大氣污染物教學(xué)教程

2.大氣污染物2.1大氣污染物的類別

2.1.1概念

2.1.2大氣污染物組成分類

2.1.3大氣污染物濃度表示法2.2主要大氣污染物及其循環(huán)

2.2.1含硫化合物

2.2.2含氮化合物

2.2.3碳氧化物

2.2.4碳?xì)浠衔?/p>

2.2.5鹵素化合物

2.2.6光化學(xué)氧化劑大氣污染：大氣中存在的某種物質(zhì)超過了正常的環(huán)境水平，且對受體產(chǎn)生了可以測量出來的不良效應(yīng)。受體包括人、生物、材料、氣候等。大氣污染物：使大氣產(chǎn)生污染的稱為大氣污染物，包括氣態(tài)（氣體、蒸汽）和顆粒物（氣溶膠）。大氣污染物一旦進(jìn)入大氣這個(gè)動態(tài)體系（源的輸入），就參加到與植物、海洋、土壤等不斷進(jìn)行的物質(zhì)交換過程，參與大氣循環(huán)過程。經(jīng)過一定時(shí)間后，又通過大氣中的化學(xué)反應(yīng)、生物活動和物理沉降等過程從大氣中除去（匯的輸出）。如果輸出大氣的速率小于輸入大氣的速率，就會在大氣中相對地積累。當(dāng)濃度高到超過安全水平時(shí)，就會直接地或間接地對人、畜、水體、植被和材料造成急、慢性傷害。這就是大氣污染形成的過程。大氣污染對大氣性質(zhì)的影響：降低能見度由于氣體分子和顆粒物對可見光的吸收和散射的結(jié)果形成霧及降水盡管城市溫度較高而pH值較低，但霧的生成頻率高于農(nóng)村減少太陽輻射改變溫度和風(fēng)的分布 <返回>2.1.2.1按物理狀態(tài)分（1）氣態(tài)污染物（約占90%）：常溫下是氣體或蒸汽（gasesandvapors），就是以氣態(tài)方式輸入并停留在大氣中的污染物，包括SOx、NOx、COx、HC、CFCs等。（2）大氣顆粒物（氣溶膠，占10%）：大氣氣溶膠體系中分散的各種粒子。2.1.2.2按粒徑分（1）總懸浮顆粒物TSP：采用標(biāo)準(zhǔn)的大容量采樣器在鋁膜上收集到的總顆粒物的質(zhì)量。采用標(biāo)準(zhǔn)的大容量采樣器在鋁膜上收集到的總顆粒物的質(zhì)量。（2）飄塵SPM：Dp≤10mm的顆粒物。（3）可吸入粒子IP：可通過呼吸進(jìn)入呼吸系統(tǒng)的顆粒物，Dp≤10mm。（4）降塵：采用降塵罐所能收集到的顆粒物。細(xì)粒子：fineparticle,Dp＜2.5

m或Dp＜3.5

m粗粒子：coarseparticle,Dp＞2.5

m或Dp＞3.5

m2.1.2.3按形成過程分一次污染物是指直接從污染源排放的污染物質(zhì)，如CO、SO2、NO等。二次污染物是指由一次污染物經(jīng)化學(xué)反應(yīng)或光化學(xué)反應(yīng)形成的污染物質(zhì)，如光化學(xué)氧化劑Ox（由天然源和人為源排放的氮氧化合物和碳?xì)浠衔?，在日光照射下，發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)生成的。主要包括臭氧、過氧乙酰硝酸酯、二氧化氮、醛類、過氧化氫等能危害動植物，具有刺激性、氧化性的物質(zhì)。實(shí)際上就是光化學(xué)煙霧）、臭氧（O3）、硫酸鹽顆粒物等。2.1.2.4按化學(xué)類型分（1）含硫化合物（SO2、H2S、(CH3)2S、H2SO4）；（2）含氮化合物（NO、NO2、NH3、HNO2、N2O）；（3）一氧化碳和二氧化碳；（4）碳?xì)浠衔锖吞?、氫、氧化合物（烴類、醛、酮等）；（5）光化學(xué)氧化劑（O3、PAN、H2O2等）；（6）含鹵素化合物（HF、HCl和CFCs等）；（7）顆粒物（H2SO4、SO42-、NO3-、多環(huán)芳烴及重金屬元素等）；（8）放射性物質(zhì)。 <返回>2.1.3.1

混合比單位表示法x（體積、質(zhì)量）ppm（百萬分之一）等這種濃度表示法主要用于氣態(tài)污染物，對于大氣中低濃度物質(zhì)是合適的。當(dāng)表示濃度相對較高的物質(zhì)時(shí)，比如源排放的物質(zhì)濃度時(shí)，可直接用百分?jǐn)?shù)表示。例：大氣中O3的本底濃度是0.03ppm；

CO2的本底濃度是350ppm。2.1.3.2單位體積內(nèi)物質(zhì)的質(zhì)量數(shù)表示法A一般對氣體常用

g/m3，顆粒物則用

g/m3或個(gè)數(shù)/cm3。在大氣壓為101325Pa（標(biāo)準(zhǔn)氣壓）、溫度為25℃（298K）時(shí)，2.1.3.3單位體積內(nèi)物質(zhì)的數(shù)量表示法用于比ppt還要低的濃度水平，例如自由基濃度等，表示每立方厘米空氣中有多少個(gè)分子、原子或自由基?？梢杂蓀pm換算過來。在大氣壓為101325Pa（標(biāo)準(zhǔn)氣壓）、溫度為25℃（298K）時(shí)，每立方厘米的分子數(shù)為即1ppm相當(dāng)于2.46×1013分子/cm3。舉例：OH自由基在污染空氣中的濃度是0.1ppt=2.46×106個(gè)/cm3<返回>2.2.1含硫化合物SO2、H2S、SO3、H2SO4、SO42-、CS2、COS、Me2S、Me2S2、HSMe、C2H5SH含硫化合物的環(huán)境濃度2.2.1.1H2S和有機(jī)硫化物H2S中毒：10μg·L-1天然源：生物、火山、有機(jī)S生物源：水、土壤中有機(jī)殘?bào)w無氧細(xì)菌作用，海洋生物活動排放，源強(qiáng)（1~2.5）×106t/y火山：產(chǎn)生H2S、SO2等有機(jī)S：氧化產(chǎn)生H2S人為源：工業(yè)排放，H2S源強(qiáng)為SO2源強(qiáng)的2%匯：氧化（OH、O2、O）2.2.1.2SO2無色，刺激性，<8ppm不產(chǎn)生明顯生理學(xué)影響，一般認(rèn)為無毒（毒性不大）源：人為源，半數(shù)從此來，燃燒過程產(chǎn)生SO2為主，SO3極少表各種人為源的源強(qiáng)天然源：（a）火山排放（b）H2S氧化匯：（a）降水濕去除（b）化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為SO42-、H2SO4（c）擴(kuò)散后被地表土壤、水體吸附或堿性吸收2.2.2含氮化合物N2O、NO、NO2、NH3、HNO2、HNO3、N2O3、N2O4、NO3、N2O5、NO3-本底NO1.0ppb，NO22.0ppb；季節(jié)變化：冬季高、夏季低；中國NOx水平一般≤0.1ppm，原因是汽車少，鍋爐效率低。表清潔大氣和污染大氣中含氮化合物濃度2.2.2.1N2O笑氣，麻醉劑，底層大氣含量最高的含氮化合物源天然源生物源水體、土壤中生物殘?bào)w經(jīng)細(xì)菌反硝化作用（缺氧條件）源強(qiáng)（25~110）×106t/y，tN2O=150y；工業(yè)革命前250ppbV→現(xiàn)在310ppbV，仍保持增長2~3%的增長率。人為源：（a）燃燒 （b）肥料硝態(tài)氮肥，氨態(tài)氮肥，（c）其它工業(yè)排放匯2.2.2.2NO和NO2（NOx）源：天然源生物源N2O氧化，NH3的氧化，70~100t/y；放電過程人為源礦物燃料燃燒，流動源+固定源，主要是NO，19×106t/y，城市中流動源占1/3，固定源占1/2，NO2占NO量的1~10%。燃燒型NOx含N量，煤0.5~1.5%，RNH2

油0.5~1.0%溫度型NOx

空氣中N2在燃燒中被固定匯降水濕去除，大氣化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為HNO3、NO3-，擴(kuò)散至地表去除，生物作用：NO2>1ppm即產(chǎn)生刺激性，NOx破壞平流層O32.2.2.3NH3>10ppm時(shí)對生物造成危害，與H2O作用生成堿性NH3·H2O大氣中的氨不是重要的污染物，主要來自動物廢棄物、土壤腐殖質(zhì)的氨化、土壤NH3基肥料的損失以及工業(yè)排放。源天然源：生物殘?bào)w或排泄物，47~100×106t/y，人為源：工業(yè)排放，煤燃燒（4~12×106t/y）匯：NH4+態(tài)氣溶膠濕沉降（38~85×106t/y，1976年）、干沉降（10×106t/y），大氣化學(xué)反應(yīng)（OH自由基氧化）轉(zhuǎn)化為NOx。2.2.2.4HNO3、NO3-2.2.3碳氧化物2.2.3.1CO源、匯源人為源礦物燃料燃燒過程，不完全燃燒，640×106t/y，其中80%來自交通工具，原因是內(nèi)燃機(jī)爐壁的冷卻作用造成。天然源（a）CH4轉(zhuǎn)化640×107t/y，占大氣CO總量的~20%（b）海水中CO揮發(fā)100×106t/y（c）植物排放的HC經(jīng)大氣反應(yīng)轉(zhuǎn)化60×106t/y（d）植物葉綠素分解（50~100）×106t/y（e）森林、草原火災(zāi)60×106t/y匯（a）土壤吸收活細(xì)菌代謝，熱帶土活性最高，沙漠最低；匯強(qiáng)450×106t/yCO的環(huán)境濃度tCO=0.1~0.4y，隨高度和緯度強(qiáng)烈變化，全球0.19~0.04ppm，平均0.1ppm；城市50~100ppm，4~5%年增長率；可參與光化學(xué)煙霧形成；增長后會導(dǎo)致全球性環(huán)境問題，CO增長1.5~2.0倍會導(dǎo)致OH減少，致使CH4聚集；毒性表現(xiàn)為：（b）與OH反應(yīng)轉(zhuǎn)化為CO22.2.3.2CO2源、匯源天然源（a）海洋脫氣作用（b）CH4的轉(zhuǎn)化（c）動植物呼吸作用，生物殘?bào)w自然氧化人為源礦物燃料燃燒（完全燃燒）匯：（a）植物光合作用轉(zhuǎn)化為生物碳（b）溶解于海水CO2的環(huán)境濃度2.2.4 碳?xì)浠衔?/p>

2.2.4.1 CH4源匯源天然源：含碳有機(jī)化合物經(jīng)厭氧細(xì)菌作用，513×106t/y

人為源：天然氣、原油泄露匯：與OH反應(yīng)轉(zhuǎn)化為CO、CO2，向平流層擴(kuò)散，起到終止Cl作用甲烷環(huán)境濃度（100年來變化，70%源于直接排放，30%源于OH減少；溫室效應(yīng)比CO2高20倍。）2.2.4.2 非甲烷烴（NMHC）源匯源天然源：植物排放萜烯類，1.7×109t/y

表不同人為源排放烴類估計(jì)量類別：烴類（CH4、C2H4、C2H2、C3H6、C4H10、……）、醛類（甲醛、乙醛、丙醛、丙烯醛、苯甲醛）、芳烴、多環(huán)芳烴匯：大氣化學(xué)反應(yīng)或轉(zhuǎn)化為有機(jī)氣溶膠環(huán)境濃度：海洋上空8

g·m-3≈10ppb

陸地上空50

g·m-3≈62ppb

城市~5ppm2.2.5 鹵素化合物

2.2.5.1 鹵代烴CH3Cl、CH3Br、CH3I、CHCl3、C2H2Cl3、CCl4、CFC-11（CFCl3）、CFC-12（CF2Cl2）、CFC-113（CFCl2CF2Cl）、CFC-114（CF3CF2Cl）、CFC-115（CF3CF2Cl）、Halon-1301（CF3Br）、Halon-1211（CF2ClBr）、Halon-2402（C2F4Br2）。源冷卻劑、噴霧劑、發(fā)泡劑、滅火劑、溶劑匯（a）對流層化學(xué)或光化學(xué)反應(yīng)去除（含H的）（b）擴(kuò)散至平流層光解離（不含H的）環(huán)境效應(yīng)：破壞平流層O3，引起對流層氣候變化，引發(fā)全球性環(huán)境問題。表鹵代烴在對流層環(huán)境濃度2.2.5.2無機(jī)氯化物Cl2、HCl，刺激性、腐蝕性源天然源：火山排放，~7.6×106t/y表Cl2和HCl排放量估計(jì)（美國資料）匯：降水濕去除，擴(kuò)散到地表被土壤、植被吸收2.2.5.3氟化物HF、SiF4、H2SiF6、F2、CaF2