第2章+大气环境化学1.ppt

1、第一章回顾，1。环境问题和污染。重大公害。人们对环境问题的理解过程。主要的全球环境问题。环境化学的内容、特点和发展趋势。环境污染物的类型。环境影响。环境污染物在环境中的迁移和转化。第二章大气环境化学，第二章大气环境化学、全程拯救一个生命，拯救整个世界，掌握大气污染物的迁移过程；了解参与光化学烟雾和硫酸烟雾形成过程和机理的污染物：大气分层结构、大气污染物和大气运动的基本规律；大气污染的数学模型：酸雨、温室效应和臭氧层破坏的机理，第一节是大气及其主要污染物的组成，这一节重点介绍大气的主要成分、大气的结构以及大气中的主要污染物。什么是大气温度分层？气温的垂直下降率是多少？1.1大气的组成，大气主要由

2、氮气、氧气和几种惰性气体组成，它们占总大气的99.9%以上。除了气体，大量的固体和液体颗粒悬浮在大气中。根据停留时间的长短，大气组分可分为三类：(1)准永久性气体：N2、氩、氖、氪和氙；可变成分：CO2，CH4，H2，N2O，O3，O2强可变成分：H2O，一氧化碳，一氧化氮，NH3，SO2，碳氢化合物，颗粒物，H2S，主要来自人为来源，其次是自然来源，大气成分的作用，可变成分和强可变成分在大气中停留很短时间，并可能参与平流层或对流层的化学变化。例如，冶炼厂和热电厂上方的大气含有更强的可变成分，如烟灰，SO2和氮氧化物；化学工业区周围的大气中无机或有机物质较多；当这些物质在大气中达到一定浓度时，

3、可能会发生局部空气污染。没有空气就没有生命。空气是生命的支柱。它为人类和动物呼吸提供氧气。一般来说，成年人每天需要吸入13公斤(10立方米)的空气。它可以为植物的光合作用提供二氧化碳，合成碳水化合物，并为人类和动物提供食物。大气中的氮通过不同形式的固氮作用和一系列复杂的生化反应转化为生命不可缺少的氨基酸。大气在巨大的蒸馏室中起着冷凝器的作用，蒸馏室利用太阳作为能源，形成降雨，从而将水从海洋输送到陆地，并为陆地生物提供必要的生存条件。大气层还吸收来自外层空间的宇宙射线和来自太阳的大部分电磁辐射，过滤掉波长小于290纳米的紫外线，从而保护地球上的生命免受其害。1.2.1垂直方向的空气质量分布垂直方

4、向的空气质量分布极不均匀。1.2大气结构，静止大气中温度和密度的垂直分布称为大气温度分层和大气密度分层。根据温度分层、密度分层和大气运动规律，大气可分为1.2.2大气温度分层和大气密度分层。对流层是大气层的底层，平均厚度为12千米。这一层的温度随着高度的增加而降低，因为对流层大气的重要热源是来自地面的长波辐射。大气垂直下降率：气温随海拔高度的上升而下降的速度通常用以下公式表示：=-dT/dz: t:绝对温度，k；z:身高。在对流层，平均dT/dz0是0。6/100米。1.对流层，代表大气温度分层，温度每100米下降0.6。2005年，国家测绘局宣布珠穆朗玛峰的新高度为8844.43米，大气中的

5、大多数天气现象发生在对流层。这一层包含了总空气质量的3/4和几乎所有的水蒸气。此外，空气的运动还会引起风、雨、雷、闪电等复杂的天气现象，以及温度和湿度的变化垂直对流，垂直对流，帽云，旗云，环云，2。平流层，海拔：1750公里。温度：在3035公里以下的低层，气温保持不变或随着海拔的升高略有上升。从3035公里开始，温度随着海拔的升高而升高。在平流层顶部，温度可以接近0。在15-60公里的高度范围内有一个臭氧层，其浓度约为20公里。臭氧分子可以吸收太阳的紫外线辐射，并分解成氧原子和氧分子。当它们重新结合成臭氧分子时，会释放出大量的热能，这就是平流层温度上升的原因。在平流层中，由于上层热量和下层冷

6、空气的作用，空气的垂直对流运动很小，它只能随着地球的旋转而产生平流运动。当污染物进入平流层时，它们会形成一个薄层，使污染物扩散到全世界。平流层中几乎没有水蒸气和灰尘，也几乎没有云和雨这样的天气现象。气氛的透明度也很好。现代超高速飞机大多在平流层底部飞行，既稳定又安全。然而，飞机排放的废物会破坏臭氧层，这已经成为人们关注的全球性问题。3。中层，高度：5080千米温度：气温随着高度的增加而降低。顶部可以达到大约-92。垂直温度分布与对流层相似。因为该层的热源仅由较低的平流层提供，底部是热的，顶部是冷的，所以空气的垂直运动相当强。发光云，高度：80-500公里。温度：温度随着高度的增加而迅速上升。顶

7、部可达100多万。这一层的空气非常稀薄，在太阳紫外线和宇宙射线的辐射下高度电离，所以高温层也可以称为电离层。4。1.3大气中的主要污染物，氧化硫主要是二氧化硫和三氧化硫，其中大部分来自含硫化石燃料的燃烧。有色金属冶炼厂和硫酸厂也排放大量的硫氧化物。二氧化碳主要是燃料燃烧的产物。在19世纪，大气中二氧化碳的浓度约为290ppm，2008年为394ppm，呈上升趋势。高浓度的一氧化碳很容易在汽车频繁行驶的地区产生，但它不会在空气中积累。一氧化碳可以通过各种化学和光化学反应转化为二氧化碳，但是这种反应很慢。氮氧化物是一氧化氮、氧化亚氮、二氧化氮、氧化亚氮、氧化亚氮等的总称。其中，一氧化氮和二氧化氮是

8、大气的主要污染物，大部分来自燃料燃烧(包括汽车尾气排放)。氟氯化碳-11(CFCl3)和氟氯化碳-12(CF2Cl2)在氟氯烃中用作制冷剂或气溶胶，非常稳定，不溶于水，不参与任何生物反应。这些气体从低层大气逃逸到平流层，通过光化学反应破坏臭氧层。此外，空气中的污染物包括核爆炸产生的放射性物质。第二节污染物在大气中的迁移是指污染源排放的污染物由于空气的运动而传播和扩散的过程。迁移过程可以降低污染物的浓度。空气在大气中的运动主要是由温差引起的。在这一节中，着重介绍了辐射逆温层中空气阻塞的绝热过程以及通过空气干绝热下降速率的稳定性影响大气污染物迁移的因素。1.1在辐射逆温层，气温一般随对流层高度的增

9、加而降低。但在一定条件下，会有异常现象。这可以通过变化来判断。当为0时，称为等温气体层；当为0时，称为反转气层。例如，在山区，当山峰上方的气温高而山谷下方的气温低时，就会形成逆温层。逆温层的形成有几个主要原因：一是地面辐射冷却；第二，空气平流冷却；第三，空气下沉并变暖；第四是空气的湍流混合；第五，在正面形成的倒置。根据不同的原因，逆温层可以分为辐射逆温层，ad离地面越近，空气温度冷却得越快；离地面越远，空气受地面影响越弱，温度下降越慢，导致地面辐射反转。随着地面变冷，辐射逆温逐渐向上扩展，并在日出前充分发展。日出后，地面被太阳吸收的辐射逐渐变暖，逆温层自下而上逐渐消失。到早上九点左右，逆温完全

10、消失了。当逆温层出现时，似乎有一个覆盖层阻碍了其下污染物的扩散，对空气污染的扩散有很大的影响，因此许多空气污染事件都是在逆温层和风平静的气象条件下发生的。当一团干燥的空气或不饱和的湿空气不与外界进行任何热交换时，它就上下运动，而空气块中的水相没有变化，这种温度变化过程称为干绝热过程。1.2绝热过程和空气块的干绝热下降率，T1和T2分别是绝热过程的起始温度和终止温度；P1和P2:绝热过程开始和结束时的压力：答：功和热当量；Rd:干热过程的状态常数；Cpd:干燥空气的恒压比热；0.286被称为泊松常数。泊松平方方程，干燥绝热层的垂直下降率，用d表示：上升时温度下降值与干燥空气上升高度之比。T2 T

11、0- d(Z-Z0)，其中：(Z-Z0)上升高度差；T2到达高度z的干燥空气的温度；Z0 T0起始高度的温度。使用干绝热下降率，我们得到：注意：原因：气温的垂直下降率意味着气温随着远离地面而变得越来越少的热量。1/100米，异同，干绝热垂直下降率，空气温度垂直下降率，干绝热垂直下降率是指干空气在绝热上升或下降运动过程中由于空气块本身的作用而引起的温度变化，而大气稳定性是指气体层的稳定性。空气的稳定性受到密度分层和温度分层的限制。1.3大气稳定性，对污染物在大气中的扩散有很大影响。大气越不稳定，污染物的扩散速度就越快。相反，越慢。一团空气在某种外力的作用下上下运动，当它运动到某个位置时，外力就消

12、失了。此后，气团的运动可能有三种情况：气团继续加速向前运动，此时的大气称为不稳定大气；气团以恒定的速度运动，不加速或减速，或者倾向于停留在外力消除的位置。此时的大气称为中性大气；气团逐渐减速，并趋向于回到其初始高度。此时的大气称为稳定大气。判断方法：如果d表示大气稳定；如果d表示大气不稳定；如果d表示大气处于平衡状态。一般来说，大气垂直下降速率越大，气块越不稳定；相反，空气块越稳定。空气的机械运动，如风和湍流、大气稳定度、天气形势和地理地形引起的逆温现象、污染源本身的特性，1.4影响大气污染物迁移的因素，以及污染物在大气中的扩散取决于三个因素：风可以使污染物向下扩散；湍流可以向各个方向扩散污染

13、物；浓度梯度会导致污染物的大量扩散。其中风和湍流起主导作用。(a)当没有湍流时，烟团仅依靠分子扩散使烟长变大，烟团的扩散速率很慢，比湍流扩散小56个数量级；由于烟团的边缘受到小湍流涡旋的扰动，它逐渐与周围空气混合，并缓慢膨胀，其浓度逐渐降低，因此烟流几乎是直向顺风方向移动；烟团在接近其尺度的湍流旋涡中扩散。在湍流涡的作用下，烟团迅速撕裂，大幅度变形，截面迅速扩大，扩散迅速，烟流呈小摆动曲线顺风移动；烟团扩散到大气越不稳定，污染物的扩散速度就越快。相反，越慢。当地面附近的大气处于不稳定状态时，由于高空气温低、密度高，而低空气温高、密度小，两者之间的密度差导致垂直方向的强对流，使得烟气流动迅速扩散

14、。当大气处于稳定的逆温层化状态时，会抑制空气的上下扩散，从而使排放到大气中的各种污染物在某些区域积累。当污染物浓度增加到一定程度并长期停留在局部地区时，可能会造成空气污染。不同稳定性下烟气流动的扩散模式。(1)波型出现在不稳定的大气中。大气湍流强烈，烟流以波浪的形式上下左右猛烈地向下风处输送，多发生在阳光充足的晴天。污染物随大气运动向四面八方迅速扩散，地面浓度高，最大浓度点靠近排放源。大气污染物浓度随着距离排放源的距离而迅速降低，这对排放源附近的居民是有害的。(2)锥形，大气处于中性或弱稳定状态。烟气流动的扩散能力弱于波型。在离开排放源一定距离后，烟流沿基本水平的轴线呈圆锥形扩散，阴天和大风经

15、常在夜间出现。大气污染物的输送距离远，落地浓度低于波浪型。(3)带状，出现在逆温层结的稳定大气中。大气中几乎没有湍流，烟流在垂直方向上的扩散速度很小，其厚度在漂移方向上基本不变，像一条又长又直的带，但在水平方向上呈扇形缓慢扩散，也称为扇形，多发生在弱风和阳光充足的夜晚和早晨。由于逆温层的存在，污染物不容易扩散和稀释，但它们被输送到很远的地方。如果排放源低，则地面附近的污染物浓度高，当被高大的障碍物阻挡时，污染物会在该区域积累，造成污染。如果排放源很高，近距离很难在地面形成污染。(4)爬升型，一定高度的大气上部处于不稳定状态，而下部处于稳定状态。如果排放源位于此高度，烟流下侧的边界清晰而直，烟流

16、向上扩散形成脊形，因此也称为脊形。这种烟云大多在日落前后出现在地面附近，并伴有辐射逆温层，但在高空冷空气的影响下，它仍在不断减少层结。因为污染物只是向上扩散，而不是向下扩散，所以地面上的污染物浓度很小。(5)烟雾型，与爬升型相反，一定高度的大气上部处于稳定状态，而下部处于不稳定状态。如果排放源在这个高度附近，上逆温层就像一个盖子，抑制了烟流的向上扩散，而下部的湍流扩散更强，也称为扩散烟云。这种烟云往往在日出后的短时间内出现，当近地表层的大气辐射逆温消失时，此时地表的逆温自下而上已经逐渐被破坏，并且在一定高度以上仍保持逆温。这种烟雾迅速扩散到地面，排放源附近的污染物浓度很高，地面污染最为严重。天气形势是指大气压力在大范围内的分布，某些地区的气象条件总是受到天气形势的影响。不利的天气条件和地