第二章大气环境思维导图

U584093565

2024-11-29

浏览量: 33

碳氢化合物

大气污染类型

主要污染物

大气环境内容详述

树图思维导图提供《第二章大气环境》在线思维导图免费制作，点击“编辑”按钮，可对《第二章大气环境》进行在线思维导图编辑，本思维导图属于思维导图模板主题，文件编号是：23268b139628bae0f11015068b6d7c9a

思维导图大纲

一、大气的结构与组成

大气的结构

电离层（中间层和暖层）能反射无线电波，对无线电通讯有重要作用

对流旺盛近地面，纬度不同厚度变；高度增来温度减，只因热源是地面；天气复杂且多变，风云雨雪较常见。

气温初稳后升热只因层中臭氧多水平流动天气好

高空飞行很适合

大气是一个由多种气体组成的混合物。它是由干洁空气、水汽和杂质三部分组成的。

大气的组成

二氧化碳

0.033%

氩气

0.934%

其它气体

0.003%

氧气

20.946%

氮气

78.084%

干洁空气中的主要成分为N2（占78.09%）、 O2(占20.95%)、Ar(占

，

0.93%)及一些微量气体

如CO

、O 、H 、CH 、

2 3 2 4

He、Kr、Ne等。

大气各成分的作用

大气组成

主要作用

干洁空气

主要成分

生物体的基本成分

维持生物活动的必要物质

次要成分

CO2

植物光合作用的原料；对地面保温

吸收紫外线，使地球上的生物免

遭过量紫外线的伤害；污染物

水汽

成云致雨的必要条件；对地面保温

固体杂质

成云致雨的必要条件；污染物

大气成分中有些是可变的成分，主要包括CO2、O3、水汽和杂质。

这些可变成分如含量正常，则对环境和生命有机体是有益的，但含量变化后(过多或缺乏)都会造成不良影响及危害——大气污染

二、大气污染

含义

(一般指有害物质，如SO2、NOX、HC、O3、飘尘等超过国家质量标准) ，以致破坏人和生态系统的正常生存和发展，对人体、生

态和材料造成危害的现象。

自然或人为因素造成

天然污染源

类型

人为污染源

存在形式—固定源、移动源

污染物排放高度—高架源、地面源

污染物排放时间—连续源、间断源、瞬时源污染源几何形状—点源、线源、面源

污染物产生来源—生活源、生产源、交通源

污染源

特点

主要来源

排放的污染物

天然源

与人为源相比产生

的污染物较少，浓

火山喷发

二氧化硫、硫化氢、二氧

化碳、一氧化碳、火山灰

度较低，具有局部地区某段时间内可能形成严重影响的特点。

森林火灾

一氧化碳、二氧化碳、二

氧化硫、碳氢化合物等

自然尘

风砂、土壤尘等

森林植物释放

萜稀类碳氢化合物

海浪飞沫

硫酸盐和亚硫酸盐

人为源

移动源

汽车和火车、飞机等, 分布广泛分散,难于监测治理。

交通运输过程：现代化交通运输工具

一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物、硫氧化合物和铅等

静

止源

静止源则包括工

厂、焚化炉等不

燃料燃烧

二氧化硫、氮氧化物、二

氧化碳、一氧化碳

移动的污染源。静

工业生产过程

二氧化硫、硫化氢等

止源污染面积广，

易于集中监测治理。

农业活动排放：

农药、化肥

颗粒物、粉尘、氧化亚氮

等

大气污染物及大气污染类型

大气污染物的种类

根据生成过程

一次污染物：从污染源直接排出的污染物

二次污染物：不稳定的一次污染物与大气中原有物质发生反应，或者污染物之间相互反应，从而生成与原来的物质在理化性质上完全不同的新的污染物

根据物理状态

固态、液态和气态

根据化学化学组成、性质

碳氧化物、氮氧化物、硫氧化物、碳氢化合物、氧化剂、颗粒物及气溶胶、放射性物质

主要污染物

类别

一次污染物

二次污染物

含硫化合物

SO2, H2S

SO3, H2SO4, MSO4

含氮化合物

NO, NH3

NO2, HNO3, MNO3

碳的氧化物

CO, CO2

碳氢化合物

C1-C5Hn化合物

醛、酮、PAN

含卤素化合物

HF, HCl, CFC

颗粒物

重金属、PAHs

2- -

H2SO4, SO4 , NO3

颗粒物（气溶胶）

①总悬浮颗粒物(TSP)

是分散在大气中的各种粒子（固态和液态）的总称，D(粒径)在

0.002—100m，其中多数在10 m以下。

②降尘

D＞10m的粒子，靠重力作用可在短时间内降到地面

③飘尘(可吸入粒子(IP))

D＜10m能在大气中长期飘浮的悬浮物质，如煤烟、烟气、雾等。

气溶胶的来源及对气候的影响

吸收和反射辐射

混合气溶胶云

影响成云过程

沙尘海盐

硫酸盐，硝酸盐

黑碳有机气溶胶

(二次气溶胶)

土地利用变化

海洋生物质燃烧

汽车尾气排放

工业排放

颗粒物对人体健康的危害

两个重要因素：化学成分、粒径大小；粒径不同化学成分也不同

大气中PAHs的浓度与大气中的颗粒物密切相关，并主要吸附在可吸入颗粒物上：Van Vaeck

大于10μm的颗粒物能被鼻腔的鼻毛吸留住，而小于10μm的飘尘却能长驱直入侵蚀肺泡，其中 80%可沉积于肺泡，可达数年之久，导致肺心病等一系列病变。

PM2.5 染毒病理实验

PM2.5染毒剂量增加

含硫化合物

主要指H2S、SO2和SO3。湿度大的情况下，含硫化合物最终被氧化形成硫酸，是硫酸型酸雨的主要来源。

二氧化硫是一种无色的刺激性气体, 腐蚀性很大，

间质血管扩张淤血

肺泡壁逐渐增厚

会严重刺激人的呼吸系统，使人出现咳嗽、嗓子疼、胸闷和感到呼吸受阻，刺激腐蚀人的肺部，可造成肺气肿和支气管炎，并加重哮喘病情。

在适当条件下和飘尘结合在一起，或与水汽中的水蒸汽结合形成硫酸雾，硫酸雾微粒侵入人体肺部，可以引起肺水肿和肺硬化等疾病导致死亡。

SO2污染视频

NOX是NO、NO2、N2O、NO3、N2O4、N2O5等的总称，造成大气污染的NOX最主要是NO和NO2。

氮氧化物来源：主要来源于人类生产生活活动，以汽车尾气排放造成的污染最为严重。

氮氧化物危害：

氮的氧化物

氮氧化物可以转化为硝酸，是形成酸雨主要物质之一

形成光化学烟雾的重要物质

消耗臭氧的重要因子

NO2对人有生理刺激和腐蚀作用，引起城市居民产生急性呼吸道病变的一种原因

可腐蚀织物、材料、破坏染料，使之褪色

危害植物，使其组织受害而落叶，甚至枯萎

碳的氧化物

CO主要是由含碳化合物不完全燃烧产生的无色无味无刺激性的有毒气体。对人体的危害主要是阻碍体内氧气的传输，使人体缺氧，导致死亡。

CO2是一种无毒的气体，是大气中的 “正常” 成分，主要来源于生物的呼吸和化石燃料等的燃烧。目前，大气中CO2浓度逐渐升高，每年上升0.4%。由于二氧化碳吸收地面长波辐射，使地球升温，导致温室效应，从而形成全球气候变化。

碳氢化合物

卤代烃：DDT、666、PCBs

氯氟烃（氟利昂，CFC）：CFC-11、CFC-12

大气污染类型

①还原型(煤炭型)：

主要污染物：SO2、CO和颗粒物（一次污染物）条件：低温、高湿（阴天）、风小、逆温

结果：生成还原性烟雾

案例：1952年12月伦敦SO2烟雾中毒事件—伦敦型烟雾。

②氧化型(汽车尾气型)：

主要污染物： NOX、HC

条件：光照强烈、低湿、风速不大、逆温

结果：生成强氧化性烟雾

案例：1965年前后洛杉矶光化学烟雾—洛杉矶型烟雾

三、大气环境中污染物的化学转化

大气污染物的化学转化

污染源排放进入大气中的污染物，在扩散、输送过程中，由于其自身的物理、化学性质的影响和其他条件的影响，在污染物之间，以及它们与空气原有组分之间进行化学反应，形成新的二次污染物。

包括光化学过程和热化学过程

⋅ 了解：生成硫酸盐和硝酸盐气溶胶的反应；生成光化学烟雾的反应

大气光化学特性

对流层大气中化学反应与太阳辐射、光能有密切关系

光辐射特点：

太阳辐射能量以光波的形式传播，满足ν=C/λ(C为光速、

ν为频率、λ为波长）。

大气中存在各种光吸收物质，到达对流层的都是波长大于380nm的光。

光化学特性

大气光化学反应基础

一定的分子或原子只能吸收一定能量的光子，吸收光能后的激发态分子处于不稳定的状态，可由许多途径失去能量而成为稳定状态。

通过碰撞消耗活化能又回到基态；

发生离解；

直接与其他物质发生反应；

发生荧光，回到基态。

如大气辉光(即大气在夜间的发光现象)是由一部分激发的OH引起的：

O3 + H  OH* + O2

OH*  OH +

硫氧化物在大气中的化学转化

SO2是燃料燃烧排放的主要大气污染物之一光和湿度在SO2的转化中具有重要的作用 SO2在大气中的氧化作用主要有两种途径：光化学氧化

直接光氧化、间接光氧化

催化氧化

光化学氧化

SO2与氧原子的反应(直接） SO2 + O  SO3

其中氧原子的大部分来源是NO2光解

NO2 +

SO2与其它自由基的反应（间接）

SO2 + HO2  OH + SO3

SO2 + CH3O2  CH3O + SO3 SO2 + OH  HOSO2

催化氧化

均相反应中SO2缓慢氧化为SO3

非均相反应：

a，2SO2+2H2O+O2--2H2SO4

催化剂为某些金属盐，易存在于悬浮颗粒物中。

b，湿度较高时

在液相发生氧化反应催化效率:

MnSO4>MnCl2>CuSO4>NaCl

氮氧化物在大气中的化学转化

氮氧化物的基本反应

NO2可以与O或O3反应生成NO3。NO3可以和NO反应或光解作用再生成NO2或者再与NO2反应生成N2O5。N2O5与 H2O作用形成HNO3。

NO氧化为NO2可按下式进行： NO + O3  NO2 + O2

在日光下，NO也可被自由基OH、CH3O 、CH3O2和

CH3COO2等氧化，其反应式：

OH + NO  HONO CH3O + NO  CH3ONO

CH3O2 + NO  CH3O + NO2 CH3COO2 + NO  CH3O + CO + NO2 RO2  + NO  RO  + NO2

NO2在日光照耀下可与OH和O3等反应，其反应式：

OH + NO2  HNO3 O3 + NO2  NO3 + O2

NO、NO2和O3的基本光化学循环

NO、NO2和O3的基本光化学循环是大气光化学过程的基础，当大气中NO与NO2和阳光同时存在时，O3就作为NO2光分解的产物而生成。

NO2 +

M为空气中的N2、O2或其它第三者分子。

O3 + NO  NO2 + O2

酸雨视频

- 含有氮氧化物和烃类的大气，在阳光中紫外线照射下发生反应所形成的产物及混合物。 - 特征：烟雾呈蓝色，具有强氧化性，刺激眼睛、伤害植物叶子、使橡胶开裂、大气能见度降低

光化学烟雾形成条件

NOx、HC的排放源

地理条件

地理位置、光照、温湿度、风力

光化学烟雾的形成机理

碳氢化合物和氮氧化物的相互作用过程

大气中的一般成分和一次污染物NO、N2、CO、C3H6等都不吸收紫外辐射，只有NO2吸收紫外辐射。

形成烟雾的关键：NO向NO2的转化

NO2 + hυ → NO + O O + O2 + M → O3 + M O3 + NO → NO2 + O2

1. 产生烟雾的主要成分：碳氢化合物

12/20个反应）

包括链引发、链传递和链中止（重要）。见书35页

C3H6-NOx-空气体系中一次污染物与二次污染物浓度变化曲线

光化学烟雾是臭氧、硝酸、醛类、酮类和及氧乙酰基硝酸酯等多种物质的混合物，其中80%是臭氧

汽车尾气以及石油和煤燃烧废气是形成光化学烟雾的主要污染源。

空气中氧化剂特别是O3也包括PAN（过氧乙酰硝酸酯）

及其他化合物是烟雾形成的指标。

发生光化学烟雾还必须有烃类参加，烯烃特别能使烟雾形成，也必须有NOx参加，NOx是建立导致烟雾形成的起始光化学过程。

光化学烟雾三个重要条件：NOx、HCs和紫外线

光化学烟雾日变化曲线

四、大气中污染物的扩散

影响大气污染物扩散的因素

污染源参数

数量、组成、排放方式、源几何形状、相对位置、密集程度及源高

气象条件下垫面状况

气象条件

干绝热递减率γd：干空气块或未饱和的湿空气块在绝热条件下每升高单位高度（100m）所造成的温度下降数值称为干绝热递减率 1℃ /100m

气温垂直递减率γ 0.6℃ /100m

气温沿垂直高度的分布可用曲线表示，称为温度层结曲线，简称温度层结。存在四种情况

Δγ>0,称为正常分布层结或递减层结；

②气温直减率等于或近似等于干绝热直减率，即γ=γd，称为中性层结；不利于大气污染物的扩散。

③ 气温不随高度变化，即Δγ=0，称

为等温层结。

④气温随高度增加而增加，Δγ<0称为逆温，不利于大气污染物的扩散。

大气稳定度

指在垂直方向上的稳定程度，与污染物的扩散有密切的关系。

大气静力稳定度可以用温度直减率与干绝热直减率

之差来判别，即：















气块加速运动，大气不稳定气块减速运动，大气稳定大气是中性的

逆温

①定义：气温随高度增加而增加的现象称为逆温

②分类：根据逆温的生成过程，分为五类

辐射逆温，下沉逆温，锋面逆温，湍流逆温，平流逆温

下垫面因素

动力效应：地形地物，摩擦阻滞

山区

周期：24小时

山风与谷风转换期易造成大气污染

海陆交界地带周期：24小时

海陆风局地环流污染物不易充分扩散

城乡温度差

影响大气污染的其他因素

不同类别污染源有不同的排放方式，污染物进入大气的初始状态也不一样，其浓度分布不同

大气污染的危害

大气污染物通过三个途径侵入人体：①直接呼吸；

②附于食物或溶解于水，随饮食、饮水侵入；③接触和刺激皮肤进入

A 急性中毒

典型事件：1952年伦敦烟雾，1984年印度博帕尔农药泄

漏

B 慢性中毒

典型事件：日本“四日市哮喘病”

C 致癌

对植物的危害 A急性危害

短时期内，高浓度污染物造成的危害

B慢性危害

长时间内，低浓度的污染物造成的危害

C隐性危害

外表生长发育正常，但生理机能受到影响，产量下降。主要污染物

SO2、氟化物、光化学烟雾、Cl2、NOX、NH3等。

五、大气污染综合防治与管理

综合防治措施

减少用煤、集中供热、开发清洁能源

大气污染控制技术

改革生产工艺、安装废气净化装置

主要大气污染物控制技术

烟尘控制技术

控制流动源污染：汽车尾气的治理

构建绿色生态系统，提高生物净化功能

改变燃料的构成,以减少颗粒物的生成；采用控制设备除尘。

除尘装置：从气体中除去或收集固态或液态粒子的设备

机械式除尘装置

较大粒径尘粒

<5μm尘粒去除率50%

纵切面

- - - 空气过滤器 - 过滤材料：滤纸、玻璃纤维；砂砾、焦炭；纤维织物 - 除尘率99% - - 使含尘气体与液体接触，利用水滴和尘粒的惯性碰撞及其它作用捕集尘粒或使尘粒粒径增大的装置。 - 重力喷雾洗涤器、离心洗涤器、自激喷雾洗涤器、板式洗涤器、填料洗涤器、文丘里洗涤器、机械诱导喷雾洗涤器 - 0\.1\-20μm液态或固态粒子

电除尘装置

1. 二氧化硫净化技术

燃料脱硫、燃烧过程中脱硫和烟气脱硫

燃料脱硫

燃烧脱硫

湿法和干法两类

流化床燃烧脱硫

低浓度二氧化硫的吸附净化

汽车尾气成分：

CH、CO、NOx

包含两步：NOx还原；CH和CO氧化首先利用CO和CH还原NOx

催化氧化CO和CH