. 對植物的危害對植物的危害 3. 對水體的影響對水體的影響 4. 對材料的影響對材料的影響 LOGO 降水的降水的pH背景值背景值 未被污染的大氣中，可溶于水并含量較大的未被污染的大氣中，可溶于水并含量較大的 酸性氣體是酸性氣體是CO

16、2， 如果只把如果只把CO2 作為影響天作為影響天 然水然水pH的因素，根據(jù)的因素，根據(jù)CO2（全球大氣濃度為（全球大氣濃度為 330ml/m3）與純水的平衡，可以計算出降水）與純水的平衡，可以計算出降水 的的pH值。值。 LOGO OH) g (CO 22 OHCO 22 KH OHCO 22 3 HCOH Ka1 3 HCO 2 3 COH Ka2 在一定溫度條件下，在一定溫度條件下，Kw、 KH、 Ka1、 Ka2、pCO2有固定值，將數(shù)據(jù)代入平有固定值，將數(shù)據(jù)代入平 衡方程式可求得衡方程式可求得pH=5.6。 降水的降水的pH背景值背景值 LOGO 降水的降水的pH背景值背景值 已知雨

17、水的已知雨水的pH值約為值約為5.6，可看作未受污染，可看作未受污染 的大氣降水的的大氣降水的pH背景值，背景值，并作為判斷酸雨的并作為判斷酸雨的 界限。界限。 但由于大氣中可能存在的酸、堿性氣態(tài)物質(zhì)，但由于大氣中可能存在的酸、堿性氣態(tài)物質(zhì)， 氣溶膠等除氣溶膠等除CO2 外，還可能有外，還可能有H2SO4、 HNO3、NH3等，都對雨水等，都對雨水pH 值值 有貢獻，有貢獻，因因 此僅用此僅用 pH=5.6判斷不一定合理。判斷不一定合理。 LOGO 降水的降水的pH背景值背景值 LOGO 降水的化學組成降水的化學組成 大氣中固大氣中固 定的氣體定的氣體 組分組分 無機物無機物有機物有機物 光化

18、學反光化學反 應產(chǎn)物應產(chǎn)物 不溶物不溶物 O2、N2、 CO2、H2和和 惰性氣體等惰性氣體等 有機酸、醛、有機酸、醛、 烷烴、烯、芳烷烴、烯、芳 烴等。烴等。 H2O2、O3、 PAN等等 LOGO 土壤衍生礦物土壤衍生礦物 Al3+、Ca2+、Mg2+,Fe3+, Mn2+, SiO32- ； 海洋鹽類海洋鹽類 Na+、Cl-、Br-、SO42-、 HCO3-及少及少 量量K+、Ca2+、Mg2+、 I-、PO43-等；等； 氣體轉(zhuǎn)化物質(zhì)氣體轉(zhuǎn)化物質(zhì) SO42-、NO3-、 H+、 NH4+、 人為排放的各種金屬等人為排放的各種金屬等。 無機物無機物 LOGO 降水的離子組成中對環(huán)境降水的

19、離子組成中對環(huán)境影響最大影響最大的是：的是： SO42-、NO3-、Cl-、NH4+、Ca2+、H+ 這些離子參與地表土壤平衡，對陸地和水這些離子參與地表土壤平衡，對陸地和水 生生態(tài)有很大影響。生生態(tài)有很大影響。 LOGO 32 SOOSO 42232 3222 4223 2 1 SOHOSOH SOHOHSO SOHOHSO 2322 2 2 HNOHNOOHNO NOONO 酸雨的形成酸雨的形成 酸雨中含有多種無機酸和有機酸，其中絕大酸雨中含有多種無機酸和有機酸，其中絕大 部分是部分是硫酸硫酸和和硝酸硝酸，多數(shù)情況以，多數(shù)情況以硫酸硫酸為主。為主。 氣相反應氣相反應 液相反應液相反應 LO

20、GO H+、Ca2+、NH4+、Na+、K+、Mg2+ SO42-、NO3-、Cl-、HCO3- 酸雨的主要化學組成酸雨的主要化學組成 其中起主要其中起主要 作用的是作用的是 SO42-，其次，其次 是是NO3-和和CI- 大氣顆粒物中的大氣顆粒物中的Fe、 Mn、V等元素是催等元素是催 化劑，光化學反應化劑，光化學反應 的產(chǎn)物的產(chǎn)物 O3、H2O2 是是 SO2的氧化劑。的氧化劑。 LOGO 酸雨的主要化學組酸雨的主要化學組 成成 CaO、CaCO3、NH3 是酸性降水的具有是酸性降水的具有“緩緩 沖作用沖作用”的物質(zhì)，的物質(zhì)， 其中降水中的其中降水中的Ca2+提供了提供了 相對大的中和能力

21、，相對大的中和能力，NH4+的分布與土壤的性的分布與土壤的性 質(zhì)有關，北方堿性土壤地區(qū)降雨中質(zhì)有關，北方堿性土壤地區(qū)降雨中NH4+含量含量 相對高一些。相對高一些。 降水中有毒金屬元素也已引起人們的關注，降水中有毒金屬元素也已引起人們的關注， 金屬元素的濕沉降明顯受到人為活動的影響金屬元素的濕沉降明顯受到人為活動的影響 。 LOGO 酸雨的主要化學組成酸雨的主要化學組成 LOGO LOGO 酸雨的主要化學組成酸雨的主要化學組成 LOGO 影響酸雨形成的因素影響酸雨形成的因素 酸性污染物酸性污染物 的排放的排放 大氣中的大氣中的NH3 大氣中的大氣中的NH3與與H2SO4氣溶膠氣溶膠 形成中性的

22、形成中性的NH4HSO4，它降，它降 低了雨水的酸度，從而抑制了低了雨水的酸度，從而抑制了 酸雨的形成。酸雨的形成。 來源來源:有機物的分解，含氮肥料的揮發(fā)。土有機物的分解，含氮肥料的揮發(fā)。土 壤中壤中NH3的揮發(fā)隨土壤的揮發(fā)隨土壤pH值的上升而增大，值的上升而增大， 北方土壤北方土壤pH值在值在7- 8之間，南方土壤之間，南方土壤pH值值5- 6，因為北方大氣中的，因為北方大氣中的NH3高。高。 LOGO LOGO 影響酸雨形成的因素影響酸雨形成的因素 顆粒物的酸度及顆粒物的酸度及 其緩沖能力其緩沖能力 大氣顆粒物組成復雜，主要來大氣顆粒物組成復雜，主要來 源于揚塵，其化學組成與土壤源于揚塵

23、，其化學組成與土壤 相同，此外還有礦物燃料燃燒相同，此外還有礦物燃料燃燒 形成的飛塵。形成的飛塵。 天氣形勢的影響天氣形勢的影響 金金 屬屬 催化催化SO2氧化氧化 顆粒物顆粒物 酸性物酸性物 貢獻酸雨貢獻酸雨 堿性物堿性物 中和酸起緩沖作用中和酸起緩沖作用 LOGO 酸雨的控制對策酸雨的控制對策煤炭脫硫技術煤炭脫硫技術 物理法：物理法：利用煤炭顆粒與含硫化合物的比重、利用煤炭顆粒與含硫化合物的比重、 磁性和導電性去除無機硫。磁性和導電性去除無機硫。 化學法：化學法：將硫氧化或置換將硫氧化或置換。 生物法：生物法：利用微生物選擇性地氧化有機硫或利用微生物選擇性地氧化有機硫或 無機硫。無機硫。

24、開發(fā)熱點：開發(fā)熱點：生物浸出法和表面處理法。生物浸出法和表面處理法。 1.燃前脫硫法燃前脫硫法 LOGO （1）石灰）石灰/石灰石法石灰石法 （2）氨法）氨法 （3）雙堿法）雙堿法 （4）金屬氧化物吸收法）金屬氧化物吸收法 （5）活性炭吸附法）活性炭吸附法 （6）尿素法）尿素法 （7）電子束法）電子束法 （8）電化學法）電化學法 酸雨的控制對策酸雨的控制對策煙氣脫硫法煙氣脫硫法 2.2.8 大氣顆粒物大氣顆粒物 1 大氣顆粒物的來源大氣顆粒物的來源 2 大氣顆粒物的粒度和表面性質(zhì)大氣顆粒物的粒度和表面性質(zhì) 3 大氣顆粒物的化學組成大氣顆粒物的化學組成 4 大氣顆粒物的去除過程大氣顆粒物的去除過

25、程 LOGO 大氣顆粒物大氣顆粒物 分散在大氣中的各種分散在大氣中的各種固體固體和和液體液體微?？偡Q微?？偡Q 為為大氣顆粒物大氣顆粒物（particulate matter, PM)。 大氣顆粒物處于氣溶膠體系，即大氣中均大氣顆粒物處于氣溶膠體系，即大氣中均 勻地分散著各種固體或液體微粒，沉降速勻地分散著各種固體或液體微粒，沉降速 度極小，常用粉塵、煙、煤煙、沉粒、輕度極小，常用粉塵、煙、煤煙、沉粒、輕 霧、濃霧、煙氣等來描述。霧、濃霧、煙氣等來描述。 LOGO 大氣顆粒物大氣顆粒物 單位體積空氣中的顆粒物總質(zhì)量常用單位體積空氣中的顆粒物總質(zhì)量常用總懸總懸 浮顆粒物浮顆粒物（total sus

26、pended particulates, TSP ) 表示，單位：表示，單位：mg/m3 我國大氣環(huán)境質(zhì)量標準中規(guī)定我國大氣環(huán)境質(zhì)量標準中規(guī)定TSP的一級、的一級、 二級和三級標準分別為二級和三級標準分別為0.15、0.30和和 0.50mg/m3。 LOGO 2.在過飽和水蒸氣的存在下，在過飽和水蒸氣的存在下， 粒徑粒徑0.1m的顆?？勺鳛榈念w粒可作為 凝結(jié)核凝結(jié)核. 3.飄塵，易將污染物傳飄塵，易將污染物傳 輸?shù)胶苓h的地方。輸?shù)胶苓h的地方。 5.氣溶膠粒子中的碳黑能吸氣溶膠粒子中的碳黑能吸 收太陽輻射，使大氣溫度升收太陽輻射，使大氣溫度升 高；而硫酸鹽粒子對太陽輻高；而硫酸鹽粒子對太陽輻

27、射具有反射作用，使大氣溫射具有反射作用，使大氣溫 度降低。度降低。 大氣顆粒物對環(huán)境的影響大氣顆粒物對環(huán)境的影響 1.降低大氣能見度降低大氣能見度 2.凝結(jié)核作用凝結(jié)核作用 3. 擴大污染范圍擴大污染范圍 4. 參與和影響大氣參與和影響大氣 化學反應化學反應 7. 損害人體健康損害人體健康 6.在酸沉降和富營在酸沉降和富營 養(yǎng)化中的重要影響?zhàn)B化中的重要影響 5.對全球氣候的影響對全球氣候的影響 LOGO 海洋表面約海洋表面約2%覆蓋著白色覆蓋著白色 濺沫，在海面強大風力的濺沫，在海面強大風力的 作用下，形成細小的粒子。作用下，形成細小的粒子。 大氣顆粒物的來源大氣顆粒物的來源 大氣顆粒物大氣顆

28、粒物 海鹽粒子海鹽粒子揚揚 塵塵燃燒產(chǎn)物燃燒產(chǎn)物 LOGO o p gpKDD Dg幾何直徑，幾何直徑， K形狀系數(shù)形狀系數(shù) (球形球形K=1.0) p忽略了浮力效應的粒密度忽略了浮力效應的粒密度 o參考密度（參考密度（o=1g/cm3） 大氣顆粒物的粒度大氣顆粒物的粒度 大氣顆粒物實際上并不是球體，多為不規(guī)大氣顆粒物實際上并不是球體，多為不規(guī) 則的粒子，因此顆粒物的粒徑不能僅指其則的粒子，因此顆粒物的粒徑不能僅指其 直徑，需用直徑，需用有效直徑有效直徑 來表示。即來表示。即空氣動力空氣動力 學直徑學直徑（Dp）. LOGO 大氣顆粒物的粒度大氣顆粒物的粒度 Dp表示與所研究的粒子有相同終端速

29、率表示與所研究的粒子有相同終端速率 （即沉降速率）的密度為（即沉降速率）的密度為1的球體直徑的球體直徑. Dp是指在通常溫度壓力和相對濕度下，是指在通常溫度壓力和相對濕度下， 在靜止的空氣中在靜止的空氣中,與實際顆粒物具有相同重與實際顆粒物具有相同重 力末速度的密度為力末速度的密度為1 g/cm3的球體直徑的球體直徑 o p DgKDp LOGO 如：如：Dp = 0.5 m, Dg = 0.34 m （相對密度為（相對密度為2） Dg = 0.74 m （相對密度為（相對密度為5） 大氣顆粒物的粒度大氣顆粒物的粒度 Dp是一種假想的球體顆粒直徑，與實際是一種假想的球體顆粒直徑，與實際 顆粒物

30、粒徑不同。實際顆粒物粒徑與顆粒顆粒物粒徑不同。實際顆粒物粒徑與顆粒 物的組成、相對密度和顆粒物形狀有關。物的組成、相對密度和顆粒物形狀有關。 LOGO （TSP,Total Suspended Particulates） 總懸浮顆粒物總懸浮顆粒物 指在一定體積中，被空氣懸浮的全部顆粒指在一定體積中，被空氣懸浮的全部顆粒 物，用單位體積中的顆粒物物，用單位體積中的顆粒物總質(zhì)量總質(zhì)量來表示。來表示。 粒徑多在粒徑多在100m以下，特別是以下，特別是10m以下以下 的微粒。的微粒。 LOGO 測定方法：大流量采樣測定方法：大流量采樣-重量法重量法 儀器：儀器： 大流量采樣器大流量采樣器 操作：保持氣

31、體流量為操作：保持氣體流量為0.967-1.14m3/min, 入口處抽氣速度為入口處抽氣速度為0.3m3/s 集粒范圍集粒范圍: 0.1-1000m，采樣時間，采樣時間8-24h， 玻璃纖維薄膜玻璃纖維薄膜 200250mm，稱重得，稱重得TSP。 總懸浮顆粒物總懸浮顆粒物 LOGO LOGO 降塵降塵 顆粒顆粒 10(30)-1000 m v 測定：重量法測定：重量法 v 裝置：內(nèi)徑為裝置：內(nèi)徑為15cm，高，高30cm，圓筒形集塵，圓筒形集塵 缸內(nèi)加缸內(nèi)加 入一定量的水入一定量的水+乙二醇。每月收集一次，乙二醇。每月收集一次， 乙二醇乙二醇 用來防凍、防微生物生長。夏季可加用來防凍、防微

32、生物生長。夏季可加 入適量硫酸銅溶液。入適量硫酸銅溶液。 總懸浮顆粒物總懸浮顆粒物 LOGO 飄塵（飄塵（ 可吸入顆粒物可吸入顆粒物，Inhalabte Particulates IP， PM10） 難以降沉。難以降沉。 vDp10m ，指，指TSP中能用口鼻吸入的顆中能用口鼻吸入的顆 粒物。粒物。 氣象報告中用氣象報告中用PM10表示。表示。 總懸浮顆粒物總懸浮顆粒物 LOGO 總懸浮顆粒物總懸浮顆粒物 LOGO 小流量采樣小流量采樣 總懸浮顆粒物總懸浮顆粒物 LOGO LOGO 大氣顆粒物的化學組成大氣顆粒物的化學組成 海洋（無機鹽類）；海洋（無機鹽類）； 汽車尾氣（鉛）；揚汽車尾氣（鉛）

33、；揚 塵（土壤構成、硅、塵（土壤構成、硅、 鋁氧為主，其它金屬鋁氧為主，其它金屬 元素）。元素）。 礦物燃料的燃燒、礦物燃料的燃燒、 廢棄物焚燒、汽車廢棄物焚燒、汽車 尾氣、油脂類食物尾氣、油脂類食物 烹制和吸煙等烹制和吸煙等 大氣顆粒物大氣顆粒物 無機顆粒物無機顆粒物 有機顆粒物有機顆粒物 LOGO 大氣顆粒物的化學組成大氣顆粒物的化學組成 無機顆粒物無機顆粒物 粗粗 粒粒 子子 細細 粒粒 子子 硅、鋁、鐵及金屬硅、鋁、鐵及金屬 元素，多為一元素，多為一 次次 污染物。污染物。 硫酸鹽、硝酸鹽硫酸鹽、硝酸鹽 等，多為二次污等，多為二次污 染物。染物。 LOGO S(-2價）價）SO2 H2

34、SO4 H2SO4的蒸汽壓低，在氣相中的飽和濃度只的蒸汽壓低，在氣相中的飽和濃度只 有有4 g/m3,在一般大氣條件下凝結(jié)。在一般大氣條件下凝結(jié)。 NH3/NH4+：腐敗生物質(zhì)和有機質(zhì)在微生物的作用：腐敗生物質(zhì)和有機質(zhì)在微生物的作用 下，含氮化合物被氨化下，含氮化合物被氨化;工業(yè)過程。工業(yè)過程。 NH4HSO4或或(NH4)2SO4，以顆粒物的形式存在，以顆粒物的形式存在， 粒徑：粒徑：0.11.0 m。以。以NH4HSO4為主。為主。 硫酸鹽氣溶膠粒子對光散射貢獻較大。硫酸鹽氣溶膠粒子對光散射貢獻較大。 1.NH4HSO4和和 (NH4)2SO4 LOGO HNO3比比H2SO4容易揮發(fā)，在

35、氣相中的飽容易揮發(fā)，在氣相中的飽 和濃度可達和濃度可達1.2108g/m3，所以，所以HNO3一一 般以般以氣態(tài)氣態(tài)形式存在。形式存在。 大氣顆粒物的化學組成大氣顆粒物的化學組成 2. 硝酸和硝酸鹽硝酸和硝酸鹽 硝酸鹽氣溶膠通常以硝酸鹽氣溶膠通常以NaNO3、NH4NO3或或 NOx吸附在顆粒物上的形式存在。吸附在顆粒物上的形式存在。 LOGO 對太陽輻射有吸收作用，使大氣溫度上升，對太陽輻射有吸收作用，使大氣溫度上升， 在能見度方面的影響較大。在能見度方面的影響較大。 產(chǎn)生于燃煤和市政及工業(yè)焚燒。主要產(chǎn)生于燃煤和市政及工業(yè)焚燒。主要 成分：金屬和非金屬氧化物，如成分：金屬和非金屬氧化物，如S

36、iO2、 Al2O3、Fe2O3和和CaO。 大氣顆粒物的化學組成大氣顆粒物的化學組成 3.碳碳 黑黑 4.飛飛 灰灰 LOGO 通過重力對顆粒物的作用，使通過重力對顆粒物的作用，使 它沉降，沉降的速率與顆粒物它沉降，沉降的速率與顆粒物 的粒徑、密度、空氣運動粘滯的粒徑、密度、空氣運動粘滯 系數(shù)有關。系數(shù)有關。 指降雨、雪使顆粒物在大氣中消指降雨、雪使顆粒物在大氣中消 失的過程。失的過程。 大氣顆粒物的去除過程大氣顆粒物的去除過程 干沉降干沉降 濕沉降濕沉降 LOGO 0.1(m) 810 5 (cm.s-1) 2 13年年 1 (m) 410 9 (cm.s-1) 13 98小時小時 10

37、(m) 0.3 (cm.s-1) 49小時小時 100 (m) 30 (cm.s-1) 318分鐘分鐘 如：如： 斯托克斯定律：斯托克斯定律： 8 . 1 )( 21 2 gd v 干干 沉沉 降降 LOGO 降雨時在云下面的顆粒物與降降雨時在云下面的顆粒物與降 下來的雨滴發(fā)生慣性碰撞或擴下來的雨滴發(fā)生慣性碰撞或擴 散、吸附過程，使顆粒物去除。散、吸附過程，使顆粒物去除。 （4 m） 對半徑小于對半徑小于1 m的顆粒的顆粒 物去除效率高。物去除效率高。 大氣中消除顆粒物的量一般濕沉降占大氣中消除顆粒物的量一般濕沉降占80 90，而干沉降只有，而干沉降只有1020。 濕沉降濕沉降 雨除雨除 沖刷

38、沖刷 LOGO 2.2.9 溫室氣體和溫室效應溫室氣體和溫室效應 太陽光入太陽光入 射后的輻射后的輻 射過程射過程 地球地球-大氣系統(tǒng)大氣系統(tǒng) 的反射的反射 1. 地球的熱平衡地球的熱平衡 LOGO 到達地表的太陽能被地球吸收到達地表的太陽能被地球吸收 (51) 地球維持熱平衡地球維持熱平衡 反射回空間反射回空間通過通過紅外輻射紅外輻射返回空間返回空間 溫室效應溫室效應 LOGO 溫室效應溫室效應 無論以可見光為主的太陽輻射，還是以無論以可見光為主的太陽輻射，還是以 330m為主的地球長波紅外線，在經(jīng)過為主的地球長波紅外線，在經(jīng)過 大氣層大氣層時，會受到大氣層中的氣體組分不時，會受到大氣層中的

39、氣體組分不 同程度地吸收。同程度地吸收。 最主要的吸收物質(zhì)為相對分子質(zhì)量大、最主要的吸收物質(zhì)為相對分子質(zhì)量大、 極性強的分子。如果同時考慮分子在大氣極性強的分子。如果同時考慮分子在大氣 層中的豐度，層中的豐度，地球熱輻射地球熱輻射最重要的光吸收最重要的光吸收 物質(zhì)是物質(zhì)是H2O和和CO2。 LOGO 溫室效應溫室效應 大氣中的水分子能吸收大量的紅外輻射，波長大氣中的水分子能吸收大量的紅外輻射，波長 為為700-850 nm，1100-1400 nm兩區(qū)兩區(qū),吸收作用微吸收作用微 弱；而弱；而850 -1100 nm 區(qū)則全無吸收。區(qū)則全無吸收。 大氣中的二氧化碳量雖少，但強烈吸收大氣中的二氧化

40、碳量雖少，但強烈吸收 1200- 1630 nm之間的輻射，因此二氧化碳對維持地球之間的輻射，因此二氧化碳對維持地球 熱平衡起著重要的作用。熱平衡起著重要的作用。 其他一些重要的其他一些重要的 紅外輻射吸收物質(zhì)為紅外輻射吸收物質(zhì)為CH4、O3、N2O、CFCs等等。 LOGO 假如地球沒有現(xiàn)在的大氣層，地表溫度將比假如地球沒有現(xiàn)在的大氣層，地表溫度將比 現(xiàn)在低現(xiàn)在低33。這部分溫室效應稱為。這部分溫室效應稱為天然溫室天然溫室 效應效應，其中水占，其中水占60%，CO2約約20%。 溫室效應溫室效應 光吸收的結(jié)果只是阻擋熱量自地球向外逃逸，光吸收的結(jié)果只是阻擋熱量自地球向外逃逸， 相當于地球和外

41、層空間之間的一個絕熱層，即相當于地球和外層空間之間的一個絕熱層，即 “溫室溫室”作用。作用。 大氣中的大氣中的CO2和和H2O等微量組分對地球的長波等微量組分對地球的長波 紅外輻射的這種光吸收作用稱為紅外輻射的這種光吸收作用稱為“溫室效應溫室效應”。 LOGO 溫室效應溫室效應 CO2象溫室的玻璃一樣，允許太陽光中可象溫室的玻璃一樣，允許太陽光中可 見光照射到地面，并阻止地面重新輻射見光照射到地面，并阻止地面重新輻射 的紅外光返回外空間，的紅外光返回外空間，CO2起單向過濾器起單向過濾器 作用，大氣中作用，大氣中CO2吸收了地面輻射出來的吸收了地面輻射出來的 紅外光，把能量截留于大氣中，從而使

42、紅外光，把能量截留于大氣中，從而使 大氣溫度升高。大氣溫度升高。 LOGO 溫室效應溫室效應 LOGO 礦物燃料的燃燒，森林砍礦物燃料的燃燒，森林砍 伐，毀壞草原，地球植被伐，毀壞草原，地球植被 減少，減少， 降低了植物對降低了植物對CO2 的吸收。的吸收。 二氧化碳、甲烷、一氧化碳、二氯乙烷、二氧化碳、甲烷、一氧化碳、二氯乙烷、 臭氧、四氯化碳和氟氯烴臭氧、四氯化碳和氟氯烴 CFC 11，CFC 12等都是溫室氣體。等都是溫室氣體。 溫室氣體溫室氣體CO2來源來源 LOGO 溫室效應的影響溫室效應的影響 全球氣候變暖全球氣候變暖 近百年來平均約上升了近百年來平均約上升了0.6； 海平面上升海

43、平面上升 導致兩極的冰層消融及海水膨?qū)е聝蓸O的冰層消融及海水膨 脹，城市、海島將面臨淹沒的脹，城市、海島將面臨淹沒的 危險。全球危險。全球13人口將受到威人口將受到威 脅；脅； LOGO 馬爾代夫馬爾代夫是印度洋上的群島國是印度洋上的群島國 家家,由由19組珊瑚環(huán)礁、組珊瑚環(huán)礁、200多個多個 珊瑚島嶼組成珊瑚島嶼組成.傳說美麗的傳說美麗的馬爾馬爾 代夫代夫因地球的因地球的溫室效應溫室效應,即將在即將在 百年內(nèi)如龐貝古城般消失百年內(nèi)如龐貝古城般消失,淹沒淹沒 在藍海中。在藍海中。 LOGO 低緯度熱帶多雨地區(qū)受到洪澇的威脅；低緯度熱帶多雨地區(qū)受到洪澇的威脅； 亞溫帶地區(qū)變得更加干旱；亞溫帶地區(qū)

44、變得更加干旱； 臺風更加頻繁發(fā)生；臺風更加頻繁發(fā)生； 厄爾尼諾厄爾尼諾和和拉尼娜拉尼娜現(xiàn)象更加肆虐，頻繁現(xiàn)象更加肆虐，頻繁 發(fā)生；發(fā)生； 苔原減少，草原增加，荒漠化、沙漠苔原減少，草原增加，荒漠化、沙漠 化過程加劇，森林減少；化過程加劇，森林減少； 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不穩(wěn)定性增加；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不穩(wěn)定性增加； 對生物多樣性產(chǎn)生不良影響等。對生物多樣性產(chǎn)生不良影響等。 厄爾尼諾現(xiàn)象的基本特征是太平洋沿岸的厄爾尼諾現(xiàn)象的基本特征是太平洋沿岸的 海面水溫異常升高，海面水溫異常升高，海水海水水位上漲，并形水位上漲，并形 成一股暖流向南流動。它使原屬冷水域的成一股暖流向南流動。它使原屬冷水域的 太平洋東部太平洋東部水域

45、變成暖水域，結(jié)果引起水域變成暖水域，結(jié)果引起海海 嘯嘯和和暴風驟雨暴風驟雨，造成一些地區(qū)干旱，另一，造成一些地區(qū)干旱，另一 些地區(qū)又降雨過多的異常氣候現(xiàn)象。些地區(qū)又降雨過多的異常氣候現(xiàn)象。 拉尼娜是指赤道太平洋東部和中部海面溫拉尼娜是指赤道太平洋東部和中部海面溫 度持續(xù)異常偏冷的現(xiàn)象（與度持續(xù)異常偏冷的現(xiàn)象（與厄爾尼諾厄爾尼諾現(xiàn)象現(xiàn)象 正好相反）。是氣象和海洋界使用的一個正好相反）。是氣象和海洋界使用的一個 新名詞。意為新名詞。意為“小女孩小女孩”，正好與意為，正好與意為 “圣嬰圣嬰”的厄爾尼諾相反，也稱為的厄爾尼諾相反，也稱為“反厄反厄 爾尼諾爾尼諾”或或“冷事件冷事件”。 溫度帶和降水帶北

46、移溫度帶和降水帶北移 LOGO v過敏加重，研究顯示，隨著二氧化碳水平過敏加重，研究顯示，隨著二氧化碳水平 和溫度的逐漸升高，花期提前來臨，讓花粉生和溫度的逐漸升高，花期提前來臨，讓花粉生 成量增加，使春季過敏加重。成量增加，使春季過敏加重。 v物種正在變得越來越物種正在變得越來越“袖珍袖珍”，隨著全球氣，隨著全球氣 溫上升，生物形體在變小，這從蘇格蘭羊身上溫上升，生物形體在變小，這從蘇格蘭羊身上 已現(xiàn)端倪。已現(xiàn)端倪。 v腎結(jié)石增加，由于氣溫升高、脫水現(xiàn)象增多，腎結(jié)石增加，由于氣溫升高、脫水現(xiàn)象增多， 研究人員預測，到研究人員預測，到2050年，將新增泌尿系統(tǒng)結(jié)年，將新增泌尿系統(tǒng)結(jié) 石患者石患

47、者220萬人。萬人。 美國美國媒體媒體2009年年12月月5日發(fā)表的一項研究指出：日發(fā)表的一項研究指出： LOGO 溫室效應的影響溫室效應的影響 v外來傳染病暴發(fā)，水環(huán)境溫度升高會使蚊子外來傳染病暴發(fā)，水環(huán)境溫度升高會使蚊子 和浮游生物大量繁殖，使登革熱、瘧疾和腦炎和浮游生物大量繁殖，使登革熱、瘧疾和腦炎 等時有暴發(fā)。等時有暴發(fā)。 v夏季肺部感染加重，溫度升高，涼風減少會夏季肺部感染加重，溫度升高，涼風減少會 加劇臭氧污染，極易引發(fā)肺部感染。加劇臭氧污染，極易引發(fā)肺部感染。 v藻類泛濫引發(fā)疾病，水溫升高導致藍藻迅猛藻類泛濫引發(fā)疾病，水溫升高導致藍藻迅猛 繁衍，從市政供水體系到天然湖泊都會受到污繁衍，從市政供水體系到天然湖泊都會受到污 染，從而引發(fā)消化系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、肝臟和皮染，從而引發(fā)消化系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、肝臟和皮 膚疾病。膚疾病。 LOGO 2.2.10臭氧層的形成與耗損 臭氧層存在于對流層上面的平流層中，臭氧層存在于對流層上面的平流層中， 距地面距地面10- 50 Km，濃度峰值在，濃度峰值在20-25Km處處; 臭氧層吸收臭氧層吸收 99% 以上來自太陽的紫外以上來自太陽的紫外 輻射，從而保護地球生物不受其傷害，維輻射，從而保護地球生物不受其傷害，維 持地球的生態(tài)平衡。持地球的生態(tài)平衡。 LOGO 平流層平流層O2光解光解,臭氧層形