大氣污染及其控制技術
1、大氣概述
2、大氣污染
3、影響污染物在大氣中擴散的氣象因素
4、大氣污染控制技術
1、大氣概述
1.1 大氣環(huán)境結構：
1）大氣圈：在自然地理學上，把由于地心引力而隨地球旋轉的大氣層。
2）大氣圈中的空氣分布是不均勻的，海平面上的空氣空氣密度最大，近地層的空氣密度隨高度上升而逐漸 減少。
3）溫度隨大氣高度的變化是地球大氣最顯著的特征，常用氣溫的垂直遞減率r來表示。
4）r也被稱為氣溫直減率或氣溫鉛直梯度。當氣溫隨調試升高而降低時，r>0；反之，r<0。
4）大氣的垂直分層：
a. 對流層：大氣圈的最低一層，厚度隨緯度和季節(jié)而變體，平均為12km。主要特征有：
①一般情況下，溫度隨高度增加而遞減，平均上升100m降溫0.65℃（即氣溫直減率）；
②大氣對流運動強烈,云、霧、雨、雪等主要天氣現(xiàn)象都發(fā)生在這一層；
③受地面狀況和人為活動影響最為顯著, 大氣的溫度、濕度等氣象要 素水平分布差異大, 從而形成不同的大氣環(huán)境和產生各種大氣污染現(xiàn)象。
b. 平流層：從對流層頂?shù)?0km左右這一層稱為平流層。主要特征有：
①溫度先隨高度升高緩慢升高,從30－35km起,溫度隨高度增加升溫迅速；
②大氣多為平流運動, 整個大氣層比較平穩(wěn)；
③水汽和塵埃的含量很少,云也很少。在對流層頂以上臭氧量開始增加，至22－25km附近臭氧濃度達極大值,然后減少,到5Okm處臭氧量就極
微了，因此主要的臭氧帶包含在平流層內。
c.中間層：自 50Km 到 85km 左右這一層稱為中間層。中間層的溫度隨高度迅速降低，頂界溫度下降至約-100℃附近時 , 再次出現(xiàn)空氣
的對流運動。
d.電離層：從中間層頂至 800km 高度這一層稱為電離層。此層的溫度隨高度迅速升高，大氣處于高度電離狀態(tài),具有反射無線電波的能
力 , 故有電離層之稱。
e.散逸層：高度 800km 以上的大氣層, 統(tǒng)稱為散逸層。它是大氣向星際空間的過渡帶。此層空氣極其稀薄, 氣溫很高, 并隨高度增加而繼
續(xù)升高。地球引力作用小, 空氣質點經常散逸至星際空間。
電離層和散逸層也稱為非均質層 , 在此以外就是宇宙空間。
1.2 大氣的組成：
自然狀態(tài)下的大氣由于干燥清潔的空氣、水蒸汽和懸浮微粒三部分組成。
從表中可知：
? 在 85km 以上的大氣中, 主要成分仍然是氮和氧；
? 大氣中的二氧化碳、水汽、微量有害氣體和固體雜質的含量是變化的；
? 臭氧是由氧分子離解為氧原子, 氧原子再與另外的氧分子結合而成的一種無色氣體；
? 水汽主要來自海洋和地面水的蒸發(fā)與植物蒸騰；
? 大氣中除氣體成分外, 還有很多液體、固體雜質和微粒。
1.3 環(huán)境空氣質量標準：
根據(jù)《環(huán)境空氣質量標準》 (GB3095-1996)，環(huán)境空氣質量功能分為三個類型區(qū) :
一類區(qū)為自然保護區(qū)、風景名勝區(qū)和其他需要特殊保護的地區(qū);
二類區(qū)為城鎮(zhèn)規(guī)劃中確定的居住區(qū)、商業(yè)交通居民混合區(qū)、文化區(qū)、一般工業(yè)區(qū)和農村地區(qū);
三類區(qū)為特定工業(yè)區(qū)。
同時將環(huán)境空氣質量標準分為三級 ,一類區(qū)執(zhí)行一級標準, 二類區(qū)執(zhí)行二級標準, 三類區(qū)執(zhí)行三級標準。
具體的標準值如表3-2所示。
2、大氣污染
2.1 大氣污染含義：
1）含義：
大氣污染是指由于人類活動和自然過程引起某種進入大氣層的污染物的含量超過環(huán)境所能允許的極限, 使
大氣 質量惡化, 從而危害生物的生活環(huán)境, 影響人類健康 , 給正常的工農業(yè)生產帶來不良后果的現(xiàn)象。
2）分類：
a. 根據(jù)大氣污染影響所及的范圍可分為四類：局部性污染、地區(qū)性污染、廣域性污染和全球性污染；
b. 根據(jù)能源性質和大氣污染的組成和反應分：煤炭型、石油型、混合型和特殊型污染；
c. 根據(jù)污染物的化學性質及其存在的大氣狀況分：還原型和氧化型污染。
3）造成大氣污染的原因：人類活動和過程，其中形成過程如下圖。
2.2 大氣污染源：
1）自然源：火山噴發(fā)、森林火災、土壤風華等自然原因產生的沙塵、二氧化硫、一氧化碳等；
2）人工源：指任何向大氣排放一次污染物的工廠、設備、車輛或行為等，如下圖所示。
2.3 大氣污染物：
以各種形式進入大氣層, 并有可能對人類、生物、材料以及整個大氣環(huán)境構成危害或帶來不利影響的物質稱為
大氣污染物。
2.4 大氣污染物的物理狀態(tài)：大氣污染物以氣體形式和氣溶膠形式存在, 其中氣體形式約占 90%（體積分數(shù)）, 氣
溶膠形式約占10%（體積分數(shù)）。
1）氣體形式污染物：
氣體形式污染物是指在常溫常壓下以氣體形式分散在大氣中的污染物質。常見的氣態(tài)污染物有: 一氧化碳、氮
氧化物、氯氣、氯化氫、氟化氫、臭氧等。它們的運動速度較快 , 擴散快、易受氣流影響。
2）氣溶膠形式污染物（P192）：
任何固態(tài)或液態(tài)物質當以小的顆粒物形式分散在氣流或大氣中時都叫做氣溶膠。各種氣溶膠顆粒的粒度范
圍大體在0.0002－500μm之間。
凡粒徑在10μm以上,受重力作用很快沉降到地面上的稱為降塵;
凡粒徑在10 μm 以下,能長期飄浮在大氣中的氣溶膠粒子叫飄塵。
氣溶膠按其形成的方式方法不同又可分為:
分散性氣溶膠、凝聚性氣溶膠以及化學反應性氣溶膠。我們常見的霧、煙、粉塵和煙霧,便是不同形式的氣溶膠。
2.5 大氣污染物的類別：
大氣中的污染物可分為一次污染物和二次污染物兩類,如表所示。
表 3-5 大氣中的一次和二次污染物
| 污染物 | 一次污染物 | 二次污染物 |
| 含硫化合物 | S02、H2S | S03、H2S04、硫酸鹽 |
| 碳的氧化物 | CO、C02 | 無 |
| 含氮化合物 | NO、NH3 | N02、HN03、硝酸鹽 |
| 碳氫化合物及衍生物 | C1- C6化合物 | 醛、酮、過氧乙酰硝酸酯 |
| 鹵素化合物 | HF、HCI | 無 |
1) 大氣一次污染物：
大氣一次污染物是指直接從各類污染源排出進入大氣的各種物質, 如氣體、蒸汽及塵埃。常見的
有碳氫化合物 (HC)、一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)、硫氧化物(SOx)和微粒物質(Particulates)等。
一次污染物又可以分為反應性污染物和非反應性污染物兩類。
2) 大氣二次污染物：
大氣二次污染物由進入大氣的一次污染物互相作用或與大氣正常組分經過一系列的化學反應生成
的, 以及在太陽輻射線的參與下引起光化學反應而產生的新的污染物。常見的有: 臭氧、過氧化乙酰
硝酸醋(PAN)、硫酸及硫酸鹽氣溶膠（硫酸煙霧）、硝酸及硝酸鹽氣溶膠等。
2.6 主要大氣污染物簡介：
2.6.1 顆粒污染物：
直徑約 0.0002－500μm之間的顆粒污染物。
1）塵粒：一般是指粒徑大于75μm的顆粒物。
2）粉塵：一般是指粒徑小于75μm的顆粒物。粒徑大于10μm，靠重力作用能在短時間內沉降到地面者,稱為降
塵；粒徑小于沉降10μm，能長期在大氣中飄浮著的,稱為飄塵。
3）煙塵：一般是指粒徑小于1μm的固體顆粒。它包括煙氣和煙霧。
4）霧塵：是小彼體微粒懸浮于大氣中的懸浮物總稱,其粒子粒徑小于100μm。
5）煤塵：一般是指粒徑大約在1－20μm的粉塵。
所有的顆粒污染物約有90% 來自天然源,人為源主要與燃燒、工業(yè)生產過程以及由于建筑活動而引起的地面干
擾有關。
其中,最重要的是粉塵污染物。粉塵的成分和理化性質是對人體危害的主要因素。例如吸入含有游離二氧化硅
的粉塵后,在肺內沉積,能引起纖維性病變,使肺組織逐漸硬化, 嚴重損害呼吸功能, 發(fā)生"砂肺"病。
粉塵的粒徑大小是危害人體健康的另一重要因素,它主要表現(xiàn)在兩個方面：
1) 粒徑愈小,愈不易沉降,長時間飄浮在大氣中容易被吸人體內,且容易深入肺部。
2) 粒徑愈小,粉塵比表面積愈大,物理、化學活性愈高,加劇了生理效應的發(fā)生與發(fā)展。
2.6.2 硫氧化合物（P191）：
硫氧化合物主要是指 SO2 和 SO3。 硫以多種形式進入大氣 , 特別作為 SO2和上H2S 氣體進入大氣 , 但
也有以亞硫酸、硫酸以及硫酸鹽微粒形式進入大氣的。
整個大氣中的硫約有三分之二來自天然源, 其中以細菌活動產生的硫化氫最為重要。
SO2 是一種無色的中等強度刺激性氣體。在低濃度下, 主要影響呼吸道。含量較高時, 造成支氣管炎、哮
喘病, 嚴重的可以引起肺氣腫, 甚至致人于死亡。
2.6.3 氮氧化合物：
NOx種類很多,它是 NO、N20、 N02、N203、N204、N205 等的總稱。造成大氣污染的NOx,主要是一氧化氮
(NO)和二氧化氮(N02)。
N02是紅棕色氣體,對呼吸器官有強烈刺激,能引起急性哮喘病。在大氣環(huán)境中,N02除與碳氫化合物反應生
成光化學煙霧外,同時也能與S02、CO等污染物并存,在這種情況下將加劇 N02的危害性。
2.6.4 碳氧化合物（P189）：
大氣中的碳氧化物主要是CO和CO2。CO是大氣的主要污染物之一。
CO又稱“煤氣”,是一種無色、無臭、有毒的氣體。它是某些過程包括含碳物質不完全燃燒的產物。天然源相
對比較少,主要的人為源為內燃機。
CO2一般不作為污染物來考慮,因為它是生命過程中的一種基本物質, 無論什么時候在氧存在的情況下燃料
完全燃燒都可以產生CO2植物和動物是CO2的天然源,它們在消耗碳水化合物燃料以后呼出 CO2植物和海洋是CO2的
天然源。但是現(xiàn)今它們的消耗量已經無法和人為產生的CO2增加速率相平衡,因此全球CO2含量通常在增加。
2.6.5 碳氫化合物：
大氣中的碳氫化合物 (HC) 通常是指 C1－C8可揮發(fā)性的所有碳氫化合物。
自然界中的碳氫化合物, 主要是由生物的分解作用產生的。人為的碳氫化合物的來源有二, 即不完全
的燃燒和有機化合物的蒸發(fā)。城市空氣中的碳氫化合物能生成有害的光化學煙霧。
2.6.6 臭氧：
O3有特殊的臭味, 是已知的僅次于氟 (F2) 的最強氧化劑。
O3的質量濃度在0.214mg/m3時,呼吸2h將使肺活量減少20%;質量濃度在0.623mg/m3時,對鼻子和腦部有刺激;質量濃度
達1－4.29mg/m3時,呼吸1－2h后,眼和呼吸器官發(fā)干,有急性燒灼感,頭痛, 中樞神經發(fā)生障礙,時間再長,思維還會紊亂。
2.6.7 多環(huán)芳烴：
多環(huán)芳烴 (PAH) 系指多環(huán)結構的碳氫化合物, 其種類很多,如芘、蒽、菲、螢蒽、苯并蒽、苯并[b]螢蒽及苯并
[a]芘等。這類物質大多數(shù)有致癌作用, 其中苯并[a]應是國際上公認的致癌能力很強的物質, 并作為計量大氣 PAH
污染的依據(jù)。
城市大氣中的苯并[a]芘主要來自煤、油等燃料的不完全燃燒, 以及機動車的排氣。大氣中的苯并 [a] 芘主要通
過呼吸道侵入肺部, 并引起肺癌。實測數(shù)據(jù)說明, 肺癌與大氣污染、苯并[a] 芘含量的相關性是顯著的, 從世界范
圍來看, 城市肺癌死亡率約比農村高2倍, 有的城市高達9倍。
2.7 大氣污染的危害：
1）大氣污染對人體的影響：分急性和慢性兩方面。
2）大氣污染對植物的影響：
在高濃度污染物影響下產生急性危害，使植物葉表面產生傷斑 (或稱壞死斑), 或者直接使植物葉片枯萎
脫落；在低濃度污染物長期影響下產生慢性危害, 使植物葉片退綠，或產生所謂不可見危害, 即植物外表不出
現(xiàn)受害癥狀, 但生理機能受到影響, 造成植物生長減弱,降低對病蟲害的抵抗能力。
而有時候大氣污染對植物的危害, 往往是兩種以上氣體污染物造成的。兩種或多種污染物所造成的危害稱
復合危害。某些污染物共同作用時, 有所謂增效或協(xié)同作用。
3）大氣污染對器物的損害：
大氣污染物對器物的損害包括站污性損害和化學損害兩個方面 :
a. 玷污性損害是塵、煙等粒子落在器物表面造成的 ,有的可以通過清掃沖洗除去, 有的很難除去。
b. 化學性損害是由于污染物的化學作用, 使器物腐蝕變質。如二氧化硫及其生成的酸霧、酸滴等 , 能使金
屬表面產生嚴重的腐蝕, 使紙品、紡織品、皮革制品等腐蝕破碎, 使金屬涂料變質, 降低其保護效能等。
4） 大氣污染對全球大氣環(huán)境的影響:
大氣污染對全球大氣環(huán)境的影響目前已明顯表現(xiàn)在3個方面: 臭氧層破壞、酸雨及全球變暖。這些問題如不及
時控制, 將對整個地球造成災難性的危害。
3 影響污染物在大氣中擴散的氣象因素
3.1 風對大氣污染擴散的影響(P201)：
空氣的水平運動就叫風。表示氣流的物理量，有風速、風向。
風對大氣污染擴散的影響包括風向和風速兩方面：
1）風向影響著污染物的擴散方向，決定著污染物排放后所遵循的路徑；
2）風速常用風壓表示，在氣象服務中，常用風力等級（分十三級）表示風速大小。風速大小不僅決定著污
染物的擴散和稀釋的速度，還影響著污染物輸送距離。
通常采用頻率和污染系數(shù)來表示風向和風速對空氣污染物擴散的影響：
1）風向頻率，就是指某方向的風占全年各風向總和的百分率。
2）污染系數(shù)表示風向、風速聯(lián)合作用對空氣污染物的擴散影響。計算公式：
污染系數(shù)＝風向頻率/該風向的平均風速。
顯然，不同方向的污染系數(shù)不盡相同，某方向污染系數(shù)的大小正好表示該方向空氣污染的輕重不同。
3.2 湍流對大氣污染擴散的影響：
大氣中各種不同尺度的湍渦的無規(guī)則運動造成了液體各部分之間的強烈混合，從而使污染物質從
高濃度區(qū)向低濃度區(qū)輸送，最終使得污染物逐漸被分散、稀釋，這樣的過程就稱為湍流擴散過程。
湍流運動是在一種比較簡單的平均運動上疊加的不規(guī)則的脈動運動。風脈動包括風向和風速的脈
動，是湍流運動的表現(xiàn)形式，它的強弱直接與湍流運動的強弱相聯(lián)系。
3.3 溫度層結對大氣污染擴散的影響：
1）溫度層結：指大氣溫度隨高度而變化的情況，即大氣溫度的垂直分布，它決定著大氣的穩(wěn)定度。
而大氣的穩(wěn)定度又影響湍流強度，因而溫度層結與大氣污染狀況密切相關。
2）氣溫垂直遞減率（r）：指在垂直方向上每升高100m氣溫的變化值。在整個對流層內，r的平均值
為0.65℃/100m，而且r隨時隨地變化的。
a. 當r＞0時，氣溫隨高度增加而下降, 空氣形成上下對流, 隨之湍流發(fā)展,對污染物擴散有利,r越大,對流趕
快,污染物擴散越快。
b. 當r=0時,溫度隨高度不變,形成等溫層,空氣沒有垂直運動,大氣較穩(wěn)定,不利于污染物的擴散和稀釋。
c. 當r<0時,大氣層的溫度分布與標準大氣情況下氣溫分布相反,形成“逆溫層”,由于氣溫隨高度增加而增加,
空氣的對流和湍流運動將被抑制,污染物極難擴散。
3.4 逆溫層的形成及其對擴散的影響：
由于氣象條件不同,當氣溫垂直遞減率小于零時,大氣層的溫度分布與標準情況下氣溫分布相反,稱為逆溫。
1）輻射逆溫：
例如在經過一個寒冷而晴朗的夜晚后, 次日早晨地表就會出現(xiàn)逆溫現(xiàn)象。這是因為在夜里地表將熱量
輻射到空間后變冷了。
2）下沉逆溫：
指由于空氣的下沉壓縮增溫作用而形成的逆溫。一般出現(xiàn)在高氣壓區(qū)里, 范圍廣,厚度大。在副熱帶,
反氣旋(即高氣壓)是半永久性的,大范圍的下沉逆溫對廣大地區(qū)的近地層混合層形成一個非常嚴密的蓋子,使
地面污染物濃度增大。
3）地形逆溫：
是由于局部地區(qū)的地形造成的。例如盆地和谷地的逆溫, 山脈背風側的逆溫,都屬于地形逆溫。
4）平流逆溫：
當暖空氣流到冷的下墊面上,使近地面空氣因接觸冷卻作用而形成的逆溫。平流逆溫的強弱,主要取決于
暖空氣和冷地面的溫差, 溫差越大,逆溫越強。
5）鋒面逆溫：
是由大氣中冷暖空氣團相遇形成的一個傾斜的過渡層(稱為鋒面),較暖空氣總是位于較冷空氣之上而形
成的逆溫。鋒面是一個傾斜的界面,自地面向上延伸到大氣里,總是向冷空氣一側傾斜,所以鋒面逆溫只能在
冷空氣區(qū)域里觀測到。
世界上一些嚴重的大氣污染事件多與逆溫存在有關。
如美國洛杉磯的光化學煙霧的發(fā)生除了它的盆地地形以外,還與它的特定地理位置經常有強的逆溫有關。
洛杉磯處于副熱帶緯度的美國西海岸, 位于北太平洋副熱帶高壓東側,強烈的下沉作用, 一年差不
多有300d左右會出現(xiàn)下沉逆溫,加上沿岸又有冷洋流經過,流經其上的空氣由于受冷洋流的影響, 低層接
觸冷卻,所以氣層特別穩(wěn)定,這就是為什么洛杉磯多嚴重煙霧的一個很重要的氣象原因。
3.5 氣溫干絕熱垂直遞減率：
在物理上,如一系統(tǒng)在與周圍物體沒有熱量交換而進行狀態(tài)變化時,稱為絕熱變化。狀態(tài)變化所經歷的過程
稱為絕熱過程。
在大氣中,作垂直運動的氣團其狀態(tài)變化接近于絕熱變化。
理論和實踐都證明,一個干燥的氣團(或未飽和的濕空氣團 )在大氣中絕熱垂直上升(或下降)l00m時,其溫度
降低(或升高)的數(shù)值就稱為氣溫干絕熱垂直遞減率, 以rd表示,通常rd≈1℃/l00m表示。這就是說,在干絕熱過
程中,氣團每上升l00m,溫度約降低1℃。
注意：r(氣溫垂直遞減率)與rd的含義是完全不同的。rd是干空氣團在絕熱上升過程中氣團本身的遞減率,
它近似為常數(shù)；而r是表示環(huán)境大氣的溫度隨高度的分布情況,在大氣中隨地一氣系統(tǒng)之間熱量交換的變化，
r可以有不同的數(shù)值, 即可以大于、小于或等于rd。因此, 比較rd和r的大小，就可以判斷大氣層結的性質。
3.6 大氣穩(wěn)定度對大氣污染擴散的影響:
大氣穩(wěn)定度是指整層空氣的穩(wěn)定程度。它是用來描述環(huán)境大氣層結對于在其中作垂直運動的氣團起什么
影響的一種熱力性質。
1)當r>rd時，氣團加速度大于零，氣團在垂直方向上的運動被加強, 此時大氣是不穩(wěn)定的。
2)當r=rd時，氣團加速度為零，氣團可平衡在任意位置 , 此時大氣是呈中性的。
3)當r<rd時，氣團加速度小于零，氣團升降受到阻礙, 大氣是穩(wěn)定的。
而且，r越大，大氣越不穩(wěn)定；rd越小，大氣越穩(wěn)定。如果r很小, 甚至等于零(等溫)或小于零(逆溫), 那將
是對流發(fā)展的障礙。所以大氣污染中, 常將逆溫、等溫和r很小的氣層稱為阻擋層。
3.7 大氣穩(wěn)定度與煙型：
表3-8 煙流型氣象與地面污染濃度關系
| 煙型 | 形狀 | 溫度層結 | 天氣狀況 | 風和湍流 | 地面污染程度 |
| 波浪型 | 波浪形 | 超絕熱 | 晴天,日射強的白天 | 強對流、微風 | 近煙囪處有較高濃度,遠處濃度低 |
| 錐型 | 規(guī)則的圓錐狀 | 中性、弱逆溫或等溫 | 陰天、風強時 | 風較大、機械端流強 | 地面濃度低 |
| 扇型 | 垂直伸展小，延伸較遠 | 很穩(wěn)定 | 弱風的暗夜、早晨,地面平坦,有積雪時常發(fā)生 | 微風,揣流很弱 | 地面濃度低
|
| 屋脊型 | 下部平展，上部迅速向上擴散 | 上部不穩(wěn)定,下部穩(wěn)定 | 常在晴天日落從地面開始形成逆溫時發(fā)生 | 弱風,下部端流弱 | 地面濃度較低 |
| 薰煙型 | 上部平展，下部迅速向下擴散 | 上部穩(wěn)定, 下部不穩(wěn)定 | 多發(fā)生在清晨日出后 | 下部揣流擴散,上部揣流 | 地面濃度大,特別是煙囪低、逆溫層長期持續(xù)時,濃度更大 |
(l) 波浪型(翻卷型)：
這種情況出現(xiàn)在不穩(wěn)定條件下。此時流場中較大尺度的湍渦活動相當活躍, 擴散十分迅速 , 于是可見濃煙滾滾,
在污染源附近濃度較大, 但能很快擴散。這種情況多見于晴天中午前后。夏季晴天出現(xiàn)時間更長更典型。
(2) 錐型：
這種情況出現(xiàn)在近中性條件下。此時, 漏流強度比平展型大, 但比不穩(wěn)定時要小。這種擴散一般是烈風和云天的
特征。
(3) 扇形(平展型)：
這種情形出現(xiàn)在穩(wěn)定條件下。此時, 端流受到抑制, 特別是鉛直湍流交換十分微弱, 煙流在鉛直方向的伸展很小,
像扁平的飄帶伸向遠方。煙流在水平方向是緩慢彎曲偏轉的, 從長時間來看, 會造成有效的側向擴散。
(4) 屋脊型(上升型)：
溫度層結與漫煙型相反, 逆溫層處在煙囪高度以下 煙囪高度以上不穩(wěn)定, 因而煙云主要向上擴散, 使地面層
比較清潔。這種煙羽一般出現(xiàn)在日落后一個短時間內。日落后地面輻射降溫, 并自下而上逐漸形成逆溫, 在煙
囪高度以上仍保持遞減狀態(tài), 所以煙云不向下方擴散。
(5) 熏煙型(熏蒸型)：
日出以后, 由于地面增溫, 低層空氣被加熱, 其結果自下而上地逐漸破壞了夜間形成的逆溫。但此時氣溫的
垂直分布雖然下部已變成遞減, 而上部仍保持著逆溫狀態(tài), 便出現(xiàn)了這種煙型。此時一般風力較弱, 由于煙氣
不能向上方擴散, 只能向下方擴散, 因此導致地面濃度上升, 往往形成 近地面污染危害。
3.8 降水對大氣污染擴散的影響：
由于雨雪等各種形式降水的作用而使污染物從大氣中清除到地表的過程, 稱為降水清除或降水洗脫過程。
降水凈化大氣的作用包含兩個方面：
1) 許多污染微粒物質充當了降水凝結核, 然后隨降水起降落到地面；
2) 在雨滴下降過程中碰撞、捕獲了一部分顆粒物。兩者既發(fā)生在云中, 也發(fā)生在云下降水下落過程中。通常稱
云中的清除過程為“雨除”或“雪除”, 降水下落過程中的清除過程為“沖洗”。這種沖洗清除過程實際上比雨除要有效
得多, 其效率和速率取決于降水速率、雨滴大小以及它們和污染物攜帶的電荷。
3.9 霧對大氣污染物擴散的影響：
霧像一頂蓋子, 會使空氣污染狀況加劇。城市車輛的增多、城市建設的加快以及不合理清掃都會引起
城市里粉塵增多, 粉塵懸浮在空中落不下來, 形成了懸浮物, 為霧的形成提供充分的條件。而光化學煙霧
就是霧的一種。在重污染的城市中, 清朗的夏季, 在強日光、低風速和低溫度都具備的條件下, 就極易形
成光化學煙霧。
3.10 混合高度對擴散的影響：
混合層高度實質上是表征污染物在垂直方向被熱力端流稀釋的范圍, 即低層空氣熱力對流與漏流所能
達到的高度。
混合層高度隨時隨地變化。在一天中, 早晨的混合層高度一般較低, 表明早晨鉛直稀釋能力較弱; 下
午的混合層高度達最高值, 意味著午后鉛直稀釋能力最強。這是因為日出以后, 地面受熱后對流發(fā)展, 垂
直混合的高度升高, 地面排放的污染物可以在較大的空間范圍內擴散, 對降低地面污染濃度十分有利。
3.11 通風系數(shù)對擴散的影響：
通常為了表示午后擴散能力的強弱, 定義混合層高度和混合層平均風速的乘積為水平通風系數(shù)（即通
風量）。顯然，水平通風系數(shù)越大, 擴散越快。水平通風系數(shù)代表了混合層內空氣的輸送速率。
3.12 氣壓對擴散的影響：
當高氣壓控制一個地區(qū)時,天氣晴朗,風小,空氣比較靜穩(wěn), 擴散緩慢; 高氣壓內有大范圍的空氣下沉運
動, 往往在幾百米到1－2km的高度上形成下沉逆溫。逆溫層像個蓋子似地阻止污染物向上擴散。
如果加上不利的地形條件,往往會導致嚴重的污染事件。倫敦煙霧事件的出現(xiàn),就是因為有停滯的反氣
旋控制。
3.13 下墊面對擴散的影響：
下墊面對擴散的影響是通過改變氣流和影響氣象條件來實現(xiàn)的。其影響方式有兩種 :
1) 動力作用。如粗糙度增加機械端流, 地形可改變局地流場和氣流路徑等，從而改變污染物的擴散
稀釋條件。
2) 熱力作用。由于下墊面性質不同或地形起伏,使得受熱、散熱不均勻，從而引起溫度場和風場的變
化, 進而影響污染物的擴散。
⑴ 山谷地形的影響：
在山谷地區(qū)，由于局地性加熱、冷卻的差異，白天氣流順坡、順谷上升, 形成上坡風和谷風, 晚間氣流順
坡、順谷而下, 形成下坡風和山風。
(2) 大型局部水體的影響：
由于海陸面的熱導率和熱容量差異，常出現(xiàn)海陸風。白天，地面風從水面吹向陸地，稱海風。晚間，
風從陸地吹向海洋，稱陸風。
(3) 城市效應：
城市粗糙面的動力效應城市的建筑加大了地面的粗糙程度，使風速減小，從而減小了擴散率。
城市風由于城市熱島的存在，使得城市上空經常具有不穩(wěn)定的溫度層結，即下暖上冷。
在郊區(qū)農村，日落以后地面強烈冷卻，近地層空氣也隨即降溫，很快產生逆溫現(xiàn)象；但在城市中，逆
溫通常要在午夜以后才出現(xiàn)，發(fā)生頻率也比郊區(qū)低。
因此，總的來看，城市空氣的不穩(wěn)定度增大, 污染物在城市邊界層中的擴散比較強烈。這在冬季晴夜
尤其明顯。同時, 還由于熱島中心暖而輕的空氣上升,周圍郊區(qū)冷而重的空氣下沉, 從而在城市與郊區(qū)之間
形成一個熱島環(huán)流。
3.14 空氣污染事故日與污染指數(shù)：
1）一般，如果一個地區(qū)連續(xù)幾天低混合高度、低風速和無雨，就有可能發(fā)生空氣污染。
2）發(fā)生“事故日”的條件大致是：持續(xù)2天混合高度小于1500m，風速4m/s和無大雨。
3） “事故日”的多少可以表示大氣污染的可能性。
4）污染指數(shù)：概括風、大氣穩(wěn)定性、降水及混合高度等氣象因素污染物擴散的共同作用。
5）計算公式：Id=sp/vh
式中： Id－d方向上的污染指數(shù)；s－大氣的穩(wěn)定性；v－風速；h－混合高度；p－降水。
6）Id越大，說明d方向下側的污染越重；若Id≦0.8時，為潔凈型大氣，即該地區(qū)不易發(fā)生空氣污染事
故，可作為工業(yè)區(qū)。
4 大氣污染控制技術
4.1 大氣污染防治技術：
1）運用法律的手段限制和控制污染物排放數(shù)量和擴散影響范圍；
2）運用技術手段(包括各種人為的技術途經和技術措施)減少或防止污染物的排放, 治理排出的污染物,
合理利用環(huán)境的自凈能力, 從而達到保護環(huán)境的目的。
4.2 合理利用環(huán)境自凈作用的技術措施：
環(huán)境對大氣污染物有一定的自凈能力。合理利用環(huán)境的自凈作用是大氣污染防治技術的一項重要內容。
通過合理工業(yè)布局、選擇有利于污染物擴散的排放方式及發(fā)展綠色植物, 可以對環(huán)境污染物產生有效
的自凈作用。
4.3 控制大氣污染的基本原則和措施：
控制污染源是控制大氣污染的關鍵所在?？刂拼髿馕廴緫院侠砝觅Y源為基點, 以預防為主、防治
結合、標本兼治為原則。
通過改善能源結構, 對燃料進行預處理和改革工藝設備, 改善燃燒過程, 采用集中供熱和聯(lián)片供暖,
綜合防治汽車尾氣及揚塵污染等措施, 可以有效地控制大氣污染。
4.4 空氣污染控制系統(tǒng)：
1）空氣污染的根源是排放源。同排放源相聯(lián)的是源控制。
2）源控制是指利用凈化設備或源自身處理過程來減少污染源排放到大氣中的污染物數(shù)量。
3）污染物經源控制設備出來后進入大氣中, 被大氣稀釋、遷移、擴散和化學轉化。隨后污染物就被監(jiān)測器或
人、動植物或材料所感應, 發(fā)出反饋信息, 對污染源進行自動控制或公眾施加壓力經過立法再進行控制。
4.5 大氣污染控制技術：
對排氣施以某種工藝性方法 , 使污染物以有用物質形態(tài)得以回收或將其轉為無害狀態(tài)：
l) 改變生產過程中所用的原材料以避免或減少污染物生成；
2) 改變生產工藝條件以減少排氣或排污；
3) 稀釋排放。
在對污染源的治理中, 除塵技術常用干法(多為物理法)；凈氣技術常濕法(多為化學法)。對于組成復雜
的廢氣，常需要將幾種方法組合使用，才能達到深度去污的目的。
4.6 煙塵控制技術：
從廢氣中除去或收集固態(tài)或液態(tài)粒子的設備，稱為除塵（集塵）裝置，即除塵（集塵）器。
（1） 除塵裝置的技術性能指標：
1）煙塵的濃度表示。根據(jù)含塵氣體中含塵量的大小, 煙塵濃度可表示以下兩種形式:
a. 煙塵的個數(shù)濃度。單位氣體體積中所含煙塵顆粒的個數(shù), 稱為個數(shù)濃度。單位為個/cm3, 在粉塵濃度極低時
用此單位。
b. 煙塵的質量濃度。每單位標準體積含塵氣體中懸浮的煙塵質量數(shù), 稱為質量濃度, 單位為g/m3。
2）除塵裝置的處理量：涂塵裝置在單位時間內所能處理煙塵量的大小, 用標準狀態(tài)下的體積流量表示, 單位
為 m3/h、m3/s。
3）除塵裝置的效率：是表示裝置捕集粉塵效果的重要指標, 也是選擇、評價裝置的最主要參數(shù)。
a. 除塵裝置的總效率(除塵效率)：是指在同一時間內 ,由除塵裝置除下的粉塵量與進入除塵裝置的粉塵量的
百分比。
總效率所反映的實際上是裝置凈化程度的平均值, 它是評定裝置性能的重要技術指標。
除塵裝置的分級效率:是指裝置對某一粒徑d為中心, 粒徑寬度為△d范圍煙塵的去除效率。
b. 多級除塵效率：是指在實際應用的除塵系統(tǒng)中,為了提高除塵效率, 往往把兩種或多種不同規(guī)格或不
同形式的除塵器串聯(lián)使用, 這種多級凈化系統(tǒng)的總數(shù)率稱為多級除塵效率。
c. 除塵裝置的通過率(除塵效果)：是指沒有被除塵裝置除下的煙塵量與除塵裝置入口煙塵量的百分
比, 用符號s表示。
d. 除塵裝置的壓力損失：是表示除塵裝置消耗能量大小的指標, 有時也稱為壓力降。壓力損失的大小
用除塵裝置進出口處氣流的壓力差來表示。
（2）除塵裝置的分類：
除塵器種類繁多, 根據(jù)不同的原則, 可對除塵器進行不同的分類。
1) 依照除塵器除塵的主要機制可將其分為機械式除塵器、過濾式除塵器、濕式除塵器、靜電除塵器等
四類；
2）根據(jù)在除塵過程中是否用水或其他液體可分為濕式除塵器、干式除塵器；
3) 根據(jù)除塵過程中的粒子分離原理, 除塵裝置又可分為重力除塵裝置、慣性方除塵裝置、離心力除
塵裝置、洗滌式除塵裝置、過濾式除塵裝置、電除塵裝置、聲波除塵裝置。
4.7 氣態(tài)污染物法理技術：
氣態(tài)污染物種類繁多, 化學性質各異, 對其控制要視具體情況采用不同的方法。目前用于氣態(tài)污染物控制
的主要方法有: 吸收法、吸附法、催化法、燃燒法、冷凝法等。
1）從排煙中去除S02的技術（煙氣脫硫）：
排煙脫硫可分濕法和干法兩種。用水或水溶液作吸收劑吸收煙氣中S02的方法稱為濕法脫硫。
用固體吸收劑或吸附劑吸收或吸附煙氣中 S02 的方法, 稱為干法脫硫。
此外, 根據(jù)工藝過程原理, 排煙脫硫方法又分為吸收法(濕法)、吸附法(干法)和氧化法(干法)等。
2）從排煙中去除氮氧化物的技術（煙氣脫氮）：
目前煙氣脫氮的方法有: 非選擇性催化還原法;選擇性催化還原法; 吸收法等。
3）氟化物的治理：
隨著煉鋁工業(yè)、磷肥工業(yè)、硅酸鹽工業(yè)以及氟化學工業(yè)的發(fā)展氟化物的污染越來越嚴重。由于氟化物
易溶于水和堿性水溶液中，因此去除氣在中的氟化物一般多采用濕法。但是濕法的工藝流程及設備較為復
雜。20世紀50年代出現(xiàn)了用于干法從煙氣中回收氟化物的新工藝。
主要有兩種方法：1）濕法凈化含氟化物煙氣；2）干法凈化含氟化物煙氣。
氟化物的治理除上述方法外, 還有如下三種方法:
a. 先用水吸收, 然后再用石灰乳中和法。此法回收產物為氟化鈣。
b. 用硫酸納水溶液為吸收劑的吸收法。此法回收產物為氟化氫。
c. 用稀氟硅酸溶液吸收煙氣中氟化氫和氟化硅法。此法回收產物為10%-25%(質量分數(shù))的氟硅酸。
4) 汽車排氣凈化 :
汽車排氣中的主要污染物有一氧化碳、碳氫化合物、氮氧化物、硫氧化物、鉛化合物、苯并芘等。目前, 許多
國家已制定的汽車排氣標準中, 都把一氧化碳、碳氫化合物和氮氧化物作為主要污染物來控制。
a. 汽油機汽車排氣的凈化措施：
一般可分為燃燒前處理、機內凈化和燃燒后的排氣凈化三個方面。
?、?燃燒前處理, 其目的是從根本上控制和減少一氧化碳、碳氫化合物和氮氧化物的生成。所采取的主要措施
是改質燃料、使用無鉛汽油、改變空氣－燃料的混合方式、增大空燃比以及選用無污染燃料等。
?、?機內凈化：以改變內燃機的結構 , 控制或降低污染物的生成來治理排氣的措施。
其具體辦法基本上有兩種: 一種是設計出燃料消耗低、振動輕、噪聲小、輸出功率高、無污染或少污染的
新型發(fā)動機; 另一種是在現(xiàn)有的內燃機上加裝輔助裝置。
?、?燃燒后排氣凈化：
在汽車底盤上安裝催化凈化器 , 與內燃機的排氣系統(tǒng)連接在一起。從汽車發(fā)動機排出的一氧化碳、碳氫
化合物、氮氧化物等有害氣體通過凈化器的催化劑床層后, 便轉換為無害的二氧化碳、氮和水。
汽車尾氣的凈化方法基本上有如下三種:
?、瘢┮欢蝺艋āＳ址Q催化氧化法。
Ⅱ）二段凈化法。此法又稱催化氧化一還原法。
?、螅┤呋?。這種方法是采用能同時對一氧化
碳、氮氧化物和碳氫化合物都有催化作用的催化劑。
b. 柴油機汽車排氣的凈化措施：
也可分為燃燒前處理、機內凈化和燃燒后的排氣凈化三個方面。由于柴油機是在過量空氣下燃燒, 排氣中
的一氧化碳和碳氫化合物較少, 氮氧化物和黑煙較多,所以對柴油機排氣的控制應著眼于控制氮氧化物和黑煙
兩類污染物。
柴油機的燃燒前處理, 主要是指選擇低污染柴油或向柴油加入添加劑等調質處理?？勺鳛椴裼吞砑觿┑挠?br>如下三類:
① 金屬鹽料添加劑，主要指堿土金屬和過渡金屬的有機鹽類。
② 非金屬的無灰添加劑，主要指有機氮化物, 是含氮化合物與多種有機物混合而成的消煙劑。除含氮有
機化合物外。含磷、含氯元素的有機物質也可改善柴油燃燒冒黑煙。
③ 有機硅消煙劑: 分子式為 (SiCH2CH2COH)203,這種有機硅消煙劑通用于各種燃料油, 消煙效果比較明顯。
性畸變機制的相關研究
1.TBT抑制神經內分泌因子的釋放
軟體動物神經系統(tǒng)兼有內分泌功能，腦神經節(jié)可以釋放某些因子，它們直接或間接控制動物體內類固
醇激素的產生和代謝活動。正常情況下雌體內神經內分泌因子能控制雌激素產生，使雌性動物只發(fā)育
雌性生殖器官，抑制雄性器官的產生。當TBT在螺類腦神經節(jié)中大量積累后，就會擾亂神經內分泌的
正常活動，抑制這種神經內分泌因子的釋放，導致雌性軟體動物出現(xiàn)性畸變。Fe’ral.C等人的實驗結
果在一定程度上支持這個假說。性畸變機制的相關研究
2. TBT抑制睪丸甾酮－硫絡合物的形成性畸變是TBT抑制睪丸甾酮與硫的結合，造成I相代
謝物和排泄物的積累，進而激活了組織中的雄性激素所造成的。
3. TBT抑制細胞色素P450芳香化酶雖然對性畸變現(xiàn)象機理的解釋還沒有完全定論，但
多數(shù)人可以接受的解釋為：正常個體中，較高含量的三丁基錫或許能競爭性地抑制細胞色素P450芳香
化酶的活性，由此阻止了雄烯二酮或睪丸甾酮向雌激素酮或雌二醇的轉化，結果前者的量累積、升
高，導致體內激素水平失去平衡，誘發(fā)生理病變，到達一定程度便表現(xiàn)為性畸變現(xiàn)象。
思考題 －－分組討論
1.哪些原因能導致溫室效應? 溫室效應的后果有哪些？如何扼制溫室效應？（第一組 第5周二）
2.臭氧層對于地球上的生命有何意義？臭氧層破壞有哪些后果？采取什么措施減少臭氧層破壞所帶來的危害？（第
二組 第5周二）
3.土地退化和沙漠化的發(fā)生原因及其危害？中國土地退化和沙漠化的發(fā)生情況如何及其防治對策？（第三組第6周四）
4.廢物質污染及轉移產生的原因以及廢物轉移途徑有哪些？如何防止此現(xiàn)象的發(fā)生？（第四組 第6周四）
5.森林的生態(tài)意義？中國森林面積減少的原因及其后果？采取什么措施保護并恢復中國森林?（第五組 第7周四）
6.中國生物多樣性的現(xiàn)狀？中國生物多樣性減少的產生原因、危害及其防治措施？（第6組 第7周四）
7.水資源對于人類的意義？水資源枯竭的現(xiàn)狀及產生原因？如何緩解水資源枯竭的現(xiàn)狀？（第7組 第9周二）
8.核污染的產生原因及其危害？如何減少核污染事件的發(fā)生？ （第8組 第9周二）
9.海洋污染的成因及其危害？中國海洋污染的現(xiàn)狀及其防治措施？（第9組 第10周四）
10.噪音污染的產生原因及其危害？噪音減少的措施有哪些？（第10組 第10周四）
