沈阳农业大学土地与环境学院环境工程概论课件-第一章

大气与大气污染大气污染物及其来源大气污染综合防治环境空气质量控制标准第一章概论主要内容：环境工程学-大气部分第一节大气与大气污染一、大气的组成（一）大气与空气

国际标准化组织（ISO）给大气和空气的定义：大气是指环绕地球周围所有空气的总和(TheentiremassofairwhichsurroundtheEarth)；环境空气是指人类、植物、动物和建筑物暴露于其中的室外空气(Outdoorairtowhichpeople,plants,animalsandstructuresareexposed)。

环境工程学-大气部分

（二）大气圈及其垂直结构

1、大气圈（1）定义：自然地理学把受地心引力而随地球旋转的大气称为大气圈，厚度大约有10000km。大气物理学和污染气象学研究中，常把大气圈层上界定为1200-1400km。（2）分布：大气圈中的空气分布是不均匀的。大气质量的90％集中在30km以下的范围内，高度100km以上大气的质量仅占大气圈质量的1%。环境工程学-大气部分2、垂直结构对流层平流层中间层暖层（热层，电离层）散逸层（逃逸层，外层

）均质大气层（简称均质层）：地球表面向上到大约80-85km，主要成分氮和氧的组成比例几乎不变，按气温在垂直方向上的变化分为对流层、平流层和中间层。

非均质层氢层（3200-9600km）氦层（1100-3200km）原子氧层（200-1100km）氮层（90-200km）环境工程学-大气部分环境工程学-大气部分（三）大气的组成大气

干燥清洁的空气

水汽

悬浮微粒物

大气是由多种气体混合组成的，按其成分可以概括为三部分，亦即干燥清洁的空气、水汽和悬浮微粒。环境工程学-大气部分1、干洁空气的组成

氮、氧和氩占干洁大气总体积的99.96%，其他不到0.04%，相对分子量28.966。环境工程学-大气部分

2、水蒸气

在大气中的平均含量不到0.5%，随空间、时间和气象条件变化而变化。在热带雨林地区，其体积分数可达4%；沙漠干燥区或极地区可小于0.01%。一般低纬度地区高于高纬度地区，下层高于上层，夏季高于冬季。环境工程学-大气部分3、悬浮颗粒物

大气中含有沉降速率很小的固体和液体微粒，称之为悬浮颗粒物或悬浮微粒，它是低层大气的重要组成部分,粒径一般在10-4

m～几十

m，多集中于大气底层，不论含量还是化学成分都是不变的。浓度分布随时间、地点和气象条件而变化，通常是陆上多于海上，城市多于乡村，冬季多于夏季。对辐射的吸收与散射，云、雾和降水的形成，大气光电现象具有重要作用，对大气污染有重要影响。环境工程学-大气部分二、大气污染

（一）大气污染

1、定义：大气污染通常是指由于人类活动和自然过程引起某种物质进入大气中，呈现出足够的浓度，达到了足够的时间，并因此而危害了人体的舒适、健康和福利，甚至危害了生态环境的现象。

2、成因：自然因素：火山活动、山林火灾、海啸、土壤和岩石的风化及大气圈中空气运动等；人为因素：工业废气、燃烧、汽车尾气和核爆炸等。环境工程学-大气部分

（二）大气污染的类型按污染范围分为四类根据污染物的性质划分据燃料性质和组成成分(1)局部性大气污染(2)地区性大气污染(3)广域性大气污染(4)全球性大气污染(1)还原型（煤炭型）

主要污染物是二氧化硫、一氧化碳和颗粒物(2)氧化型（汽车尾气型）主要的一次污染物是一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物等(1)煤烟型(2)石油型(3)混合型(4)特殊型(5)沙尘型环境工程学-大气部分（三）主要大气污染物

气溶胶环境工程学-大气部分气态物质1、气溶胶状态污染物：

在大气污染中，气溶胶是指沉降速度可以忽略的小固体、液体粒子或它们在气体介质中的悬浮体系。其直径约为0.002~100µm大小的液滴或固态粒子。

在我国环境空气质量标准中，根据大气中颗粒物的大小，将其分为总悬浮颗粒物和可吸入颗粒物。总悬浮颗粒物（TSP）：指能悬浮在空气中的，粒径dp≦100µm的颗粒物。它是分散在大气中的各种粒子的总称。可吸入颗粒物（PM10）：能长期漂浮在大气中，粒径dp≦10µm的颗粒物，也称为悬浮粒子或飘尘。环境工程学-大气部分2、气态污染物环境工程学-大气部分硫酸烟雾：大气中的SO2等硫氧化物在有水雾、含有重金属的悬浮颗粒物或氮氧化物存在时，经过一系列化学或光化学反应而生成的硫酸雾或硫酸盐气溶胶。光化学烟雾：在阳光照射下，大气中的氮氧化物、碳氢化物和氧化剂之间发生一系列光化学反应生成的淡蓝色烟雾（还有的呈紫色或黄褐色）。光化学烟雾的刺激性和危害比一次污染物强烈得多。环境工程学-大气部分（四）大气污染物的计量源强：污染源排放污染物的速率；点源——g/s、t/a、m3/s

线源——g/m·s

面源——g/m2·s大气中污染物的量，以污染物质量浓度表示，即单位体积空气中的污染物质量，单位分别为mg/m3或

g/m3。环境工程学-大气部分（五）大气污染的特点1、不可见性，污染物成分测定较困难3、无国界性2、广泛性、危害的长期性、控制的复杂性环境工程学-大气部分三、全球性大气污染问题环境工程学-大气部分环境工程学-大气部分

（一）酸雨

1、定义

国际上将酸性强于正常雨水的降水，亦即pH值小于5.6的降水称为酸雨，包括雨、雪和雾。其酸度可能高出正常雨水的100倍。

环境工程学-大气部分

我国酸雨区主要分布于长江以南、青藏高原以东地区及四川盆地，覆盖四川、贵州、广东、广西、湖南、湖北、江西、浙江、江苏和青岛等省市部分地区，面积达200多万平方公里的酸雨区是世界三大酸雨区之一。我国酸雨区面积扩大之快、降水酸化率之高，在世界上是罕见的。北方城市降水年均pH值低于5.6的有青岛、图们、太原和石家庄。

以德、法、英等国为中心，波及大半个欧洲的北欧酸雨区。包括美国和加拿大在内的北美酸雨区。环境工程学-大气部分2、酸雨形成机制

一般认为，酸雨是由SO2、NOX和氯化物等大气污染物，在一定条件下通过化学反应而生成H2SO4、HNO3和HCl，并随降雨、雪等降落到地面。酸雨的主要成分是H2SO4和HNO3，占酸雨总酸量的90％以上。环境工程学-大气部分2、温室气体的组成：这类痕量气体称之为温室气体，现在发现的主要温室气体有二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、水汽，对流层臭氧（O3）、氧化亚氮（N2O）和氯氟烃（CFCs）等。（二）温室效应1、定义：大气中某些痕量气体含量增加，引起地球平均气温上升的现象称为温室效应。环境工程学-大气部分上海是许多人眼中全球变暖的重灾区，中国最有可能被“淹没”的地方之一。如果海平面升高20米后，站在“东方明珠”上向下看，外滩上的“万国建筑博览群”几乎都已被淹没，只留下曾经的摩天大楼矗立在一片汪洋之中。环境工程学-大气部分第一个因海平面上升举国搬迁的国家:图瓦卢环境工程学-大气部分环境工程学-大气部分

环境工程学-大气部分

（三）臭氧层破坏

平流层中最重要的化学组分就是臭氧，它保存了大气中90%的臭氧，于是将距地25～30公里这一层高浓度的臭氧称为“臭氧层”。Ozone(O3)氧分子在紫外线的作用下生成臭氧UVOOOODiatomic*oxygen(O2)OOOOOOOO环境工程学-大气部分由于人为的因素，特别是大量使用作为制冷剂和雾化剂的氟利昂排放到大气中，这种平衡遭到严重破坏，加速了臭氧的分解，导致很多地区的臭氧层变得稀薄，通过卫星从整体上看，好像一层膜上破了一个洞，所以被称做“臭氧层空洞”。臭氧层厚度用多布森单位表示，１个多布森单位是标准状态下千分之一厘米的臭氧层厚度，当臭氧层厚度低于２２０个多布森单位时，臭氧层便出现空洞。1、臭氧层空洞的形成环境工程学-大气部分主要原因：人类过多使用氟氯烃（CFCS）和哈龙类物质。实际上，在臭氧层内，臭氧的形成是众多物质参与，一系列化学反应达到化学平衡的结果。臭氧在遇到H、OH、NO、Cl、Br时，就会被催化，加速分解为O2。氯氟烃之所以被认为是破坏臭氧层的物质就是因为它们在在太阳辐射下分解出Cl和Br原子。2、原因环境工程学-大气部分氟里昂CFCsClBr哈龙Halons泡沫起泡剂溶剂清洗剂致冷剂汽雾剂喷雾剂烟丝膨胀剂灭火剂环境工程学-大气部分第二节大气污染防治1、改变燃料的构成，改进燃烧方式，提高燃料利用率，以减少颗粒物的排放；

2、安装除尘装置，在颗粒物排放到大气环境之前，将其除掉，以减轻对大气的污染。

一、主要大气污染物的防治技术（一）大气颗粒物的控制环境工程学-大气部分1、燃料脱硫2、烟气脱硫

——石灰/石灰石洗涤法

——氨法

——吸附法

1、改进燃烧技术减少NOx的产生；2、烟气中去除NOx。（二）SO2的污染控制（三）NOX的污染控制环境工程学-大气部分1、也是最根本和最终的途径，改变汽车的动力。如开发电动汽车及代用燃料汽车。此途径使汽车根本不产生或只产生很少的污染气体。

印度空气动力汽车

科技杂志《大众机械》证实，印度塔塔汽车公司(TataMotors)推出首批以空气为动力的零污染汽车。这些汽车每加满一次“燃料”----压缩空气，可行驶1000英里，最高速度可达96英里。每辆汽车的售价在1万美元左右。环境工程学-大气部分（四）汽车尾气的污染控制划汽车

驾驶员可以模拟划船，登台阶，引体向上以及杠铃卧推等。车体本身由碳纤维和环保材料制成，电池也是充电电池。环境工程学-大气部分未来风电混合动力汽车

奔驰公司研制的F0赛车将尊贵与时尚完美地融合在一起。在某种程度上，这种拥有圆滑外表的汽车仍需要借助电力，但利用风能无疑是它的最大亮点。F0赛车是最先在这种规模下将生态效益与豪华雅致融合在一起的尝试之一。环境工程学-大气部分2、改善现有的汽车动力装置和燃油质量。采用设计优良的发动机、改善燃烧室结构、采用新材料、提高燃油质量等都能使汽车排气污染减少，但是不能达到“零排放”。3、采用一些先进的机外净化技术。这些技术对汽车产生的废气进行净化以减少污染，此途径也不能达到“零污染”。机外净化技术就是在汽车的排气系统中安装各种净化装置，采用物理的、化学的方法减少排气中的污染物。环境工程学-大气部分

（一）定义

为了达到区域环境空气质量目标，对多种大气污染控制方案的技术可行性、经济合理性、区域适应性和实施可能性等进行优化选择和评价，得出最优的控制技术方案和工程措施。二、大气污染综合防治环境工程学-大气部分（二）大气污染综合防治措施1、全面规划、合理布局2、严格环境管理3、控制大气污染的技术措施（1）实施清洁生产（2）实施可持续发展的能源战略：综合能源规划与管理，改善能源供应结构和布局，提高清洁能源和优质能源比例；提高能源利用效率和节约能源；推广少污染的煤炭开采技术和清洁煤技术；积极开发利用新能源和可再生能源，如水电、核能、太阳能、风能、地热能、海洋能等。（3）建立综合性工业基地4、控制污染的经济政策实行“污染者和使用者支付原则”5、绿化造林6、安装废气净化装置环境工程学-大气部分第三节环境空气质量控制标准

环境空气质量控制标准是执行环境保护法和大气污染防治法、实施环境空气质量管理及防治大气污染的依据和手段。环境工程学-大气部分一、环境空气质量控制标准的种类和作用

环境空气质量控制标准按用途分：环境空气质量标准大气污染物排放标准大气污染控制技术标准大气污染预警预报标准

按其适用范围分国家标准地方标准行业标准环境工程学-大气部分

（一）环境空气质量标准

环境空气质量标准是以保障人体健康和一定的生态环境为目标，而对大气环境中各种污染物的允许含量所作的限制规定。是最基本的大气环境标准，是进行大气环境科学管理，制定大气污染防治规划和大气污染物排放标准的依据，是环境管理部门的执法依据。环境工程学-大气部分各项污染物的浓度限值注：①适用于城市地区；②适用于牧业区和以牧业为主的半农半牧区，蚕桑区；③适用于农业和林业区。污染物名称取值时间浓度限值浓度单位一级标准二级标准三级标准二氧化硫

SO2年平均

日平均

1小时平均0.02

0.05

0.150.06

0.15

0.500.10

0.25

0.70mg/m3

(标准状态)总悬浮颗粒物TSP年平均

日平均0.08

0.120.20

0.300.30

0.50mg/m3

(标准状态)可吸入颗粒物PM10年平均

日平均0.04

0.050.10

0.150.15

0.25mg/m3(标准状态)二氧化氮

NO2年平均

日平均

1小时平均0.04

0.08

0.120.080.12

0.240.08

0.12

0.24mg/m3

(标准状态)一氧化碳

CO日平均

1小时平均4.00

10.004.00

10.006.00

20.00mg/m3

(标准状态)臭氧

O31小时平均0.160.200.20mg/m3

(标准状态)铅

Pb季平均

年平均1.50

1.00μg/m3

(标准状态)苯并[a]芘

B[a]P日平均0.01μg/m3

(标准状态)氟化物

F日平均

1小时平均7①

20①μg/m3

(标准状态)月平均植物生长季平均1.8②

1.2②3.0③

2.0③

μg/(dm2‧d)

（二）大气环境污染物排放标准

大气污染物排放标准是为实现大气环境质量标准，对污染源排入大气的污染物允许含量的限制规定。是控制大气污染源的污染物排放量和选择设计净化装置的重要依据，也是环境管理部门的执法依据。大气污染物排放标准可分为国家标准、地方标准和行业标准。环境工程学-大气部分（三）大气污染控制技术标准

是根据污染物排放标准引申出来的辅助标准，如燃料、原料使用标准，净化装置选用标准，排气囱高度标准几卫生防护距离标准等。是为保证达到污染物排放标准而从某一方面做出的具体技术规定，目的是使生产、设计和管理人员容易掌握和执行。

环境工程学-大气部分

（四）警报标准

大气污染警报标准是为保护大气环境不致恶化，或根据大气污染发展趋势预防发生污染事故而规定的空气中污染物含量的极限值。超过这一限值就应警报，以便采取必要的预防措施，尽量减少对人们的危害。

环境工程学-大气部分二、空气污染指数及报告

1、空气污染指数分级及其浓度限值

为了客观反映我国空气污染状况，近年开始了大中城市空气污染指数（API）日报工作。目前计入空气污染指数的项目确定为：PM10、SO2、NO2、CO和O3。

空气污染指数的范围从0到500，其中50、100、200分别对应于我国《环境空气质量标准》中的一、二、三级标准的污染物平均浓度限值，500则对应于对人体健康产生明显危害的污染水平。

环境工程学-大气部分空气污染指数分级浓度限值空气污染指数污染物浓度/mgm-3APIPM10(日均值)SO2

(日均值)NO2(日均值)CO(日均值)O3

(日均值)500.0500.0500.08050.1201000.1500.1500.120100.2002000.3500.8000.280600.4003000.4201.6000.565900.8004000.5002.1000.7501201.0005000.6002.6200.9401501.200环境工程学-大气部分空气污染指数范围及相应的空气质量级别空气污染指数API空气质量状况、级别对健康的影响建议采取的措施0～50优秀Ⅰ可正常活动

51～100良好Ⅱ101~200轻微污染Ⅲ

易感人群症状有轻度加剧，健康人群出现刺激症状

心脏病和呼吸系统疾病患者应减少体力消耗和户外活动201~300中度污染Ⅳ

心脏病和肺病患者症状显著加剧，运动耐受力降低，健康人群中普遍出现症状

老年人和心脏病、肺病患者应在停留在室内，并减少体力活动>300重污染Ⅴ

健康人运动耐受力降低，有明显强烈症状，提前出现某些疾病

老年人和病人应当留在室内，避免体力消耗，一般人群应避免户外活动环境工程学-大