【正文】 第 2章 大氣環(huán)境化學(xué) 第 1節(jié) 大氣的組成及其主要污染物 空氣作用：沒有空氣就沒有生命。 ? 一 、 大氣的主要成分 ? A、 主要成分 : N2:% Ar:% O2 :% CO2:% ? B 、 少量稀有氣體 ： He( 104) 、 Ne( 103) 、Kr( 104)、 Xe( 109)、 ? C、 其他痕量組分 ： H CH CO、 SO NH3等 。 ? 地表大氣的平均壓力為 101300Pa（ 105Pa） ， 大氣總質(zhì)量約為 1018kg；大氣質(zhì)量的 ％ 集中在 50km以下 的大氣層范圍內(nèi) 。 ? 隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，大氣污染日益嚴(yán)重。例如： 酸雨 、溫室效應(yīng) 、 臭氧空洞 。 第 2章 大氣環(huán)境化學(xué) ? 二 、 大氣層的結(jié)構(gòu) ? 大氣質(zhì)量在鉛直方向的分布： ? 大氣質(zhì)量在鉛直方向的分布是極不均勻的 。 高度 h(Km) 5 12 30 50 80 質(zhì)量 W(%) 50 90 99 ? 大氣溫度層結(jié)和大氣密度層結(jié)： ?靜止大氣的溫度和密度在垂直方向上的分布 。 ? 根據(jù)大氣的溫度層結(jié) 、 密度層結(jié)和運(yùn)動規(guī)律 ， 可將大氣劃分為 對流層 、 平流層 、 中間層 和 熱層 ， 更遠(yuǎn)的地方稱為 逸散層 。 第 2章 大氣環(huán)境化學(xué) 第 2章 大氣環(huán)境化學(xué) ?1） 對流層： ?① 是大氣的底層 ， 其平均厚度為 12km。 ?② 該層內(nèi)氣溫隨高度的增加而降低 。 對流層內(nèi)大氣的重要熱源是來自 地面的長波輻射 ， 故離地面越近氣溫就越高；離地面越遠(yuǎn)氣溫則越低 。 ?大氣垂直遞減率 — 隨高度升高氣溫的降低率 。 ? 通常用下式表示 ： Г= ?dT/dz 式中： T—— 絕對溫度 ， K； Z—— 高度 ， m。 ? 在對流層中 ， 平均而言 dT/dZ0且 Г＝ 0. 6K／ 100m。即 每升高 100m， 氣溫降低 ℃ 。 第 2章 大氣環(huán)境化學(xué) ?③ 對流層按照受地表各種活動的影響程度的大小 ， 分為： ? 低層大氣 （ 摩擦層或邊界層 ） ： 高度在 1～ 2km內(nèi) ， 大氣污染物絕大部分都停留在這一層 ， 受地表的機(jī)械運(yùn)動和熱力作用強(qiáng)烈 。 ? 自由大氣層 ： 高度在 1～ 2km以上的對流層的大氣 ， 自然界主要的天氣 （ 云 、 雨 、 風(fēng) 、 霜和雷電等 ） 過程形成都出現(xiàn)在此層 。 ?④ 對流層頂部的 對流層頂層氣體 ， 溫度特別低 ， 水分子轉(zhuǎn)化為冰 ，阻止水分子進(jìn)入平流層 ， 否則將出現(xiàn) 水分子在平流層光解 ： ?⑤ 對流層內(nèi)含有全部大氣質(zhì)量 3/4的大氣和幾乎所有的水汽， ?④ 從污染源排放出的污染物幾乎都直接進(jìn)入對流層，因而這些 污染物的遷移轉(zhuǎn)化 過程也主要發(fā)生在這一層內(nèi)。 ???? ?? HOHOH hv2第 2章 大氣環(huán)境化學(xué) ?（ 2） 平流層： ? ① 高度 ： 12～ 50km。 ? ② 溫度 ： 在 30～ 35km以下 ， 隨高度的增加氣溫保持不變或稍有上升 。 從 30～ 35km開始 ， 氣溫隨高度的增加而升高 。 到平流層頂時(shí) ，溫度可接近 0℃ 。 ? ③臭氧層 ：在 15～ 35km高度范圍內(nèi)存在，濃度在 25km處最大。 ? 臭氧分子 能夠吸收來自太陽的 紫外輻射 而分解為 氧原子 和 氧分子 ，當(dāng)它們又 重新化合 為 臭氧分子 時(shí)，便 可釋放 出 大量的熱能 ，這就是 平流層溫度升高 的原因。 222122323322???????????????OOOOOOOOOOOO第 2章 大氣環(huán)境化學(xué) ?（ 2） 平流層： ?④污染物進(jìn)入平流層后，會由此而形成一薄層，使污染物遍布全球。 ? a、 平流層內(nèi)由于上熱下冷，空氣 垂直對流運(yùn)動很小 ， 只能 隨地球自轉(zhuǎn)而產(chǎn)生 平流運(yùn)動 。 ? b、 平流層內(nèi)水汽和塵埃甚微少， 很少天氣現(xiàn)象 出現(xiàn)。 ? c、大氣透明度也很好 ，現(xiàn)代飛機(jī)多在平流層底部飛行，既平穩(wěn)又安全。但飛機(jī)排放的廢物可破壞臭氧層。 第 2章 大氣環(huán)境化學(xué) ?（ 3）中間層 ?①高度 ： 50～ 80km ?② 溫度 ： 氣溫隨高度的增加而降低 。頂部可達(dá) 92℃ 左右。垂直溫度分布特征與對流層相似。 ?③由于層內(nèi)熱源僅靠其下部的平流層提供，因而下熱上冷 ，故空氣 垂直對流運(yùn)動相當(dāng)強(qiáng)烈 。 第 2章 大氣環(huán)境化學(xué) ?（ 4）熱層 ? ① 高度： 80～ 500km。 ? ② 溫度： 溫度隨高度的增加而迅速上升 。 頂部可達(dá)到 1000K以上。該層內(nèi)空氣極稀薄，在太陽紫外線和宇宙射線的輻射下，空氣處于高度電離狀態(tài)，因而熱層也可稱為 電離層 。 ?（ 5）逃逸層 ? 逃逸層空氣極為稀薄，常成為外大氣層。逃逸層的溫度隨高度的增加略有增加。 ? 大氣層的溫度隨海拔高度的變化情況見書 P20的圖 21。 RTM g hppRTM g hppepphhRTM g hh00/0?????? ?，即取為若第 2章 大氣環(huán)境化學(xué) ?三 、 大氣中的主要污染物 ?大氣污染物分類： ?按物理狀態(tài)： 氣態(tài)污染物 和 顆粒物 兩類； ?按形成過程： 一次污染物 和 二次污染物 兩類； ?一次污染物 是 從 污染源直接排放 的污染物質(zhì)，如 SO NOx等 ?二次污染物 是 經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)形成 的污染物質(zhì)，如 O3和硫酸鹽等 ?含硫化合物 ? (1)SO2 ? A、 SO2的危害 ?對人體呼吸道危害很大、 刺激呼吸道 并 增加呼吸阻力 ， 造成呼吸困難 ；會造成植物葉組織壞死，損害植物葉面功能，甚至死亡。 ?SO2在大氣中易被氧化形成 SO3,而后與水結(jié)合，經(jīng)過均相和非均相成核作用，形成 硫酸氣溶膠 ，同時(shí)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成 硫酸鹽 。 ?硫酸和硫酸鹽可形成 硫酸煙霧 和 酸性降水 ，危害很大。 第 2章 大氣環(huán)境化學(xué) ?含硫化合物 ?(1)SO2 ? B、 SO2的來源與消除 ?來源 ：大氣中 SO2的主要來源包括人為來源和天然來源兩類；其中 人為來源是 造成大氣污染的主要源，特別是 含硫礦物的燃燒 。 ?消除 ：大氣中 SO2 中的 50％會 轉(zhuǎn)化為硫酸或硫酸根 ，剩余的通過 干、濕沉降從大氣中消除 。 ? C、 SO2的濃度特征 ? SO2的本底具有明顯的地區(qū)變化和高度變化； ? SO2的城市濃度具有明顯的變化規(guī)律； ? SO2一般是夏季濃度低，日變化?。欢緷舛雀?，日均濃度變化大，早晚出現(xiàn)濃度峰值。原因是：早、晚 SO2的 排放量大，且逆溫層低，空氣穩(wěn)定，排放的 SO2的不易擴(kuò)散造成。 ? SO2進(jìn)入大氣后，在大氣中的分布與氣象條件有非常密切的關(guān)系，風(fēng)速、逆溫和湍流對污染物的擴(kuò)散也起著非常重要作用。 ? 溫度梯度處于 逆溫穩(wěn)定狀態(tài) 、 小風(fēng)或靜風(fēng)都不利于 SO2擴(kuò)散。 第 2章 大氣環(huán)境化學(xué) ?含硫化合物 ? (2)H2S ? A、 H2S的來源 ?天然源： 火山噴射、海洋水浪花和生物活動等。其中生物體機(jī)體腐爛產(chǎn)生的 H2S占主要的部分。 ?人為源： 大氣中人為來源排放量不大。 ? B、 H2S的其他來源 ?H2S還可以由 COS， CS2與 HO?反應(yīng)產(chǎn)生： 22222OSHHOSHSHCO SCSHOCOSHCO SHO??????????????? C、 H2S的消除 SHOHSHHO 22 ?????第 2章 大氣環(huán)境化學(xué) ?含氮化合物 ?大氣中存在的氮氧化物主要有 N2O、 NO、 NO2等。 N2O是低層大氣中含量最高的含氮化合物，主要來著天然源， 由土壤中細(xì)菌對硝酸鹽脫氮產(chǎn)生 。 ?N2O沒有明顯的污染，主要是 NO和 NO2，常用 NOX表示。 ? (1) NOX的來源與消除 ? A、 NO和 NO2主要來源是人類使用的燃料燃燒，燃燒源分為 流動燃燒源 和 固定燃燒源 。 ? B、城市中大氣中 NOX2/3來自 汽車等 流動源 的 排放 ， 1/3來自固定燃燒源的排放。 ? C、燃燒源排放的 NOX主要是 NO(90%)， NO2數(shù)量很少。 OH25ON21H2HNO 2223 ???? ??第 2章 大氣環(huán)境化學(xué) ?含氮化合物 ?(2) NOX的形成機(jī)理 ?A、燃燒中生成 NOX機(jī)理 ?B、在高溫下生成 NOX機(jī)理。 X燃 燒2 NOO ?? ???含氮化合物)( 21)( )(O)()( O22222慢極快極快極快極快NOONOHNOOHNONONNNONOOO??????????????????????第 2章 大氣環(huán)境化學(xué) ?含氮化合物 ?(3) 燃燒過程影響 NOX形成的因素 ?A、燃燒溫度 ? 燃燒溫度越高，形成的 NO數(shù)量越多，燃燒中高溫能產(chǎn)生較高 NO含量，又有利 NO的快速生成。 ?B、空燃比 ? 空燃比是燃燒時(shí)空氣質(zhì)量和燃料質(zhì)量的比值。 ? 書本 p30,圖 210 污染物的排放量與空燃比關(guān)系。 ?(4)NOX的環(huán)境濃度 ?(5)NOX的危害 ?氮氧化物是造成大氣光化學(xué)污染的重要物質(zhì)。 第 2章 大氣環(huán)境化學(xué) ?含碳化合物 含碳化合物包括： CO， CO2以及碳?xì)浠衔锖秃鯚N類。 ?（ 1） CO ? A、 CO的來源： ? 人為來源 ： 燃料的不完全燃燒產(chǎn)生。 ? 天然來源 ： 從全球角度看，天然源也是造成環(huán)境污染的一個(gè)方面，主要是甲烷的轉(zhuǎn)化。 ? CH4還可以與 HO自由基反應(yīng)生成。 223234HCOhvHC HOHOHC HOOCHOHCHHOCH?????????????第 2章 大氣環(huán)境化學(xué) 24222321HCHHCOCOOCO??????含碳化合物 ?（ 1） CO ? B、 CO的去除： ? 土壤的吸收 ： ? 與 HO自由基反應(yīng)生成 : 該途徑可以去除約 50%的 CO。 ????????????????HOCOHOCOHOMMOHHCOHOCO22222第 2章 大氣環(huán)境化學(xué) ?含碳化合物 ?（ 1） CO ? C、 CO的危害： ? 參與光化學(xué)煙霧形成 ? 適量的 CO存在可以促進(jìn) NO向 NO2的轉(zhuǎn)化，從而促進(jìn)臭氧的積累。 ? CO還可以通過消耗 HO自由基使甲烷積累而間接導(dǎo)致溫室效應(yīng)的發(fā)生。 ????????????????HONOHONOHOMMOHHCOHOCO222223222 OCOOCO ???第 2章 大氣環(huán)境化學(xué) ?含碳化合物 ?（ 2） CO2 ? CO2是溫室氣體，導(dǎo)致溫室效應(yīng)，引發(fā)全球環(huán)境問