【正文】 第二章 大氣環(huán)境化學,(Atmosphere Environmental Chemistry),教學內(nèi)容,第一節(jié) 大氣的組成及其主要污染物 第二節(jié) 大氣中污染物的遷移 第三節(jié) 大氣中污染物的轉(zhuǎn)化 第四節(jié) 大氣顆粒物,教學要求,了解大氣的層結(jié)結(jié)構(gòu)、組成和基本性質(zhì)，大氣中的主要化學反應與大氣中的主要污染物及其影響。 掌握光化學煙霧、酸雨、溫室效應以及臭氧層破壞等全球性大氣環(huán)境問題的形成過程、機理和危害。 了解控制和防治大氣污染的方法。,第一節(jié) 大氣的組成及其主要污染物,大氣環(huán)境化學主要研究大氣環(huán)境中污染物質(zhì)的化學組成、性質(zhì)、存在狀態(tài)等物理化學特性及其來源、分布、遷移、轉(zhuǎn)化、累積、消除等過程中的化學行為、反應機制和變化規(guī)律，探討大氣污染對自然環(huán)境的影響等。,Ⅰ、大氣的組成及其主要污染物,大氣與生命的關系 ⑴大氣是一切生物體能量的直接供應者。 ⑵是植物光合作用所需COO2的來源，并提供了構(gòu)成生物體蛋白質(zhì)重要的氮源。 ⑶是水循環(huán)的傳輸體、調(diào)節(jié)器。 ⑷保護作用：吸收宇宙射線、太陽紫外輻射。 ⑸維持地球的熱平衡。,Ⅰ、大氣的組成及其主要污染物,一、大氣的主要成分 大氣主要組分是氮和氧，其次是氬和CO2，此外還有一些稀有氣體和痕量元素，如CHSONOCO、NH3和O3等，總和不超過0.1%。 還含有0.1至5%的水，正常范圍為1－3%。大氣的總重量約為5500萬億噸，為地球重量的百萬分之一。,Ⅰ、大氣的組成及其主要污染物,二、大氣層的結(jié)構(gòu) 根據(jù)溫度隨海拔高度的變 化情況將大氣分為五層： 對流層 平流層 中間層 熱層 逃逸層,Ⅰ、大氣的組成及其主要污染物,1.對流層 (troposphere) （017km） 特點： (1)氣溫隨高度增加而降低。 (2)空氣具有強烈的對流運動。 (3)氣體密度大。 (4)天氣現(xiàn)象復雜多變。,Ⅰ、大氣的組成及其主要污染物,2.平流層（stratosphere） (1755km) 特點： (1)垂直對流運動很小，平流運動占主導。 (2)大氣透明度高，很少出現(xiàn)天氣現(xiàn)象。 (3)存在臭氧層。,Ⅰ、大氣的組成及其主要污染物,3.中間層（mesosphere）： 55－85Km (1)氣溫隨高度增加而迅速降低。 (2)對流運動非常激烈。 4.熱 層（thermsphere）：80－500Km (1)氣溫隨高度增高而普遍上升，溫度最高可升至1200℃。 (2)空氣處于高度電離狀態(tài)。 5.逃逸層:＞ 500Km,Ⅰ、大氣的組成及其主要污染物,三、大氣中的主要污染物 概念 當大氣中某種物質(zhì)的含量超過了正常水平而對人類和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不良影響時，就構(gòu)成了大氣污染。使大氣產(chǎn)生污染的物質(zhì)稱大氣污染物。,Ⅰ、大氣的組成及其主要污染物,分類 按物理狀態(tài)：氣態(tài)污染物、顆粒物 按形成過程：一次污染物、二次污染物 按化學組成：含硫化合物、含氮化合物、 含碳化合物、含鹵化合物,Ⅰ、大氣的組成及其主要污染物,種類繁多，產(chǎn)生危害和受到關注的大致有100多種。 目前，被列入空氣質(zhì)量標準的污染物主要有：顆粒物、SOCO、NO(CH)及O3等，早在1982年我國就頒布了《大氣環(huán)境質(zhì)量標準》，規(guī)定了主要污染物在空氣中的濃度值。,Ⅰ、大氣的組成及其主要污染物,⑴含硫化物：H2S、SOSOH2SO SO3SO4有機硫化物等。 來源：①火山噴發(fā)：H2S、 SO2等 ②土壤厭氧微生物與植物釋放：H2S、(SO2) ③陸地上降雨：SO2 、SO42 ④風吹起的海鹽：SO42 ⑤人為活動,Ⅰ、大氣的組成及其主要污染物,⑵含氮化合物 NO、NON2ONHNO NONH4+硝酸鹽、亞硝酸鹽和銨鹽等。 來源 ：光化學反應、閃電、微生物固化、火山爆發(fā)、森林失火。 人為污染：燃料燃燒、氮肥、炸藥、染料等生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的含氮氧化物廢氣造成的，其中以燃料燃燒排出的廢氣造成的污染最為嚴重。,Ⅰ、大氣的組成及其主要污染物,①N2O：N2O是無色氣體，溫室氣體之一，含量約為0.3ppm。N2O的催化循環(huán)反應，導致了臭氧的不斷損耗。 ②NOX ：無色無味的NO和刺激性的紅棕色NO2均是大氣中的重要污染物，通常用NOx表示。,Ⅰ、大氣的組成及其主要污染物,⑶含碳化合物 CO、COCHx、含氧烴等。 來源：海洋中生物作用、植物葉綠素的分解、森林中CO2的放出； 人為活動：含碳燃料燃燒不完全（CO）、CO2。,Ⅰ、大氣的組成及其主要污染物,⑷含鹵素化合物 CH3Cl、CH3Br、CH3I： 天然源（海洋）、及人類活動產(chǎn)生的。 氟氯烴類(CFCs)：完全是人為產(chǎn)生的。破壞臭氧層。,Ⅰ、大氣的組成及其主要污染物,⑸碳氫化合物 常指C1~C8的可揮發(fā)的碳氫化合物，包含烷烴、烯烴、炔烴、脂肪烴和芳香烴等。 CH4主要是由厭氧細菌的發(fā)酵過程如沼澤、泥塘、濕凍土帶、水稻田底部、牲畜反芻和白蟻的墓穴等產(chǎn)生。汽車廢氣排出的碳氫化合物主要可分為兩類: 烴類甲烷、乙烯、乙炔、丙烯和丁烷等； 醛類甲醛、乙醛、丙醛、丙烯醛和苯甲醛等， 還有少量多環(huán)芳烴和芳烴。,Ⅰ、大氣的組成及其主要污染物,⑹大氣顆粒物 指浮在大氣中的各種固體或液體微粒，是大氣中危害最顯著的物質(zhì)。沉降速度極小，常用粉塵、煙、煤煙、沉粒、輕霧、濃霧、煙氣等來描述。,第二節(jié) 大氣中污染物的遷移,污染物在大氣中的遷移是指由污染源排放出來污染物由于空氣的運動使其傳輸和分散的過程。大氣圈中空氣的運動主要是由于溫度差異而引起的。,第二節(jié) 大氣中污染物的遷移,一、輻射逆溫層 大氣垂直遞減率（Г ）：隨高度升高氣溫的降低率。 表達式：Г=dT/dz 此式可表征大氣的溫度層結(jié)： 當Г0時，稱為正常層或遞減層； Г=0時，稱為等溫層； Г0，即氣溫隨高度增加而降低，但在一定情況下會出現(xiàn)反常現(xiàn)象，即氣溫隨高度增加而增加，這種現(xiàn)象稱為逆溫。,第二節(jié) 大氣中污染物的遷移,逆溫 類型：近地面層逆溫：※輻射逆溫、平流逆溫、融雪 逆溫、地形逆溫； 自由大氣逆溫：亂流逆溫、下沉逆溫、鋒面逆溫。 輻射逆溫成因 ：是地面因強烈輻射散失而冷卻降溫所形成。,第二節(jié) 大氣中污染物的遷移,逆溫 形成條件：平靜而晴朗的夜晚。有云和有風都能減弱 逆溫，如風速超過23m/s，逆溫不易形成。通常逆溫傍晚開始形成，次日清晨最厚。 影響：上冷下熱的對流有利于污染物的擴散，而下冷上熱的逆溫層則會像蓋子一樣阻礙著氣流的垂直運動，從而使得污染物不易擴散，所以逆溫層又有阻擋層的叫法。,第二節(jié) 大氣中污染物的遷移,二、大氣穩(wěn)定度 大氣穩(wěn)定度即指氣層的穩(wěn)定程度，或者說大氣中某一高度上的氣塊在垂直方向上相對穩(wěn)定的程度。 該穩(wěn)定程度與大氣垂直遞減率(Г)和干絕熱垂直遞減率（Гd）有關。,第二節(jié) 大氣中污染物的遷移,大氣穩(wěn)定度 干絕熱垂直遞減率： 干空氣團或未飽和的濕空氣團在絕熱上升單位高度（100m）時，其自身溫度降低的數(shù)值，稱干絕熱垂直遞減率（Гd）。一般Гd=1℃/100m。（常數(shù)）。,第二節(jié) 大氣中污染物的遷移,大氣穩(wěn)定度 判定方法：若ГГd，大氣不穩(wěn)定，有利于擴散； Г=Гd，大氣處平衡狀態(tài)。 比較：大氣垂直遞減率(Г)——反應的是周圍空氣的溫度變化，它可正可負可大可小。 干絕熱垂直遞減率（Гd）——反應的是氣塊的溫度變化，通常為常數(shù)。,第二節(jié) 大氣中污染物的遷移,四. 影響大氣污染物遷移的因素 風和大氣湍流的影響： 風—使污染物向下風向擴散 湍流—使污染物向各風向擴散 濃度梯度—使污染物發(fā)生質(zhì)量擴散 風和湍流是影響污染物遷移最直接、最本質(zhì)的因素。 ?天氣形勢和地理地勢的影響 天氣形勢：如下沉逆溫； 地理形勢：如海陸風、山谷風、城郊風。,第三節(jié) 大氣中污染物的轉(zhuǎn)化,污染物的遷移過程只是使污染物在大氣中的空間分布發(fā)生了變化，而它們的化學組成不變。污染物的轉(zhuǎn)化是污染物在大氣中經(jīng)過化學反應，轉(zhuǎn)化成無毒化合物，從而去除了污染；或者轉(zhuǎn)化成為毒性更大的二次污染物，加重了污染。因此，研究污染物的轉(zhuǎn)化對大氣污染化學具有十分重要的意義。,第三節(jié) 大氣中污染