大气污染物教学教程

2.大气污染物2.1大气污染物的类别

2.1.1概念

2.1.2大气污染物组成分类

2.1.3大气污染物浓度表示法2.2主要大气污染物及其循环

2.2.1含硫化合物

2.2.2含氮化合物

2.2.3碳氧化物

2.2.4碳氢化合物

2.2.5卤素化合物

2.2.6光化学氧化剂大气污染：大气中存在的某种物质超过了正常的环境水平，且对受体产生了可以测量出来的不良效应。受体包括人、生物、材料、气候等。大气污染物：使大气产生污染的称为大气污染物，包括气态（气体、蒸汽）和颗粒物（气溶胶）。大气污染物一旦进入大气这个动态体系（源的输入），就参加到与植物、海洋、土壤等不断进行的物质交换过程，参与大气循环过程。经过一定时间后，又通过大气中的化学反应、生物活动和物理沉降等过程从大气中除去（汇的输出）。如果输出大气的速率小于输入大气的速率，就会在大气中相对地积累。当浓度高到超过安全水平时，就会直接地或间接地对人、畜、水体、植被和材料造成急、慢性伤害。这就是大气污染形成的过程。大气污染对大气性质的影响：降低能见度由于气体分子和颗粒物对可见光的吸收和散射的结果形成雾及降水尽管城市温度较高而pH值较低，但雾的生成频率高于农村减少太阳辐射改变温度和风的分布 <返回>2.1.2.1按物理状态分（1）气态污染物（约占90%）：常温下是气体或蒸汽（gasesandvapors），就是以气态方式输入并停留在大气中的污染物，包括SOx、NOx、COx、HC、CFCs等。（2）大气颗粒物（气溶胶，占10%）：大气气溶胶体系中分散的各种粒子。2.1.2.2按粒径分（1）总悬浮颗粒物TSP：采用标准的大容量采样器在铝膜上收集到的总颗粒物的质量。采用标准的大容量采样器在铝膜上收集到的总颗粒物的质量。（2）飘尘SPM：Dp≤10mm的颗粒物。（3）可吸入粒子IP：可通过呼吸进入呼吸系统的颗粒物，Dp≤10mm。（4）降尘：采用降尘罐所能收集到的颗粒物。细粒子：fineparticle,Dp＜2.5

m或Dp＜3.5

m粗粒子：coarseparticle,Dp＞2.5

m或Dp＞3.5

m2.1.2.3按形成过程分一次污染物是指直接从污染源排放的污染物质，如CO、SO2、NO等。二次污染物是指由一次污染物经化学反应或光化学反应形成的污染物质，如光化学氧化剂Ox（由天然源和人为源排放的氮氧化合物和碳氢化合物，在日光照射下，发生光化学反应生成的。主要包括臭氧、过氧乙酰硝酸酯、二氧化氮、醛类、过氧化氢等能危害动植物，具有刺激性、氧化性的物质。实际上就是光化学烟雾）、臭氧（O3）、硫酸盐颗粒物等。2.1.2.4按化学类型分（1）含硫化合物（SO2、H2S、(CH3)2S、H2SO4）；（2）含氮化合物（NO、NO2、NH3、HNO2、N2O）；（3）一氧化碳和二氧化碳；（4）碳氢化合物和碳、氢、氧化合物（烃类、醛、酮等）；（5）光化学氧化剂（O3、PAN、H2O2等）；（6）含卤素化合物（HF、HCl和CFCs等）；（7）颗粒物（H2SO4、SO42-、NO3-、多环芳烃及重金属元素等）；（8）放射性物质。 <返回>2.1.3.1

混合比单位表示法x（体积、质量）ppm（百万分之一）等这种浓度表示法主要用于气态污染物，对于大气中低浓度物质是合适的。当表示浓度相对较高的物质时，比如源排放的物质浓度时，可直接用百分数表示。例：大气中O3的本底浓度是0.03ppm；

CO2的本底浓度是350ppm。2.1.3.2单位体积内物质的质量数表示法A一般对气体常用

g/m3，颗粒物则用

g/m3或个数/cm3。在大气压为101325Pa（标准气压）、温度为25℃（298K）时，2.1.3.3单位体积内物质的数量表示法用于比ppt还要低的浓度水平，例如自由基浓度等，表示每立方厘米空气中有多少个分子、原子或自由基。可以由ppm换算过来。在大气压为101325Pa（标准气压）、温度为25℃（298K）时，每立方厘米的分子数为即1ppm相当于2.46×1013分子/cm3。举例：OH自由基在污染空气中的浓度是0.1ppt=2.46×106个/cm3<返回>2.2.1含硫化合物SO2、H2S、SO3、H2SO4、SO42-、CS2、COS、Me2S、Me2S2、HSMe、C2H5SH含硫化合物的环境浓度2.2.1.1H2S和有机硫化物H2S中毒：10μg·L-1天然源：生物、火山、有机S生物源：水、土壤中有机残体无氧细菌作用，海洋生物活动排放，源强（1~2.5）×106t/y火山：产生H2S、SO2等有机S：氧化产生H2S人为源：工业排放，H2S源强为SO2源强的2%汇：氧化（OH、O2、O）2.2.1.2SO2无色，刺激性，<8ppm不产生明显生理学影响，一般认为无毒（毒性不大）源：人为源，半数从此来，燃烧过程产生SO2为主，SO3极少表各种人为源的源强天然源：（a）火山排放（b）H2S氧化汇：（a）降水湿去除（b）化学反应转化为SO42-、H2SO4（c）扩散后被地表土壤、水体吸附或碱性吸收2.2.2含氮化合物N2O、NO、NO2、NH3、HNO2、HNO3、N2O3、N2O4、NO3、N2O5、NO3-本底NO1.0ppb，NO22.0ppb；季节变化：冬季高、夏季低；中国NOx水平一般≤0.1ppm，原因是汽车少，锅炉效率低。表清洁大气和污染大气中含氮化合物浓度2.2.2.1N2O笑气，麻醉剂，底层大气含量最高的含氮化合物源天然源生物源水体、土壤中生物残体经细菌反硝化作用（缺氧条件）源强（25~110）×106t/y，tN2O=150y；工业革命前250ppbV→现在310ppbV，仍保持增长2~3%的增长率。人为源：（a）燃烧 （b）肥料硝态氮肥，氨态氮肥，（c）其它工业排放汇2.2.2.2NO和NO2（NOx）源：天然源生物源N2O氧化，NH3的氧化，70~100t/y；放电过程人为源矿物燃料燃烧，流动源+固定源，主要是NO，19×106t/y，城市中流动源占1/3，固定源占1/2，NO2占NO量的1~10%。燃烧型NOx含N量，煤0.5~1.5%，RNH2

油0.5~1.0%温度型NOx

空气中N2在燃烧中被固定汇降水湿去除，大气化学反应转化为HNO3、NO3-，扩散至地表去除，生物作用：NO2>1ppm即产生刺激性，NOx破坏平流层O32.2.2.3NH3>10ppm时对生物造成危害，与H2O作用生成碱性NH3·H2O大气中的氨不是重要的污染物，主要来自动物废弃物、土壤腐殖质的氨化、土壤NH3基肥料的损失以及工业排放。源天然源：生物残体或排泄物，47~100×106t/y，人为源：工业排放，煤燃烧（4~12×106t/y）汇：NH4+态气溶胶湿沉降（38~85×106t/y，1976年）、干沉降（10×106t/y），大气化学反应（OH自由基氧化）转化为NOx。2.2.2.4HNO3、NO3-2.2.3碳氧化物2.2.3.1CO源、汇源人为源矿物燃料燃烧过程，不完全燃烧，640×106t/y，其中80%来自交通工具，原因是内燃机炉壁的冷却作用造成。天然源（a）CH4转化640×107t/y，占大气CO总量的~20%（b）海水中CO挥发100×106t/y（c）植物排放的HC经大气反应转化60×106t/y（d）植物叶绿素分解（50~100）×106t/y（e）森林、草原火灾60×106t/y汇（a）土壤吸收活细菌代谢，热带土活性最高，沙漠最低；汇强450×106t/yCO的环境浓度tCO=0.1~0.4y，随高度和纬度强烈变化，全球0.19~0.04ppm，平均0.1ppm；城市50~100ppm，4~5%年增长率；可参与光化学烟雾形成；增长后会导致全球性环境问题，CO增长1.5~2.0倍会导致OH减少，致使CH4聚集；毒性表现为：（b）与OH反应转化为CO22.2.3.2CO2源、汇源天然源（a）海洋脱气作用（b）CH4的转化（c）动植物呼吸作用，生物残体自然氧化人为源矿物燃料燃烧（完全燃烧）汇：（a）植物光合作用转化为生物碳（b）溶解于海水CO2的环境浓度2.2.4 碳氢化合物

2.2.4.1 CH4源汇源天然源：含碳有机化合物经厌氧细菌作用，513×106t/y

人为源：天然气、原油泄露汇：与OH反应转化为CO、CO2，向平流层扩散，起到终止Cl作用甲烷环境浓度（100年来变化，70%源于直接排放，30%源于OH减少；温室效应比CO2高20倍。）2.2.4.2 非甲烷烃（NMHC）源汇源天然源：植物排放萜烯类，1.7×109t/y

表不同人为源排放烃类估计量类别：烃类（CH4、C2H4、C2H2、C3H6、C4H10、……）、醛类（甲醛、乙醛、丙醛、丙烯醛、苯甲醛）、芳烃、多环芳烃汇：大气化学反应或转化为有机气溶胶环境浓度：海洋上空8

g·m-3≈10ppb

陆地上空50

g·m-3≈62ppb

城市~5ppm2.2.5 卤素化合物

2.2.5.1 卤代烃CH3Cl、CH3Br、CH3I、CHCl3、C2H2Cl3、CCl4、CFC-11（CFCl3）、CFC-12（CF2Cl2）、CFC-113（CFCl2CF2Cl）、CFC-114（CF3CF2Cl）、CFC-115（CF3CF2Cl）、Halon-1301（CF3Br）、Halon-1211（CF2ClBr）、Halon-2402（C2F4Br2）。源冷却剂、喷雾剂、发泡剂、灭火剂、溶剂汇（a）对流层化学或光化学反应去除（含H的）（b）扩散至平流层光解离（不含H的）环境效应：破坏平流层O3，引起对流层气候变化，引发全球性环境问题。表卤代烃在对流层环境浓度2.2.5.2无机氯化物Cl2、HCl，刺激性、腐蚀性源天然源：火山排放，~7.6×106t/y表Cl2和HCl排放量估计（美国资料）汇：降水湿去除，扩散到地表被土壤、植被吸收2.2.5.3氟化物HF、SiF4、H2SiF6、F2、CaF2