第二章 大氣環(huán)境化學(四).ppt

1、環(huán)境問題之三,臭氧層破壞,地球生命的保護傘,臭 氧,對流層（020km）,平流層（2050km）,中間層（50100km）,電離層（1001000km）,磁氣層（1000km以上）,臭氧層 2530km,1 臭氧層的存在與作用,臭氧是氧的一種存在形式。平流層中含有地球上90%的臭氧。盡管在整個平流層中均可發(fā)現(xiàn)臭氧，但在距地面大約25公里的一個區(qū)域內(nèi)臭氧濃度最高，這一區(qū)域被稱為“臭氧層”。,千萬不要小看這層薄薄的臭氧，它有效遮擋住陽光中有害的紫外線，對于波長越短、對生命危害越強的紫外線，臭氧的吸收作用也就越強；因此，只有長波紫外線UV-A（波長320nm）和少量中波UV-B能夠輻射到地面。 臭氧

2、層就象撐在空中的一把傘，保護著地球上的生靈免遭短波紫外線的傷害。億萬年來，萬物生靈在臭氧層保護傘的蔭護下得以生存和繁衍。,臭氧層的作用,2.1臭氧量的多少決定于太陽紫外輻射強弱,一是 太陽活動強弱,二是 太陽紫外輻射強度隨地球緯度的分布,2 臭氧層的現(xiàn)狀,測 量 標 準,在一個標準大氣壓，氣溫為0的條件下 ， 百分之一毫米厚的臭氧定義為1個多布森Dobson， 在定量討論臭氧變化時， 一般用D.U.作單位，讀作多布森。,200個多布森,空洞！,2.2 近年來臭氧層的變化,南 極 地 區(qū),南極臭氧空洞,1985年，英國科學家在南極哈雷灣觀測站發(fā)現(xiàn)：在過去10-15年間、每到春天南極上空的臭氧濃度

3、就會減少約 30%，有近95%的臭氧被破壞。從地面上觀測，高空的臭氧層已極其稀薄，與周圍相比像是形成一個“洞”，直徑達上千公里，“臭氧洞”由此而得名。衛(wèi)星觀測表明，到1998年臭氧空洞面積比1997年增大約 15%，幾乎相當于三個澳大利亞大。前不久，日本環(huán)境廳發(fā)表的一項報告稱，1998年南極上空臭氧空洞面積已達到歷史最高記錄，為2720萬平方公里，比南極大陸還大約1倍。 美、日、英、俄等國家聯(lián)合觀測發(fā)現(xiàn)，近年來，北極上空臭氧層也減少了20%。在被稱為是世界上“第三極”的青藏高原，中國大氣物理及氣象學者的觀測也發(fā)現(xiàn)，青藏高原上空的臭氧正在以每10年 2.7% 的速度減少。根據(jù)全球總臭氧觀測的結果

4、表明，除赤道外，1978-1991年總臭氧每10年間就減少 1%-5%。,1995年南極春季臭氧洞變化,2000年9月的空前臭氧洞,圖 是美國航空航天局用衛(wèi)星測繪出的南極臭氧層空洞，左圖是2001年9月24日的臭氧層空洞圖像，雖然只有一個，但其面積比北美洲還大。右圖是2002年9月24日的圖像，科學家首次發(fā)現(xiàn)臭氧層空洞居然一分為二，但總面積比去年減少了40%，科學家認為這要歸因于南極洲氣溫的上升,北 極 地 區(qū) 及 北 半 球,81年3月 82年3月 91年3月 92年3月 93年3月 94年3月,北極熊,我 國 情 況,青藏高原,2.3 全球臭氧層變化情況,北半球中緯度地區(qū)冬/春季減少6%；

5、 北半球中緯度地區(qū)夏/秋季減少3%； 南半球中緯度地區(qū)全年平均減少5%； 南極地區(qū)春季減少50%； 北極地區(qū)春季減少15%。,臭氧層耗損導致UVB輻射增加,根據(jù)1998年UNEP評估報告，由于臭氧層耗損，不同地區(qū)UVB的變化如下： 北半球中緯度地區(qū)冬/春季增加了7%； 北半球中緯度地區(qū)夏/秋季增加了4%； 南半球中緯度地區(qū)全年平均增加了6%； 南極地區(qū)春季增加了130%； 北極地區(qū)春季增加了22%。,3 臭氧層破壞對地球的六大影響,1 對人體健康的影響 2 對陸生植物的影響 3 對水生生態(tài)系統(tǒng)的影響 4 對生物化學循環(huán)的影響 5 對材料的影響 6 對對流層大氣組成及空氣質量的影響,破壞臭氧層對

6、人體的影響,皮膚癌 白內(nèi)障和其他眼部疾病 抑制免疫系統(tǒng),臭氧洞的危害,損 害 人 類 健 康,破壞臭氧層對其他生物的影響,減少海里浮游生物的數(shù)目 減少企鵝的數(shù)目 減少蛙卵的成功孵化率,破 壞 地 球 生 態(tài) 平 衡,一九二八年，CFCs這種“神奇氣體”被發(fā)明，并在商業(yè)上得以廣泛的應用。CFCs無毒、性質穩(wěn)定、不易燃燒、易于儲存、價格便宜而被廣泛用作致冷劑、噴霧劑、發(fā)泡劑及清洗劑等。日常生活的許多方面，如吸煙，家用電器，沙發(fā)，冰箱、空調(diào)使用等都涉及到氯氟烴類物質的使用。到80年初，全世界每年向大氣排放100多萬噸該類物質，而歐美日等發(fā)達國家的排放量占全世界90% 以上。,罪魁禍首,產(chǎn)量,什么是氟

7、氯碳化物 (CFCs)? 1,氟氯碳化合物 (CFCs) 包含氯、氟及碳 在1930年由杜邦化工公司開發(fā) CFCs很受工業(yè)界歡迎 毒性低 化學性質穩(wěn)定 價格便宜 用途 制冷劑 發(fā)脹劑 制作軟發(fā)泡劑 清潔劑 推動劑,什么是氟氯碳化物(CFCs)? 2,CFCs 是各種噴霧產(chǎn)品的推動劑 (圖片來源: ),CFCs昔日曾用作電冰箱的製冷劑(圖片來源: ),4.1 消耗臭氧層的物質,是人造化學化合物 - 鹵代烴，其中包括碳和鹵素(氟、氯或溴)原子 ODSs 性質極其穩(wěn)定，延續(xù)長久，存在于大氣下層，可飄浮至離地面16公里的平流層 在平流層內(nèi)ODSs遭紫外光作用而分解，釋出氯原子等與臭氧作用而產(chǎn)生氧分子，

8、因而降低平流層內(nèi)臭氧濃度 .,消耗臭氧層物質包括 含氯氟氫ChloroFluoroCarbons (CFC) 鹵代碳氫化合物 (哈龍) HALogenated hydrocarbON (HALON) 甲基氯仿 (1,1,1-三氯乙烷) Methyl Chloroform (1,1,1-trichloroethane) 甲基溴 Methyl Bromide 四氯化碳 (四氯甲烷) Carbon tetrachloride (Tetrachloromethane) 含溴氟氫HydroBromoFluoroCarbons (HBFC) 含氯氟氫HydroChloroFluoroCarbons (HC

9、FC),4.2 消耗臭氧層物質的用途,CFC, HCFC ： 供冷氣工程和制冷工業(yè)用作冷卻劑 (CFC-11, CFC-12 and HCFC-22) 作為噴霧劑的推進劑 (CFC-11 and CFC-12) 供發(fā)泡膠工業(yè)用作發(fā)泡劑 供電子工業(yè)用作清潔劑 哈龍 HALONS 手提滅火器內(nèi)所用的哈龍 (Halons 1211) 固定防火裝置內(nèi)所用的哈龍 (Halons 1301),消耗臭氧層物質的用途,三氯乙烷 1,1,1-trichloroethane 用作溶劑以清潔電子板和金屬裝置，作為涂改液的稀釋劑， 紡織業(yè)(干洗)的清潔劑 四氯化碳 Carbon tetrachloride 供紡織和電

10、子業(yè)用作清潔劑,5 臭氧洞的形成原因,發(fā) 現(xiàn) 史,從左： 馬克思 柏蘭克 （Max Planck）化學研究所 的保羅 庫森（Paul Crutzen） 德國的Mainz和馬薩諸塞科 技研究所的 馬里奧 穆連 (Mario Molina)，諾貝爾獎 的共同獲得者 。 左上，Irvine州加利福尼亞 大學的F.希拉伍德 羅蘭 （ F Sherwood Rowland）， 1995年獲諾貝爾化學獎,臭氧層破壞機理得到驗證,(1) 風輸送物質過程(氣流運動),對流層,平流層,(2)熱力和動力作用(氣溫變化過程),安第斯山,落基山,(3) 臭氧光化學變化過程,臭氧層的穩(wěn)定狀態(tài)遭破壞原因,導致臭氧層破壞的

11、催化反應過程： 總反應 Y - 直接參加破壞O3的催化活性物種，包括NOX、HOX、ClOX等,a 平流層中NO，NO2來自于N2O氧化：,平流層中NOx對臭氧層破壞的影響,b 超音速飛機排放是NO，NOX的人 為來源，破壞O3層 總反應：,平流層中HO2來源于H2O，CH4等的反應:,總反應,平流層中HOx對臭氧層破壞的影響,平流層中ClOX天然來源自海洋生物產(chǎn)生的CH3Cl人為來源是制冷劑,平流層中ClOx對臭氧層破壞的影響,光解產(chǎn)生的 Cl 破壞O3 總反應：,6 控制臭氧層破壞的途徑和政策,在現(xiàn)代經(jīng)濟中，氟里昂等物質應用非常廣泛， 要全面淘汰，必須首先找到氟里昂等的替代物質 和替代技術

12、。,1傳統(tǒng)的環(huán)境管制措施,經(jīng)濟手段,重大科研、技術和決策問題,臭氧層耗損機制 臭氧層耗損的社會、經(jīng)濟與環(huán)境影響 替代品與替代技術選擇和發(fā)展戰(zhàn)略 全球共享資源管理理論與機制 履行議定書的對策與策略，包括國際環(huán)境外交對策和與國內(nèi)安全履約機制與措施,泡沫行業(yè)CFC-11消費量限制,淘汰方式,對大、中、小型符合資助的企業(yè)將分別采取不同的淘汰方式。通過招標體系來完成大多數(shù)大中企業(yè)的淘汰活動；基于地理、子行業(yè)特點，鼓勵一些大中型企業(yè)與小消費企業(yè)通過企業(yè)重組或兼并以集團的方式競標。 通過票證體系對一些小企業(yè)提供一定的設備支持、技術咨詢、優(yōu)先技術選擇和設計服務。 不同的子行業(yè)、不同的地域采用不同的淘汰進程。費

13、用有效性將會是決定淘汰速率的主要因素。由于高昂的轉產(chǎn)費用，小企業(yè)的淘汰活動的開展存在很大的困難。,淘汰措施,嚴格執(zhí)行CFC生產(chǎn)整體淘汰計劃，建立CFC進出口許可證和配額制度，實現(xiàn)CFC-11總量控制； 在2009年底前在PU泡沫行業(yè)頒布CFC-11消費禁令； 實施淘汰項目，控制消費； 制定和頒布政策法規(guī)確保行業(yè)計劃的實施； 大力開展培訓和宣傳活動，提高公眾意識，促進替代技術推廣并鼓勵企業(yè)積極參與到淘汰活動中；,淘汰措施,為企業(yè)提供替代品和替代技術選擇、技術咨詢等技術援助； 建立行之有效的監(jiān)督和執(zhí)行體系，包括開發(fā)管理信息系統(tǒng)，確保淘汰計劃的實施； 推動替代品和替代技術的研究和開發(fā)； 制定替代品和

14、替代技術的技術指標和安全標準； 分階段實施PU泡沫行業(yè)計劃。淘汰計劃在批準后開始實施，于2010年1月1日結束。,保護臭氧層，淘汰CFC的效益,可避免1,910萬例非黑素瘤皮癌； 可避免1,500萬例黑素瘤皮癌； 可避免33.35萬例皮癌死亡； 可避免1.29億例白內(nèi)障； 可避免價值2,380億美元的漁業(yè)損失； 可避免價值1,910億美元的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)損失； 可避免建筑業(yè)中價值300億美元的聚氯乙烯塑料產(chǎn)品損失； 合計為4,590億美元加以上健康效益。,替代技術路線,軟泡 二氯甲烷 (MC) 變壓發(fā)泡技術（Variable Pressure Foaming） 液態(tài)CO2(LCD)技術 硬泡 戊烷

15、水發(fā)泡技術 HCFC-141b 自結皮 碳氫發(fā)泡 水發(fā)泡技術 HCFC-141b,保護臭氧層國際行動,1977年,聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署設立一個統(tǒng)籌委員會來研究臭氧層。,1978年,美國、加拿 大、瑞典、挪威禁止使用 CFCs氣溶膠。,1981年,UNEP開始啟動 保護臭氧層的政府間協(xié)商。,1987年,蒙特例爾議定書制定了有關臭氧層消耗物質的議定。46個政府同意到2000年削減50%的CFCs的生產(chǎn)和消費；到1992年底凍結哈龍的生產(chǎn)和消費；以及通過專家的評價采取進一步的行動。,1985年，也就是南極臭氧洞發(fā)現(xiàn)的當年由聯(lián)合國環(huán)境署發(fā)起。通過保護臭氧層的維也納公約，首次在全球建立了共同控制臭氧層破壞的

16、一系列原則方針。1987年，大氣臭氧層保護的重要歷史性文件蒙特利爾議定書通過。在該議定書中，規(guī)定了保護臭氧層的受控物質種類和淘汰時間表，要求到2000年全球的氟利昂消減一半，并制定了針對氟利昂類物質生產(chǎn)、消耗、進口及出口等的控制措施。由于進一步的科學研究顯示大氣臭氧層損耗的狀況更加嚴峻，1990年通過蒙特利爾議定書倫敦修正案。1992年通過了哥本哈根修正案，其中受控物質的種類再次擴充，完全淘汰的日程也一次次提前。,蒙特利爾議定書,在保護臭氧層方面， 我能夠做什么呢？ 不要排放CFCs，而 應該回收它們。,在保護臭氧層方面， 我能夠做什么呢？ 購買臭氧層友好產(chǎn)品！,中國已經(jīng)成為最大的ODS生產(chǎn)國

17、和消費國,發(fā)達國家于1995年和1996年先后淘汰了CFCs和哈龍的生產(chǎn)和消費。1996年以來，中國ODS年生產(chǎn)和消費躍居世界第一位。1999年ODS生產(chǎn)和消費量各約7萬噸。,中華人民共和國大氣污染防治法,在國家規(guī)定的期限內(nèi)，生產(chǎn)、進口消耗臭氧層物質的單位必須按照國務院有關行政主管部門核定的配額進行生產(chǎn)、進口。 違反本法第四十五條第二款規(guī)定，在國家規(guī)定的期限內(nèi)，生產(chǎn)或者進口消耗臭氧層物質超過國務院有關行政主管部門核定配額的，由所在地省、自治區(qū)、直轄市人民政府有關行政主管部門處二萬元以上二十萬元以下罰款；情節(jié)嚴重的，由國務院有關行政主管部門取消生產(chǎn)、進口配額。,中國CFC淘汰計劃,中國主要研究工

18、作,1987年開展消耗臭氧層物質的控制管理研究 1989年開展消耗臭氧層物質替代品的ODP值計算和平流層臭氧耗損對對流層臭氧的影響等研究 1992年編制并完成中國淘汰消耗臭氧層物質國家方案；1997-1999年修訂中國淘汰消耗臭氧層物質國家方案 1995年以來開發(fā)并完成中國消防行業(yè)哈龍整體淘汰計劃、中國清洗行業(yè)ODS整體淘汰計劃、 中國化工行業(yè)CFC生產(chǎn)淘汰計劃和中國煙草行業(yè)CFC整體淘汰計劃等 1995-1999年保護臭氧層系列政策研究,國家方案制定與修訂,中國逐步淘汰消耗臭氧層物質國家方案，于1993年獲得國務院批準并正式實施。作為全球第一個國家方案不僅制定了中國履行蒙特利爾議定書的總體戰(zhàn)略、行動計劃和政策框架，并被UNEP作為其它締約國編制國家方案的范本，先后被翻譯成五種文字； 1999年承擔并完成了國家方案的修訂工作，該修訂稿已于1999年11月獲國務院批準 。,新機制開發(fā),1997年開發(fā)完成的行業(yè)機制被國際社會認可, 該機制以費用-有效性為特征，以政策和監(jiān)督管理及項目實施機制創(chuàng)新為保證； 新機制為中國相關行業(yè)淘汰ODS節(jié)約了27%的淘汰成本（據(jù)世界銀行測算）； 采用該機制建立的中國消防行業(yè)哈龍整體淘汰計劃為中國消防行業(yè)從議定書多邊基金一次性獲得了6,200萬美元的資助； 該機制還被應用于清洗行業(yè)、 化工行業(yè)和煙草