第3章　大氣環(huán)境

3.1　考點(diǎn)歸納

一、大氣環(huán)境概述

1．大氣的成分

大氣是由多種氣態(tài)及懸浮其中的液態(tài)和固態(tài)物質(zhì)所組成的混合物，其中包含有N₂、O₂、Ar、CO₂等各種氣體，以及水汽、水滴、冰晶、塵埃和花粉等，大氣中除固態(tài)、液態(tài)物質(zhì)及水汽之外的全部混合氣體稱(chēng)為干潔空氣。

2．大氣的分層（見(jiàn)表3-1）

表3-1  大氣的分層

二、大氣污染

1．大氣污染源及主要污染物

（1）污染源分類(lèi)

①天然源，是指自然界自行向大氣環(huán)境排放污染物的污染源。

②人為源，是指人類(lèi)的生產(chǎn)活動(dòng)和生活活動(dòng)所形成的污染源。

（2）大氣污染物

大氣污染物是指由于自然過(guò)程或人類(lèi)活動(dòng)排入大氣，并對(duì)人和環(huán)境產(chǎn)生有害影響的物質(zhì)。

（3）大氣污染物的分類(lèi)

①按來(lái)源分類(lèi)

a．一次污染物。一次污染物是指直接由污染源排放的污染物。

b．二次污染物。二次污染物是進(jìn)入大氣的一次污染物之間相互作用或一次污染物與正常大氣組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，以及在太陽(yáng)輻射的參與下引起光化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的新的污染物，比一次污染物對(duì)人和環(huán)境的危害更為嚴(yán)重。

②按存在形態(tài)分類(lèi)

氣溶膠狀態(tài)污染物（又稱(chēng)顆粒物）和氣體狀態(tài)污染物（簡(jiǎn)稱(chēng)氣態(tài)污染物）。

（4）顆粒物

①總懸浮顆粒物（TSP）。是指用標(biāo)準(zhǔn)大容量顆粒采樣器（流量在1.1～1.7m³／min）在濾膜上所收集到的所有顆粒物，其粒徑絕大多數(shù)在100μm以下，其中多數(shù)在10μm以下。

②飄塵。是指在大氣中長(zhǎng)期飄浮的懸浮物，分為PM₁₀（粒徑小于10μm的顆粒物）和PM_2.5（粒徑小于2.5μm的細(xì)小顆粒物）；

③降塵。是指用降塵罐采集到的大氣顆粒物，在總懸浮顆粒物中一般是粒徑大于30μm的顆粒物。由于其自身的重力作用會(huì)很快沉降下來(lái)，所以將這部分顆粒物稱(chēng)為降塵。

（5）氣態(tài)污染物及其人為源（見(jiàn)表3-2）

表3-2  氣態(tài)污染物及其人為源

2．幾種典型的大氣污染

（1）煤煙型污染（倫敦型煙霧）

①污染源

燃煤是煤煙型污染的主要污染源。

②污染物質(zhì)

污染物主要是SO₂、NO_x、CO和顆粒物，它們遇上低溫、高濕的陰天，且風(fēng)速很小并伴有逆溫存在的情況時(shí)，一次污染物擴(kuò)散受阻，易在低空聚積，生成還原型煙霧。

（2）交通型污染（洛杉磯型光化學(xué)煙霧）

①污染源

交通型污染源主要是機(jī)動(dòng)車(chē)和機(jī)動(dòng)船，機(jī)動(dòng)車(chē)包括汽油車(chē)和柴油車(chē)。

②污染物質(zhì)

污染物主要是碳?xì)浠衔铩⒁谎趸肌⒌趸锏取?/p>

③光化學(xué)煙霧

光化學(xué)煙霧是在一定的條件下（如強(qiáng)日光、低風(fēng)速和低濕度等），氯氧化物和碳?xì)浠衔锇l(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成的高氧化性的混合氣團(tuán)。從化學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)看，光化學(xué)煙霧實(shí)際上就是碳?xì)浠衔镌诘趸锖腿展庾饔孟戮徛趸倪^(guò)程，并同時(shí)形成一定量的臭氧。

④洛杉磯光化學(xué)煙霧和倫敦?zé)熿F的區(qū)別

倫敦?zé)熿F化學(xué)上是還原性混合物，而洛杉磯光化學(xué)煙霧是高濃度氧化性混合物；倫敦?zé)熿F主要由燃煤引起，洛杉磯光化學(xué)煙霧則是由汽車(chē)尾氣引起。

（3）酸沉降污染

①定義

酸沉降是指大氣中的酸性物質(zhì)通過(guò)降水（如雨、霧、雪）遷移到地面，或在含酸氣團(tuán)氣流的作用下直接遷移到地面。前者是濕沉降，后者是干沉降。

②影響物質(zhì)

直接引起酸沉降的主要物質(zhì)是天然和人為排放的SO_x（SO₂和SO₃）和NO_x（NO和NO₂）。

③污染源

a．天然源；b．人為源；c．其他來(lái)源。

3．大氣污染的危害

（1）大氣污染對(duì)人體健康的危害

大氣污染物侵入人體主要有三條渠道，即呼吸道吸入、隨食物和飲用水?dāng)z入、體表接觸侵入。

①大氣顆粒物

a．大氣顆粒物對(duì)人體健康影響的決定因素

第一，沉積于呼吸道中的位置，這取決于顆粒物的大小；

第二，在沉積位置上對(duì)組織的影響，這取決于顆粒物的化學(xué)組成。

b．產(chǎn)生的危害

人體長(zhǎng)期暴露在飄塵濃度高的環(huán)境中，呼吸系統(tǒng)發(fā)病率增高。特別是慢性阻塞性呼吸道疾病，如氣管炎、支氣管炎、支氣管哮喘、肺氣腫等發(fā)病率顯著增高，且又可促使這些患者的病情惡化，過(guò)早死亡。

②二氧化硫

a．進(jìn)入血液循環(huán)的SO₂也會(huì)對(duì)全身產(chǎn)生不良影響，它能破壞酶的活力，影響糖類(lèi)及蛋白質(zhì)的代謝，對(duì)肝有一定損害，在人和動(dòng)物體內(nèi)均使血液中自蛋白與球蛋白比例降低；

b．吸附在顆粒物上的SO₂被氧化成SO₃，而SO₃與水汽形成極細(xì)（粒徑＜1μm）的硫酸霧，它能更深地侵入呼吸道，對(duì)肺泡有更強(qiáng)的毒性作用。

③一氧化碳

CO與血液中血紅蛋白的結(jié)合能力是氧氣與血紅蛋白結(jié)合能力的200倍左右，它們結(jié)合后生成碳氧血紅蛋白（HbCO），將嚴(yán)重阻礙血液輸氧，引起缺氧，發(fā)生中毒。

④氮氧化物

a．動(dòng)物與高濃度NO接觸，可出現(xiàn)中樞神經(jīng)病變。NO和血紅蛋白結(jié)合能力強(qiáng)，比CO大幾百倍；

b．NO₂是對(duì)呼吸器官有刺激性的氣體，NO₂的中毒常作職業(yè)病來(lái)對(duì)待，在職業(yè)病中有急性高濃度NO₂中毒引起的肺水腫，以及由慢性中毒而引起的慢性支氣管炎和肺水腫；

c．NO₂對(duì)人體的影響與有無(wú)其他污染物有關(guān)。NO₂與SO₂和懸浮顆粒物共存時(shí)，其對(duì)人體的影響不僅比單獨(dú)NO₂對(duì)人體的影響嚴(yán)重得多，而且也大于各自污染物的影響之和。

⑤光化學(xué)氧化劑

光化學(xué)氧化劑對(duì)人體的影響類(lèi)似氮氧化物，但比氮氧化物的影響更強(qiáng)，光化學(xué)氧化劑有臭氧和過(guò)氧乙酰硝酸酯等多種物質(zhì)。臭氧是主要氧化劑之一。

⑥碳?xì)浠衔?/p>

它與氮氧化物同是形成光化學(xué)煙霧的主要物質(zhì)。光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的衍生物丙烯醛、甲醛等都對(duì)眼睛有刺激作用。

⑦其他有害物質(zhì)

a．鉛及鉛化物；b．鎘及鎘化物；c．氯及氯化氫。

（2）大氣污染對(duì)植物的危害

①損害植物組織酶的功能；

②影響植物新陳代謝的功能；

③破壞原生質(zhì)的完整性和細(xì)胞膜；

④損害根系生長(zhǎng)及其功能，減弱輸送作用與導(dǎo)致生物產(chǎn)量減少。

大氣污染經(jīng)常是多種污染物同時(shí)存在，對(duì)植物產(chǎn)生協(xié)同作用。

（3）大氣污染對(duì)材料的危害

大氣污染可使建筑物、橋梁、文物古跡和暴露在大氣中的金屬制品及皮革、紡織品等物品發(fā)生性質(zhì)的變化，造成直接或間接的經(jīng)濟(jì)損失。

（4）大氣污染對(duì)自然環(huán)境的影響

①能見(jiàn)度成為一個(gè)區(qū)域性的重要指標(biāo)；

②大氣污染還會(huì)導(dǎo)致降水規(guī)律的改變；

③大氣污染染還會(huì)產(chǎn)生全球性的影響，這些影響包括大氣中CO₂等溫室氣體濃度增加導(dǎo)致的全球氣候變暖、人們大量生產(chǎn)氟氯烴化合物等導(dǎo)致的臭氧層耗竭等。

三、影響大氣污染的氣象因素

1．氣象動(dòng)力因子

（1）風(fēng)

風(fēng)不僅對(duì)污染物起著輸送的作用，而且還起著擴(kuò)散和稀釋的作用。

（2）大氣湍流

大氣湍流指大氣以不同的尺度作無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的流體狀態(tài)。大氣污染物的擴(kuò)散，主要是靠大氣湍流的作用。

2．氣象熱力因子

（1）溫度層結(jié)與逆溫

①溫度層結(jié)

溫度層結(jié)指在地球表面上方大氣的溫度隨高度變化的情況。氣溫的垂直分布決定著大氣的穩(wěn)定度，而大氣的穩(wěn)定程度又影響著湍流的強(qiáng)度。氣溫隨高度的變化通常以氣溫垂直遞減率（γ）表示。氣溫垂直遞減率是指在垂直于地球表面方向上，每升高100m氣溫的變化值。

②逆溫

當(dāng)氣溫垂直遞減率小于零時(shí)，大氣層的溫度分布與標(biāo)準(zhǔn)大氣情況下氣溫分布相反時(shí)稱(chēng)為溫度逆增，簡(jiǎn)稱(chēng)逆溫。出現(xiàn)逆溫的大氣層叫逆溫層。逆溫分為輻射性逆溫、湍流性逆溫、沉降性逆溫、鋒面逆溫和地形逆溫。

（2）氣溫的干絕熱遞減率

理論和實(shí)踐都證明，對(duì)一個(gè)干燥或未飽和的濕空氣氣塊，在大氣中絕熱上升每100m要降溫0.98℃，如氣塊在大氣中下降100m，氣塊升溫0.98℃，通常可近似取為1℃。而這個(gè)現(xiàn)象與周?chē)鷾囟葻o(wú)關(guān)，并被稱(chēng)為氣溫的干絕熱遞減率，用γ_d（1℃／100m）表示。

（3）大氣穩(wěn)定度

大氣穩(wěn)定度與氣溫垂直遞減率和干絕熱遞減率有著密切的關(guān)系，大氣穩(wěn)定度取決于氣溫垂直遞減率（γ）與干絕熱遞減率（γ_d）之對(duì)比。

①γ<γ_d時(shí)大氣為穩(wěn)定狀態(tài)；

②γ>γ_d時(shí)大氣為不穩(wěn)定狀態(tài)；

③γ=γ_d時(shí)大氣為中性狀態(tài)。

當(dāng)大氣處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)湍流受到抑制，大氣對(duì)污染物的擴(kuò)散稀釋能力弱；當(dāng)大氣處于不穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，湍流得到充分發(fā)展，擴(kuò)散稀釋能力增強(qiáng)。

（4）穩(wěn)定度的判斷

近地層大氣垂直穩(wěn)定度可簡(jiǎn)單用下述方法來(lái)判斷：

①當(dāng)γ>0時(shí)，即大氣的垂直溫度隨高度增高而降低時(shí)，大氣為不穩(wěn)定狀態(tài)。

②當(dāng)γ<0時(shí)，即大氣的垂直溫度隨高度增高而增加時(shí)，呈現(xiàn)出逆溫，這時(shí)大氣是穩(wěn)定的。溫度隨高度增加得愈劇烈，則大氣愈穩(wěn)定。

③當(dāng)γ=0時(shí)，溫度不隨高度而變化，可認(rèn)為大氣是處于中性狀態(tài)。

3．高架源排煙的煙云類(lèi)型（見(jiàn)圖3-1、表3-3）

圖3-1  高架源排煙煙云形狀

表3-3  煙型及其發(fā)生原因和特點(diǎn)

4．影響大氣污染的地理因素

（1）地形和地物的影響

地面是一個(gè)凹凸不平的粗糙曲而，當(dāng)氣流沿地面流過(guò)時(shí)，必然要同各種地形地物發(fā)生摩擦作用，使風(fēng)向風(fēng)速同時(shí)發(fā)生變化，其影響程度與各障礙物的體積、形狀、高低有密切關(guān)系。

（2）山谷風(fēng)

發(fā)生在山區(qū)，是以24小時(shí)為周期的局地環(huán)流。山谷風(fēng)在山區(qū)最為常見(jiàn)，它主要是由于山坡和谷地受熱不均而產(chǎn)生的

（3）海陸風(fēng)

發(fā)生在海陸交界地帶，是以24小時(shí)為周期的一種大氣局地環(huán)流。海陸風(fēng)是由于陸地和海洋的熱力性質(zhì)的差異而引起的。

（4）城市熱島環(huán)流

城市熱島環(huán)流是由城鄉(xiāng)溫度差引起的局地風(fēng)，產(chǎn)生城鄉(xiāng)溫度差異的主要原因有：

①城市人口密集、工業(yè)集中，使得能耗水平高；

②城市的覆蓋物（如建筑、水泥路面等）熱容量大，白天吸收太陽(yáng)輻射熱，夜間放熱緩慢，使低層空氣變暖；

③城市上空籠罩著一層煙霧和CO₂，使地面有效輻射減弱。

四、大氣污染控制

1．清潔能源

（1）常規(guī)能源的清潔利用

常規(guī)能源是指已經(jīng)大規(guī)模生產(chǎn)和廣泛利用的煤炭、石油、天然氣、水能和電力等能源。我國(guó)能源以煤炭為主，潔凈煤技術(shù)是解決我國(guó)燃煤污染問(wèn)題的技術(shù)基礎(chǔ)。

（2）可再生能源與新能源的開(kāi)發(fā)利用

①太陽(yáng)能；②水能；③風(fēng)能；④海洋能；⑤生物質(zhì)能；⑥地?zé)崮埽?span id="zl9nbhi" class="CNNum">⑦核能；⑧氫能。

（3）節(jié)能

節(jié)能是指采取技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理及環(huán)境和社會(huì)可接受的一切措施，高效地利用能源資源。

2．綠色交通

解決交通型污染的對(duì)策是推行綠色交通，具體措施包括：

（1）合理的交通規(guī)劃

面對(duì)上升中的交通需求和增長(zhǎng)中的負(fù)面影響，城市應(yīng)當(dāng)按照具體條件，建設(shè)布局合理、高效快捷、環(huán)保舒適的綜合交通網(wǎng)。

（2）發(fā)展清潔汽車(chē)

清潔汽車(chē)是指低排放的燃?xì)馄?chē)（LPGV、CNV）、混合動(dòng)力汽車(chē)、電動(dòng)汽車(chē)，以及通過(guò)采用多種技術(shù)手段大大降低排放污染的燃油汽車(chē)及其他替代燃料汽車(chē)。

3．末端治理

（1）概念

末端處理是指在生產(chǎn)過(guò)程的末端，針對(duì)產(chǎn)生的污染物進(jìn)行開(kāi)發(fā)并實(shí)施有效的治理技術(shù)，有利于消除污染事件，在一定條件下減少生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)環(huán)境污染和破壞的趨勢(shì)。

（2）煙塵治理技術(shù)

去除煙塵采用的是除塵裝置。按除塵原理的不同，除塵器大致可分為機(jī)械除塵器、靜電除塵器、濕式洗滌除塵器和過(guò)濾式除塵器等。考慮因素為煙塵的濃度、粒徑、腐蝕性，以及排放標(biāo)準(zhǔn)和經(jīng)濟(jì)成本等。

（3）二氧化硫治理技術(shù)

①燃料脫硫

對(duì)于沒(méi)有煙氣脫硫能力的中小工廠，通常采用燃料脫硫。它通過(guò)加氫催化，使重油中有機(jī)硫化物的C-S鍵斷裂，硫變成簡(jiǎn)單的氣體或固體化合物，從重油中分離出來(lái)。

②煙氣脫硫

a．濕法脫硫是把煙氣中的SO₂和SO₃轉(zhuǎn)化為液體或固體化合物，從而把它們從煙氣中分離出來(lái)，主要包括堿液吸收法、氨吸收法和石灰吸收法等；

b．干法脫硫是指采用固體粉末或非水液體作為吸收劑或催化劑進(jìn)行煙氣脫硫，它分為吸附法、吸收法和催化氧化法等。

（4）氮氧化物治理技術(shù)

①大力發(fā)展以電能、燃?xì)獾葹槿剂系那鍧嵞茉雌?chē)，促進(jìn)先進(jìn)、高效的發(fā)動(dòng)機(jī)及尾氣凈化裝置的推廣和使用，將會(huì)大大減少大氣污染物的排放量。

②工業(yè)企業(yè)排放的氮氧化物的去除方法主要有：a．吸收法；b．非選擇性催化還原法；c．選擇性催化還原法。

4．環(huán)境自?xún)?/p>

①大氣環(huán)境中污染物濃度的進(jìn)一步降低將要依靠環(huán)境的自?xún)糇饔谩?/p>

②大氣環(huán)境的自?xún)粲形锢碜饔谩⒒瘜W(xué)作用（擴(kuò)散、稀釋、氧化、還原、降水洗滌等）和生物作用。

③植物在大氣環(huán)境自?xún)糁芯哂兄匾饔茫哂忻阑h(huán)境、調(diào)節(jié)氣候、抑制揚(yáng)塵、截留粉塵、吸收大氣中有害氣體等功能，可以在大面積的范圍內(nèi)，長(zhǎng)時(shí)間地連續(xù)凈化大氣。

④在城市和工業(yè)區(qū)有計(jì)劃地?cái)U(kuò)大綠地面積是具有長(zhǎng)效能和多功能的大氣污染綜合防治措施。