第二章大气环境化学2

1、 2.2 大气中污染物的转化大气中污染物的转化 2.2.1 光化学反应基础光化学反应基础 2.2.2 大气中重要自由基来源大气中重要自由基来源 2.2.3 氮氧化物的转化氮氧化物的转化 2.2.4 碳氢化合物的转化碳氢化合物的转化 2.2.5 光化学烟雾光化学烟雾 2.2.6 硫氧化物的转化及硫酸型烟雾硫氧化物的转化及硫酸型烟雾 2.2.7 酸性降水酸性降水 2.2.8 大气颗粒物大气颗粒物 2.2.9 温室气体和温室效应温室气体和温室效应 2.2.10 臭氧层的形成与耗损臭氧层的形成与耗损 2.2 大气中污染物的转化大气中污染物的转化 LOGO 2.2.6 硫氧化物的转化及硫酸烟雾型污染硫氧

2、化物的转化及硫酸烟雾型污染 大气中的硫氧化物（大气中的硫氧化物（SOx)包括包括SO2、SO3、 H2SO4、SO42-，其中，其中SO2是一次污染物。是一次污染物。 含硫矿物燃料燃烧过程中直接排入大气，煤含硫矿物燃料燃烧过程中直接排入大气，煤 含硫含硫 0.5-6%，石油含硫，石油含硫 0.5 - 3%。 天然来源主要是天然来源主要是火山喷发火山喷发。 LOGO 硫氧化物的转化硫氧化物的转化 SO2的气的气 相氧化相氧化 SO2的液的液 相氧化相氧化 直接光氧化直接光氧化 被自由基氧化被自由基氧化 O2氧化氧化 O3和和H2O2氧化氧化 金属离子的催化氧化金属离子的催化氧化 LOGO 2 3

3、 2 2 1 2 )400340( )340290( SOnmhSO SOnmhSO SO2的气相氧化的气相氧化 直接光氧化直接光氧化 1SO2为单重态， 为单重态，电子自旋，反向，能态高电子自旋，反向，能态高 3SO2为三重态， 为三重态，电子自旋，平行，能态低电子自旋，平行，能态低 是大气环境中重要的是大气环境中重要的SO2物质形态。物质形态。 LOGO 。 MSOMSO 2 3 2 1 MSOMSO 22 1 SO2的气相氧化的气相氧化 能量较高单重态的激发态能量较高单重态的激发态SO2分子很不稳定，立即分子很不稳定，立即 可以通过放出磷光转变为三重态或基态可以通过放出磷光转变为三重态或

4、基态. SO2直接吸收光激发为直接吸收光激发为3SO2的量极微，因的量极微，因 此此1SO2的衰变为大气中的衰变为大气中3SO2提供了一个重提供了一个重 要的生成途径。要的生成途径。 LOGO OSOOSO 322 3 32 3 SOOSO MSOMSO 22 3 淬灭失活。淬灭失活。 SO2的气相氧化的气相氧化 大气中大气中3SO2分子比基态分子比基态SO2分子容易被直接氧化：分子容易被直接氧化： 3SO2分子在大气中比较稳定，寿命比较长， 分子在大气中比较稳定，寿命比较长， 所以所以3SO2对于氧化和酸雨的形成有重要贡献。对于氧化和酸雨的形成有重要贡献。 因为基态的因为基态的SO2分子没有

5、分子没有3SO2分子化学性质分子化学性质 活泼，所以活泼，所以3SO2对于酸雨的贡献更大。对于酸雨的贡献更大。 LOGO 22 HOSOHOSO M 4223 SOHOHSO 3222 SOHOOHOSO M （活性自由基）（活性自由基） 22 NOHONOHO 使得使得HO 又再生，上述氧化过程又循环进又再生，上述氧化过程又循环进 行，其速率决定步骤为行，其速率决定步骤为SO2和和HO的反应。的反应。 被自由基氧化（被自由基氧化（OH，HO2 ，RO2 等）等） SO2与与 HO自由自由 基的反应基的反应 LOGO 322 SOHOSOHO 33223 SOOCHSOOCH 33223 )(

6、)(SOOOCCHSOOOCCH Criegee基（二元活性自由基）基（二元活性自由基） . CHOOCH3332 SOCHOCHSO . 与其他自由基的反应与其他自由基的反应 LOGO ONOhvNO K 1 2 3 4 2 SOOSO K SO2的气相氧化的气相氧化 被氧原子氧化被氧原子氧化 自由基对气相自由基对气相 中中SO2损耗的损耗的 贡献贡献:HO 氧化氧化 SO2的反应速的反应速 率常数为最大率常数为最大; 其次为其次为O。 LOGO SO2可溶于云雾、水滴中，然后被可溶于云雾、水滴中，然后被O2、O3或或 H2O2氧化。当有金属离子存在时，氧化。当有金属离子存在时，SO2的氧的

7、氧 化速率可大大加快。化速率可大大加快。 SO2的液相氧化即受的液相氧化即受扩散溶解扩散溶解制约，又与液制约，又与液 滴中滴中氧化剂氧化剂、金属离子金属离子的浓度有关。的浓度有关。 SO2的液相氧化的液相氧化 LOGO 被水直接吸收：被水直接吸收： SO2 + H2O SO2.H2O KH SO2 + H2O H+ + HSO3- Ks1 HSO3- H+ + SO32- Ks2 SO2的液相氧化的液相氧化 LOGO SO2的液相氧化的液相氧化 v在高在高pH范围范围S()以以SO32-为主，中间为主，中间pH 以以HSO3-为主，而低为主，而低pH时以时以SO2H2O为主。为主。 实际上，由

8、于实际上，由于S()在不同化学反应中存在在不同化学反应中存在 着不同的形态，如液相反应中出现着不同的形态，如液相反应中出现HSO3-或或 SO32-时，那么其反应速度将依赖于时，那么其反应速度将依赖于pH。 LOGO HSOOOHSO422 2 4222 HSOOHSO222 2 423 2 42 2 3 22SOOSO 液相中液相中O2对对SO2的氧化：的氧化： LOGO 2 2 4 0 223 2OSOHOHSOO K 24 1 33 OHSOHSOO K 2 2 4 2 2 33 OSOSOO K OHOOHSOOHHSO 22223 2 422 SOHHOOHSO H2O2在在pH为为

9、08范围：范围： 液相中液相中O3和和H2O2对对SO2的氧化的氧化 当当O30.05ml/m3,pH5.5的条件下，的条件下，O3对对 SO2的氧化作用大于的氧化作用大于O2的作用。的作用。 LOGO 微量的微量的Fe、Mn及其金属离子可作为催化剂。及其金属离子可作为催化剂。 以以锰盐锰盐的催化效率最高。的催化效率最高。 SO2H2O+Mn2+ MnSO22+ H2O 2MnSO22+ + O2 2 MnSO32+ MnSO32+ + H2O Mn2+ H2SO4 总反应：总反应：2SO2 + 2H2O +O2 2H2SO4 SO2的催化氧化的催化氧化 LOGO 2322 OOOH RRRR

10、 催 pH4或或5, 25 各种液相氧化速率大约为：各种液相氧化速率大约为： 经研究发现大气中每小时约有经研究发现大气中每小时约有18%的的SO2在在 液相中被氧化。液相中被氧化。 LOGO SO2的液相氧化的液相氧化 大气中大气中SO2的氧化有多种途径，其主要途径的氧化有多种途径，其主要途径 是是SO2的的气相氧化气相氧化和和液相氧化液相氧化。 SO2的氧化转化机制因具体条件而异，一的氧化转化机制因具体条件而异，一 般般白天低湿度白天低湿度条件下，以条件下，以气相氧化气相氧化为主和为主和 光氧化光氧化为主。而在为主。而在高湿度条件高湿度条件下，则以下，则以液液 相催化相催化氧化为主。氧化为主

11、。 LOGO SO2的氧化小结的氧化小结 在低在低pH条件下，条件下，SO2的溶解度随的溶解度随酸度酸度增大而增大而 降低。降低。 温度对氧化反应速率的影响是两方面竞争的温度对氧化反应速率的影响是两方面竞争的 结果。结果。 温度低，气体溶解度较大，但反应速温度低，气体溶解度较大，但反应速 率常数随温度降低而减小。但以率常数随温度降低而减小。但以溶解的增加溶解的增加 占主导作用。占主导作用。 LOGO 3硫酸烟雾型污染硫酸烟雾型污染 由于煤燃烧而排放出来的由于煤燃烧而排放出来的SO2、颗粒物以及、颗粒物以及 由由SO2氧化所形成的氧化所形成的硫酸盐颗粒物硫酸盐颗粒物所造成的所造成的 大气污染现象

12、大气污染现象. 发生在冬季，气温低，湿度高，日光弱发生在冬季，气温低，湿度高，日光弱 1952年年12月伦敦烟雾月伦敦烟雾 LOGO 1952 年年12月月4日，伦日，伦 敦城发生了一次世界敦城发生了一次世界 上最为严重的上最为严重的“烟雾烟雾” 事件：期间，有事件：期间，有4700 多人多人因呼吸道病而死因呼吸道病而死 亡；雾散以后又有亡；雾散以后又有 8000多人多人死于非命。死于非命。 这就是震惊世界的这就是震惊世界的 “雾都劫难雾都劫难”。 LOGO 硫酸烟雾与硫酸烟雾与光化学烟雾光化学烟雾的比较的比较 硫酸烟雾型污硫酸烟雾型污 染物，从化学染物，从化学 上看是属于上看是属于还还 原性

13、原性混合物，混合物， 称还原性烟雾。称还原性烟雾。 光化学烟雾是光化学烟雾是 高浓度氧化剂高浓度氧化剂 的混合物，因的混合物，因 此也称为此也称为氧化氧化 烟雾。烟雾。 LOGO 2.2.7 酸性降水酸性降水 1 降水的降水的pH 2 降水降水pH的背景值的背景值 3 降水的化学组成降水的化学组成 4 酸雨的化学组成酸雨的化学组成 5 影响酸雨形成的因素影响酸雨形成的因素 LOGO 酸沉降酸沉降 湿沉降湿沉降 （酸性降水）（酸性降水） 干沉降干沉降 酸性降水是指通过降水（雨、雪、雾、酸性降水是指通过降水（雨、雪、雾、 雹等）将大气中的雹等）将大气中的酸性酸性物质迁移到地面物质迁移到地面 的过程

14、。最常见的就是的过程。最常见的就是酸雨酸雨。 LOGO 酸沉降酸沉降 1872年，由英国科学家年，由英国科学家R.A.Smith最早提出最早提出酸雨酸雨 的概念。的概念。 降水的第一个监测网于降水的第一个监测网于1850年在英国建立。年在英国建立。1930 年，年，potter最早采用最早采用pH来表示雨水、饮用水等来表示雨水、饮用水等 的测定结果。的测定结果。 我国对酸性降水的研究始于上个世纪我国对酸性降水的研究始于上个世纪70年代末年代末 期，北京，上海，南京，期，北京，上海，南京，重庆重庆，贵阳等地均出，贵阳等地均出 现过，其中以西南地区最为严重。现过，其中以西南地区最为严重。 LOGO

15、 酸性降水的危害酸性降水的危害 Ca,Fe,Mg等重要营养元素从等重要营养元素从 土壤中溶出和流失；有害重土壤中溶出和流失；有害重 金属被淋溶出来；不利于金属被淋溶出来；不利于N 的有效利用。的有效利用。 抑制植物种子发芽，破坏抑制植物种子发芽，破坏 叶面保护层和表皮组织，叶面保护层和表皮组织， 阳离子从叶片析出阳离子从叶片析出 1.对土壤的影响对土壤的影响 2. 对植物的危害对植物的危害 3. 对水体的影响对水体的影响 4. 对材料的影响对材料的影响 LOGO 降水的降水的pH背景值背景值 未被污染的大气中，可溶于水并含量较大的未被污染的大气中，可溶于水并含量较大的 酸性气体是酸性气体是CO

16、2， 如果只把如果只把CO2 作为影响天作为影响天 然水然水pH的因素，根据的因素，根据CO2（全球大气浓度为（全球大气浓度为 330ml/m3）与纯水的平衡，可以计算出降水）与纯水的平衡，可以计算出降水 的的pH值。值。 LOGO OH) g (CO 22 OHCO 22 KH OHCO 22 3 HCOH Ka1 3 HCO 2 3 COH Ka2 在一定温度条件下，在一定温度条件下，Kw、 KH、 Ka1、 Ka2、pCO2有固定值，将数据代入平有固定值，将数据代入平 衡方程式可求得衡方程式可求得pH=5.6。 降水的降水的pH背景值背景值 LOGO 降水的降水的pH背景值背景值 已知雨

17、水的已知雨水的pH值约为值约为5.6，可看作未受污染，可看作未受污染 的大气降水的的大气降水的pH背景值，背景值，并作为判断酸雨的并作为判断酸雨的 界限。界限。 但由于大气中可能存在的酸、碱性气态物质，但由于大气中可能存在的酸、碱性气态物质， 气溶胶等除气溶胶等除CO2 外，还可能有外，还可能有H2SO4、 HNO3、NH3等，都对雨水等，都对雨水pH 值值 有贡献，有贡献，因因 此仅用此仅用 pH=5.6判断不一定合理。判断不一定合理。 LOGO 降水的降水的pH背景值背景值 LOGO 降水的化学组成降水的化学组成 大气中固大气中固 定的气体定的气体 组分组分 无机物无机物有机物有机物 光化

18、学反光化学反 应产物应产物 不溶物不溶物 O2、N2、 CO2、H2和和 惰性气体等惰性气体等 有机酸、醛、有机酸、醛、 烷烃、烯、芳烷烃、烯、芳 烃等。烃等。 H2O2、O3、 PAN等等 LOGO 土壤衍生矿物土壤衍生矿物 Al3+、Ca2+、Mg2+,Fe3+, Mn2+, SiO32- ； 海洋盐类海洋盐类 Na+、Cl-、Br-、SO42-、 HCO3-及少及少 量量K+、Ca2+、Mg2+、 I-、PO43-等；等； 气体转化物质气体转化物质 SO42-、NO3-、 H+、 NH4+、 人为排放的各种金属等人为排放的各种金属等。 无机物无机物 LOGO 降水的离子组成中对环境降水的

19、离子组成中对环境影响最大影响最大的是：的是： SO42-、NO3-、Cl-、NH4+、Ca2+、H+ 这些离子参与地表土壤平衡，对陆地和水这些离子参与地表土壤平衡，对陆地和水 生生态有很大影响。生生态有很大影响。 LOGO 32 SOOSO 42232 3222 4223 2 1 SOHOSOH SOHOHSO SOHOHSO 2322 2 2 HNOHNOOHNO NOONO 酸雨的形成酸雨的形成 酸雨中含有多种无机酸和有机酸，其中绝大酸雨中含有多种无机酸和有机酸，其中绝大 部分是部分是硫酸硫酸和和硝酸硝酸，多数情况以，多数情况以硫酸硫酸为主。为主。 气相反应气相反应 液相反应液相反应 LO

20、GO H+、Ca2+、NH4+、Na+、K+、Mg2+ SO42-、NO3-、Cl-、HCO3- 酸雨的主要化学组成酸雨的主要化学组成 其中起主要其中起主要 作用的是作用的是 SO42-，其次，其次 是是NO3-和和CI- 大气颗粒物中的大气颗粒物中的Fe、 Mn、V等元素是催等元素是催 化剂，光化学反应化剂，光化学反应 的产物的产物 O3、H2O2 是是 SO2的氧化剂。的氧化剂。 LOGO 酸雨的主要化学组酸雨的主要化学组 成成 CaO、CaCO3、NH3 是酸性降水的具有是酸性降水的具有“缓缓 冲作用冲作用”的物质，的物质， 其中降水中的其中降水中的Ca2+提供了提供了 相对大的中和能力

21、，相对大的中和能力，NH4+的分布与土壤的性的分布与土壤的性 质有关，北方碱性土壤地区降雨中质有关，北方碱性土壤地区降雨中NH4+含量含量 相对高一些。相对高一些。 降水中有毒金属元素也已引起人们的关注，降水中有毒金属元素也已引起人们的关注， 金属元素的湿沉降明显受到人为活动的影响金属元素的湿沉降明显受到人为活动的影响 。 LOGO 酸雨的主要化学组成酸雨的主要化学组成 LOGO LOGO 酸雨的主要化学组成酸雨的主要化学组成 LOGO 影响酸雨形成的因素影响酸雨形成的因素 酸性污染物酸性污染物 的排放的排放 大气中的大气中的NH3 大气中的大气中的NH3与与H2SO4气溶胶气溶胶 形成中性的

22、形成中性的NH4HSO4，它降，它降 低了雨水的酸度，从而抑制了低了雨水的酸度，从而抑制了 酸雨的形成。酸雨的形成。 来源来源:有机物的分解，含氮肥料的挥发。土有机物的分解，含氮肥料的挥发。土 壤中壤中NH3的挥发随土壤的挥发随土壤pH值的上升而增大，值的上升而增大， 北方土壤北方土壤pH值在值在7- 8之间，南方土壤之间，南方土壤pH值值5- 6，因为北方大气中的，因为北方大气中的NH3高。高。 LOGO LOGO 影响酸雨形成的因素影响酸雨形成的因素 颗粒物的酸度及颗粒物的酸度及 其缓冲能力其缓冲能力 大气颗粒物组成复杂，主要来大气颗粒物组成复杂，主要来 源于扬尘，其化学组成与土壤源于扬尘

23、，其化学组成与土壤 相同，此外还有矿物燃料燃烧相同，此外还有矿物燃料燃烧 形成的飞尘。形成的飞尘。 天气形势的影响天气形势的影响 金金 属属 催化催化SO2氧化氧化 颗粒物颗粒物 酸性物酸性物 贡献酸雨贡献酸雨 碱性物碱性物 中和酸起缓冲作用中和酸起缓冲作用 LOGO 酸雨的控制对策酸雨的控制对策煤炭脱硫技术煤炭脱硫技术 物理法：物理法：利用煤炭颗粒与含硫化合物的比重、利用煤炭颗粒与含硫化合物的比重、 磁性和导电性去除无机硫。磁性和导电性去除无机硫。 化学法：化学法：将硫氧化或置换将硫氧化或置换。 生物法：生物法：利用微生物选择性地氧化有机硫或利用微生物选择性地氧化有机硫或 无机硫。无机硫。

24、开发热点：开发热点：生物浸出法和表面处理法。生物浸出法和表面处理法。 1.燃前脱硫法燃前脱硫法 LOGO （1）石灰）石灰/石灰石法石灰石法 （2）氨法）氨法 （3）双碱法）双碱法 （4）金属氧化物吸收法）金属氧化物吸收法 （5）活性炭吸附法）活性炭吸附法 （6）尿素法）尿素法 （7）电子束法）电子束法 （8）电化学法）电化学法 酸雨的控制对策酸雨的控制对策烟气脱硫法烟气脱硫法 2.2.8 大气颗粒物大气颗粒物 1 大气颗粒物的来源大气颗粒物的来源 2 大气颗粒物的粒度和表面性质大气颗粒物的粒度和表面性质 3 大气颗粒物的化学组成大气颗粒物的化学组成 4 大气颗粒物的去除过程大气颗粒物的去除过

25、程 LOGO 大气颗粒物大气颗粒物 分散在大气中的各种分散在大气中的各种固体固体和和液体液体微粒总称微粒总称 为为大气颗粒物大气颗粒物（particulate matter, PM)。 大气颗粒物处于气溶胶体系，即大气中均大气颗粒物处于气溶胶体系，即大气中均 匀地分散着各种固体或液体微粒，沉降速匀地分散着各种固体或液体微粒，沉降速 度极小，常用粉尘、烟、煤烟、沉粒、轻度极小，常用粉尘、烟、煤烟、沉粒、轻 雾、浓雾、烟气等来描述。雾、浓雾、烟气等来描述。 LOGO 大气颗粒物大气颗粒物 单位体积空气中的颗粒物总质量常用单位体积空气中的颗粒物总质量常用总悬总悬 浮颗粒物浮颗粒物（total sus

26、pended particulates, TSP ) 表示，单位：表示，单位：mg/m3 我国大气环境质量标准中规定我国大气环境质量标准中规定TSP的一级、的一级、 二级和三级标准分别为二级和三级标准分别为0.15、0.30和和 0.50mg/m3。 LOGO 2.在过饱和水蒸气的存在下，在过饱和水蒸气的存在下， 粒径粒径0.1m的颗粒可作为的颗粒可作为 凝结核凝结核. 3.飘尘，易将污染物传飘尘，易将污染物传 输到很远的地方。输到很远的地方。 5.气溶胶粒子中的碳黑能吸气溶胶粒子中的碳黑能吸 收太阳辐射，使大气温度升收太阳辐射，使大气温度升 高；而硫酸盐粒子对太阳辐高；而硫酸盐粒子对太阳辐

27、射具有反射作用，使大气温射具有反射作用，使大气温 度降低。度降低。 大气颗粒物对环境的影响大气颗粒物对环境的影响 1.降低大气能见度降低大气能见度 2.凝结核作用凝结核作用 3. 扩大污染范围扩大污染范围 4. 参与和影响大气参与和影响大气 化学反应化学反应 7. 损害人体健康损害人体健康 6.在酸沉降和富营在酸沉降和富营 养化中的重要影响养化中的重要影响 5.对全球气候的影响对全球气候的影响 LOGO 海洋表面约海洋表面约2%覆盖着白色覆盖着白色 溅沫，在海面强大风力的溅沫，在海面强大风力的 作用下，形成细小的粒子。作用下，形成细小的粒子。 大气颗粒物的来源大气颗粒物的来源 大气颗粒物大气颗

28、粒物 海盐粒子海盐粒子扬扬 尘尘燃烧产物燃烧产物 LOGO o p gpKDD Dg几何直径，几何直径， K形状系数形状系数 (球形球形K=1.0) p忽略了浮力效应的粒密度忽略了浮力效应的粒密度 o参考密度（参考密度（o=1g/cm3） 大气颗粒物的粒度大气颗粒物的粒度 大气颗粒物实际上并不是球体，多为不规大气颗粒物实际上并不是球体，多为不规 则的粒子，因此颗粒物的粒径不能仅指其则的粒子，因此颗粒物的粒径不能仅指其 直径，需用直径，需用有效直径有效直径 来表示。即来表示。即空气动力空气动力 学直径学直径（Dp）. LOGO 大气颗粒物的粒度大气颗粒物的粒度 Dp表示与所研究的粒子有相同终端速

29、率表示与所研究的粒子有相同终端速率 （即沉降速率）的密度为（即沉降速率）的密度为1的球体直径的球体直径. Dp是指在通常温度压力和相对湿度下，是指在通常温度压力和相对湿度下， 在静止的空气中在静止的空气中,与实际颗粒物具有相同重与实际颗粒物具有相同重 力末速度的密度为力末速度的密度为1 g/cm3的球体直径的球体直径 o p DgKDp LOGO 如：如：Dp = 0.5 m, Dg = 0.34 m （相对密度为（相对密度为2） Dg = 0.74 m （相对密度为（相对密度为5） 大气颗粒物的粒度大气颗粒物的粒度 Dp是一种假想的球体颗粒直径，与实际是一种假想的球体颗粒直径，与实际 颗粒物

30、粒径不同。实际颗粒物粒径与颗粒颗粒物粒径不同。实际颗粒物粒径与颗粒 物的组成、相对密度和颗粒物形状有关。物的组成、相对密度和颗粒物形状有关。 LOGO （TSP,Total Suspended Particulates） 总悬浮颗粒物总悬浮颗粒物 指在一定体积中，被空气悬浮的全部颗粒指在一定体积中，被空气悬浮的全部颗粒 物，用单位体积中的颗粒物物，用单位体积中的颗粒物总质量总质量来表示。来表示。 粒径多在粒径多在100m以下，特别是以下，特别是10m以下以下 的微粒。的微粒。 LOGO 测定方法：大流量采样测定方法：大流量采样-重量法重量法 仪器：仪器： 大流量采样器大流量采样器 操作：保持气

31、体流量为操作：保持气体流量为0.967-1.14m3/min, 入口处抽气速度为入口处抽气速度为0.3m3/s 集粒范围集粒范围: 0.1-1000m，采样时间，采样时间8-24h， 玻璃纤维薄膜玻璃纤维薄膜 200250mm，称重得，称重得TSP。 总悬浮颗粒物总悬浮颗粒物 LOGO LOGO 降尘降尘 颗粒颗粒 10(30)-1000 m v 测定：重量法测定：重量法 v 装置：内径为装置：内径为15cm，高，高30cm，圆筒形集尘，圆筒形集尘 缸内加缸内加 入一定量的水入一定量的水+乙二醇。每月收集一次，乙二醇。每月收集一次， 乙二醇乙二醇 用来防冻、防微生物生长。夏季可加用来防冻、防微

32、生物生长。夏季可加 入适量硫酸铜溶液。入适量硫酸铜溶液。 总悬浮颗粒物总悬浮颗粒物 LOGO 飘尘（飘尘（ 可吸入颗粒物可吸入颗粒物，Inhalabte Particulates IP， PM10） 难以降沉。难以降沉。 vDp10m ，指，指TSP中能用口鼻吸入的颗中能用口鼻吸入的颗 粒物。粒物。 气象报告中用气象报告中用PM10表示。表示。 总悬浮颗粒物总悬浮颗粒物 LOGO 总悬浮颗粒物总悬浮颗粒物 LOGO 小流量采样小流量采样 总悬浮颗粒物总悬浮颗粒物 LOGO LOGO 大气颗粒物的化学组成大气颗粒物的化学组成 海洋（无机盐类）；海洋（无机盐类）； 汽车尾气（铅）；扬汽车尾气（铅）

33、；扬 尘（土壤构成、硅、尘（土壤构成、硅、 铝氧为主，其它金属铝氧为主，其它金属 元素）。元素）。 矿物燃料的燃烧、矿物燃料的燃烧、 废弃物焚烧、汽车废弃物焚烧、汽车 尾气、油脂类食物尾气、油脂类食物 烹制和吸烟等烹制和吸烟等 大气颗粒物大气颗粒物 无机颗粒物无机颗粒物 有机颗粒物有机颗粒物 LOGO 大气颗粒物的化学组成大气颗粒物的化学组成 无机颗粒物无机颗粒物 粗粗 粒粒 子子 细细 粒粒 子子 硅、铝、铁及金属硅、铝、铁及金属 元素，多为一元素，多为一 次次 污染物。污染物。 硫酸盐、硝酸盐硫酸盐、硝酸盐 等，多为二次污等，多为二次污 染物。染物。 LOGO S(-2价）价）SO2 H2

34、SO4 H2SO4的蒸汽压低，在气相中的饱和浓度只的蒸汽压低，在气相中的饱和浓度只 有有4 g/m3,在一般大气条件下凝结。在一般大气条件下凝结。 NH3/NH4+：腐败生物质和有机质在微生物的作用：腐败生物质和有机质在微生物的作用 下，含氮化合物被氨化下，含氮化合物被氨化;工业过程。工业过程。 NH4HSO4或或(NH4)2SO4，以颗粒物的形式存在，以颗粒物的形式存在， 粒径：粒径：0.11.0 m。以。以NH4HSO4为主。为主。 硫酸盐气溶胶粒子对光散射贡献较大。硫酸盐气溶胶粒子对光散射贡献较大。 1.NH4HSO4和和 (NH4)2SO4 LOGO HNO3比比H2SO4容易挥发，在

35、气相中的饱容易挥发，在气相中的饱 和浓度可达和浓度可达1.2108g/m3，所以，所以HNO3一一 般以般以气态气态形式存在。形式存在。 大气颗粒物的化学组成大气颗粒物的化学组成 2. 硝酸和硝酸盐硝酸和硝酸盐 硝酸盐气溶胶通常以硝酸盐气溶胶通常以NaNO3、NH4NO3或或 NOx吸附在颗粒物上的形式存在。吸附在颗粒物上的形式存在。 LOGO 对太阳辐射有吸收作用，使大气温度上升，对太阳辐射有吸收作用，使大气温度上升， 在能见度方面的影响较大。在能见度方面的影响较大。 产生于燃煤和市政及工业焚烧。主要产生于燃煤和市政及工业焚烧。主要 成分：金属和非金属氧化物，如成分：金属和非金属氧化物，如S

36、iO2、 Al2O3、Fe2O3和和CaO。 大气颗粒物的化学组成大气颗粒物的化学组成 3.碳碳 黑黑 4.飞飞 灰灰 LOGO 通过重力对颗粒物的作用，使通过重力对颗粒物的作用，使 它沉降，沉降的速率与颗粒物它沉降，沉降的速率与颗粒物 的粒径、密度、空气运动粘滞的粒径、密度、空气运动粘滞 系数有关。系数有关。 指降雨、雪使颗粒物在大气中消指降雨、雪使颗粒物在大气中消 失的过程。失的过程。 大气颗粒物的去除过程大气颗粒物的去除过程 干沉降干沉降 湿沉降湿沉降 LOGO 0.1(m) 810 5 (cm.s-1) 2 13年年 1 (m) 410 9 (cm.s-1) 13 98小时小时 10

37、(m) 0.3 (cm.s-1) 49小时小时 100 (m) 30 (cm.s-1) 318分钟分钟 如：如： 斯托克斯定律：斯托克斯定律： 8 . 1 )( 21 2 gd v 干干 沉沉 降降 LOGO 降雨时在云下面的颗粒物与降降雨时在云下面的颗粒物与降 下来的雨滴发生惯性碰撞或扩下来的雨滴发生惯性碰撞或扩 散、吸附过程，使颗粒物去除。散、吸附过程，使颗粒物去除。 （4 m） 对半径小于对半径小于1 m的颗粒的颗粒 物去除效率高。物去除效率高。 大气中消除颗粒物的量一般湿沉降占大气中消除颗粒物的量一般湿沉降占80 90，而干沉降只有，而干沉降只有1020。 湿沉降湿沉降 雨除雨除 冲刷

38、冲刷 LOGO 2.2.9 温室气体和温室效应温室气体和温室效应 太阳光入太阳光入 射后的辐射后的辐 射过程射过程 地球地球-大气系统大气系统 的反射的反射 1. 地球的热平衡地球的热平衡 LOGO 到达地表的太阳能被地球吸收到达地表的太阳能被地球吸收 (51) 地球维持热平衡地球维持热平衡 反射回空间反射回空间通过通过红外辐射红外辐射返回空间返回空间 温室效应温室效应 LOGO 温室效应温室效应 无论以可见光为主的太阳辐射，还是以无论以可见光为主的太阳辐射，还是以 330m为主的地球长波红外线，在经过为主的地球长波红外线，在经过 大气层大气层时，会受到大气层中的气体组分不时，会受到大气层中的

39、气体组分不 同程度地吸收。同程度地吸收。 最主要的吸收物质为相对分子质量大、最主要的吸收物质为相对分子质量大、 极性强的分子。如果同时考虑分子在大气极性强的分子。如果同时考虑分子在大气 层中的丰度，层中的丰度，地球热辐射地球热辐射最重要的光吸收最重要的光吸收 物质是物质是H2O和和CO2。 LOGO 温室效应温室效应 大气中的水分子能吸收大量的红外辐射，波长大气中的水分子能吸收大量的红外辐射，波长 为为700-850 nm，1100-1400 nm两区两区,吸收作用微吸收作用微 弱；而弱；而850 -1100 nm 区则全无吸收。区则全无吸收。 大气中的二氧化碳量虽少，但强烈吸收大气中的二氧化

40、碳量虽少，但强烈吸收 1200- 1630 nm之间的辐射，因此二氧化碳对维持地球之间的辐射，因此二氧化碳对维持地球 热平衡起着重要的作用。热平衡起着重要的作用。 其他一些重要的其他一些重要的 红外辐射吸收物质为红外辐射吸收物质为CH4、O3、N2O、CFCs等等。 LOGO 假如地球没有现在的大气层，地表温度将比假如地球没有现在的大气层，地表温度将比 现在低现在低33。这部分温室效应称为。这部分温室效应称为天然温室天然温室 效应效应，其中水占，其中水占60%，CO2约约20%。 温室效应温室效应 光吸收的结果只是阻挡热量自地球向外逃逸，光吸收的结果只是阻挡热量自地球向外逃逸， 相当于地球和外

41、层空间之间的一个绝热层，即相当于地球和外层空间之间的一个绝热层，即 “温室温室”作用。作用。 大气中的大气中的CO2和和H2O等微量组分对地球的长波等微量组分对地球的长波 红外辐射的这种光吸收作用称为红外辐射的这种光吸收作用称为“温室效应温室效应”。 LOGO 温室效应温室效应 CO2象温室的玻璃一样，允许太阳光中可象温室的玻璃一样，允许太阳光中可 见光照射到地面，并阻止地面重新辐射见光照射到地面，并阻止地面重新辐射 的红外光返回外空间，的红外光返回外空间，CO2起单向过滤器起单向过滤器 作用，大气中作用，大气中CO2吸收了地面辐射出来的吸收了地面辐射出来的 红外光，把能量截留于大气中，从而使

42、红外光，把能量截留于大气中，从而使 大气温度升高。大气温度升高。 LOGO 温室效应温室效应 LOGO 矿物燃料的燃烧，森林砍矿物燃料的燃烧，森林砍 伐，毁坏草原，地球植被伐，毁坏草原，地球植被 减少，减少， 降低了植物对降低了植物对CO2 的吸收。的吸收。 二氧化碳、甲烷、一氧化碳、二氯乙烷、二氧化碳、甲烷、一氧化碳、二氯乙烷、 臭氧、四氯化碳和氟氯烃臭氧、四氯化碳和氟氯烃 CFC 11，CFC 12等都是温室气体。等都是温室气体。 温室气体温室气体CO2来源来源 LOGO 温室效应的影响温室效应的影响 全球气候变暖全球气候变暖 近百年来平均约上升了近百年来平均约上升了0.6； 海平面上升海

43、平面上升 导致两极的冰层消融及海水膨导致两极的冰层消融及海水膨 胀，城市、海岛将面临淹没的胀，城市、海岛将面临淹没的 危险。全球危险。全球13人口将受到威人口将受到威 胁；胁； LOGO 马尔代夫马尔代夫是印度洋上的群岛国是印度洋上的群岛国 家家,由由19组珊瑚环礁、组珊瑚环礁、200多个多个 珊瑚岛屿组成珊瑚岛屿组成.传说美丽的传说美丽的马尔马尔 代夫代夫因地球的因地球的温室效应温室效应,即将在即将在 百年内如庞贝古城般消失百年内如庞贝古城般消失,淹没淹没 在蓝海中。在蓝海中。 LOGO 低纬度热带多雨地区受到洪涝的威胁；低纬度热带多雨地区受到洪涝的威胁； 亚温带地区变得更加干旱；亚温带地区

44、变得更加干旱； 台风更加频繁发生；台风更加频繁发生； 厄尔尼诺厄尔尼诺和和拉尼娜拉尼娜现象更加肆虐，频繁现象更加肆虐，频繁 发生；发生； 苔原减少，草原增加，荒漠化、沙漠苔原减少，草原增加，荒漠化、沙漠 化过程加剧，森林减少；化过程加剧，森林减少； 农业生产不稳定性增加；农业生产不稳定性增加； 对生物多样性产生不良影响等。对生物多样性产生不良影响等。 厄尔尼诺现象的基本特征是太平洋沿岸的厄尔尼诺现象的基本特征是太平洋沿岸的 海面水温异常升高，海面水温异常升高，海水海水水位上涨，并形水位上涨，并形 成一股暖流向南流动。它使原属冷水域的成一股暖流向南流动。它使原属冷水域的 太平洋东部太平洋东部水域

45、变成暖水域，结果引起水域变成暖水域，结果引起海海 啸啸和和暴风骤雨暴风骤雨，造成一些地区干旱，另一，造成一些地区干旱，另一 些地区又降雨过多的异常气候现象。些地区又降雨过多的异常气候现象。 拉尼娜是指赤道太平洋东部和中部海面温拉尼娜是指赤道太平洋东部和中部海面温 度持续异常偏冷的现象（与度持续异常偏冷的现象（与厄尔尼诺厄尔尼诺现象现象 正好相反）。是气象和海洋界使用的一个正好相反）。是气象和海洋界使用的一个 新名词。意为新名词。意为“小女孩小女孩”，正好与意为，正好与意为 “圣婴圣婴”的厄尔尼诺相反，也称为的厄尔尼诺相反，也称为“反厄反厄 尔尼诺尔尼诺”或或“冷事件冷事件”。 温度带和降水带北

46、移温度带和降水带北移 LOGO v过敏加重，研究显示，随着二氧化碳水平过敏加重，研究显示，随着二氧化碳水平 和温度的逐渐升高，花期提前来临，让花粉生和温度的逐渐升高，花期提前来临，让花粉生 成量增加，使春季过敏加重。成量增加，使春季过敏加重。 v物种正在变得越来越物种正在变得越来越“袖珍袖珍”，随着全球气，随着全球气 温上升，生物形体在变小，这从苏格兰羊身上温上升，生物形体在变小，这从苏格兰羊身上 已现端倪。已现端倪。 v肾结石增加，由于气温升高、脱水现象增多，肾结石增加，由于气温升高、脱水现象增多， 研究人员预测，到研究人员预测，到2050年，将新增泌尿系统结年，将新增泌尿系统结 石患者石患

47、者220万人。万人。 美国美国媒体媒体2009年年12月月5日发表的一项研究指出：日发表的一项研究指出： LOGO 温室效应的影响温室效应的影响 v外来传染病暴发，水环境温度升高会使蚊子外来传染病暴发，水环境温度升高会使蚊子 和浮游生物大量繁殖，使登革热、疟疾和脑炎和浮游生物大量繁殖，使登革热、疟疾和脑炎 等时有暴发。等时有暴发。 v夏季肺部感染加重，温度升高，凉风减少会夏季肺部感染加重，温度升高，凉风减少会 加剧臭氧污染，极易引发肺部感染。加剧臭氧污染，极易引发肺部感染。 v藻类泛滥引发疾病，水温升高导致蓝藻迅猛藻类泛滥引发疾病，水温升高导致蓝藻迅猛 繁衍，从市政供水体系到天然湖泊都会受到污繁衍，从市政供水体系到天然湖泊都会受到污 染，从而引发消化系统、神经系统、肝脏和皮染，从而引发消化系统、神经系统、肝脏和皮 肤疾病。肤疾病。 LOGO 2.2.10臭氧层的形成与耗损 臭氧层存在于对流层上面的平流层中，臭氧层存在于对流层上面的平流层中， 距地面距地面10- 50 Km，浓度峰值在，浓度峰值在20-25Km处处; 臭氧层吸收臭氧层吸收 99% 以上来自太阳的紫外以上来自太阳的紫外 辐射，从而保护地球生物不受其伤害，维辐射，从而保护地球生物不受其伤害，维 持地球的生态平衡。持地球的生态平衡。 LOGO 平流层平流层O2光解光解,臭氧层形