1.第一章 总论

1、Technologies for Preventing Atmosphere from Pollutants 2021年6月11日大气污染防治技术2 第一章 Technologies for Preventing Atmosphere from Pollutants 2021年6月11日大气污染防治技术3 1. 空气的物理性状与健康空气的物理性状与健康 2 .物理与化学原理物理与化学原理 3. 空气污染及其影响概述空气污染及其影响概述 4 .空气污染物的来源与归趋空气污染物的来源与归趋 5 .微观与宏观空气污染微观与宏观空气污染 6 .大气扩散作用大气扩散作用 7 .室内空气质量模型室内空气质

2、量模型 8 .固定源空气污染控制固定源空气污染控制 9 .移动源空气污染控制移动源空气污染控制 2021年6月11日大气污染防治技术4 空空 气气 离离 子子 轻离子轻离子离子吸附周围 的中性气体分子。 重离子：重离子：轻离子、灰尘、 烟雾等结合。 空气离子对人体的作用空气离子对人体的作用 负离子对机体有益。 调节中枢神经；刺激骨髓造 血；降低血压；改善肺的换 气功能；促进生物氧化还原 过程。 空气离子的卫生评价空气离子的卫生评价 空气离子数：阴离子数多，清洁度大。 重轻离子比值： 50 ，说明空气污浊。 空气离子单极系数:阳离子/阴离子。清洁地区该值低 2021年6月11日大气污染防治技术5

3、 颗粒污染物的浓度仅用颗粒污染物的浓度仅用 g/m3表示，而表示，而 m用以表示颗用以表示颗 粒的粒径大小。粒的粒径大小。 因为使用因为使用mL/m3很方便，所以经常用作测量单位，其很方便，所以经常用作测量单位，其 优点是优点是 L/L为体积对体积的比值，温度和压力的变化为体积对体积的比值，温度和压力的变化 并不改变污染气体的体积所占被污染气体体积的比例。并不改变污染气体的体积所占被污染气体体积的比例。 （1） mg/m3转换成转换成 g/L mg/m3及及 L/L之间的转换可利用标准状态下之间的转换可利用标准状态下(0及及 101.325kPa) lmol理想气体所占的体积是理想气体所占的体

4、积是22.414L这这 一条件进行。在标准温度和压力下，质量为一条件进行。在标准温度和压力下，质量为Mp的污染的污染 物物(以克计以克计)所占的体积为所占的体积为 Vp=Mp/M 22.414 其中，其中，M是污染物的摩尔质量。在非标准状态的其他是污染物的摩尔质量。在非标准状态的其他 温度和压力下的温度和压力下的lmol气体所占体积需用理想气体定律气体所占体积需用理想气体定律 校正：校正： 2021年6月11日大气污染防治技术6 非标准状态下的气体体积：非标准状态下的气体体积： 22.414L/mol(T2/273)(101.325/P2) P2和T2是度数时的压力和热力学温度 l用L/L表示

5、的污染物体积分数可以写成：Vp/Va；其中Va=1立方 米空气的体积。所以： 1000 325.101 273 414.22 2 2 a p a p V P T M M V V 2 22 1 11 T VP T VP lT2：热力学温度，K lM：污染物摩尔质量 2021年6月11日大气污染防治技术7 空气污染及其影响概述 l空气污染在三种规模上影响着公众健康：即微观、中 型和宏观。放射性建筑材料的自然辐射所引起的室内 空气污染属于微观空气污染。工业生产及汽车排放所 引起的室外周围空气的污染属中型空气污染。空气污 染物的远距离传输及对全球的影响属于宏观空气污染， 如酸雨污染。空气污染对全球的潜

6、在影响是使大气层 上层发生改变，引起臭氧层破坏及全球变暖。 2021年6月11日大气污染防治技术8 1 对材料的影响对材料的影响 （1） 材料破坏的机制材料破坏的机制 l空气污染造成材料破坏的的机制有五种，分别为磨损、 沉积和洗除、直接化学破坏、间接化学破坏和电化学 腐蚀。 l较大的固体颗粒在材料表面高速运动会引起材料表面 磨损。除了暴风雨中的固体颗粒和从武器射击排出的 铅粒，一般大多数空气污染物的颗粒或是尺寸太小， 或是运动速度不够快，所以不易造成材料表面的磨损。 对于大部分的材料，表面清洗都会引起损伤，建筑物 的喷沙清洗就是一典型实例。衣物经常清洗会使纤维 强度变弱，经常清洗油漆表面会使油

7、漆表面失去光泽。 2021年6月11日大气污染防治技术9 溶解和氧化还原反应导致直接化学破坏，通常水为反 应介质。二氧化硫及三氧化硫在有水存在时，与石灰 石(CaCO3)反应生成石膏(CaSO42H2O)和硫酸钙，而 硫酸钙和石膏比碳酸钙易溶于水，易被雨水溶解。硫 化氢使银变黑是一典型的氧化还原反应。 当污染物被吸附在材料表面并且形成破坏性化合物时， 则发生对材料的间接化学破坏。产生的破坏性化合物 可能是氧化剂、还原剂或溶剂。这些化合物会破坏材 料晶格结构中的化学键因而具有破坏性。皮革在吸收 二氧化硫之后变碎，是因为皮革中少量的铁会催化二 氧化硫形成硫酸。纸张也有类似的现象发生。氧化还 原反应

8、会使金属材料表面存在局部的化学及物理变化， 而这些变化导致金属表面形成微观的阳极和阴极，这 些微观电极的电位差的存在，导致电化学腐蚀发生。 2021年6月11日大气污染防治技术10 l（2）影响材料破坏的因素）影响材料破坏的因素 l湿度、温度、日光及表面曝露方式等是影响材料破坏 重要因素。湿度是影响材料破坏发生的重要因素。金 属的腐蚀作用，即使是在很高的二氧化硫污染情况下， 如果相对湿度不超过60，也不会发生。此外，当没 有空气污染，湿度在7090时也会引起材料腐蚀。 雨水可以通过稀释作用和洗除污染物减轻由污染物所 引起的腐蚀。 l较高的空气温度下通常会有较高的反应速率。然而， 当冷空气使表面

9、冷却，进而有水凝结在材料表面时， 将加快腐蚀速率。 2021年6月11日大气污染防治技术11 除了紫外线会引起氧化作用外，由于日光会为 污染物形成提供所需的能量，因而会加剧空气 污染对材料造成的损害。光化学反应所生成的 臭氧，会导致橡胶龟裂及染料褪色。 材料表面的暴露方式对其破坏速率的影响有两 个方面：第一，当材料表面按垂直、水平或以 任何角度放置时，均会影响污染物沉积和被洗 除的速率；第二，当材料表面朝上或朝下时， 其受损害的速率不同。当湿度足够高时，材料 朝下的一面，因为其表面的污染物不易被雨水 洗除，通常破坏速率较快。 2021年6月11日大气污染防治技术12 2 对植物的影响对植物的影

10、响 （1）细胞及叶片组织构造 l典型的植物细胞具有三个主要组分：细胞壁、原生质 体及内含物。像人的皮肤一样，年轻植物的细胞壁较 薄，随着年龄的增加细胞壁增厚。原生质体是细胞中 的原生质，其主要成分是水，也含有蛋白质、脂肪及 碳水化合物。细胞核内含有遗传物质(DNA)，控制细 胞的遗传、变异及其他生命过程。细胞核外的原生质， 称为细胞质。细胞质内含有叶绿体、白色体、色素体 及线粒体等质体。叶绿体含有叶绿素，经光合作用制 造植物所需的食物。白色体将淀粉转变成淀粉粒。色 素体控制花朵及果实的颜色，使其呈现出不同的色彩， 如红、黄、橙色等。 2021年6月11日大气污染防治技术13 一个典型的成熟叶片

11、横切面有三个主要的组织系统： 表皮、叶肉及维管束。叶绿体通常不会出现在表皮细 胞中。在叶子底面的开口称为气孔。叶肉细胞包含栅 状及海绵状软细胞组织，内含叶绿体，是制造食物的 中心。维管束负责植物主茎和叶片间的水分、矿物质 及食物的输送。保护细胞负责调节气体及水蒸气进出 叶片。当天气热、有阳光及有风时，光合作用及呼吸 作用速率会增加。此时，保护细胞会打开，以利于较 多的水汽排出，否则由根部输送物质会造成累积。 （2）损害作用 臭氧会伤害栅状细胞，引起叶绿体凝缩，最后导致细 胞壁破裂。这时可以观察到在植物叶片表面形成红棕 色斑点，并且数天后变成白色，该白点称为白斑点。 2021年6月11日大气污染

12、防治技术14 臭氧在有阳光的正午时危害力最大，因为此时保护细胞 可能打开，允许污染物进入叶片中。 植物连续暴露在0.5L/LNO2下，其生长会受到抑制。 NO2浓度超过2 .5L/L且暴露时间超过4h，会使植物产 生枯斑，即由于质壁分离或失去原生质而产生的表面斑 点。 二氧化硫也会使植物产生黑斑症，且所需浓度更低，只 要在SO2浓度为0.3 L/L下暴露8h就足以使植物致病。 在更低浓度下曝暴更长时间，将使植物产生萎黄病。 空气污染物对植物所造成的伤害不仅仅是使其叶片表观 发生改变，如产生斑点，还会面积缩小、生长迟缓、果 实变小。对于经济作物，这些伤害会造成减产，使农民。 对于其他植物，则可能

13、使植物提早死亡。 2021年6月11日大气污染防治技术15 植物表面氟的沉积，不仅会直接伤害植物，而 且会引发二次伤害效应。食草性动物可能会因 食用含氟量高的食物使体内积累过量的氟，牙 齿上出现氟斑，以致最后掉落。 （3）判断上的困难 干旱、虫害、虫害、疾病、过量使用除草剂和 营养缺乏等，对植物造成的伤害与污染物对植 物伤害类似。此外，有些污染物单独存在时并 不造成损害，但将其混合后则会伤害植物，这 种效应称为增效作用。由于这些因素的影响， 往往使人们在判断植物的伤害时遇到困难。 2021年6月11日大气污染防治技术16 （1）敏感受体 l很难有较好的评价方法来评价空气污染对人类健康的影 响。

14、抽烟使人们处于污染物浓度较高的空气中，职业暴 露也会使从业人员受到比室外空气中更大的污染物剂量 的影响。选择什么样的受体进行实验，以判别空气污染 对人体造成的危害，是一个相当困难的问题。 l利用其他哺乳动物作实验，其结果难以应用于人类自身。 用人作为实验受体时，通常必须保证其必须存活，由此 引发出环境伦理问题。如果用啮齿类动物作实验往往得 到较高的允许浓度。如果规定必须保护患有心肺疾病的 人时，则允许浓度范围将会比在啮齿类动物实验中观察 到的浓度低很多。 2021年6月11日大气污染防治技术17 空气质量标准是“在适当的安全范围内保护公众健康” 基础上建立的。标准制定者所持的观点是这些标准必须

15、 保护大部分敏感受体，即按所观察到效应的最低程度来 设定标准。 （2）呼吸系统的构造 空气污染对人类影响的首要指示物为呼吸系统。呼吸系 统的主要器官有鼻、咽头、喉头、气管、支气管及肺，。 鼻、喉头、咽头及气管一起称为上呼吸道。空气污染对 上呼吸道的主要影响是影响嗅觉，且使原先可去痰及捕 捉颗粒的纤毛的扫除动作迟钝。下呼吸道由支气管及肺 组成。肺本身由成串葡萄状的囊(称为肺泡)所组成，肺 泡直径大约300m，肺泡壁之间通过毛细管连接。二 氧化碳从毛细管壁扩散至肺泡，而氧则从肺泡扩散出去 至红血球细胞。每种气体的分压不同，其扩散方向是由 较高压处扩散至低压处。 2021年6月11日大气污染防治技术

16、18 （3）颗粒的吸入及滞留 颗粒物侵入下呼吸道的程度主要受颗粒尺寸和 呼吸速率的影响。510m的颗粒被鼻毛遮蔽。 12 m范围大小的颗粒可侵透入肺泡，这些颗 粒不被遮蔽并沉积在上呼吸道。直径0.5m的 颗粒，由于其沉积速度太小而不能被有效地去 除，因而更小的颗粒将扩散至肺泡壁。 （4）慢性呼吸疾病 许多慢性的呼吸系统疾病可能会因空气污染而 加重。刺激性物质的存在会使呼吸道变窄或阻 塞，致使呼吸困难。 2021年6月11日大气污染防治技术19 （5）一氧化碳 一氧化碳是一种无色、无味的气体，当其浓度超过 5000L/L时，足以在数分钟内使人丧命。一氧化 碳可与血液中的血红素反应形成羧基血红素

17、(COHb)。血红素对CO的亲和力比对O2的亲和力高， 因此形成COHb会使体内的氧减少。当COHb浓度 在510的范围时，视觉、动作灵活性及学习 能力均会削弱。当CO浓度达50 L/L，且持续肘间 达8h时，将导致COHb浓度高达7.5%。心脏疾病患 者在COHb达到2.5%3%时，运动能力便比没有 COHb存在时差。当CO浓度达到20tLl且持续8h 时，将导致：COHb达2.8%。吸烟过程中吸入的 CO平均浓度为200400L/L。对CO敏感的人群是 那些心脏及循环系统疾病、肺病患者及发育中的胎 儿，还有那些处于较高需氧量状态的人，如发烧的 患者。 2021年6月11日大气污染防治技术2

18、0 （6）有害空气污染物（HAPs） 有害空气污染物(又称空气毒物)对人类健康的直接 影响的资料，大部分来自对特定行业的从业人员 的研究。在工作场所中接触的有毒气体的剂量，往 往比室外空气中的高。对通常在室外空气中发现的 低浓度有毒空气污染物对健康的影响，目前了解的 还很少。 有害空气污染物是指引起各种不同疾病的物质。例 如，石棉、含砷的物质、苯、焦炉排放的气体及放 射性核素等均可能使人致癌；铍会导致肺脏疾病且 影响肝脏、脾脏、肾脏及淋巴腺等器官；汞伤害大 脑、肾脏及肠等器官。有害空气污染物的其他潜在 影响还包括引起生育缺陷，破坏免疫系统及神经系 统等。 2021年6月11日大气污染防治技术2

19、1 （7）铅 与其他主要的空气污染物相反，铅是一种 累积性的有毒物质。除了直接从空气吸入 外，铅也可通过食物和水被人体摄人。摄 入的铅大约有5一10被人体吸收，从 空气吸入的铅大约有2050被人体 吸收。其余未被人体吸收的部分，则经尿 液及粪便排泄出来。因此铅中毒可通过检 测尿液和血液中的铅含量来判断。 2021年6月11日大气污染防治技术22 （8）NO2 暴露在NO 2浓度超过5 L/L的空气中 15min，将导致咳嗽及呼吸道疼痛，持续 暴露在这样的空气中将造成肺水肿。NO2 气体浓缩时为红棕色，在较低的浓度时则 呈黄棕色；浓度为5L/L时，NO2气体具 有刺激性甜味。在烟草燃烧中产生的N

20、O2 平均浓度大约为5L/L。大约0.1L/L的 NO2浓度，即可使呼吸道疾病加重并使肺 功能衰减。 2021年6月11日大气污染防治技术23 （9）光化学氧化物 光化学氧化物包括过氧乙酰硝酸酯(PAN)、丙烯醛、过 氧苯甲酰硝酸酯(PBzN)、醛、氮氧化物及主要的氧化 物臭氧。臭氧常用作表示氧化物总量的指标。当氧化 物浓度超过0.1L/L时，会对眼睛造成刺激。当浓度为 0.3L/L时，会引起咳嗽及胸部不适。患有慢性呼吸道疾 病的人更容易有上述症状。 （10）PM10 因为较大的颗粒不会被吸入肺的深部，因此美国环保局 将空气质量标准中总悬浮颗粒物标准换成气体动力学直 径小于10m的PM10标准

21、。美国、巴西、德国的研究表 明，微颗粒对增加呼吸系统疾病、心血管病管病、与癌 症相关的死亡、肺炎、肺功能衰减及哮喘等，都有相当 程度的影响。 2021年6月11日大气污染防治技术24 最近的研究工作已经转向小于2.5rn的颗粒，因为 这种颗粒是受污染城市死亡率上升的主要原因。这 些研究调查结果是基于相关统计得出的，目前并未 被科学界广泛接受，其最主要原因是没有一种合理 的生物机制说明是什么造成死亡。虽然如此，为了 确保 “在适当的安全范围内保护公众健康”，美 国环保局仍于1997年7月提议建立新的PM2.5标准。 （11）SOx及总悬浮颗粒（TSP） 硫氧化物包括二氧化硫(SO2)、三氧化硫(

22、SO3)及其 酸和盐类。SO2及SO3所造成的影响经常合在一起 讨论。值得注意的是，当SO2被颗粒物吸附时，对 下呼吸道的影响是产生增效作用。没有附着于颗粒 上的SO2会被上呼吸道的粘膜吸附。 2021年6月11日大气污染防治技术25 当TSP超过350g/m 3 及SO 2浓度高于 0.095L/L时，慢性支气管炎的患者的患病 症状会加重。在荷兰进行的为期三年的研究 发现，当SO2及TSP的浓度分别从原有的 0.10L/L及230g/m3降至0.03L/L及80 g/m3时，肺功能得到改善。 2021年6月11日大气污染防治技术26 4. 空气污染物的来源和归宿 2021年6月11日大气污染

23、防治技术27 工工 业业 2021年6月11日大气污染防治技术28 交交 通通 2021年6月11日大气污染防治技术29 生生 活活 2021年6月11日大气污染防治技术30 4.1 CO 碳的不完全氧化导致一氧化碳(CO)生成。 每年因土壤中微生物自然厌氧分解含碳物质 而释放的甲烷大约为91015mol。CO是甲 烷氧化反应的中间产物。氢氧自由基(OH) 作为起始氧化剂，与CH4结合形成烷基自由 基： CH4+OH CH3 + H2O 此反应后又发生39个系列反应，将这些反 应简化后，得下式： CH3 + O2 + 2(hv) CO + H2 + OH 2021年6月11日大气污染防治技术3

24、1 即CH3及O2分别被一个光子捕获。符号v代 表 光 的 频 率 ， h 是 普 朗 克 常 数 ， 等 于 6.62610-34J/Hz。 人类活动所产生的污染物来自汽车排放化石 燃料的燃烧、工业加工、固体废弃物的处置 以及像树叶、柴草等的燃烧。这些污染源大 约会释放出11013 mol的CO，其中汽车的 排放量占60。 在过去20年间，大气中CO的含量没有显著 的改变。而在此期间全球人类活动由燃烧产 生的污染物却增加了1倍。 2021年6月11日大气污染防治技术32 大气中CO浓度并无明显的改变，促使人们提出一 些机制来解释CO消失的原因。其中两个最可能的 原因是：与氢氧自由基(OH)反

25、应生成二氧化碳 (CO2)；由土壤中微生物去除。据估计，由于上 述两种机制而消耗的CO量恰好等于其产生量。 4.2 有害空气污染物 美国环保局确定了166种来自主要污染源及8种来 自面源的有害空气污染物。工业污染源种类相当广 泛，包括燃料燃烧、金属制造、石油及天然气的生 产和精炼、表面加工、废弃物处理及处置过程、农 用化学品生产、聚合物及树脂生产。此外，还有干 洗、电镀等其他种种污染源。除了从上述污染源直 接排放外，有害空气污染物也可通过大气中的化学 反应形成。 2021年6月11日大气污染防治技术33 这些反应形成的化合物，包括那些未被列入HAPs 名单或本身没有毒害、但经大气化学反应后会生

26、成 HAPs的化合物。气态有机化合物参与的最重要的 转化过程是光解以及与臭氧、羟基自由基(OH)、 硝酸盐自由基发生的化学反应。光解(photolysis)是 指化合物在吸收适当波长的辐射后发生化学键断裂 或化学键重组。光解反应仅发生在白天，只有当化 合物强烈吸收了太阳辐射时才会占优势，否则与臭 氧及羟基自由基的反应占优势。最常形成的HAPs 是甲醛和乙醛。 HAPs去除的主要机制是通过与OH反应，最终导 致CO及CO2形成。在189种HAPs中有89种在大气 中的寿命小于1d。 2021年6月11日大气污染防治技术34 4.3 铅 大气中铅的天然污染源为火山及土壤颗粒。金属冶 炼、石油精制及

27、含铅废物的焚烧等都是铅污染的主 要点源。汽油中加入的铅大约有7080排放 到大气中。铅通过挥发、然后冷凝，吸附到较大颗 粒上，或通过成核作用，在大气中形成亚微米大小 的粒子。当其大小达到数微米时，即可通过沉降或 雨水冲洗被去除。 4.4 二氧化氮 在细菌的作用下，土壤向大气中释放出氧化亚氮 (N2O)。在较高的对流层及平流层中，氧原子和氧 化亚氮反应生成一氧化氮： N2O + O2 2NO 2021年6月11日大气污染防治技术35 氧原子来自臭氧的分解。一氧化氮进一步和臭氧反 应生成二氧化氮(NO2) ： NO + O3 NO2 + O2 地球上，通过此反应所生成的NO2每年大约有450t。

28、人为活动产生的氮氧化物中，大约有96来自燃烧 过程。大气中的氧气和氮气可以共存且不发生反应， 但在高温及高压时，却有化学反应发生。当温度超 过1600K时，氧气和氮气的反应如下： 如果将燃烧气体在反应后迅速冷却，然后释放到大 气中，则此反应中止，NO为副产物；NO会与臭氧 或氧气发生反应形成NO2。 NOON2 22 2021年6月11日大气污染防治技术36 产生的NO2在大气颗粒物上将转变成NO2-或NO3-。 大气中的这些颗粒通过降水被洗除。硝酸盐溶解在 水滴中形成硝酸，这正是工业区“酸雨”的部分来 源。 4.5 光化学氧化物 与其他污染物不同，光化学氧化物完全来自于大气 中发生的反应，而

29、不是由人类活动或大自然产生， 也就是说它们是二次污染物。它们通过原子、分子、 自由基和离子吸收光子所引起的一系列反应生成。 臭氧是主要的光化学氧化物，常常在二氧化氮的光 解循环反应中生成。碳氢化合物与氧原子反应生成 自由基，这些碳氢化合物、氮氧化物和臭氧反应生 成更多的二氧化氮和臭氧。 2021年6月11日大气污染防治技术37 汽车废气；生活和工业生产中煤、石油燃烧 碳氢化合物碳氢化合物20% 碳氢化合物碳氢化合物 20% 一氧化碳一氧化碳 100% 碳氢化合物碳氢化合物 60% 氮氧化物氮氧化物 100% 2021年6月11日大气污染防治技术38 原因：原因： 1、冬季取暖燃煤和工业 燃煤排

30、放的烟雾（元凶） 2、高压中心，几天无风 数据：数据： 伦敦上空大气中烟尘烟尘浓度比 平时高10倍倍，SO2的浓度是 以往的6倍倍 后果后果： 4天时间，死亡人数达4000多多 人人。2个月后，又有8000多人多人 陆续丧生。 2021年6月11日大气污染防治技术39 4.6 硫氧化物 硫氧化物可能是一次、也可能是二次污染物。电厂、 工业生产、火山及海洋直接排放出的SO2、SO3及 SO42-为一次污染物。此外，生物腐败过程及一些工业 生产中排放出的H2S，经氧化形成SO2，此为二次污染 物。天然污染源每年产生大约12.5万t的硫，而来自人 为污染源的硫大约有4500万t。H2S最重要的氧化反

31、应 是与臭氧反应： H2S + O3 H2O + SO2 含硫化石燃料燃烧后，所产生的二氧化硫量与燃料中 的硫含量成正比：S + O2 SO2 该反应表明，如果燃料中有1g硫燃烧，就会产生2g的 SO2释放到大气中。因为燃烧效率并非100，我们通 常假设燃料中有5的硫最终残留在灰分中，即燃料中 有1g硫燃烧后会释放出1.90g的SO2。 2021年6月11日大气污染防治技术40 大气中，大部分SO2最终转变成硫酸盐，可通过沉降 或降水去除。SO2转变成硫酸盐的途径有两个：催化 氧化和光化学氧化。 当水滴中含有Fe3+、Mn2+或NH3时，反应按催化氧 化途径进行： 2SO2 + 2H2O +

32、O2 2H2SO4 在相对湿度较低时，转变主要通过光化学反应进行。 第一步为SO2的光激活反应： SO2 + hv SO2* 被激活的SO2迅速与O2反应生成SO3： SO2* + O2 SO3 + O SO3吸湿性很强，因此快速转变成硫酸： SO3 + H2O H2SO4 2021年6月11日大气污染防治技术41 该反应可解释工业区大部分酸雨（pH值小于 5.6的降雨）的来源。正常的降雨，由于存在 碳酸盐缓冲体系，pH值大约为5.6。 颗粒物引起的二次污染物包括H2S、SO2、 NOx、NH3，及碳氢化合物的转化产物。 直径为0.550m大小的粉尘，可被风完全扬 起 且 吹 到 较 远 距

33、离 。 海 盐 颗 粒 的 大 小 为 0.050.5m，光化学反应形成的粒子直径小于 0. 4 m， 黑 烟 及 飞 灰 粒 子 的 直 径 范 围 为 0.05200m或更大。城市大气中颗粒物的质 量分布，一般有两个最大峰值，一个直径介于 0.11rn，另一个则介于130m。粒径较小 的颗粒是通过凝聚形成的，粒径较大的颗粒则 包含由机械磨损产生的飞灰和粉尘。 2021年6月11日大气污染防治技术42 大气中小颗粒的去除过程为，小颗粒首先附着在水 滴上，尺寸逐渐变大，直至足够大后而沉降。大颗 粒则直接通过降雨冲洗被去除。 5. 微观和宏观空气污染 空气污染问题的在三种规模上发生：小型(微观)

34、、中 型和大型(宏观)。 5.1 室内空气污染 居住在寒带的人们，可能有70%90%的时间在室内 活动。在某些情况下，室内空气污染的程度可能比 室外更严重。 使用火炉操作不当会产生一氧化碳的问题，这个问 题一直被人们所关注。最近，由煤气炉、烤箱、煤 油加热器及吸烟等弓I起的慢性、低浓度的CO污染已 引起人们的关注。 2021年6月11日大气污染防治技术43 抽烟将明显增加室内空气中CO的浓度以及可 吸入颗粒（RSP）的浓度。 NO2的浓度与电子炉具、空调以及煤气炉使 用情况有关。SO2的浓度一般都比较低（但 是对烧煤户就不一样了）。 虽然氡气不被视为空气污染物，但发现在住 宅中有相当高的浓度。

35、氡气是一种从天然地 质过程或建筑材料中释放射出的一种放射性 气体。它不是来源于住户的活动。 室内空气中重金属的主要来源是未经过滤的 室外空气、泥土和灰尘。As, Cd, Cr, Hg, Pb, Al及Ni均在室内空气中被检测出来。 2021年6月11日大气污染防治技术44 目前已经确定，在室内空气中有300多种 VOCs，如醛类、烷烃类、烯烃类、醚类、酮 类及多环芳烃（PAHs）等，其中甲醛是普遍 存在且毒性较强但是化合物。甲醛并不是由 住户的活动产生的，而是由一些消费产品和 建筑材料释放出来的。 与那些只要有人类活动就会产生的污染物不 同，甲醛只有在新的材料被带进住宅时才会 产生。 室内空气

36、VOCs污染及危害 2021年6月11日大气污染防治技术45 室内室内VOCs的源的列表的源的列表 VOC 的室内源的室内源典型污染物举例典型污染物举例 消费品消费品 脂肪烃（正癸烷，链烷），芳香烃（甲苯，二甲苯），芳香脂肪烃（正癸烷，链烷），芳香烃（甲苯，二甲苯），芳香 烃（二氯甲烷，），乙醇，酮（丙酮，丁酮），醛（甲醛），烃（二氯甲烷，），乙醇，酮（丙酮，丁酮），醛（甲醛）， 酯，醚（乙二醇醚），萜烯（宁烯，酯，醚（乙二醇醚），萜烯（宁烯，-蒎烯）蒎烯） 涂料涂料 脂肪烃（正癸烷，正庚烷），芳香烃（甲苯），卤化烃（二脂肪烃（正癸烷，正庚烷），芳香烃（甲苯），卤化烃（二 氯甲烷，二氯丙烷），

37、酮（甲酮，乙酮），酯（乙酸乙酯），氯甲烷，二氯丙烷），酮（甲酮，乙酮），酯（乙酸乙酯）， 醚（甲醚，乙醚，丁醚（甲醚，乙醚，丁苄醚），苄醚）， 胶粘剂胶粘剂 脂肪烃（癸烷，庚烷）芳香烃，卤化烃，乙醇，胺类，酮类脂肪烃（癸烷，庚烷）芳香烃，卤化烃，乙醇，胺类，酮类 （丙酮，丁酮），酯类（醋酸乙烯酯），醚类（丙酮，丁酮），酯类（醋酸乙烯酯），醚类 家具和衣物家具和衣物 芳香烃（苯乙烯，溴化芳族化合物），卤化烃（氯乙烯），芳香烃（苯乙烯，溴化芳族化合物），卤化烃（氯乙烯）， 醛类（甲醛），酯类，醚类醛类（甲醛），酯类，醚类 建筑材料建筑材料 脂肪烃（正癸烷，正十二烷），芳香烃（甲苯，苯乙烯，乙脂肪烃

38、（正癸烷，正十二烷），芳香烃（甲苯，苯乙烯，乙 苯），卤化烃（氯乙烯），醛类（甲醛），酮类（丙酮，丁苯），卤化烃（氯乙烯），醛类（甲醛），酮类（丙酮，丁 酮），酯类（氨基甲酸乙酯），醚类酮），酯类（氨基甲酸乙酯），醚类 燃烧器具燃烧器具脂肪烃（丙烷，异丁烷，丁烷），醛类（乙醛，丙烯醛）脂肪烃（丙烷，异丁烷，丁烷），醛类（乙醛，丙烯醛） 饮用水饮用水卤化烃（卤化烃（1，1，1-三氯乙烷，三氯乙烷，氯仿）三氯乙烷，三氯乙烷，氯仿） 2021年6月11日大气污染防治技术46 导致地板排放VOCs的因素 可塑剂 潜溶剂，粘度调节剂 未反应单体 添加剂，如抗氧化剂、稳定剂、抗静电剂、阻 燃剂 后处理剂、

39、着色剂、表面涂层 木制材料浸出物 油漆、清漆、油剂和蜡中的溶剂 2021年6月11日大气污染防治技术47 不同类型家具涂层的测试箱浓度不同类型家具涂层的测试箱浓度 涂层类型涂层类型 主要化合物主要化合物/VOCug/m3(1d)ug/m3(28d) 聚氨基甲酸酯（无色，聚氨基甲酸酯（无色， 赤扬）赤扬） 醋酸丁酯醋酸丁酯 4-甲基甲基-2-戊酮戊酮 VOC 4969 1885 9472 221 86 447 丙烯酸酯（墨辊涂层，丙烯酸酯（墨辊涂层， 紫外线处理，刨花板）紫外线处理，刨花板） 苯甲酮苯甲酮 醋酸丁酯醋酸丁酯 VOC 89 139 296 54 5 68 丙烯酸酯（墨辊涂层，丙烯酸

40、酯（墨辊涂层， 紫外线处理，赤扬）紫外线处理，赤扬） 苯甲酮苯甲酮 环己酮环己酮 醋酸丁酯醋酸丁酯 VOC 106 312 65 565 32 3 3 52 生态涂层（松木）生态涂层（松木） 宁烯宁烯 香芹酮香芹酮 VOC 7738 338 9104 288 20 383 水基（丙烯酸酯，水基（丙烯酸酯，2C， 刨花板）刨花板） 2-丁氧基乙醇丁氧基乙醇 1-甲基甲基-2-吡咯烷酮吡咯烷酮 VOC 14456 8909 23817 40 142 187 不饱和聚酯（刨花板）不饱和聚酯（刨花板） 己醛，己醛，2-（2-丁氧乙氧基）丁氧乙氧基） -乙酸乙酯乙酸乙酯 ，VOC 33 112 213

41、12 9 34 2021年6月11日大气污染防治技术48 硝化纤维（着色的，刨硝化纤维（着色的，刨 花板）花板） 醋酸丁酯醋酸丁酯 m,p-二甲苯二甲苯 VOC 963 87 1265 48 4 7 丙烯酸酯（喷涂，紫外丙烯酸酯（喷涂，紫外 线处理，刨花板）线处理，刨花板） 1-丁醇丁醇-3-甲氧基甲氧基-乙酸乙酸 酯酯 醋酸丁酯醋酸丁酯 VOC 72 60 231 5 3 29 聚氨基甲酸酯（中密度聚氨基甲酸酯（中密度 纤维板）纤维板） 1-丁醇丁醇-3-甲氧基甲氧基-乙酸乙酸 酯酯 丁基乙酸酯丁基乙酸酯 VOC 4493 13705 18980 434 736 1273 聚氨基甲酸酯（着色

42、的，聚氨基甲酸酯（着色的， 中密度纤维板）中密度纤维板） 1-丁醇丁醇-3-甲氧基甲氧基-乙酸乙酸 酯酯 丁基乙酸酯丁基乙酸酯 VOC 850 6221 8083 180 127 527 丙烯酸酯（喷涂，紫外丙烯酸酯（喷涂，紫外 线处理，刨花板）线处理，刨花板） 2-丁氧基乙醇丁氧基乙醇 乙基二甘醇乙基二甘醇 VOC 1176 4484 6866 60 156 251 丙烯酸酯（墨辊涂层，丙烯酸酯（墨辊涂层， 紫外线处理，刨花板）紫外线处理，刨花板） 1-丁醇丁醇 醋酸丁酯醋酸丁酯 VOC 1080 11899 13615 197 647 936 2021年6月11日大气污染防治技术49 敏感

43、于湿气、碱性湿气的材料 材料材料 相对湿度（相对湿度（%） 损害类型和排放的化合物损害类型和排放的化合物 含干酪素的均化剂含干酪素的均化剂 7585 水解，氨、胺、有机硫化物水解，氨、胺、有机硫化物 覆盖于潮湿结构上的覆盖于潮湿结构上的PVC 垫垫 95 颜色发暗、分解反应，颜色发暗、分解反应， 2-乙基乙基-1-己醇己醇 潮湿结构中的水基胶粘剂潮湿结构中的水基胶粘剂8595皂化作用，水解产物皂化作用，水解产物 脲醛树脂：如，热绝缘和脲醛树脂：如，热绝缘和 织物处理中的粘结剂，刨织物处理中的粘结剂，刨 花板中的胶水，木地板材花板中的胶水，木地板材 料，油漆料，油漆 6070 降解，甲醛降解，甲

44、醛 2021年6月11日大气污染防治技术50 建筑产品的VOCs的排放类型 排放类型排放类型时间尺度时间尺度排放机制和排放过程排放机制和排放过程 一次排放：一次排放： 自由（自由（non-bound） VOCs： 促凝剂、添加剂、单体可塑促凝剂、添加剂、单体可塑 剂、溶剂反应物和副产物剂、溶剂反应物和副产物 1年年 老化：老化： 氧化和链的断裂氧化和链的断裂 降解降解 化学的（如，水解）化学的（如，水解） 物理的（如，加热）物理的（如，加热） 机械磨损和维护机械磨损和维护 吸附过程吸附过程 2021年6月11日大气污染防治技术51 VOCs的健康影响 n患哮喘病和易患呼吸疾病的个体也许特别敏感

45、于低剂 量的VOCs暴露 n在高浓度时，很多VOCs是有力的麻醉剂，可以抑制人 的中枢神经系统，暴露还可导致眼部和呼吸道刺激， 导致眼睛、皮肤和肺的过敏反应 n当VOCs（如，甲苯）浓度达到188g/m3，将导致昏 睡、头晕和精神混乱，并可能进一步发展为昏迷和痉 挛 n在VOCs达到35,000g/m3（在非工业环境无记录）， 会导致死亡 2021年6月11日大气污染防治技术52 几种主要室内装饰材料的主要有毒有害物质成分 2021年6月11日大气污染防治技术53 2021年6月11日大气污染防治技术54 甲醛暴露对健康的影响 甲醛浓度（甲醛浓度（ppm）健康影响健康影响 100昏迷，死亡昏迷

46、，死亡 2021年6月11日大气污染防治技术55 酸雨 大气中CO2被雨水溶解后形成碳酸，使未被 污染的水本身呈酸性。纯净雨水的平衡pH值 约为5.6。 酸雨的危害，包括对水生生物的影响，对农 作物、森林和建筑材料的损害。 通过大气中的化学反应，SOx、NOx及挥发 性有机物被转化成酸性化合物及相关的氧化 物。见下图所示。 2021年6月11日大气污染防治技术56 2021年6月11日大气污染防治技术57 酸雨区面积约占国土面积的30% 2021年6月11日大气污染防治技术58 臭氧消耗 如果没有臭氧层，地球表面上的任何生物都会被烧 焦。在2040km的大气层中臭氧的存在阻断了UV辐 射。臭氧

47、的光化学反应. 2021年6月11日大气污染防治技术59 1974年，Molina & Rowland提出了可能造成臭氧层 破坏的大气污染物。他们假设常用的推进剂和制冷 剂氟氯烃化合物（CFCs）会与臭氧反应： 2021年6月11日大气污染防治技术60 这一系列反应中对臭氧层构成威胁的是氯原子将臭这一系列反应中对臭氧层构成威胁的是氯原子将臭 氧去除，且氯原子会持续循环再生将更多的臭氧转氧去除，且氯原子会持续循环再生将更多的臭氧转 化成氧。据估计减少化成氧。据估计减少5%的臭氧将导致增加的臭氧将导致增加10%的皮的皮 肤癌。因此，肤癌。因此，CFCs这类在较低大气中呈惰性的化合这类在较低大气中呈

48、惰性的化合 物，在较高处可能变成最重要的大气污染物。物，在较高处可能变成最重要的大气污染物。 研究确认，在全世界范围内，近研究确认，在全世界范围内，近10年来臭氧层大约年来臭氧层大约 减小减小2.5%。1987年年9月制订了保护臭氧层的蒙特利月制订了保护臭氧层的蒙特利 尔公约尔公约(Montreal Protocol On Substances That Deplete the Ozone Layer)。此公约由此公约由36个国家共个国家共 同鉴定，并从同鉴定，并从1989年年1月开始生效。虽然该公约规月开始生效。虽然该公约规 定，定，CFCs的生产到的生产到1998年需减少年需减少50，但此

49、期间，但此期间 大气中的氯，仍会因大气中的氯，仍会因CFCs中的氯生命周期相当长而中的氯生命周期相当长而 持续增加。持续增加。 1989年春天，年春天，80个国家聚集在芬兰首都赫尔辛基，个国家聚集在芬兰首都赫尔辛基， 全 体 代 表 一 致 通 过 了 五 点全 体 代 表 一 致 通 过 了 五 点 “ 赫 尔 辛 基 宣赫 尔 辛 基 宣 言言”(Helsinki Declaration)： 2021年6月11日大气污染防治技术61 （1） 所有参加所有参加1985年维也纳保护臭氧层会议者也需年维也纳保护臭氧层会议者也需 遵守蒙特利尔公约。遵守蒙特利尔公约。 （2） 在在2000年以前逐渐

50、禁止生产及使用会破坏臭氧年以前逐渐禁止生产及使用会破坏臭氧 层的层的CFCs。 （3） 逐渐停止生产及使用如四氯化碳及甲基三氯甲逐渐停止生产及使用如四氯化碳及甲基三氯甲 烷等破坏臭氧层的化学晶。烷等破坏臭氧层的化学晶。 （4） 加速开发环境可接受的替代化学品及其技术。加速开发环境可接受的替代化学品及其技术。 （5） 向发展中国家提供相关的科学资料、研究结果向发展中国家提供相关的科学资料、研究结果 及培训。及培训。 1990年和年和1992年修改的蒙特利尔公约更加严格，规年修改的蒙特利尔公约更加严格，规 定定1996年年1月后禁止生产月后禁止生产CFCs、四氯化碳和甲基三四氯化碳和甲基三 氯甲烷

51、，氯甲烷，1995年年1月后禁止生产卤化物。月后禁止生产卤化物。 2021年6月11日大气污染防治技术62 一些完全卤化且比CFCs更易分解的替代品已研制出 来。目前取代CFCs的两类化合物为氟代烃(HFCs)及 氟氯烃化合物(HCFCs)。与CFCs不同，HFCs及 HCFCs含有一个或多个C-H键，它们更易在较低的 大气层中与OH自由基反应。因为HFCs不含氯，所 以不具有有氯循环破坏臭氧的能力。虽然HCFCs含 有氯，但这些氯在对流层中即被OH自由基有效清除， 不会输送至平流层中破坏臭氧。 气候和火山爆发对臭氧层有影响，因而使臭氧层空 洞会继续变大还是得到修补变得难以预料。非常冷 的春天

52、和强风造成涡流的现象会阻止富含臭氧的空 气补给，致使在北半球形成一个很大的臭氧空洞。 2021年6月11日大气污染防治技术63 包围着地球的臭氧层包围着地球的臭氧层 氯氟烃 (CFCS) 氮氧化物 2021年6月11日大气污染防治技术64 Development of Ozone Hole 2021年6月11日大气污染防治技术65 臭氧空洞的危害：臭氧空洞的危害： 引起白内障引起白内障 引起皮肤癌引起皮肤癌 免疫系统免疫系统 功能抑制功能抑制 2021年6月11日大气污染防治技术66 温室效应 与臭氧不同，二氧化碳相当容易让来自太阳的 短波长紫外线穿透，然而，它恰恰吸收并放射 地球及大气中的长

53、波辐射，因此二氧化碳有如 温室中的玻璃：它让来自太阳的短波辐射进入 使地表增温，却制止了来自地表辐射热的逸出。 大气中CO2越多，限制辐射热逸出的效应则越 显著。 大气中CO2的增加大部分来自化石燃料的燃烧。 大量采伐森林也是CO2增加的原因。此外燃烧 木材及细菌分解释放出CO2也是原因之一。非 常重要的是，采伐森林使大气中去除CO2的机 制消失。 2021年6月11日大气污染防治技术67 在正常呼吸作用下，一个快速生长的雨林，每年每 平方米的地表面积可以固定12kg的碳。耕作农田， 只能固定大约0.20.4kg/m2，而这个量可通过生物 消耗和转化再循环成CO2。 虽然有资料显示CO2的浓度

54、在增加，但是仅由CO2增 加导致的直接辐射性效应，不足以解释晚间温度增 加，但白天高空的温度并不增加的现象。现有的气 候变化模型还不能精确地描述如云层加厚等自然变 化的影响。 显然，对于全球变暖的趋势仍存在相当的分歧。即 使没有气候变化的风险，改善能源效率，降低C02 排放量及禁止使用CFCs也是正确的。预测气候变化 的危害为采取这些措施提供了依据。 2021年6月11日大气污染防治技术68 温室效应形成原因：温室效应形成原因： CO2 O3 CO2 CH2 CO2 CFCS 大量燃料燃烧大量燃料燃烧 森森 林林 砍砍 伐伐 温室气体：温室气体： CO2、 CH4、CFCS、N2O 2021年

55、6月11日大气污染防治技术69 温室效应的潜在影响 地表气温升高 两极冰山融化两极冰山融化 海平海平 面升高面升高 陆地减少陆地减少 生态破坏生态破坏 有利于病原体的繁殖：有利于病原体的繁殖： 传染病传染病 寄生虫病寄生虫病 生物性地方病生物性地方病 食物中毒食物中毒 热刺激热刺激 2021年6月11日大气污染防治技术70 6. 大气扩散作用大气扩散作用 6.1 影响空气污染物扩散的因素影响空气污染物扩散的因素 影响空气污染物输送、稀释和扩散的因素，一般可按排放影响空气污染物输送、稀释和扩散的因素，一般可按排放 源的特性、空气污染物的性质、气象条件、地形效应及建源的特性、空气污染物的性质、气象

56、条件、地形效应及建 筑物类型等进行分类。筑物类型等进行分类。 （1）污染源特征）污染源特征 大部分的工业废气通过烟囱或输送管垂直地向空中排放。大部分的工业废气通过烟囱或输送管垂直地向空中排放。 当此污染气流离开排放点时，烟流将扩散并与周围的空气当此污染气流离开排放点时，烟流将扩散并与周围的空气 混合。水平方向的空气运动将使排放的烟流朝顺风方向弯混合。水平方向的空气运动将使排放的烟流朝顺风方向弯 曲。在顺风曲。在顺风3003000m内的某点，该烟流将呈水平状态。内的某点，该烟流将呈水平状态。 当烟流上升、弯曲及开始在水平方向运动的同时，污染气当烟流上升、弯曲及开始在水平方向运动的同时，污染气 体

57、将被烟流周围的空气稀释。当污染气体被大量的空气稀体将被烟流周围的空气稀释。当污染气体被大量的空气稀 释后，最终会向地面分散。释后，最终会向地面分散。 2021年6月11日大气污染防治技术71 （2）下风距离）下风距离 排放点与下风方向上地面接收处的距离越远，则会有越多排放点与下风方向上地面接收处的距离越远，则会有越多 的空气在污染气体到达接收处之前稀释污染气体。的空气在污染气体到达接收处之前稀释污染气体。 （3）风速和风向）风速和风向 风向决定污染气流通过某一区域的流动方向。风速影响污风向决定污染气流通过某一区域的流动方向。风速影响污 染气流离开排放点后烟流抬升的高度和污染气流混合或稀染气流离

58、开排放点后烟流抬升的高度和污染气流混合或稀 释的速率。风速对污染物浓度的影响有两方面：一方面，释的速率。风速对污染物浓度的影响有两方面：一方面， 风速增加会使烟流迅速下弯而降低其抬升高度，而抬升高风速增加会使烟流迅速下弯而降低其抬升高度，而抬升高 度减小会导致污染物的地面浓度增加；另一方面，风速增度减小会导致污染物的地面浓度增加；另一方面，风速增 加会加快排放烟流的稀释速率，使下风处浓度降低。在不加会加快排放烟流的稀释速率，使下风处浓度降低。在不 同条件下，这两种不同的风速影响中，会有一个起主要作同条件下，这两种不同的风速影响中，会有一个起主要作 用。这两方面综合作用影响着污染物在下风向出现最

59、大地用。这两方面综合作用影响着污染物在下风向出现最大地 面浓度的位置。面浓度的位置。 2021年6月11日大气污染防治技术72 （4）稳定性）稳定性 大气湍流是决定稀释的最本质因素。大气越不稳定，大气湍流是决定稀释的最本质因素。大气越不稳定， 稀释作用越强。逆温不只出现于地面，在烟囱排放稀释作用越强。逆温不只出现于地面，在烟囱排放 口上方的某个高度处也会发生，其作用如同一个盖口上方的某个高度处也会发生，其作用如同一个盖 子，限制了污染气流在垂直方向的稀释。子，限制了污染气流在垂直方向的稀释。 6.2 扩散模型扩散模型 （1）一般性考虑与模型应用）一般性考虑与模型应用 扩散模型是对污染物气象输送

60、与扩散过程的数学描扩散模型是对污染物气象输送与扩散过程的数学描 述，在特定时间内，可用污染源和气象参数进行定述，在特定时间内，可用污染源和气象参数进行定 量描述。数学计算的结果可用于估算在特定时间和量描述。数学计算的结果可用于估算在特定时间和 地点，特定污染物的浓度。地点，特定污染物的浓度。 为验证模型的数学计算结果，需要用特定污染物的为验证模型的数学计算结果，需要用特定污染物的 测定浓度值与利用统计方法所得的计算值作比较。测定浓度值与利用统计方法所得的计算值作比较。 2021年6月11日大气污染防治技术73 模型所需的气象参数包括风速、风向和大气稳定度。模型所需的气象参数包括风速、风向和大气