大氣污染控制工程：Chapter 1 大氣與大氣污染

1、大氣污染控制工程南京師范大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系推薦視頻柴靜霧霾調(diào)查：穹頂之下霧霾的形成PM2.5的危害PM2.5的來源PM2.5上污染物的源解析國外PM2.5的控制2霧霾霧霾3霧霾4漫畫一則5霧霾6霧霾成因及危害7國家行動(dòng)計(jì)劃2013年9月10日，國務(wù)院頒布大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃【國發(fā)201337號(hào)】具體目標(biāo)：到2017年，全國地級(jí)及以上城市可吸入顆粒物濃度比2012年下降10%以上，優(yōu)良天數(shù)逐年提高；京津冀、長三角、珠三角等區(qū)域細(xì)顆粒物濃度分別下降25%、20%、15%左右，其中北京市細(xì)顆粒物年均濃度控制在60微克/立方米左右8控制目標(biāo)9各地大氣污染防治目標(biāo)目標(biāo)艱巨，任重道遠(yuǎn)！矛盾的環(huán)保人：環(huán)境

2、惡化對(duì)人體健康不利，但有利于我們的就業(yè)與事業(yè)！10關(guān)于課程環(huán)境專業(yè)的主干課程綜合性強(qiáng)實(shí)用性強(qiáng)能夠體現(xiàn)專業(yè)性的課程4123面向應(yīng)用的技術(shù)性課程11關(guān)于課程大氣污染控制工程（54學(xué)時(shí)，10周）大氣污染控制工程實(shí)驗(yàn)（4-5周，6個(gè)實(shí)驗(yàn)）大氣污染控制課程設(shè)計(jì)（2-3周）考試（2周）12上課計(jì)劃，18周關(guān)于考試大氣污染控制工程（閉卷考試）大氣污染控制工程實(shí)驗(yàn)（實(shí)驗(yàn)報(bào)告）大氣污染控制課程設(shè)計(jì)（設(shè)計(jì)報(bào)告）13期末成績考勤10%+作業(yè)20%+ 考試70%考試內(nèi)容及計(jì)分概念，應(yīng)用及簡單計(jì)算作業(yè)共5次論文1次；答題4次關(guān)于課程第一部分全書的基礎(chǔ)第9章大氣污染物排放與擴(kuò)散大氣污染控制工程教材結(jié)構(gòu)第二部分全書的主體第

3、三部分全書的擴(kuò)展第1、2章大氣污染概況及控制基礎(chǔ)第6章氮氧化物控制技術(shù)第5章二氧化硫控制技術(shù)第4章氣態(tài)污染物處理技術(shù)基礎(chǔ)第3章除塵技術(shù)及裝置第7章其他廢氣處理技術(shù)第8章配套輔助設(shè)備設(shè)計(jì)14內(nèi)容理論學(xué)時(shí)大氣污染控制基礎(chǔ)第一周燃燒與大氣污染第二周除塵技術(shù)及裝置第三、四周氣態(tài)污染物處理技術(shù)基礎(chǔ)第五周二氧化硫控制技術(shù)第六、七周氮氧化物控制技術(shù)第八周其他廢氣處理技術(shù)第九周關(guān)于課程周學(xué)時(shí)分布如下15關(guān)于教材16本章主要內(nèi)容 大氣污染的影響 大氣污染防治法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)體系 中國的大氣污染綜合防治234大氣與大氣污染1171 大氣與大氣污染大氣與空氣的區(qū)別按照國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）對(duì)大氣和空氣的定義：大氣：是指

4、環(huán)繞地球的全部空氣的總和。環(huán)境空氣：是指人類、植物、動(dòng)物和建筑物暴露于其中的室外空氣。大氣的組成18大氣的組成19大氣污染國際標(biāo)準(zhǔn)組織定義（ISO）定義：大氣污染通常系指由于人類活動(dòng)或自然過程引起某些物質(zhì)進(jìn)入大氣中，呈現(xiàn)出足夠的濃度，達(dá)到足夠的時(shí)間，并因此危害了人體的舒適、健康和福利或環(huán)境的現(xiàn)象。20212223大氣污染大氣污染的分類大氣污染大致可分為四類：局限于小范圍的大氣污染，如煙囪排氣（局部）；涉及一個(gè)地區(qū)的大氣污染，如工業(yè)區(qū)附近地區(qū)（地區(qū)）；涉及到比一個(gè)城市更廣泛地區(qū)的廣域污染（廣域）；全球性污染，如大氣中的飄塵和二氧化碳?xì)怏w不斷增加（全球）。24大氣污染的研究內(nèi)容 Sources o

5、f air pollutants(大氣污染物的來源）Pollution Control Technology（污染控制技術(shù)）Atmospheric behavior of air pollutants（大氣污染物的大氣形為）Effects of air pollutants（大氣污染物的影響）Legislative and regulatory measures （立法與控制措施）25排放源：自然排放源Natural sourcesGeological: geyser（噴泉）,volcano（火山）, ocean（海洋）Meteorological（氣象學(xué)的）: lightning（閃電）Fa

6、una（動(dòng)物群）: ruminants（反芻動(dòng)物）,termites（白蟻） VegetationsEtc.26排放源：人為排放源Anthropogenic sourcesTransportationElectric power generationIndustrial processesIndustrial and domestic fuel burning（工業(yè)和家用）Refuse (廢物) burningEtc.27大氣污染物大氣污染物是指由于人類活動(dòng)或自然過程排入大氣的并對(duì)人或環(huán)境產(chǎn)生有害影響的物質(zhì)。其種類很多，按其存在狀態(tài)可概括為二大類：氣溶膠狀態(tài)污染物，氣體狀態(tài)污染物。28氣溶膠狀

7、態(tài)污染物是指固體粒子、液體粒子或它的氣體介質(zhì)中的懸浮體。按其來源和物理性質(zhì)可分為：粉塵、煙、飛灰、黑煙、霧。氣體狀態(tài)污染物是以分子狀態(tài)存在的污染物，簡稱氣態(tài)污染物。常見的氣態(tài)污染物有五大類：以二氧化硫?yàn)橹鞯暮蚧衔?，以一氧化氮和二氧化氮為主的含氮化合物，碳氧化物、碳?xì)浠衔锛胞u素化合物等。大氣污染物分類29一次大氣污染物直接以原始形態(tài)排放入大氣中并達(dá)到足夠的排放量從而造成健康威脅的污染物，如硫氧化物、氮氧化物、碳氧化物以及碳?xì)浠锏龋?Sources of Primary Air PollutantsPollutantSourcesCarbon monoxideIncomplete burn

8、ing of fossil fuels, Tobacco smokeHydrocarbonsIncomplete burning of fossil fuels, Tobacco burningParticulatesChemicals, Burning fossil fuels, Farming operations, Industrial wastes, Building demolitionSulfur dioxideBurning fossil fuels, Smelting oreNitrogen compoundsBurning fossil fuels30二次大氣污染物：二次污染

9、物是指由一次污染物與大氣中已有組分或幾種一次污染物之間以過一系列化學(xué)或光化學(xué)反應(yīng)而生成的與一次污染物性質(zhì)不同的新污染物質(zhì)，如硫酸煙霧和光化學(xué)煙霧。二次大氣污染物3132 太陽輻射透過大氣層到達(dá)地球表面后，被巖石土壤等吸收，地球表面溫度上升，與此同時(shí)，地表物質(zhì)向大氣發(fā)射出紅外長波（400800nm）為主的輻射。大氣層中某些氣體對(duì)短波和可見光吸收很弱，而對(duì)長波輻射吸收強(qiáng)烈，因此地球表面從太陽輻射獲得的熱量相對(duì)多，而散失到大氣層以外的熱量相對(duì)少，地球表面的溫度得以維持，這就是大氣的“溫室效應(yīng)”。 環(huán)境污染問題全球變暖溫室效應(yīng)33主要包括二氧化碳、臭氧、甲烷、氯氟烴、一氧化氮等。當(dāng)它們?cè)诖髿庵械臐舛仍?/p>

10、加時(shí)，大氣的溫室效應(yīng)就會(huì)加劇，引起地球表面和大氣層下部的溫度升高 。溫室氣體34溫室氣體對(duì)全球變暖的貢獻(xiàn)35全球平均氣溫的變化36大氣中二氧化碳含量的變化37CO2的來源38甲烷的來源39溫室效應(yīng)的危害雪蓋和冰川面積減少、海平面上升 據(jù)統(tǒng)計(jì)，近百年來隨著全球氣溫增高大約0.8，全球海平面大約 上升了10-15。降水格局發(fā)生變化 中緯度地區(qū)降雨量增大，北半球的亞熱帶地區(qū)的降雨量下降，而南半球的降雨量增大。氣候?yàn)?zāi)害事件：過多的降雨，大范圍的干旱和持續(xù)的高溫影響人類健康：加大人群的發(fā)病率和死亡率影響農(nóng)業(yè)和自然生態(tài)系統(tǒng)：大氣中的二氧化碳含量增多對(duì)植物光合作用的影響（有利于進(jìn)行光合作用，使大多數(shù)作物和植

11、被產(chǎn)量提高）；溫室效應(yīng)引起的氣候變暖所帶來的影響（可能使作物的生產(chǎn)季節(jié)延長以及植被帶北移）。40全球變暖產(chǎn)生的影響4142位于北極附近的挪威斯瓦爾巴群島的一條冰川。自1966年以來，這條冰川已縮減了3.5公里。研究表明，北極地區(qū)氣候變暖的速度是地球其他地區(qū)氣候變暖速的兩倍，這對(duì)北極地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。 溫室效應(yīng)使氣溫升高，兩極冰川將融化434445溫室效應(yīng)使海平面上升1米多 。由于氣溫升高，引起海水體積膨脹，海平面可能升高0.2-1.4米。海平面升高會(huì)淹沒許多城市和港口。4647南極冰川融化，海平面上漲50米，中國的新版圖48圖瓦盧4950人類的針對(duì)溫室效應(yīng)的措施首先，要積極治理大氣

12、污染;其次，要保護(hù)好現(xiàn)有森林;最后，還要通過各種途徑減少礦物能源總消耗，盡量采用核能、太陽能、水能、風(fēng)能等新能源，以減少二氧化碳的排放。 倡導(dǎo)低碳生活太陽光中的紫外線輻射，特別是UV-B輻射對(duì)生物有較大的傷害。而阻擋UV-B輻射的就是臭氧。 紫外線輻射按照其波長的不同，可劃分為三個(gè)波段： UV-A（315-400nm）、 UV-B（280-315nm）、 UV-C（280nm以下）環(huán)境污染問題臭氧層破壞51525354臭氧層破壞的原因罪魁禍?zhǔn)祝汉群秃宓暮唵嘻u代烷5556我國青藏高原上空也存在一個(gè)相對(duì)周圍地區(qū)濃度 較低的區(qū)域。57紫外線的危害紫外線會(huì)損傷角膜和眼晶體，紫外線的增加會(huì)誘發(fā)皮膚癌

13、，此外，皮膚中的免疫功能也會(huì)因紫外線的強(qiáng)烈輻射而受損傷。臭氧層破壞后，陸地和海洋生態(tài)系統(tǒng)同樣難以幸免。58每一架超音速運(yùn)輸機(jī)每年能增加60個(gè)皮膚癌患者。超音速運(yùn)輸機(jī)在高空放出一氧化氮，好比是破壞臭氧層的催化劑，起到增大臭氧分解速度的作用。59采取合理可行的措施補(bǔ)救制訂保護(hù)性國際公約減少并逐漸停止氟利昂的生產(chǎn)和使用利用各種高科技手段修補(bǔ)臭氧層60環(huán)境污染問題酸雨酸雨：由于人類活動(dòng)的影響，使降水中溶入其它酸性物質(zhì)，從而使其pH值降到5.6以下的降水。酸雨的形成：是復(fù)雜的大氣化學(xué)和大氣物理現(xiàn)象，是由自然排放和人為活動(dòng)等釋放到大氣中的SO2或NOx通過氧化反應(yīng)（氣相或液相反應(yīng)），生成硫酸或硝酸和亞硝酸

14、，附在凝結(jié)核上降落到地面上的。影響與危害：（1）損害水生、陸生生物：如魚類和森林（2）對(duì)人體健康影響：使有毒重金屬溶入飲用水中，危害飲用者（3）腐蝕建筑材料、金屬構(gòu)件、油漆以及名勝古跡等 616263酸雨的危害水的低pH值使得魚的骨骼畸形生長，最終導(dǎo)致死亡引起樹木的大量不正常死亡嚴(yán)重腐蝕建筑物6465中國酸雨的分布變化66我國酸雨的化學(xué)特征67控制酸雨的根本措施控制酸雨的根本措施是減少二氧化硫和氮氧化物的排放。 具體措施如下：調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，盡量減少煤的燃燒，開發(fā)無污染的新能源（水力、太陽能等）；合理規(guī)劃工業(yè)發(fā)展和城市建設(shè)布局：工業(yè)區(qū)應(yīng)該建設(shè)在城市主導(dǎo)風(fēng)的下風(fēng)口，居民采取集中供熱；運(yùn)用各種防治污

15、染的技術(shù)（煤的脫硫、汽車尾氣的處理等）。68光化學(xué)煙霧是大氣中氮氧化物和碳?xì)浠衔镌谧贤饩€照射下反應(yīng)生成的多種污染物的混合物。光化學(xué)煙霧最具危害的兩種物質(zhì)是臭氧(O3)和過氧乙酰硝酸酯(peroxyacetylnitrates,PAN)。環(huán)境污染問題光化學(xué)煙霧69光化學(xué)煙霧形成過程70細(xì)顆粒物對(duì)人體健康和大氣環(huán)境質(zhì)量造成的危害要遠(yuǎn)比粗顆粒物大細(xì)顆粒物本身可能是有毒、有害物質(zhì)細(xì)顆粒物易成為其它污染物的運(yùn)載體和反應(yīng)體細(xì)顆粒物污染可導(dǎo)致能見度顯著降低細(xì)微顆粒物污染71北京市國安賓館附近PM2.5的化學(xué)成分譜細(xì)粒子的組成二次粒子污染72自然源、電廠以及內(nèi)燃機(jī)等排放出的污染物在大氣中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生導(dǎo)致

16、酸沉降的化學(xué)物質(zhì)。73環(huán)境污染問題室內(nèi)空氣污染74中國城市的大氣污染概況全國重點(diǎn)城市主要大氣污染物分布TSPSO2NOx752012年中國城市空氣質(zhì)量狀況 不同空氣質(zhì)量狀況下的人口比例全國城市空氣質(zhì)量分級(jí)比例76不同規(guī)模城市空氣污染程度（2012年） 空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo) SO2超標(biāo) 顆粒物超標(biāo)77經(jīng)濟(jì)水平和污染狀況的綜合比較TSP concentrations in selected cities in various years from 1990 to 1995 and national GNP per capita Annual TSP concentration(g/m3)78大氣污染的影響

17、CO對(duì)人體健康的影響CO（10-6）對(duì)人體健康的影響510 對(duì)呼吸道患者有影響30 人滯留8h，視力及神經(jīng)機(jī)能出現(xiàn)障礙40 人滯留8h，出現(xiàn)氣喘1201h接觸，中毒，血液中COHb10%2502h接觸，頭疼，血液中COHb=40%5002h接觸，劇烈心痛，眼花，虛脫3000 30min即死亡79NO2對(duì)人體健康的影響NO2（10-6）對(duì)人體健康的影響1 聞到臭味5 聞到強(qiáng)臭味1015 10min眼、鼻受到刺激50 1min內(nèi)人呼吸困難80 3min感到胸痛、惡心100150 在3060min內(nèi)死亡250 很快死亡80臭氧對(duì)人體健康的影響注：部分人群接觸臭氧后肺功能下降81突發(fā)性嚴(yán)重大氣污染事故

18、1952年12月倫敦?zé)熿F事件中死亡人數(shù)與大氣中煙塵和二氧化硫濃度的相關(guān)性82 顆粒物：取決于顆粒物的濃度和暴露時(shí)間、顆粒物粒徑大小。粒徑越小，越不易沉積，長時(shí)間飄浮在大氣中容易被吸入體內(nèi)，且容易深入肺部。100m以上的塵粒很快在大氣中沉降；10m以上的塵?？梢詼粼诤粑乐?；5-10m的塵粒大部分在呼吸道中沉積，可以隨痰排出；小于5m的微粒能深入肺部，0.01-0.1m的塵粒，50%以上沉積在肺腔中，引起各種塵肺病。粒徑越小，粉塵比表面積越大，物理、化學(xué)活性越高，加劇了生理效應(yīng)的發(fā)生與發(fā)展。另外，塵粒的表面做為載體可以吸附空氣中污染物及有害氣體，如強(qiáng)致癌物質(zhì)苯并芘及細(xì)菌等。 硫氧化物：SO2引

19、起支氣管收縮。濃度在0.510-6以上對(duì)人體健康存在著潛在的影響,(1-3) 10-6 多數(shù)人開始受到刺激,10 10-6 時(shí)個(gè)別人出現(xiàn)嚴(yán)重的支氣管痙攣。硫酸煙霧引起的生理反應(yīng)要比SO2 強(qiáng)4-20倍。1、主要大氣污染物對(duì)人體健康的影響83一氧化碳：引起人人體生理上和病理上的變化，甚至死亡。CO是一種能奪去人體組織所需氧的有毒吸入物。75010-6 的CO就會(huì)導(dǎo)致死亡。血紅蛋白對(duì)CO的親和力大約為對(duì)氧的親合力的210倍。這就是說，要使血紅蛋白飽和所需的CO的分壓只是與氧飽和所需的氧的分壓的確1/200-1/250。暴露于兩種氣體混合物中所產(chǎn)生的COHb 和O2Hb的平衡濃度可用如下方程表示：

20、式中：P 、PO2-吸入氣體中CO和O2的分壓； M-常數(shù)，在人的血液范圍中為200-250。 COHb在血液中的形成是一個(gè)可逆的過程，暴露一旦中斷，與血紅蛋白結(jié)合的CO就會(huì)自動(dòng)釋放出來，健康人經(jīng)過3-4小時(shí)，血液中的CO就會(huì)清除掉一半。 COHb作用是降低血液的載氧能力和輸氧能力。CO濃度安全上限（8h）：10010-6 。84例1-1受污染的空氣中CO濃度為10010-6 ，如果吸入人體肺中的CO全被血液吸收，試估算人體血液中COHb的飽和值。解：設(shè)人體肺部氣體中氧的含量與環(huán)境空氣中氧含量相同，即為21%，取M=210，則即血液中CO與O2之比為1：10，則血液中CO的飽和度為： =COH

21、b/(COHb+O2Hb) =1/(1+10)=9.1%85氮氧化物：NO的毒性是NO2的1/5。 NO2是棕紅色氣體， NO2對(duì)呼吸器官有強(qiáng)烈的刺激作用，會(huì)迅速破壞肺細(xì)胞，可以是哮喘病、肺氣腫和肺癌的一種病因。環(huán)境空氣中NO2濃度低于0.0110-6 時(shí)，兒童支氣管炎的發(fā)病率有所增加； NO2濃度為（1-3）10-6 時(shí)，可聞到臭味；濃度為1310-6 時(shí)，眼鼻有急性刺激感；在濃度為1710-6 環(huán)境下，呼吸10min會(huì)使肺活量減少，肺部氣流阻力增加。氮氧化物與碳?xì)浠衔锘旌蠒r(shí)，發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)生成光化學(xué)煙霧，成分是光化學(xué)氧化劑，它的危害更加嚴(yán)重。86光化學(xué)氧化劑：氧化劑、臭氧、過氧乙酰硝酸酯

22、（PAN）、過氧苯酰硝酸酯（PBN）和其他能使碘化鉀的碘離子氧化的痕量物質(zhì)，都稱為光化學(xué)氧化劑。PAN和PBN會(huì)嚴(yán)重地刺激眼睛，當(dāng)它和臭氧混合在一超時(shí)，會(huì)刺激鼻腔、喉，引起胸腔收縮，濃度達(dá)3.90mg/m3時(shí)，引起劇烈的咳嗽和注意力不能集中。有機(jī)化合物：是致變物和致癌物。主要有鹵代烴、氯烯烴、氯芳烴、氧化產(chǎn)物和氮化產(chǎn)物等。多環(huán)芳烴類，大多數(shù)有致癌作用，其中苯并芘是強(qiáng)致癌物。872.對(duì)植物的傷害 大氣污染物對(duì)植物的傷害，通常發(fā)生在葉子結(jié)構(gòu)中。最常遇到的毒害植物的氣體是：二氧化硫、臭氧、PAN、氟化氫、乙烯、氯化氫、氯、硫化氫和氨。3.對(duì)器物和材料的影響 大氣污染物對(duì)器物和材料的損害包括玷污性損害和化學(xué)性損害兩個(gè)方面。玷污性損害主要是粉塵、煙等顆粒物落在器物上面造成的?；瘜W(xué)性損害是由于污染物的化學(xué)作用，使器物和材料腐蝕或損壞。88對(duì)植物的傷害注：二氧化氮濃度和暴露時(shí)間與植物死亡、葉器官損傷和新陳代謝或生長影響之間的關(guān)系Source：Springer-Verlag and Prof. D. C. MacLean 暴露時(shí)間，h 0.1 0.1 1.0 10 100 1000 NO2濃度，ppm NO2濃度，mg/m3 暴露時(shí)間，d 89對(duì)器物和材料的影響注：平均二氧化硫濃度和不同暴露時(shí)間與低碳鋼的腐蝕之間的關(guān)系（19631964年9月，在芝加哥的七個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)）Sour