第二章大氣污染源

第二章大氣污染源第1頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)大氣污染源引起大氣環(huán)境污染的物質(zhì)主要來自兩個方面：一是自然界各種過程產(chǎn)生的，即所謂“自然源”；二是人類生產(chǎn)和生活過程中產(chǎn)生的9即所謂“人工源”。引起大氣污染廣泛而嚴重的主要是后一種，在污染科學中“污染源”通常是指人工源。第2頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月污染源的分類①從整個大氣環(huán)境出發(fā)可分為：工業(yè)企業(yè)污染源、交通運輸污染源、生活爐灶污染源、農(nóng)業(yè)污染源等等。②從污染物在大氣中遷移擴散規(guī)律出發(fā)可分為：按幾何形狀：點源、線源、面源。按排放高度：高架源、地面源。按排放時間：瞬時源、連續(xù)源。按運動狀態(tài)：移動源、固定源第3頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月－、工業(yè)企業(yè)污染源工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的大氣污染物是大氣中污染物的主要來源，這類排放源的特點是大而集中。據(jù)統(tǒng)計，我國工業(yè)企業(yè)的煙塵和SO2的排放量占全國總排放量的84％。火電、鋼鐵、有色金屬治煉、煉油、石油化工等企業(yè)是主要大氣污染源。工業(yè)生產(chǎn)過程中，燃料燃燒過程所產(chǎn)生的污染物占相當比重?；痣姀S以煤或石油為燃料，煤的含硫量通常為0.5～5％，灰份很高，可達5～20％。石油含硫量為0.5～3％，其中80％的硫是可燃的。另外在燃燒的高溫下，氮和氧化合成以NO為主的氧化物（NOx），因此火電廠排放出大量SO2、粉塵和NOx。據(jù)美國統(tǒng)計，火電廠排放的SO2占整個工業(yè)排放的50％，粉塵和NOx分別占25％。第4頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第5頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月二、交通運輸污染源汽車、火車、輪船、飛機等交通運輸工具和工廠相比，具有小型、分散、流動等特點，但是其數(shù)量龐大，污染物排放總量也相當可觀。以美國為例，1970年全國排放CO達1.47億噸，其中交通運輸占76％，硫的氧化物排放量達0．34億噸，其中交通運輸占3％，氮的氧化物為0．23億噸，交通運輸占50％，碳氫化合物0．35億噸，交通運輸占56％，粉塵0．25億噸，交通運輸占2．7％，除硫的氧化物和粉塵外，其它幾種污染物大部分是交通工具排放的。表（3－2）是汽車車速與汽車廢氣組成成分之間關(guān)系。第6頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第7頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月三、生活爐灶污染源家庭爐灶及取暖設(shè)備，數(shù)量大、分散廣、排放高度低，其排放的污染物常彌漫于居住區(qū)及其周圍，排放的污染物主要是燃料，燃燒產(chǎn)生的煙塵、CO、SO2等，特別是由于工業(yè)發(fā)展帶來的城市人口集中，生活用煤產(chǎn)生的污染相當可觀，成為城市低空大氣污染不可忽視的污染源。我國尤其是北方城市，冬季取暖用煤是城市大氣污染的重要原因。第8頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月四、農(nóng)業(yè)污染源農(nóng)藥一般以粉塵或氣溶膠噴灑，噴灑過程中農(nóng)藥隨風飄揚，污染大氣。尤其使用飛機、煙劑、氣霧彈等，施藥時可造成大量的農(nóng)藥在大氣中飄浮。噴灑后的農(nóng)藥也可以從土壤和植物表面揮發(fā)進入大氣。氮肥施人土壤后，由于在土壤中發(fā)生的反硝化作用、氨化作用和硝化作用，這些過程導致了分子氮、NH3、N2O、NO、NO2的產(chǎn)生，從土壤向大氣中散發(fā)。家畜飼養(yǎng)時，糞尿本身及其分解物產(chǎn)生惡臭、H2S、醇、酚、醛、氨、酰、氨類、胺類、吲哚、氨苯類物質(zhì)和病原微生物。水稻生產(chǎn)過程中，稻田排放出甲烷。目前大氣中甲烷的濃度正以每年1％以上速度上升，這一趨勢可能對大氣光化學和全球氣候產(chǎn)生明顯影響。所以農(nóng)業(yè)作為大氣污染源的作用是不可忽視的。第9頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)大氣污染物進入大氣的污染物種類相當多，迄今為止還沒有很完整、確切的統(tǒng)計。已經(jīng)產(chǎn)生危害或者已經(jīng)為人們所關(guān)注的約有100種左右。大氣污染物的分類①按污染物的物理形態(tài)：氣態(tài)污染物、液態(tài)污染物、固態(tài)污染物。②按污染物形成原因；一次（原始）污染物、二次（次生）污染物。③按污染物化學組成：含硫化合物、氮氧化物、碳氧化物、氟化物、碳氫化合物、光化學氧化劑、顆粒物等。所謂“一次污染物”是指從發(fā)生源直接排放的污染物“二次污染”則是由固定或流動的排放源排放的一次污染物在大氣中發(fā)生物理或化學反應(yīng)而生成的新污染物。第10頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月一、主要大氣污染物1．含硫化合物大氣中主要含硫化合物是SO2、H2S、H2SO4和硫酸鹽。SO2在大氣中的主要歸宿是SO3，硫的化合物從大氣中去除的途徑主要是降水沖洗，向土壤和植物的擴散、硫酸鹽微粒的干沉降。第11頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月SO2是大氣中分布很廣，影響也較大的主要污染物，所以常以它作為大氣污染的一個主要指標。對流層中SO2的背景濃度約為0.2mm3／m3，城市和工業(yè)區(qū)空氣中SO2的濃度則要高出幾個數(shù)量級。因為SO2主要來自人工源，因此其濃度隨測定地點有很大差異。

H2S作為人工源，全世界人工排放的H2S是SO2的2％，約為300萬噸（據(jù)Sheehy，1963），作為自然源，每年海洋和陸地生物腐爛分解產(chǎn)生的H2S量不同學者有不同估計，從0.907～2.87億噸不等，但都認為遠遠超過人工源。H2S進人大氣后可被原子氧、分子氧、臭氧等氧化成SO2，一般認為大氣中H2S的壽命僅為幾個小時。SO2在大氣中的主要歸宿是SO3，硫的化合物從大氣中去除的途徑主要是降水沖洗，向土壤和植物的擴散、硫酸鹽微粒的干沉降。第12頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月2.氮氧化物氮氧化物中重要的人為污染物是NO和NO2，NO在大氣中也可氧化成NO2，形成NO2速度取決于NO的濃度和環(huán)境溫度。NOx在大氣中的壽命約為5天，絕大部分氮氧化物最終被轉(zhuǎn)化成硝酸鹽，然后通過雨降、沖刷和干沉降等過程而被排除。第13頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月3.碳的氧化物一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO2）是低層大氣中最主要的污染物，主要來源于燃料燃燒。CO可來自燃料的不完全燃燒。CO在大氣中的停留時間大約為一個月。CO2是大氣的組成成分之一，它在生理上無毒害作用，因此有人并不把它認為是污染環(huán)境的物質(zhì)。然后，CO2的所謂“溫室效應(yīng)”有可能影響大氣圈的溫度而對全球氣候帶來影響，所以受到特別的關(guān)注。第14頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月4.氟化物污染環(huán)境的氟化物基本上都來源于工業(yè)生產(chǎn)過程。工業(yè)排放的氟化物以氟化氫（HF）數(shù)量最大，其次是四氟化硅（SiF4），至于四氟化碳（CF4），化學惰性較大，數(shù)量又小，一般不把它作為污染環(huán)境的因素。主要的工業(yè)氟污染源為電解鋁廠、鋼鐵廠、磷肥廠、磚瓦玻璃廠、火力發(fā)電廠等。第15頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月氣態(tài)無機氟進入大氣后，一般迅速擴散容易被地面植物吸收和吸附，同時也容易被大氣中的顆粒物表面吸附。氣態(tài)無機氟還極容易溶于水滴中被淋洗。因此氣態(tài)無機氟在大氣中滯留時間是很短暫的。第16頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月5.碳氫化合物由碳元素和氫元素組成的化合物總稱為碳氫化合物，可用符號HC表示。碳氫化合物包括脂肪烴、脂環(huán)烴、芳香烴。脂肪烴又包括烷烴、烯烴、炔烴，在常溫下隨碳原子的多少不同而分別呈氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)。目前污染大氣的碳氫化合物主要是廣泛應(yīng)用石油和天然氣作燃料和工業(yè)原料而產(chǎn)生的。從大氣中去除碳氫化合物的機制依賴于它們所含的單個組分。在有氮的氧化物存在時，由于光化學反應(yīng)，HC向其它有機化合物的轉(zhuǎn)化進行得非常迅速。

第17頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月6．光化學氧化物光化學氧化劑是指空氣中氧化性能高的那組化合物，這組化合物主要是臭氧，此外還有過氧乙酰硝酸酯（PAN）、NO2，高活性游離基及某些醛類等。光化學氧化劑通常是由氮氧化物、碳氫化合物以及CO等在陽光下發(fā)生光化學反應(yīng)生成的。第18頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月7.顆粒物固體或液體的小離散體叫顆粒物。小至分子大小的顆粒，大到直徑在10微米以上的顆粒都屬于顆粒物質(zhì)。對環(huán)境影響最大的是0.1～10微米的顆粒。在環(huán)境科學中，常常根據(jù)顆粒物的沉降狀況，將其分為兩類；粒徑在10微米以上的，由于重力作用能迅速沉降，稱之為降塵；粒徑在10微米以下的稱之為飄塵。由于飄塵的顆粒小，比較輕，可以在大氣中長期滯留，甚至可以隨大氣環(huán)流在全球范圍內(nèi)運動。作為顆粒物的人工源主要來自燃料燃燒、冶煉、粉碎、爆破等過程。顆粒物是一個總稱，根據(jù)顆粒物的形成過程和性質(zhì)等分別稱為氣溶膠（aerosol）、懸浮物質(zhì)（suspendedmatter）、粉塵（dust）、塵粒（grit）、灰（ash）、飛灰（flyash）、煙（smoke）、煙霧（smog）和煙塵（fume）等。第19頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月二、大氣污染物濃度表示法與單位換算大氣中所含污染物的濃度通常有兩種表示方法：①體積／體積；②質(zhì)量／體積。第20頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月1.體積／體積濃度表示法這是國際上常用的一種表示方法。一般按cm3／m3表示，即每立方米空氣中所含污染物的體積立方厘米數(shù)。因1m3＝106cm3，故實際使用時，曾以百萬分率符號PPM＝10-6表示，更小的單位還有PPb＝10-9，ppt＝10-12。第21頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月2．質(zhì)量／體積濃度表示法這是我國常用的一種表示方法，一般以mg／m3（毫克／立方米）表示。如果污染物濃度很低，則可用μg／m3（微克／立方米）表示。第22頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月由于氣體的體積是隨溫度、壓力的變化而變化的，通常把體積換算成標準狀況下的體積。所謂標準狀史是指溫度在273°K（即0℃）、大氣壓力在1.013×105Pa（即760mm汞柱）時的體積，用NM3（標米3）表示。將任意溫度和壓力下的體積換算成標準狀態(tài)下的體積可利用下列公式：式中P為壓力（Pa），V為體積（m3），T為絕對溫度（°K）。另外美國、日本及國際全球監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)所使用的標準狀態(tài)是指溫度為298.1oK（25℃），大氣壓力為1.013×105Pa，這是需要注意的。第23頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月以上兩種表示方法的換算，即mg／Nm3和cm3／m3（ppm）之間的換算關(guān)系式為：Cm＝MCppm／22.4Cppm＝22.4Cm／M式中Cm是以mg／Nm3計算的大氣污染物濃度；M是污染物的分子量；Cppm是以cm3／m3（ppm）計算的大氣污染物濃度。第24頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月3．質(zhì)量／面積時間濃度這種表示大氣污染物量的方法一般只適用于某些項目的監(jiān)測，例如用集塵缸測定大氣中灰塵自然沉降量時，其單位為：噸／千米2·月第25頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月三、污染物排放量的估算目前污染物排放量的估算通常用三種方法，即實測計算法、物料衡算法和經(jīng)驗計算法。第26頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月1．實測計算法通過對污染物排放源實地測定其單位時間廢氣排放量及廢氣中某污染物的濃度，計算該污染物的排放量。計算公式如下：（1）煙塵源強計算從煙囪口排出的污染物以每秒排出多少mg作為污染物排放源強單位用Q表示

Q塵＝W·A·B·（1—η1）式中W——燃煤量A——煤的灰分含量（％），它與煤的種類、質(zhì)量有關(guān)B——煙塵占灰分量（％），它與燃燒方式有關(guān)η1——除塵器總效率，它與采用的除塵器有關(guān)第27頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）SO2源強計算

QSO2＝W·S·2·C·（1—η2）·（1一η3）式中S——煤中含硫量，與煤的種類有關(guān)2——乘上2是因為一個硫分子量是32，在燃燒過程中會吸收空氣中2個氧原子，因此分子量增大了一倍變成64C——可燃硫占全硫量的百分比η2——除塵器脫硫率η3——灰渣固硫率第28頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）NOx源強計算

QNOx＝W×3.52式中W如果用噸作單位，所得結(jié)果是公斤數(shù)。計算中要注意濃度、流量等計算單位的換算，保證計算量綱的一致性。污染物的監(jiān)測，例如測點的選擇、采樣和分析方法等均應(yīng)按國家規(guī)定的統(tǒng)一標準、方法進行。第29頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月2.物料衡算法物料衡算的物理基礎(chǔ)是物質(zhì)不滅定律和定組成定律。在生產(chǎn)過程中投人的物料量是∑G＝ΣG1＋ΣG2∑G等于產(chǎn)品重量ΣGl;物料流失量（ΣG2）的總和：此式既適用于整個生產(chǎn)過程的總物料衡算，也適用于生產(chǎn)過程中任何一個步驟或某一生產(chǎn)設(shè)備的局部物料衡算，不論進人系統(tǒng)的物料是否發(fā)生化學反應(yīng)或反應(yīng)是否完全，都是成立的。第30頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月3.經(jīng)驗計算法根據(jù)生產(chǎn)過程中單位產(chǎn)品的經(jīng)驗排放系數(shù)進行計算，求得污染物的排放量，計算式如下：

Gi＝KiMi式中Gi是某污染物i的排放量（千克／年）；Ki是單位產(chǎn)品的污染的經(jīng)驗排放系數(shù)（千克／噸）；Mi是某產(chǎn)品的年產(chǎn)量（噸／年）。這種計算方法的關(guān)鍵在于要取得不同生產(chǎn)工藝，不同生產(chǎn)規(guī)模下準確的單位產(chǎn)品的污染物排放經(jīng)驗系數(shù)。有了準確的經(jīng)驗系數(shù)，就可以命名污染物排放經(jīng)驗系數(shù)。第31頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第32頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第33頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第34頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)氣象因素對大氣污染的影響在大氣擴散試驗和空氣污染監(jiān)測時都可以發(fā)現(xiàn)，在不同氣象條件下，同一個污染源造成的地面污染濃度可相差幾十倍至幾百倍。這是由于大氣的擴散稀釋能力因氣象條件的變化而發(fā)生巨大改變所造成的。第35頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月－、風和湍流風的第一個作用是整體的輸送作用。污染區(qū)總是處在污染源的下風向。風的另一個作用是對污染煙氣的沖淡稀釋作用。風速越大，單位時間內(nèi)與煙氣混合的清潔空氣越多，所以污染濃度與風速成反比。在近地層，風速隨高度的變化還與湍流的強度及性質(zhì)有關(guān)，對擴散產(chǎn)生間接作用?？傊L大以及湍流強時，擴散稀釋速率就快，污染濃度就低，反之則擴散稀釋速率就慢，污染濃度就高。其它氣象因子也都是通過風和湍流的作用間接影響污染的。所以凡是有利于增大風速、加強湍流的氣象條件都有利于污染物的擴散稀釋，反之亦然。第36頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月二、溫度層結(jié)

溫度層結(jié)是指大氣在鉛直方向的溫度梯度，它是大氣鉛直運動穩(wěn)定度的標志。當溫度梯度屬不穩(wěn)定時，湍流活動加強，有利于大氣污染物的擴散稀釋；當溫度梯度屬穩(wěn)定時，湍流受到抑制，大氣污染物的擴散稀釋減緩。所以溫度層結(jié)是與大氣污染有密切聯(lián)系的氣象因子。下面是五種不同溫度層結(jié)時煙流的典型形狀。第37頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月1．平展型這種情形出現(xiàn)在穩(wěn)定條件下。此時湍流受到抑制，特別是鉛直湍流交換十分微弱，煙流在鉛直方向的伸展很小，象扁平的飄帶向遠處伸展。煙流在水平方向是緩慢彎曲偏轉(zhuǎn)的。從長時間來看，會造成有效的側(cè)向擴散。第38頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月2．錐型圖這種情況出現(xiàn)在近中性條件下，此時湍流強度比平展型大，但比不穩(wěn)定時小。這種擴散一般是大風和云天的特征。第39頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月3．波型（環(huán)型）這種情況出現(xiàn)在不穩(wěn)定條件下，此時流場中較大尺度的湍流活動相當活躍，擴散十分迅速。煙氣在離煙囪較近的地方就擴散到地面。最大地面濃度反而比穩(wěn)定層結(jié)時更高，但隨著距離的增加，很快降低。第40頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月4．漫煙型（熏蒸型）當夜間近地面為逆溫而風速又較小時，處于這一層內(nèi)的煙流擴散緩慢。在煙源高度上聚積了大量的污染物質(zhì)。日出后的一個暫短時間里，由于地面加熱而發(fā)展起來的湍流交換作用達到了這個高度，而上部的逆溫還尚未破壞（起一個“頂蓋”作用，污染物上不去），使夜間積聚起來的污染氣層很快向下混合，地面濃度突然增大，造成局地嚴重污染狀況。第41頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月5．上升型（屋脊型）這種情況的溫度層結(jié)與上面的漫煙型正好相反，下部是穩(wěn)定層結(jié)，上部是不穩(wěn)定層結(jié)，下部逆溫湍流擴散弱，上層湍流擴散強，形成煙流下緣濃密清晰，上部稀松或有碎塊。溫度層結(jié)不穩(wěn)定（或穩(wěn)定）引起的湍流擴散（或抑制）是熱力因子形成的。影響大氣擴散的還有機械湍流部分，即煙流擴散的形狀不能僅僅用溫度層結(jié)來解釋，還應(yīng)考慮動力因子的作用。在近地層主要考慮風和地面粗糙高度。第42頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月三、風速廓線與地面粗糙度近地層機械湍流的能量來源于風速梯度（即風速隨高度的增加）。在同一地點上，機械湍流總是隨高度的增加、風速的增加而增加。從這個意義上講，風不但具有直接的沖淡稀釋污染物的作用，而且強風促使機械湍流增加，從而有利于污染擴散。粗糙地面會促進湍渦的形成，因此氣流流過不平坦地表面時，擴散速率將增大。但在強風條件下，由于上、下層空氣得以充分混合，使溫度層結(jié)拉近中性，此時機械湍流雖然加強，熱力湍流卻難以發(fā)展，反而不一定出現(xiàn)最有利的擴散形勢。第43頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月四、云量與輻射的晝夜變化有時可以用近地面溫度層結(jié)的資料來估計污染物在大氣中的擴散稀釋情況。為此應(yīng)當先了解近地面溫度層結(jié)變化的原則。晴朗的白天，在陽光照射下，地面開始升溫，空氣從下部先被加熱，溫度遞度是遞減的，大氣處于不穩(wěn)定狀態(tài)。夜間地面向上輻射損失熱量，地面溫度降低，空氣從下面先冷卻，形成逆溫，大氣處于穩(wěn)定狀態(tài)。午后遞減最強，層結(jié)最不穩(wěn)定。日出前散熱最多，出現(xiàn)了強逆溫，層結(jié)最穩(wěn)定。山出后不久，以及日落前后處于轉(zhuǎn)換期，接近中性，是過渡期。云對輻射起屏障作用，它既阻擋白天太陽向地面的輻射，又阻擋夜間地面向上的輻射，總的效果是減小氣溫隨高度的變化，使白天的遞減和夜間的逆溫都受到削弱。減弱程度視云量多少而定。在陰天，近地層溫度層結(jié)的晝夜變化基本消失，大氣始終處于近中性狀況。同理，可以分析溫度層結(jié)的季節(jié)變化和下墊面性質(zhì)以及天氣形勢的影響。第44頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月五、降水清洗和干沉積降水（包括雨、雪）對于污染物質(zhì)的擴散本身并沒有影響，但是降水能起到直接凈化大氣的作用。例如比較混濁的天空，在一陣大雨之后，能將10微米以上粒子清洗掉一半，空氣就變得清新起來，這就是降水對大氣的凈化作用。降水的凈化作用可包括對污染顆粒的沖洗作用和對污染氣體的溶解作用等兩個方面。第45頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月降水的沖洗作用是這樣的；首先考慮單個降水滴以W速度下降，它的半徑為r，在單位時間內(nèi)水滴掠過的空間面積為лr2w，如果單位體積空氣中的污染物濃度（質(zhì)量）為q，則在水滴掠過的體積中的污染物的質(zhì)量是qлr2w。但是實際上由于湍流作用以及雨滴下降過程中對空氣的擾動作用，水滴所捕集到的污染物質(zhì)并不等于這個數(shù)值，而是qлr2wE，這個E稱為捕集率。第46頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月這是指一個水滴在單位時間內(nèi)對污染物的沖洗作用，顯然沖洗的體積與水滴的大小及多少有關(guān)?？紤]雨水中所有不同大小的水滴的作用，設(shè)單位體積空氣內(nèi)半徑在r——r＋dr之間的水滴個數(shù)為Nr，那么在單位時間、單位體積空氣中水滴的總捕集量應(yīng)是對不同半徑水滴的積分方程，最后污染濃度隨時間下降的表達式為：

q＝q0e—SAt這里q是受水滴沖洗后的濃度

q0

是未受水滴沖洗的濃度；

SA是沖洗系數(shù)；t是時間。此式表明在有降水時，污染濃度隨時間按指數(shù)律下降。上述只是理論上的分析。第47頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月2、干沉積所謂“干沉積”就是由于重力、慣性力、靜電力、湍流運動，熱力運動等因素的作用，污染物在遷移擴散過程中，隨時有可能被下墊面所阻留，形成持續(xù)不斷地向地表面的質(zhì)量轉(zhuǎn)移過程。污染物從大氣向下墊面的質(zhì)量轉(zhuǎn)移過程稱為干沉積過程。它主要包括重力沉降和下墊面的清除作用兩個方面。第48頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）重力沉降通常粒徑大于10微米的顆粒物，在重力作用下產(chǎn)生明顯的沉降，對這類污染物在研究其擴散過程時，需要考慮重力沉降的影響。粒子的沉降速度主要取決于氣體動力學阻力和地球重力之間的平衡。粒子的大小即粒徑和密度可以通過采樣測定，其沉降速度的理論值與粒徑有如下關(guān)系

第49頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）下墊面的清洗對于小的粒子和氣態(tài)污染物除了重力對其干沉積作出貢獻外，其它機制的作用隨粒徑的減小而加大。至于氣態(tài)污染物更主要是重力以外的其它機制支配其干沉積。這些其它機制表現(xiàn)為下墊面的清除作用，例如碰撞、靜電、植物吸收、吸附、化學反應(yīng)、溶解等，其機理比較復雜，過程也較緩慢。對于氣體和小粒子（10＞d＞1（微米））來說，湍流擴散起主導作用。而對于小于0.1微米的粒子，布朗擴散的重要性增加。理論數(shù)據(jù)和實驗資料表明0.1～1微米間粒子的沉積速度最小。表（3－11）列出一些下墊面上SO2的沉積速度。第50頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第51頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)大氣污染的危害－、對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的危害農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的正常進行需要一定質(zhì)量的大氣為基本條件。各種來源的污染物輸人大氣，使大氣質(zhì)量發(fā)生相應(yīng)變化。如果輸送強度與大自然凈化過程相協(xié)調(diào)，則為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所容許，對農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量無不良影響，可認為大氣是清潔的；如果輸送強度超過大氣自然凈化能力，大氣污染物濃度超過農(nóng)業(yè)的容許水平，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成不良影響，農(nóng)業(yè)生物受到一定程度危害，產(chǎn)量降低、質(zhì)量下降、價值變低，使生產(chǎn)遭受損失，這就是大氣污染對農(nóng)業(yè)產(chǎn)生了不良影響。第52頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月1．危害農(nóng)業(yè)的大氣污染物我國在一個世紀以前對大氣污染與農(nóng)業(yè)受危害就有所認識，所謂“煙斑”就是指污染物對植物造成葉片傷害的癥狀。在極其復雜的大氣污染物中，常見的危害植物的污染物主要有硫氧化物、氟化物、臭氧、過氧乙酰硝酸酯（PAN）、氯氣、乙烯、氮氧化物、氰化氫、氯化氫、硫化氫、氨、磷化氫、三氯化磷、五氯化磷、碳酰氯、甲醇、甲醛、苯、酚、吡啶、硫醇、粉塵等等。第53頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月大氣污染對植物產(chǎn)生危害的毒作用過程是不同的，大體可分為氧化、還原、酸性、堿性過程等氧化物有：臭氧、過氧乙酰硝酸（PAN）．NO2、Cl2等。還原物有：SO2、H2S、CO、甲醛等。酸性物有：HF、HCl、HCN、SO、SiF4等。堿性物有：NH3等。有機物有：C2H4、甲醇、苯、酚等。無機物有：重金屬及其氧化物、粉塵、煙塵、塵土等。第54頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月毒性強弱可分為三級A級：毒性強，一般在大氣中濃度達到n×mm3／m3—n×10mm3／m3（體積）水平就能對植物產(chǎn)生直接毒害。如HF、SiF4、C2H4、PAN等。B級：毒性中等，它們對植物產(chǎn)生危害的濃度是mm3－cm3／m3水平。如SO2、NO、硫酸煙霧、硝酸煙霧等。

C級：毒性較弱，需要達到較高的大氣污染濃度，才能對植物造成直接傷害，如甲醛、H2S、CO、NH2、HCN等。它們對植物產(chǎn)生毒害的濃度一般為n×1o－n×10cm3／m3。第55頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月一般而言，就世界范圍來說，對植物影響最大的大氣污染物主要有SO、03、PAN、Cl2、HF、C2H4和NOx等。第56頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月2．植物遭受危害的條件大氣污染物對植物產(chǎn)生直接危害時，一定有污染物存在，而且這種存在必須達到一定濃度，即所渭“臨界值”，超過臨界值才會造成危害。第57頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月使植物產(chǎn)生5％傷害的SO2臨界劑量第58頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第59頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）接觸時間植物受大氣污染影響時，除污染物種類和濃度外，接觸時間長短也是一個很重要因素。在同一種大氣污染物、同一濃度環(huán)境中生長的植物，接觸時間越長，進人植物體的污染物越多，影響越大。因此，能否產(chǎn)生危害及危害程度如何，受時間影響相當大。而濃度和時間二個因素構(gòu)成了導致植物傷害的毒害因子量——劑量。劑量的表達式為：

D＝c×t式中D為劑量；C為大氣污染物濃度（cm3／m3）；t為接觸時間（以小時計算）第60頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）植物因素——對污染物抗性差異植物是大氣污染的受害者，在同樣污染物、同樣劑量、同樣環(huán)境下，不同植物受害情況有很大差異。不僅在植物種間如此，而且同樣作物的不同品種間也表現(xiàn)不同，同種、同品種作物，在不同生育期的影晌也不相同。這就是植物對大氣污染物的抗性能力——抗性差異，也可以說是敏感性。敏感性強，則抗性弱。抗性是植物的重量特性之一，我們可以充分利用植物物種間、品種間、不同生育階段間的抗性差異來保護農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。下面表（3—14）是部分植物對SO2的抗性指數(shù)。第61頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第62頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第63頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第64頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）環(huán)境因素

污染物對植物造成危害的情況，除與危害者和受害者有關(guān)外，還受環(huán)境因素的影響。第65頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月①溫度在一定范圍內(nèi)，適當提高溫度能促進植物生長，較高的溫度也促進植物對大氣污染的吸收，因而增加危害程度。在溫度較低情況下，萵苣等對大氣污染物的敏感性降低。桑葉對氟化物的吸收也減少。大氣污染對農(nóng)作物產(chǎn)生危害因季節(jié)而異。一般在春季、夏季容易發(fā)生，這是由于溫度較高、生命活動旺盛、組織較為幼嫩、機械組織不發(fā)達，對污染物的吸收和在體內(nèi)產(chǎn)生毒性均有促進作用；秋冬季氣溫漸低，作物的組織發(fā)育完成，生理上逐漸經(jīng)受鍛煉，形成了防御系統(tǒng)，抵抗力增強，代謝水平亦逐步降低，吸收污染物的能力相應(yīng)下降，所以很少發(fā)生大氣污染問題。第66頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月②光照光照條件對植物的生理、代謝活動有直接聯(lián)系。氣孔的開閉受光照的影響，在黑暗中氣孔常呈關(guān)閉狀態(tài)，因而污染物難以進入植物體內(nèi)，受害減輕。在光照下則情況相反。在同樣條件下給以同樣劑量的大氣污染物，光照處理比黑暗處理一般較易受危害。第67頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月③水分水分的影響一般是水分不足時，植物對大氣污染物反應(yīng)較不敏感；土壤水分供給充足，則加重大氣污染造成的損傷。在大氣濕度高的條件下，常促進大氣污染物對植物的危害。有試驗表明，秋海棠對臭氧和二氧化硫的敏感性，隨大氣濕度的提高而增加。水分狀況對植物吸收大氣污染物造成傷害的影響，主要是影響植物體內(nèi)水分狀況，引起氣孔開度增大的結(jié)果。除此之外，風向、風速、逆溫、地形地貌等與污染物擴散也有直接關(guān)系，在研究大氣污染對農(nóng)業(yè)影響時也不可忽略。第68頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月⒊植物受危害的基本癥狀大氣污染造成的危害，一般分為可見危害和不可見危害二種情況。第69頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月①急性傷害急性傷害是在污染物濃度高、接觸時間短的情況下產(chǎn)生的癥狀，如接觸1～3天或更短的時間就產(chǎn)生傷害癥狀。一般毒性較強的一些污染物，在特殊的氣象條件下，如濕度高、風向適宜、氣流停滯、氣溫較高、光照較充足等情況；易于在短時間內(nèi)表現(xiàn)出癥狀。失綠、組織壞死等都是常見的癥狀，有時還出現(xiàn)灼傷癥狀。因其變化較快，傷害較重，往往易于發(fā)現(xiàn)。第70頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月②慢性傷害在污染物濃度較低情況下，經(jīng)長時間接觸如幾十天后，植物表現(xiàn)出生育不良、生長勢較差、輕度缺綠、色澤較淡等現(xiàn)象，能導致一定程度減產(chǎn)或品質(zhì)受到輕度影響。因其癥狀輕，不明顯，且發(fā)展緩慢，往往不易引起注意。第71頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月③混合傷害混合傷害是急性、慢性癥狀兼而有之，常在低濃度污染物、長時間接觸，植物產(chǎn)生慢性傷害基礎(chǔ)上，又發(fā)生了高濃度、短時間的急性傷害，所以表現(xiàn)上述癥狀。圖（3－6）是主要大氣污染物在植物葉片上的典型癥狀。第72頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第73頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月二、酸雨酸雨是一個引起廣泛注意的環(huán)境污染問題。是80年代大氣化學研究課題之一。所謂酸雨是指降水中強無機酸（硫酸、硝酸及鹽酸）的一種混合物，其pH值比未受污染的降水pH值（5.56）低。第74頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）酸雨的化學組成①酸雨pH值指標目前一般認為，在標準大氣狀態(tài)下，降水的pH值低于5.6即稱為酸雨。通常大氣中含有CO2，CO2溶于雨水中形成H2CO3，使降水呈微酸性。圖（3－7）是不同物質(zhì)與pH值關(guān)系示意圖。未受污染的雨水pH值的本底值定為5.6是比較合理的。第75頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月②酸雨中的主要離子組分

對于酸雨，僅知道其pH值還是不夠的，為了判斷酸雨的形成和來源，還必須了解它的化學組成。目前在酸雨的研究中，一般分析測定降水中有下列離子組成：陽離子：NH4+、Ca2+、Na＋、K＋、Mg2＋、H＋陰離子：SO4-、NO3-、Cl-上述離子代表了酸雨的主要化學組成。第76頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月③酸雨中的酸

酸雨中的強酸有硫酸、硝酸和鹽酸。由于它們在水溶液中完全電離，對降水的pH值貢獻最大。在不同地區(qū)，它們之間的比例是不一樣的。在多數(shù)地區(qū)，硫酸是主要的，硝酸次要，鹽酸最少。酸雨中還存在有一定數(shù)量的弱酸。弱酸是指電離常數(shù)大大小于1的酸類，酸雨中常見的弱酸是有機酸（甲酸、乙酸、乳酸、檸檬酸等）、布朗斯臺德酸（溶解態(tài)Al和Fe）及H2CO3等。由于這些酸在pH＜5時幾乎不電離，因此它們對降水的pH值影響較小，不超過10％。第77頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月④降水中的堿降水中的陽離子Ca2＋、K＋、Na＋、Mg2+和NH4+代表進人降水中的堿性物質(zhì)，這些物質(zhì)對酸起中和作用。其中Ca2＋、K＋和Mg2＋主要來自土壤中的碳酸鹽。建筑業(yè)和燃燒煤也是大氣中Ca2＋的重要來源。Na＋主要來自海洋，由于Na＋和Cl一的當量濃度接近，它們對降水酸度實際上不起多少作用。NH4+是大氣中唯一的氣態(tài)堿，對酸雨的形成有重要影響。NH3的主要來源是土壤中的生物過程，氮肥的揮發(fā)也是重要來源，土壤中NH3的揮發(fā)量將隨土壤pH值的上升而增大，NH3與H＋結(jié)合就形成了NH4+。第78頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）云霧的酸度和化學組成降水除了雨雪外，還包括霧、露和霜。60年代以來，人們對酸性降雨、降雪研究的同時，也十分重視對云、霧的酸化問題的研究。近年來霧的強酸性對一些高山森林生態(tài)系統(tǒng)的潛在危險性，已引起了各國研究人員的極大關(guān)注。霧是由懸浮在近地面上的液態(tài)氣溶膠組成的膠體系統(tǒng)。但在高山上，許多霧實際上是等高度上的層狀云。霧滴極其微小，因此總的接觸面積很大，極易吸附各種類型的污染物，致使霧有很高的酸度和離子濃度。研究不同地區(qū)和高山的酸霧，有利于進一步了解空氣污染物與降水酸化之間的關(guān)系。第79頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月①云霧的酸度許多研究者的測定表明，霧水比雨水的酸度更大，一般霧水酸度比同一地區(qū)的雨水酸度要大幾倍到幾十倍，最低pH值在2.2～3.4之間。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的主要原因可能是霧的形成接近于地面，這里有固定的污染源，同時霧水液滴所包含的水分比雨滴要小得多，故不能把酸度稀釋到跟雨水一樣的程度。第80頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月②云霧的化學組成和酸雨一樣，霧水的離子濃度也比雨水高出許多。B水的離子組分有SO42-、NO3-、K＋、NH4+和Ca2+等。另外也發(fā)現(xiàn)霧水中還有CH2O、Fe、Mn和SO32-，其濃度也較高?，F(xiàn)有的測定表明，由于霧（尤其是城市）在近地面形成，大量直接吸收近地面的污染氣體和顆粒物，因此霧水中的化學組成與空氣中的污染物有較好的相關(guān)性。表（3－18）是我國貴州梵凈山霧水和雨水主要離子濃度的對比情況。第81頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第82頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）大氣中硫的輸送酸雨問題一開始就跟大氣中硫的長距離輸送聯(lián)系在一起。一些工業(yè)發(fā)達國家，初期著重采用高煙囪排放的方法，來控制城市的大氣污染。雖然降低了近地面大氣污染的濃度，但卻使污染物輸送至幾百甚至幾千公里以外，在遠離污染源的地方形成酸雨。一般來說，排入大氣中硫大約20％沉降在距排放源50～100千米的范圍內(nèi)，其余80％將隨氣流輸送到遠離污染源的地方。然而，目前對于大氣中硫的輸送、轉(zhuǎn)化和沉降過程還不很清楚，同時由于實測資料的不充足，所以還很難準確地預測主要的沉降地區(qū)。第83頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）大氣顆粒物在酸雨形成中的作用大氣中的顆粒物是一種普遍而大量存在的污染物。它在大氣中的有效清除途徑是作為云或降水的凝結(jié)核，洗脫出來。因此，降水的化學性質(zhì)受大氣顆粒物化學性質(zhì)的強烈影響。在酸雨研究中，了解顆粒物的來源、化學性質(zhì)和對酸雨形成的作用有著重要的意義。第84頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月①對降水中的酸起中和作用人們認為堿性顆粒物與大氣中的酸起反應(yīng)而中合其中的酸。燃燒過程中產(chǎn)生的飛灰含有CaO和MgO等堿性成分，對酸雨的中合起著重要作用。美國學者認為目前美國的酸雨之所以越來越嚴重，不是因為SO2等污染物排放量的增多，而是因為煙氣除塵的不斷普及，使堿性物質(zhì)大幅度的減少。表（3－19）是美國伊利諾州的降水化學數(shù)據(jù)。第85頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月可以看出，鈣、鎂等陽離子數(shù)量的減少是降水酸化的主要原因第86頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月②對大氣中SO2氧化起催化作用大氣中的一些顆粒物，主要是含Mn、Fe、V等金屬成分的顆粒物能促進酸雨的形成。Ananth等人研究過燃煤產(chǎn)生的微粒物質(zhì)可加速SO2氧化成H2SO4，這種作用實質(zhì)上是催化氧化。許多研究成果已經(jīng)證明許多微量元素和痕量元素具有催化作用，其中Ⅴ2O5對SO2的催化氧化作用比其它金屬都要大得多。在燃燒殘油時會產(chǎn)生Ⅴ2O5，在燃煤中產(chǎn)生的飛灰含有鐵、猛等金屬成分。因此，催化氧化是燃油電廠、燃煤電廠煙羽中SO2迅速生成硫酸根的主要原因。大氣中顆粒物的這種催化氧化作用導致降水酸度的增加。第87頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月（5）酸雨的危害使河流湖泊的水酸化.使水中金屬濃度增加，包括鋁、鎂、鋅、鎘、汞和鉛等等。這些金屬或由土壤和沉積巖中清濾出來，或沉積于降水之中，其中有些是有毒性的。由于河湖水的酸化，對水生植物、苔蘚、無脊錐動物都產(chǎn)生不利影響，其中最嚴重的表現(xiàn)在魚類因窒息、體液酸化、中毒而死亡，而且通過飲水和誤食魚類進入人類的食物鍵。由于土壤的酸化，影響農(nóng)作物、森林樹木的正常生長，據(jù)報道，我國重慶南山27000畝馬尾松已死近過半；四川奉節(jié)縣9萬畝華山松幾乎全部死光。最近關(guān)于酸雨危害的研究，還僅限于森林和農(nóng)業(yè)兩個方面，但有關(guān)專家通過觀察認為，酸雨給建筑物造成的損失要比對農(nóng)林的危害更為嚴重，對人類健康也造成威協(xié)。第88頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月峨眉山冷杉（Abiecfabri)受酸沉降和冰雹的影響重慶南山馬尾松受酸雨的危害（自右至左：嚴重、中等、較輕）第89頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月重慶南山金屬欄桿受酸雨危害腐蝕壯第90頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月（6）我國的酸雨問題1981年我國召開“全國第一次降水污染和酸雨問題討論會”，會后國家環(huán)保部門組織開展了酸雨的普查工作。隨后又組織了“西南地區(qū)酸雨課題組”對西南地區(qū)的酸雨進行專門的研究。1982年又召開了“全國酸雨測報工作會議”，并確定了1983年在全國范圍內(nèi)開展酸雨的普查工作。目前已在全國建起了300多個監(jiān)測站和900多個酸雨監(jiān)測點，組成了重點站，地市級站以及區(qū)縣級站的酸雨監(jiān)測體系，開展了酸雨的監(jiān)測工作。第91頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月①我國降水的化學組分我國的酸雨主要是硫酸污染引起的,由于我國能源結(jié)構(gòu)以煤為主,因此硫污染有主要是燃煤引起的.第92頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月②我國的酸雨分布狀況近幾年來據(jù)全國酸雨普查結(jié)果，我國酸雨大致分布在長江以南，主要有以下幾片：四川盆地、黔中地區(qū)、湘鄂贛地區(qū)、滬杭地區(qū)、閩粵沿海等地區(qū)。其中以四川、貴州、江西、湖南等較為嚴重，華東和華南地區(qū)次之。除石家莊外，東北和西北、華北和各地目前尚未發(fā)現(xiàn)酸雨。第93頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月我國酸雨分布的另一特點是一般大中城市酸雨要比小城市和農(nóng)村嚴重，市區(qū)比較嚴重。從酸雨的時空分布看，我國冬季酸雨較嚴重，而春、夏季節(jié)較輕。這種季節(jié)的變化趨勢同我國城市SO2濃度的季節(jié)性變化趨勢基本上是一致的。第94頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月③我國酸雨區(qū)與土壤pH值的關(guān)系我國由于南方和北方自然條件和耕作方式的差別，土壤的化學性質(zhì)南北區(qū)域分帶很明顯，土壤的pH值、陽離子交換量、鹽基飽和度大體上都是由南向北逐漸升高；土壤對酸沉降的忍耐性也大體上是由南向北逐漸提高，地表水體的酸緩沖容量也自南向北逐漸增大。這些地理因素使得我國主要酸雨區(qū)均分布在土壤pH值比較低，且偏酸性的區(qū)域。這些區(qū)域的地表水體酸化緩沖容量較小，因此酸雨將成為我國南方重大的環(huán)境問題。目前就全國來說，酸雨分布的范圍還不算大，危害也不太嚴重，但個別地區(qū)酸雨危害令人關(guān)注，且有進一步惡化的趨勢。酸雨比較集中，危害又較嚴重的四川省，酸雨面積已達20多萬平方公里。其中重酸雨區(qū)是重慶和涪陵，pH值已達到4.04。第95頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月4．大氣污染對臭氧層的影響臭氧主要分布在10～50km高度范圍內(nèi)，其最大濃度出現(xiàn)在20～30km間，稱為臭氧層。高空臭氧的形成過程是：O2吸收波長在0.1～0.24μm的太陽輻射后，形成氧原子，即：O2＋h

——→O＋O若O2、O與另一中性分子M（如N2、O2等）發(fā)生三體碰撞，便形成O3，即：O＋O2＋M—→O3＋M若O3吸收了波長＜1．1μm的太陽輻射，就產(chǎn)生離解。O3＋h

→O2＋O然后：O＋O3→2O2上面幾個反應(yīng)式是O3生消的重要反應(yīng)式。O3生、消反應(yīng)速率的差異就決定了O3濃度的大小。低空的臭氧一部分從高度輸入，另一部分是由閃電、有機物氧化而生成的。

第96頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月4．大氣污染對臭氧層的影響一般認為這是由于某些污染物進人平流層，從而加速了O3的破壞。目前最引人注目的污染物是NOx和氟氯甲烷。NOx主要是NO和NO2，目前大規(guī)模對土壤施氮肥，它在土壤的反硝化細菌作用下能生成N2O，而N2O能擴散進人臭氧層，在那里通過與O反應(yīng)，產(chǎn)生NO。另外，超音速飛機在高空飛