神马文学网环境科学—3—大气污染与防治
来源：百度文库 编辑：神马文学网 时间：2024/04/28 22:52:14
大气污染及其控制技术
1、大气概述
2、大气污染
3、影响污染物在大气中扩散的气象因素
4、大气污染控制技术 1、大气概述1.1 大气环境结构：
1）大气圈：在自然地理学上，把由于地心引力而随地球旋转的大气层。
2）大气圈中的空气分布是不均匀的，海平面上的空气空气密度最大，近地层的空气密度随高度上升而逐渐 减少。
3）温度随大气高度的变化是地球大气最显著的特征，常用气温的垂直递减率r来表示。
4）r也被称为气温直减率或气温铅直梯度。当气温随调试升高而降低时，r>0；反之，r<0。
4）大气的垂直分层： a. 对流层：大气圈的最低一层，厚度随纬度和季节而变体，平均为12km。主要特征有：
①一般情况下，温度随高度增加而递减，平均上升100m降温0.65℃（即气温直减率）；
②大气对流运动强烈,云、雾、雨、雪等主要天气现象都发生在这一层；
③受地面状况和人为活动影响最为显著, 大气的温度、湿度等气象要 素水平分布差异大, 从而形成不同的大气环境和产生各种大气污染现象。b. 平流层：从对流层顶到50km左右这一层称为平流层。主要特征有：
①温度先随高度升高缓慢升高,从30－35km起,温度随高度增加升温迅速；
②大气多为平流运动, 整个大气层比较平稳；
③水汽和尘埃的含量很少,云也很少。在对流层顶以上臭氧量开始增加，至22－25km附近臭氧浓度达极大值,然后减少,到5Okm处臭氧量就极微了，因此主要的臭氧带包含在平流层内。c.中间层：自 50Km 到 85km 左右这一层称为中间层。中间层的温度随高度迅速降低，顶界温度下降至约-100℃附近时 , 再次出现空气的对流运动。
d.电离层：从中间层顶至 800km 高度这一层称为电离层。此层的温度随高度迅速升高，大气处于高度电离状态,具有反射无线电波的能力 , 故有电离层之称。e.散逸层：高度 800km 以上的大气层, 统称为散逸层。它是大气向星际空间的过渡带。此层空气极其稀薄, 气温很高, 并随高度增加而继续升高。地球引力作用小, 空气质点经常散逸至星际空间。
电离层和散逸层也称为非均质层 , 在此以外就是宇宙空间。 1.2 大气的组成：
自然状态下的大气由于干燥清洁的空气、水蒸汽和悬浮微粒三部分组成。从表中可知：
• 在 85km 以上的大气中, 主要成分仍然是氮和氧；
• 大气中的二氧化碳、水汽、微量有害气体和固体杂质的含量是变化的；
• 臭氧是由氧分子离解为氧原子, 氧原子再与另外的氧分子结合而成的一种无色气体；
• 水汽主要来自海洋和地面水的蒸发与植物蒸腾；
• 大气中除气体成分外, 还有很多液体、固体杂质和微粒。 1.3 环境空气质量标准：
根据《环境空气质量标准》 (GB3095-1996)，环境空气质量功能分为三个类型区 :
一类区为自然保护区、风景名胜区和其他需要特殊保护的地区;
二类区为城镇规划中确定的居住区、商业交通居民混合区、文化区、一般工业区和农村地区;
三类区为特定工业区。
同时将环境空气质量标准分为三级 ,一类区执行一级标准, 二类区执行二级标准, 三类区执行三级标准。
具体的标准值如表3-2所示。 2、大气污染
2.1 大气污染含义：
1）含义：
大气污染是指由于人类活动和自然过程引起某种进入大气层的污染物的含量超过环境所能允许的极限, 使
大气 质量恶化, 从而危害生物的生活环境, 影响人类健康 , 给正常的工农业生产带来不良后果的现象。
2）分类：
a. 根据大气污染影响所及的范围可分为四类：局部性污染、地区性污染、广域性污染和全球性污染；
b. 根据能源性质和大气污染的组成和反应分：煤炭型、石油型、混合型和特殊型污染；
c. 根据污染物的化学性质及其存在的大气状况分：还原型和氧化型污染。3）造成大气污染的原因：人类活动和过程，其中形成过程如下图。 2.2 大气污染源：
1）自然源：火山喷发、森林火灾、土壤风华等自然原因产生的沙尘、二氧化硫、一氧化碳等；
2）人工源：指任何向大气排放一次污染物的工厂、设备、车辆或行为等，如下图所示。 2.3 大气污染物：
以各种形式进入大气层, 并有可能对人类、生物、材料以及整个大气环境构成危害或带来不利影响的物质称为
大气污染物。 2.4 大气污染物的物理状态：大气污染物以气体形式和气溶胶形式存在, 其中气体形式约占 90%（体积分数）, 气溶胶形式约占10%（体积分数）。
1）气体形式污染物：
气体形式污染物是指在常温常压下以气体形式分散在大气中的污染物质。常见的气态污染物有: 一氧化碳、氮
氧化物、氯气、氯化氢、氟化氢、臭氧等。它们的运动速度较快 , 扩散快、易受气流影响。2）气溶胶形式污染物（P192）：
任何固态或液态物质当以小的颗粒物形式分散在气流或大气中时都叫做气溶胶。各种气溶胶颗粒的粒度范
围大体在0.0002－500μm之间。
凡粒径在10μm以上,受重力作用很快沉降到地面上的称为降尘;
凡粒径在10 μm 以下,能长期飘浮在大气中的气溶胶粒子叫飘尘。
气溶胶按其形成的方式方法不同又可分为:
分散性气溶胶、凝聚性气溶胶以及化学反应性气溶胶。我们常见的雾、烟、粉尘和烟雾,便是不同形式的气溶胶。 2.5 大气污染物的类别：
大气中的污染物可分为一次污染物和二次污染物两类,如表所示。
表 3-5 大气中的一次和二次污染物
大气一次污染物是指直接从各类污染源排出进入大气的各种物质, 如气体、蒸汽及尘埃。常见的
有碳氢化合物 (HC)、一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)、硫氧化物(SOx)和微粒物质(Particulates)等。
一次污染物又可以分为反应性污染物和非反应性污染物两类。
2) 大气二次污染物：
大气二次污染物由进入大气的一次污染物互相作用或与大气正常组分经过一系列的化学反应生成
的, 以及在太阳辐射线的参与下引起光化学反应而产生的新的污染物。常见的有: 臭氧、过氧化乙酰
硝酸醋(PAN)、硫酸及硫酸盐气溶胶（硫酸烟雾）、硝酸及硝酸盐气溶胶等。
2.6 主要大气污染物简介：2.6.1 颗粒污染物：
直径约 0.0002－500μm之间的颗粒污染物。
1）尘粒：一般是指粒径大于75μm的颗粒物。
2）粉尘：一般是指粒径小于75μm的颗粒物。粒径大于10μm，靠重力作用能在短时间内沉降到地面者,称为降
尘；粒径小于沉降10μm，能长期在大气中飘浮着的,称为飘尘。
3）烟尘：一般是指粒径小于1μm的固体颗粒。它包括烟气和烟雾。
4）雾尘：是小彼体微粒悬浮于大气中的悬浮物总称,其粒子粒径小于100μm。
5）煤尘：一般是指粒径大约在1－20μm的粉尘。 所有的颗粒污染物约有90% 来自天然源,人为源主要与燃烧、工业生产过程以及由于建筑活动而引起的地面干
扰有关。
其中,最重要的是粉尘污染物。粉尘的成分和理化性质是对人体危害的主要因素。例如吸入含有游离二氧化硅
的粉尘后,在肺内沉积,能引起纤维性病变,使肺组织逐渐硬化, 严重损害呼吸功能, 发生"砂肺"病。
粉尘的粒径大小是危害人体健康的另一重要因素,它主要表现在两个方面：
1) 粒径愈小,愈不易沉降,长时间飘浮在大气中容易被吸人体内,且容易深入肺部。
2) 粒径愈小,粉尘比表面积愈大,物理、化学活性愈高,加剧了生理效应的发生与发展。 2.6.2 硫氧化合物（P191）：
硫氧化合物主要是指 SO2 和 SO3。 硫以多种形式进入大气 , 特别作为 SO2和上H2S 气体进入大气 , 但
也有以亚硫酸、硫酸以及硫酸盐微粒形式进入大气的。
整个大气中的硫约有三分之二来自天然源, 其中以细菌活动产生的硫化氢最为重要。
SO2 是一种无色的中等强度刺激性气体。在低浓度下, 主要影响呼吸道。含量较高时, 造成支气管炎、哮
喘病, 严重的可以引起肺气肿, 甚至致人于死亡。 2.6.3 氮氧化合物：
NOx种类很多,它是 NO、N20、 N02、N203、N204、N205 等的总称。造成大气污染的NOx,主要是一氧化氮
(NO)和二氧化氮(N02)。
N02是红棕色气体,对呼吸器官有强烈刺激,能引起急性哮喘病。在大气环境中,N02除与碳氢化合物反应生
成光化学烟雾外,同时也能与S02、CO等污染物并存,在这种情况下将加剧 N02的危害性。 2.6.4 碳氧化合物（P189）：
大气中的碳氧化物主要是CO和CO2。CO是大气的主要污染物之一。
CO又称“煤气”,是一种无色、无臭、有毒的气体。它是某些过程包括含碳物质不完全燃烧的产物。天然源相
对比较少,主要的人为源为内燃机。
CO2一般不作为污染物来考虑,因为它是生命过程中的一种基本物质, 无论什么时候在氧存在的情况下燃料
完全燃烧都可以产生CO2植物和动物是CO2的天然源,它们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。但是现今它们的消耗量已经无法和人为产生的CO2增加速率相平衡,因此全球CO2含量通常在增加。 2.6.5 碳氢化合物：
大气中的碳氢化合物 (HC) 通常是指 C1－C8可挥发性的所有碳氢化合物。
自然界中的碳氢化合物, 主要是由生物的分解作用产生的。人为的碳氢化合物的来源有二, 即不完全
的燃烧和有机化合物的蒸发。城市空气中的碳氢化合物能生成有害的光化学烟雾。 2.6.6 臭氧：
O3有特殊的臭味, 是已知的仅次于氟 (F2) 的最强氧化剂。
O3的质量浓度在0.214mg/m3时,呼吸2h将使肺活量减少20%;质量浓度在0.623mg/m3时,对鼻子和脑部有刺激;质量浓度达1－4.29mg/m3时,呼吸1－2h后,眼和呼吸器官发干,有急性烧灼感,头痛, 中枢神经发生障碍,时间再长,思维还会紊乱。 2.6.7 多环芳烃：
多环芳烃 (PAH) 系指多环结构的碳氢化合物, 其种类很多,如芘、蒽、菲、萤蒽、苯并蒽、苯并[b]萤蒽及苯并
[a]芘等。这类物质大多数有致癌作用, 其中苯并[a]应是国际上公认的致癌能力很强的物质, 并作为计量大气 PAH
污染的依据。
城市大气中的苯并[a]芘主要来自煤、油等燃料的不完全燃烧, 以及机动车的排气。大气中的苯并 [a] 芘主要通
过呼吸道侵入肺部, 并引起肺癌。实测数据说明, 肺癌与大气污染、苯并[a] 芘含量的相关性是显著的, 从世界范
围来看, 城市肺癌死亡率约比农村高2倍, 有的城市高达9倍。 2.7 大气污染的危害：
1）大气污染对人体的影响：分急性和慢性两方面。2）大气污染对植物的影响：
在高浓度污染物影响下产生急性危害，使植物叶表面产生伤斑 (或称坏死斑), 或者直接使植物叶片枯萎
脱落；在低浓度污染物长期影响下产生慢性危害, 使植物叶片退绿，或产生所谓不可见危害, 即植物外表不出
现受害症状, 但生理机能受到影响, 造成植物生长减弱,降低对病虫害的抵抗能力。
而有时候大气污染对植物的危害, 往往是两种以上气体污染物造成的。两种或多种污染物所造成的危害称
复合危害。某些污染物共同作用时, 有所谓增效或协同作用。 3）大气污染对器物的损害：
大气污染物对器物的损害包括站污性损害和化学损害两个方面 :
a. 玷污性损害是尘、烟等粒子落在器物表面造成的 ,有的可以通过清扫冲洗除去, 有的很难除去。
b. 化学性损害是由于污染物的化学作用, 使器物腐蚀变质。如二氧化硫及其生成的酸雾、酸滴等 , 能使金
属表面产生严重的腐蚀, 使纸品、纺织品、皮革制品等腐蚀破碎, 使金属涂料变质, 降低其保护效能等。
4） 大气污染对全球大气环境的影响:
大气污染对全球大气环境的影响目前已明显表现在3个方面: 臭氧层破坏、酸雨及全球变暖。这些问题如不及
时控制, 将对整个地球造成灾难性的危害。 3 影响污染物在大气中扩散的气象因素
3.1 风对大气污染扩散的影响(P201)：
空气的水平运动就叫风。表示气流的物理量，有风速、风向。
风对大气污染扩散的影响包括风向和风速两方面：
1）风向影响着污染物的扩散方向，决定着污染物排放后所遵循的路径；
2）风速常用风压表示，在气象服务中，常用风力等级（分十三级）表示风速大小。风速大小不仅决定着污
染物的扩散和稀释的速度，还影响着污染物输送距离。 通常采用频率和污染系数来表示风向和风速对空气污染物扩散的影响：
1）风向频率，就是指某方向的风占全年各风向总和的百分率。
2）污染系数表示风向、风速联合作用对空气污染物的扩散影响。计算公式：
污染系数＝风向频率/该风向的平均风速。
显然，不同方向的污染系数不尽相同，某方向污染系数的大小正好表示该方向空气污染的轻重不同。 3.2 湍流对大气污染扩散的影响：
大气中各种不同尺度的湍涡的无规则运动造成了液体各部分之间的强烈混合，从而使污染物质从
高浓度区向低浓度区输送，最终使得污染物逐渐被分散、稀释，这样的过程就称为湍流扩散过程。
湍流运动是在一种比较简单的平均运动上叠加的不规则的脉动运动。风脉动包括风向和风速的脉
动，是湍流运动的表现形式，它的强弱直接与湍流运动的强弱相联系。 3.3 温度层结对大气污染扩散的影响：
1）温度层结：指大气温度随高度而变化的情况，即大气温度的垂直分布，它决定着大气的稳定度。
而大气的稳定度又影响湍流强度，因而温度层结与大气污染状况密切相关。
2）气温垂直递减率（r）：指在垂直方向上每升高100m气温的变化值。在整个对流层内，r的平均值为0.65℃/100m，而且r随时随地变化的。a. 当r＞0时，气温随高度增加而下降, 空气形成上下对流, 随之湍流发展,对污染物扩散有利,r越大,对流赶
快,污染物扩散越快。
b. 当r=0时,温度随高度不变,形成等温层,空气没有垂直运动,大气较稳定,不利于污染物的扩散和稀释。
c. 当r<0时,大气层的温度分布与标准大气情况下气温分布相反,形成“逆温层”,由于气温随高度增加而增加,
空气的对流和湍流运动将被抑制,污染物极难扩散。 3.4 逆温层的形成及其对扩散的影响：
由于气象条件不同,当气温垂直递减率小于零时,大气层的温度分布与标准情况下气温分布相反,称为逆温。
1）辐射逆温：
例如在经过一个寒冷而晴朗的夜晚后, 次日早晨地表就会出现逆温现象。这是因为在夜里地表将热量
辐射到空间后变冷了。
2）下沉逆温：
指由于空气的下沉压缩增温作用而形成的逆温。一般出现在高气压区里, 范围广,厚度大。在副热带,
反气旋(即高气压)是半永久性的,大范围的下沉逆温对广大地区的近地层混合层形成一个非常严密的盖子,使
地面污染物浓度增大。3）地形逆温：
是由于局部地区的地形造成的。例如盆地和谷地的逆温, 山脉背风侧的逆温,都属于地形逆温。
4）平流逆温：
当暖空气流到冷的下垫面上,使近地面空气因接触冷却作用而形成的逆温。平流逆温的强弱,主要取决于
暖空气和冷地面的温差, 温差越大,逆温越强。
5）锋面逆温：
是由大气中冷暖空气团相遇形成的一个倾斜的过渡层(称为锋面),较暖空气总是位于较冷空气之上而形
成的逆温。锋面是一个倾斜的界面,自地面向上延伸到大气里,总是向冷空气一侧倾斜,所以锋面逆温只能在
冷空气区域里观测到。 世界上一些严重的大气污染事件多与逆温存在有关。
如美国洛杉矶的光化学烟雾的发生除了它的盆地地形以外,还与它的特定地理位置经常有强的逆温有关。
洛杉矶处于副热带纬度的美国西海岸, 位于北太平洋副热带高压东侧,强烈的下沉作用, 一年差不
多有300d左右会出现下沉逆温,加上沿岸又有冷洋流经过,流经其上的空气由于受冷洋流的影响, 低层接
触冷却,所以气层特别稳定,这就是为什么洛杉矶多严重烟雾的一个很重要的气象原因。 3.5 气温干绝热垂直递减率：
在物理上,如一系统在与周围物体没有热量交换而进行状态变化时,称为绝热变化。状态变化所经历的过程
称为绝热过程。
在大气中,作垂直运动的气团其状态变化接近于绝热变化。
理论和实践都证明,一个干燥的气团(或未饱和的湿空气团 )在大气中绝热垂直上升(或下降)l00m时,其温度
降低(或升高)的数值就称为气温干绝热垂直递减率, 以rd表示,通常rd≈1℃/l00m表示。这就是说,在干绝热过
程中,气团每上升l00m,温度约降低1℃。 注意：r(气温垂直递减率)与rd的含义是完全不同的。rd是干空气团在绝热上升过程中气团本身的递减率,
它近似为常数；而r是表示环境大气的温度随高度的分布情况,在大气中随地一气系统之间热量交换的变化，
r可以有不同的数值, 即可以大于、小于或等于rd。因此, 比较rd和r的大小，就可以判断大气层结的性质。 3.6 大气稳定度对大气污染扩散的影响:
大气稳定度是指整层空气的稳定程度。它是用来描述环境大气层结对于在其中作垂直运动的气团起什么
影响的一种热力性质。
1)当r>rd时，气团加速度大于零，气团在垂直方向上的运动被加强, 此时大气是不稳定的。
2)当r=rd时，气团加速度为零，气团可平衡在任意位置 , 此时大气是呈中性的。
3)当r 而且，r越大，大气越不稳定；rd越小，大气越稳定。如果r很小, 甚至等于零(等温)或小于零(逆温), 那将
是对流发展的障碍。所以大气污染中, 常将逆温、等温和r很小的气层称为阻挡层。 3.7 大气稳定度与烟型： 表3-8 烟流型气象与地面污染浓度关系
这种情况出现在不稳定条件下。此时流场中较大尺度的湍涡活动相当活跃, 扩散十分迅速 , 于是可见浓烟滚滚,
在污染源附近浓度较大, 但能很快扩散。这种情况多见于晴天中午前后。夏季晴天出现时间更长更典型。
(2) 锥型：
这种情况出现在近中性条件下。此时, 漏流强度比平展型大, 但比不稳定时要小。这种扩散一般是烈风和云天的
特征。
(3) 扇形(平展型)：
这种情形出现在稳定条件下。此时, 端流受到抑制, 特别是铅直湍流交换十分微弱, 烟流在铅直方向的伸展很小,
像扁平的飘带伸向远方。烟流在水平方向是缓慢弯曲偏转的, 从长时间来看, 会造成有效的侧向扩散。 (4) 屋脊型(上升型)：
温度层结与漫烟型相反, 逆温层处在烟囱高度以下 烟囱高度以上不稳定, 因而烟云主要向上扩散, 使地面层
比较清洁。这种烟羽一般出现在日落后一个短时间内。日落后地面辐射降温, 并自下而上逐渐形成逆温, 在烟
囱高度以上仍保持递减状态, 所以烟云不向下方扩散。
(5) 熏烟型(熏蒸型)：
日出以后, 由于地面增温, 低层空气被加热, 其结果自下而上地逐渐破坏了夜间形成的逆温。但此时气温的
垂直分布虽然下部已变成递减, 而上部仍保持着逆温状态, 便出现了这种烟型。此时一般风力较弱, 由于烟气
不能向上方扩散, 只能向下方扩散, 因此导致地面浓度上升, 往往形成 近地面污染危害。 3.8 降水对大气污染扩散的影响：
由于雨雪等各种形式降水的作用而使污染物从大气中清除到地表的过程, 称为降水清除或降水洗脱过程。降水净化大气的作用包含两个方面：
1) 许多污染微粒物质充当了降水凝结核, 然后随降水起降落到地面；
2) 在雨滴下降过程中碰撞、捕获了一部分颗粒物。两者既发生在云中, 也发生在云下降水下落过程中。通常称
云中的清除过程为“雨除”或“雪除”, 降水下落过程中的清除过程为“冲洗”。这种冲洗清除过程实际上比雨除要有效
得多, 其效率和速率取决于降水速率、雨滴大小以及它们和污染物携带的电荷。 3.9 雾对大气污染物扩散的影响：
雾像一顶盖子, 会使空气污染状况加剧。城市车辆的增多、城市建设的加快以及不合理清扫都会引起
城市里粉尘增多, 粉尘悬浮在空中落不下来, 形成了悬浮物, 为雾的形成提供充分的条件。而光化学烟雾
就是雾的一种。在重污染的城市中, 清朗的夏季, 在强日光、低风速和低温度都具备的条件下, 就极易形
成光化学烟雾。 3.10 混合高度对扩散的影响：
混合层高度实质上是表征污染物在垂直方向被热力端流稀释的范围, 即低层空气热力对流与漏流所能
达到的高度。
混合层高度随时随地变化。在一天中, 早晨的混合层高度一般较低, 表明早晨铅直稀释能力较弱; 下
午的混合层高度达最高值, 意味着午后铅直稀释能力最强。这是因为日出以后, 地面受热后对流发展, 垂
直混合的高度升高, 地面排放的污染物可以在较大的空间范围内扩散, 对降低地面污染浓度十分有利。 3.11 通风系数对扩散的影响：
通常为了表示午后扩散能力的强弱, 定义混合层高度和混合层平均风速的乘积为水平通风系数（即通
风量）。显然，水平通风系数越大, 扩散越快。水平通风系数代表了混合层内空气的输送速率。
3.12 气压对扩散的影响：
当高气压控制一个地区时,天气晴朗,风小,空气比较静稳, 扩散缓慢; 高气压内有大范围的空气下沉运
动, 往往在几百米到1－2km的高度上形成下沉逆温。逆温层像个盖子似地阻止污染物向上扩散。
如果加上不利的地形条件,往往会导致严重的污染事件。伦敦烟雾事件的出现,就是因为有停滞的反气旋控制。 3.13 下垫面对扩散的影响：
下垫面对扩散的影响是通过改变气流和影响气象条件来实现的。其影响方式有两种 :
1) 动力作用。如粗糙度增加机械端流, 地形可改变局地流场和气流路径等，从而改变污染物的扩散
稀释条件。
2) 热力作用。由于下垫面性质不同或地形起伏,使得受热、散热不均匀，从而引起温度场和风场的变
化, 进而影响污染物的扩散。 ⑴ 山谷地形的影响：
在山谷地区，由于局地性加热、冷却的差异，白天气流顺坡、顺谷上升, 形成上坡风和谷风, 晚间气流顺
坡、顺谷而下, 形成下坡风和山风。 (2) 大型局部水体的影响：
由于海陆面的热导率和热容量差异，常出现海陆风。白天，地面风从水面吹向陆地，称海风。晚间，风从陆地吹向海洋，称陆风。 (3) 城市效应：
城市粗糙面的动力效应城市的建筑加大了地面的粗糙程度，使风速减小，从而减小了扩散率。
城市风由于城市热岛的存在，使得城市上空经常具有不稳定的温度层结，即下暖上冷。
在郊区农村，日落以后地面强烈冷却，近地层空气也随即降温，很快产生逆温现象；但在城市中，逆
温通常要在午夜以后才出现，发生频率也比郊区低。
因此，总的来看，城市空气的不稳定度增大, 污染物在城市边界层中的扩散比较强烈。这在冬季晴夜
尤其明显。同时, 还由于热岛中心暖而轻的空气上升,周围郊区冷而重的空气下沉, 从而在城市与郊区之间
形成一个热岛环流。 3.14 空气污染事故日与污染指数：
1）一般，如果一个地区连续几天低混合高度、低风速和无雨，就有可能发生空气污染。
2）发生“事故日”的条件大致是：持续2天混合高度小于1500m，风速4m/s和无大雨。
3） “事故日”的多少可以表示大气污染的可能性。
4）污染指数：概括风、大气稳定性、降水及混合高度等气象因素污染物扩散的共同作用。
5）计算公式：Id=sp/vh
式中： Id－d方向上的污染指数；s－大气的稳定性；v－风速；h－混合高度；p－降水。
6）Id越大，说明d方向下侧的污染越重；若Id≦0.8时，为洁净型大气，即该地区不易发生空气污染事
故，可作为工业区。 4 大气污染控制技术
4.1 大气污染防治技术：
1）运用法律的手段限制和控制污染物排放数量和扩散影响范围；
2）运用技术手段(包括各种人为的技术途经和技术措施)减少或防止污染物的排放, 治理排出的污染物,
合理利用环境的自净能力, 从而达到保护环境的目的。 4.2 合理利用环境自净作用的技术措施：
环境对大气污染物有一定的自净能力。合理利用环境的自净作用是大气污染防治技术的一项重要内容。
通过合理工业布局、选择有利于污染物扩散的排放方式及发展绿色植物, 可以对环境污染物产生有效
的自净作用。
4.3 控制大气污染的基本原则和措施：
控制污染源是控制大气污染的关键所在。控制大气污染应以合理利用资源为基点, 以预防为主、防治
结合、标本兼治为原则。
通过改善能源结构, 对燃料进行预处理和改革工艺设备, 改善燃烧过程, 采用集中供热和联片供暖,
综合防治汽车尾气及扬尘污染等措施, 可以有效地控制大气污染。 4.4 空气污染控制系统：
1）空气污染的根源是排放源。同排放源相联的是源控制。
2）源控制是指利用净化设备或源自身处理过程来减少污染源排放到大气中的污染物数量。
3）污染物经源控制设备出来后进入大气中, 被大气稀释、迁移、扩散和化学转化。随后污染物就被监测器或
人、动植物或材料所感应, 发出反馈信息, 对污染源进行自动控制或公众施加压力经过立法再进行控制。 4.5 大气污染控制技术：
对排气施以某种工艺性方法 , 使污染物以有用物质形态得以回收或将其转为无害状态：
l) 改变生产过程中所用的原材料以避免或减少污染物生成；
2) 改变生产工艺条件以减少排气或排污；
3) 稀释排放。
在对污染源的治理中, 除尘技术常用干法(多为物理法)；净气技术常湿法(多为化学法)。对于组成复杂
的废气，常需要将几种方法组合使用，才能达到深度去污的目的。 4.6 烟尘控制技术：
从废气中除去或收集固态或液态粒子的设备，称为除尘（集尘）装置，即除尘（集尘）器。
（1） 除尘装置的技术性能指标：
1）烟尘的浓度表示。根据含尘气体中含尘量的大小, 烟尘浓度可表示以下两种形式:
a. 烟尘的个数浓度。单位气体体积中所含烟尘颗粒的个数, 称为个数浓度。单位为个/cm3, 在粉尘浓度极低时
用此单位。
b. 烟尘的质量浓度。每单位标准体积含尘气体中悬浮的烟尘质量数, 称为质量浓度, 单位为g/m3。 2）除尘装置的处理量：涂尘装置在单位时间内所能处理烟尘量的大小, 用标准状态下的体积流量表示, 单位
为 m3/h、m3/s。
3）除尘装置的效率：是表示装置捕集粉尘效果的重要指标, 也是选择、评价装置的最主要参数。
a. 除尘装置的总效率(除尘效率)：是指在同一时间内 ,由除尘装置除下的粉尘量与进入除尘装置的粉尘量的
百分比。
总效率所反映的实际上是装置净化程度的平均值, 它是评定装置性能的重要技术指标。
除尘装置的分级效率:是指装置对某一粒径d为中心, 粒径宽度为△d范围烟尘的去除效率。 b. 多级除尘效率：是指在实际应用的除尘系统中,为了提高除尘效率, 往往把两种或多种不同规格或不
同形式的除尘器串联使用, 这种多级净化系统的总数率称为多级除尘效率。
c. 除尘装置的通过率(除尘效果)：是指没有被除尘装置除下的烟尘量与除尘装置入口烟尘量的百分
比, 用符号s表示。
d. 除尘装置的压力损失：是表示除尘装置消耗能量大小的指标, 有时也称为压力降。压力损失的大小
用除尘装置进出口处气流的压力差来表示。 （2）除尘装置的分类：
除尘器种类繁多, 根据不同的原则, 可对除尘器进行不同的分类。
1) 依照除尘器除尘的主要机制可将其分为机械式除尘器、过滤式除尘器、湿式除尘器、静电除尘器等
四类；
2）根据在除尘过程中是否用水或其他液体可分为湿式除尘器、干式除尘器；
3) 根据除尘过程中的粒子分离原理, 除尘装置又可分为重力除尘装置、惯性方除尘装置、离心力除
尘装置、洗涤式除尘装置、过滤式除尘装置、电除尘装置、声波除尘装置。 4.7 气态污染物法理技术：
气态污染物种类繁多, 化学性质各异, 对其控制要视具体情况采用不同的方法。目前用于气态污染物控制
的主要方法有: 吸收法、吸附法、催化法、燃烧法、冷凝法等。
1）从排烟中去除S02的技术（烟气脱硫）：
排烟脱硫可分湿法和干法两种。用水或水溶液作吸收剂吸收烟气中S02的方法称为湿法脱硫。
用固体吸收剂或吸附剂吸收或吸附烟气中 S02 的方法, 称为干法脱硫。
此外, 根据工艺过程原理, 排烟脱硫方法又分为吸收法(湿法)、吸附法(干法)和氧化法(干法)等。 2）从排烟中去除氮氧化物的技术（烟气脱氮）：
目前烟气脱氮的方法有: 非选择性催化还原法;选择性催化还原法; 吸收法等。
3）氟化物的治理：
随着炼铝工业、磷肥工业、硅酸盐工业以及氟化学工业的发展氟化物的污染越来越严重。由于氟化物
易溶于水和碱性水溶液中，因此去除气在中的氟化物一般多采用湿法。但是湿法的工艺流程及设备较为复
杂。20世纪50年代出现了用于干法从烟气中回收氟化物的新工艺。
主要有两种方法：1）湿法净化含氟化物烟气；2）干法净化含氟化物烟气。氟化物的治理除上述方法外, 还有如下三种方法:
a. 先用水吸收, 然后再用石灰乳中和法。此法回收产物为氟化钙。
b. 用硫酸纳水溶液为吸收剂的吸收法。此法回收产物为氟化氢。
c. 用稀氟硅酸溶液吸收烟气中氟化氢和氟化硅法。此法回收产物为10%-25%(质量分数)的氟硅酸。 4) 汽车排气净化 :
汽车排气中的主要污染物有一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物、硫氧化物、铅化合物、苯并芘等。目前, 许多
国家已制定的汽车排气标准中, 都把一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化物作为主要污染物来控制。
a. 汽油机汽车排气的净化措施：
一般可分为燃烧前处理、机内净化和燃烧后的排气净化三个方面。
① 燃烧前处理, 其目的是从根本上控制和减少一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化物的生成。所采取的主要措施
是改质燃料、使用无铅汽油、改变空气－燃料的混合方式、增大空燃比以及选用无污染燃料等。 ② 机内净化：以改变内燃机的结构 , 控制或降低污染物的生成来治理排气的措施。
其具体办法基本上有两种: 一种是设计出燃料消耗低、振动轻、噪声小、输出功率高、无污染或少污染的
新型发动机; 另一种是在现有的内燃机上加装辅助装置。
③ 燃烧后排气净化：
在汽车底盘上安装催化净化器 , 与内燃机的排气系统连接在一起。从汽车发动机排出的一氧化碳、碳氢
化合物、氮氧化物等有害气体通过净化器的催化剂床层后, 便转换为无害的二氧化碳、氮和水。 汽车尾气的净化方法基本上有如下三种:
Ⅰ）一段净化法。又称催化氧化法。
Ⅱ）二段净化法。此法又称催化氧化一还原法。
Ⅲ）三元催化法。这种方法是采用能同时对一氧化
碳、氮氧化物和碳氢化合物都有催化作用的催化剂。 b. 柴油机汽车排气的净化措施：
也可分为燃烧前处理、机内净化和燃烧后的排气净化三个方面。由于柴油机是在过量空气下燃烧, 排气中
的一氧化碳和碳氢化合物较少, 氮氧化物和黑烟较多,所以对柴油机排气的控制应着眼于控制氮氧化物和黑烟
两类污染物。
柴油机的燃烧前处理, 主要是指选择低污染柴油或向柴油加入添加剂等调质处理。可作为柴油添加剂的有
如下三类:
① 金属盐料添加剂，主要指碱土金属和过渡金属的有机盐类。
② 非金属的无灰添加剂，主要指有机氮化物, 是含氮化合物与多种有机物混合而成的消烟剂。除含氮有
机化合物外。含磷、含氯元素的有机物质也可改善柴油燃烧冒黑烟。
③ 有机硅消烟剂: 分子式为 (SiCH2CH2COH)203,这种有机硅消烟剂通用于各种燃料油, 消烟效果比较明显。 性畸变机制的相关研究 1.TBT抑制神经内分泌因子的释放
软体动物神经系统兼有内分泌功能，脑神经节可以释放某些因子，它们直接或间接控制动物体内类固
醇激素的产生和代谢活动。正常情况下雌体内神经内分泌因子能控制雌激素产生，使雌性动物只发育
雌性生殖器官，抑制雄性器官的产生。当TBT在螺类脑神经节中大量积累后，就会扰乱神经内分泌的
正常活动，抑制这种神经内分泌因子的释放，导致雌性软体动物出现性畸变。Fe’ral.C等人的实验结
果在一定程度上支持这个假说。性畸变机制的相关研究 2. TBT抑制睾丸甾酮－硫络合物的形成性畸变是TBT抑制睾丸甾酮与硫的结合，造成I相代
谢物和排泄物的积累，进而激活了组织中的雄性激素所造成的。
3. TBT抑制细胞色素P450芳香化酶虽然对性畸变现象机理的解释还没有完全定论，但
多数人可以接受的解释为：正常个体中，较高含量的三丁基锡或许能竞争性地抑制细胞色素P450芳香
化酶的活性，由此阻止了雄烯二酮或睾丸甾酮向雌激素酮或雌二醇的转化，结果前者的量累积、升
高，导致体内激素水平失去平衡，诱发生理病变，到达一定程度便表现为性畸变现象。 思考题 －－分组讨论
1.哪些原因能导致温室效应? 温室效应的后果有哪些？如何扼制温室效应？（第一组 第5周二）
2.臭氧层对于地球上的生命有何意义？臭氧层破坏有哪些后果？采取什么措施减少臭氧层破坏所带来的危害？（第
二组 第5周二）3.土地退化和沙漠化的发生原因及其危害？中国土地退化和沙漠化的发生情况如何及其防治对策？（第三组第6周四）
4.废物质污染及转移产生的原因以及废物转移途径有哪些？如何防止此现象的发生？（第四组 第6周四）
5.森林的生态意义？中国森林面积减少的原因及其后果？采取什么措施保护并恢复中国森林?（第五组 第7周四）6.中国生物多样性的现状？中国生物多样性减少的产生原因、危害及其防治措施？（第6组 第7周四）
7.水资源对于人类的意义？水资源枯竭的现状及产生原因？如何缓解水资源枯竭的现状？（第7组 第9周二）
8.核污染的产生原因及其危害？如何减少核污染事件的发生？ （第8组 第9周二）
9.海洋污染的成因及其危害？中国海洋污染的现状及其防治措施？（第9组 第10周四）
10.噪音污染的产生原因及其危害？噪音减少的措施有哪些？（第10组 第10周四）
1、大气概述
2、大气污染
3、影响污染物在大气中扩散的气象因素
4、大气污染控制技术 1、大气概述1.1 大气环境结构：
1）大气圈：在自然地理学上，把由于地心引力而随地球旋转的大气层。
2）大气圈中的空气分布是不均匀的，海平面上的空气空气密度最大，近地层的空气密度随高度上升而逐渐 减少。
3）温度随大气高度的变化是地球大气最显著的特征，常用气温的垂直递减率r来表示。
4）r也被称为气温直减率或气温铅直梯度。当气温随调试升高而降低时，r>0；反之，r<0。
4）大气的垂直分层： a. 对流层：大气圈的最低一层，厚度随纬度和季节而变体，平均为12km。主要特征有：
①一般情况下，温度随高度增加而递减，平均上升100m降温0.65℃（即气温直减率）；
②大气对流运动强烈,云、雾、雨、雪等主要天气现象都发生在这一层；
③受地面状况和人为活动影响最为显著, 大气的温度、湿度等气象要 素水平分布差异大, 从而形成不同的大气环境和产生各种大气污染现象。b. 平流层：从对流层顶到50km左右这一层称为平流层。主要特征有：
①温度先随高度升高缓慢升高,从30－35km起,温度随高度增加升温迅速；
②大气多为平流运动, 整个大气层比较平稳；
③水汽和尘埃的含量很少,云也很少。在对流层顶以上臭氧量开始增加，至22－25km附近臭氧浓度达极大值,然后减少,到5Okm处臭氧量就极微了，因此主要的臭氧带包含在平流层内。c.中间层：自 50Km 到 85km 左右这一层称为中间层。中间层的温度随高度迅速降低，顶界温度下降至约-100℃附近时 , 再次出现空气的对流运动。
d.电离层：从中间层顶至 800km 高度这一层称为电离层。此层的温度随高度迅速升高，大气处于高度电离状态,具有反射无线电波的能力 , 故有电离层之称。e.散逸层：高度 800km 以上的大气层, 统称为散逸层。它是大气向星际空间的过渡带。此层空气极其稀薄, 气温很高, 并随高度增加而继续升高。地球引力作用小, 空气质点经常散逸至星际空间。
电离层和散逸层也称为非均质层 , 在此以外就是宇宙空间。 1.2 大气的组成：
自然状态下的大气由于干燥清洁的空气、水蒸汽和悬浮微粒三部分组成。从表中可知：
• 在 85km 以上的大气中, 主要成分仍然是氮和氧；
• 大气中的二氧化碳、水汽、微量有害气体和固体杂质的含量是变化的；
• 臭氧是由氧分子离解为氧原子, 氧原子再与另外的氧分子结合而成的一种无色气体；
• 水汽主要来自海洋和地面水的蒸发与植物蒸腾；
• 大气中除气体成分外, 还有很多液体、固体杂质和微粒。 1.3 环境空气质量标准：
根据《环境空气质量标准》 (GB3095-1996)，环境空气质量功能分为三个类型区 :
一类区为自然保护区、风景名胜区和其他需要特殊保护的地区;
二类区为城镇规划中确定的居住区、商业交通居民混合区、文化区、一般工业区和农村地区;
三类区为特定工业区。
同时将环境空气质量标准分为三级 ,一类区执行一级标准, 二类区执行二级标准, 三类区执行三级标准。
具体的标准值如表3-2所示。 2、大气污染
2.1 大气污染含义：
1）含义：
大气污染是指由于人类活动和自然过程引起某种进入大气层的污染物的含量超过环境所能允许的极限, 使
大气 质量恶化, 从而危害生物的生活环境, 影响人类健康 , 给正常的工农业生产带来不良后果的现象。
2）分类：
a. 根据大气污染影响所及的范围可分为四类：局部性污染、地区性污染、广域性污染和全球性污染；
b. 根据能源性质和大气污染的组成和反应分：煤炭型、石油型、混合型和特殊型污染；
c. 根据污染物的化学性质及其存在的大气状况分：还原型和氧化型污染。3）造成大气污染的原因：人类活动和过程，其中形成过程如下图。 2.2 大气污染源：
1）自然源：火山喷发、森林火灾、土壤风华等自然原因产生的沙尘、二氧化硫、一氧化碳等；
2）人工源：指任何向大气排放一次污染物的工厂、设备、车辆或行为等，如下图所示。 2.3 大气污染物：
以各种形式进入大气层, 并有可能对人类、生物、材料以及整个大气环境构成危害或带来不利影响的物质称为
大气污染物。 2.4 大气污染物的物理状态：大气污染物以气体形式和气溶胶形式存在, 其中气体形式约占 90%（体积分数）, 气溶胶形式约占10%（体积分数）。
1）气体形式污染物：
气体形式污染物是指在常温常压下以气体形式分散在大气中的污染物质。常见的气态污染物有: 一氧化碳、氮
氧化物、氯气、氯化氢、氟化氢、臭氧等。它们的运动速度较快 , 扩散快、易受气流影响。2）气溶胶形式污染物（P192）：
任何固态或液态物质当以小的颗粒物形式分散在气流或大气中时都叫做气溶胶。各种气溶胶颗粒的粒度范
围大体在0.0002－500μm之间。
凡粒径在10μm以上,受重力作用很快沉降到地面上的称为降尘;
凡粒径在10 μm 以下,能长期飘浮在大气中的气溶胶粒子叫飘尘。
气溶胶按其形成的方式方法不同又可分为:
分散性气溶胶、凝聚性气溶胶以及化学反应性气溶胶。我们常见的雾、烟、粉尘和烟雾,便是不同形式的气溶胶。 2.5 大气污染物的类别：
大气中的污染物可分为一次污染物和二次污染物两类,如表所示。
表 3-5 大气中的一次和二次污染物
大气一次污染物是指直接从各类污染源排出进入大气的各种物质, 如气体、蒸汽及尘埃。常见的
有碳氢化合物 (HC)、一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)、硫氧化物(SOx)和微粒物质(Particulates)等。
一次污染物又可以分为反应性污染物和非反应性污染物两类。
2) 大气二次污染物：
大气二次污染物由进入大气的一次污染物互相作用或与大气正常组分经过一系列的化学反应生成
的, 以及在太阳辐射线的参与下引起光化学反应而产生的新的污染物。常见的有: 臭氧、过氧化乙酰
硝酸醋(PAN)、硫酸及硫酸盐气溶胶（硫酸烟雾）、硝酸及硝酸盐气溶胶等。
2.6 主要大气污染物简介：2.6.1 颗粒污染物：
直径约 0.0002－500μm之间的颗粒污染物。
1）尘粒：一般是指粒径大于75μm的颗粒物。
2）粉尘：一般是指粒径小于75μm的颗粒物。粒径大于10μm，靠重力作用能在短时间内沉降到地面者,称为降
尘；粒径小于沉降10μm，能长期在大气中飘浮着的,称为飘尘。
3）烟尘：一般是指粒径小于1μm的固体颗粒。它包括烟气和烟雾。
4）雾尘：是小彼体微粒悬浮于大气中的悬浮物总称,其粒子粒径小于100μm。
5）煤尘：一般是指粒径大约在1－20μm的粉尘。 所有的颗粒污染物约有90% 来自天然源,人为源主要与燃烧、工业生产过程以及由于建筑活动而引起的地面干
扰有关。
其中,最重要的是粉尘污染物。粉尘的成分和理化性质是对人体危害的主要因素。例如吸入含有游离二氧化硅
的粉尘后,在肺内沉积,能引起纤维性病变,使肺组织逐渐硬化, 严重损害呼吸功能, 发生"砂肺"病。
粉尘的粒径大小是危害人体健康的另一重要因素,它主要表现在两个方面：
1) 粒径愈小,愈不易沉降,长时间飘浮在大气中容易被吸人体内,且容易深入肺部。
2) 粒径愈小,粉尘比表面积愈大,物理、化学活性愈高,加剧了生理效应的发生与发展。 2.6.2 硫氧化合物（P191）：
硫氧化合物主要是指 SO2 和 SO3。 硫以多种形式进入大气 , 特别作为 SO2和上H2S 气体进入大气 , 但
也有以亚硫酸、硫酸以及硫酸盐微粒形式进入大气的。
整个大气中的硫约有三分之二来自天然源, 其中以细菌活动产生的硫化氢最为重要。
SO2 是一种无色的中等强度刺激性气体。在低浓度下, 主要影响呼吸道。含量较高时, 造成支气管炎、哮
喘病, 严重的可以引起肺气肿, 甚至致人于死亡。 2.6.3 氮氧化合物：
NOx种类很多,它是 NO、N20、 N02、N203、N204、N205 等的总称。造成大气污染的NOx,主要是一氧化氮
(NO)和二氧化氮(N02)。
N02是红棕色气体,对呼吸器官有强烈刺激,能引起急性哮喘病。在大气环境中,N02除与碳氢化合物反应生
成光化学烟雾外,同时也能与S02、CO等污染物并存,在这种情况下将加剧 N02的危害性。 2.6.4 碳氧化合物（P189）：
大气中的碳氧化物主要是CO和CO2。CO是大气的主要污染物之一。
CO又称“煤气”,是一种无色、无臭、有毒的气体。它是某些过程包括含碳物质不完全燃烧的产物。天然源相
对比较少,主要的人为源为内燃机。
CO2一般不作为污染物来考虑,因为它是生命过程中的一种基本物质, 无论什么时候在氧存在的情况下燃料
完全燃烧都可以产生CO2植物和动物是CO2的天然源,它们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。但是现今它们的消耗量已经无法和人为产生的CO2增加速率相平衡,因此全球CO2含量通常在增加。 2.6.5 碳氢化合物：
大气中的碳氢化合物 (HC) 通常是指 C1－C8可挥发性的所有碳氢化合物。
自然界中的碳氢化合物, 主要是由生物的分解作用产生的。人为的碳氢化合物的来源有二, 即不完全
的燃烧和有机化合物的蒸发。城市空气中的碳氢化合物能生成有害的光化学烟雾。 2.6.6 臭氧：
O3有特殊的臭味, 是已知的仅次于氟 (F2) 的最强氧化剂。
O3的质量浓度在0.214mg/m3时,呼吸2h将使肺活量减少20%;质量浓度在0.623mg/m3时,对鼻子和脑部有刺激;质量浓度达1－4.29mg/m3时,呼吸1－2h后,眼和呼吸器官发干,有急性烧灼感,头痛, 中枢神经发生障碍,时间再长,思维还会紊乱。 2.6.7 多环芳烃：
多环芳烃 (PAH) 系指多环结构的碳氢化合物, 其种类很多,如芘、蒽、菲、萤蒽、苯并蒽、苯并[b]萤蒽及苯并
[a]芘等。这类物质大多数有致癌作用, 其中苯并[a]应是国际上公认的致癌能力很强的物质, 并作为计量大气 PAH
污染的依据。
城市大气中的苯并[a]芘主要来自煤、油等燃料的不完全燃烧, 以及机动车的排气。大气中的苯并 [a] 芘主要通
过呼吸道侵入肺部, 并引起肺癌。实测数据说明, 肺癌与大气污染、苯并[a] 芘含量的相关性是显著的, 从世界范
围来看, 城市肺癌死亡率约比农村高2倍, 有的城市高达9倍。 2.7 大气污染的危害：
1）大气污染对人体的影响：分急性和慢性两方面。2）大气污染对植物的影响：
在高浓度污染物影响下产生急性危害，使植物叶表面产生伤斑 (或称坏死斑), 或者直接使植物叶片枯萎
脱落；在低浓度污染物长期影响下产生慢性危害, 使植物叶片退绿，或产生所谓不可见危害, 即植物外表不出
现受害症状, 但生理机能受到影响, 造成植物生长减弱,降低对病虫害的抵抗能力。
而有时候大气污染对植物的危害, 往往是两种以上气体污染物造成的。两种或多种污染物所造成的危害称
复合危害。某些污染物共同作用时, 有所谓增效或协同作用。 3）大气污染对器物的损害：
大气污染物对器物的损害包括站污性损害和化学损害两个方面 :
a. 玷污性损害是尘、烟等粒子落在器物表面造成的 ,有的可以通过清扫冲洗除去, 有的很难除去。
b. 化学性损害是由于污染物的化学作用, 使器物腐蚀变质。如二氧化硫及其生成的酸雾、酸滴等 , 能使金
属表面产生严重的腐蚀, 使纸品、纺织品、皮革制品等腐蚀破碎, 使金属涂料变质, 降低其保护效能等。
4） 大气污染对全球大气环境的影响:
大气污染对全球大气环境的影响目前已明显表现在3个方面: 臭氧层破坏、酸雨及全球变暖。这些问题如不及
时控制, 将对整个地球造成灾难性的危害。 3 影响污染物在大气中扩散的气象因素
3.1 风对大气污染扩散的影响(P201)：
空气的水平运动就叫风。表示气流的物理量，有风速、风向。
风对大气污染扩散的影响包括风向和风速两方面：
1）风向影响着污染物的扩散方向，决定着污染物排放后所遵循的路径；
2）风速常用风压表示，在气象服务中，常用风力等级（分十三级）表示风速大小。风速大小不仅决定着污
染物的扩散和稀释的速度，还影响着污染物输送距离。 通常采用频率和污染系数来表示风向和风速对空气污染物扩散的影响：
1）风向频率，就是指某方向的风占全年各风向总和的百分率。
2）污染系数表示风向、风速联合作用对空气污染物的扩散影响。计算公式：
污染系数＝风向频率/该风向的平均风速。
显然，不同方向的污染系数不尽相同，某方向污染系数的大小正好表示该方向空气污染的轻重不同。 3.2 湍流对大气污染扩散的影响：
大气中各种不同尺度的湍涡的无规则运动造成了液体各部分之间的强烈混合，从而使污染物质从
高浓度区向低浓度区输送，最终使得污染物逐渐被分散、稀释，这样的过程就称为湍流扩散过程。
湍流运动是在一种比较简单的平均运动上叠加的不规则的脉动运动。风脉动包括风向和风速的脉
动，是湍流运动的表现形式，它的强弱直接与湍流运动的强弱相联系。 3.3 温度层结对大气污染扩散的影响：
1）温度层结：指大气温度随高度而变化的情况，即大气温度的垂直分布，它决定着大气的稳定度。
而大气的稳定度又影响湍流强度，因而温度层结与大气污染状况密切相关。
2）气温垂直递减率（r）：指在垂直方向上每升高100m气温的变化值。在整个对流层内，r的平均值为0.65℃/100m，而且r随时随地变化的。a. 当r＞0时，气温随高度增加而下降, 空气形成上下对流, 随之湍流发展,对污染物扩散有利,r越大,对流赶
快,污染物扩散越快。
b. 当r=0时,温度随高度不变,形成等温层,空气没有垂直运动,大气较稳定,不利于污染物的扩散和稀释。
c. 当r<0时,大气层的温度分布与标准大气情况下气温分布相反,形成“逆温层”,由于气温随高度增加而增加,
空气的对流和湍流运动将被抑制,污染物极难扩散。 3.4 逆温层的形成及其对扩散的影响：
由于气象条件不同,当气温垂直递减率小于零时,大气层的温度分布与标准情况下气温分布相反,称为逆温。
1）辐射逆温：
例如在经过一个寒冷而晴朗的夜晚后, 次日早晨地表就会出现逆温现象。这是因为在夜里地表将热量
辐射到空间后变冷了。
2）下沉逆温：
指由于空气的下沉压缩增温作用而形成的逆温。一般出现在高气压区里, 范围广,厚度大。在副热带,
反气旋(即高气压)是半永久性的,大范围的下沉逆温对广大地区的近地层混合层形成一个非常严密的盖子,使
地面污染物浓度增大。3）地形逆温：
是由于局部地区的地形造成的。例如盆地和谷地的逆温, 山脉背风侧的逆温,都属于地形逆温。
4）平流逆温：
当暖空气流到冷的下垫面上,使近地面空气因接触冷却作用而形成的逆温。平流逆温的强弱,主要取决于
暖空气和冷地面的温差, 温差越大,逆温越强。
5）锋面逆温：
是由大气中冷暖空气团相遇形成的一个倾斜的过渡层(称为锋面),较暖空气总是位于较冷空气之上而形
成的逆温。锋面是一个倾斜的界面,自地面向上延伸到大气里,总是向冷空气一侧倾斜,所以锋面逆温只能在
冷空气区域里观测到。 世界上一些严重的大气污染事件多与逆温存在有关。
如美国洛杉矶的光化学烟雾的发生除了它的盆地地形以外,还与它的特定地理位置经常有强的逆温有关。
洛杉矶处于副热带纬度的美国西海岸, 位于北太平洋副热带高压东侧,强烈的下沉作用, 一年差不
多有300d左右会出现下沉逆温,加上沿岸又有冷洋流经过,流经其上的空气由于受冷洋流的影响, 低层接
触冷却,所以气层特别稳定,这就是为什么洛杉矶多严重烟雾的一个很重要的气象原因。 3.5 气温干绝热垂直递减率：
在物理上,如一系统在与周围物体没有热量交换而进行状态变化时,称为绝热变化。状态变化所经历的过程
称为绝热过程。
在大气中,作垂直运动的气团其状态变化接近于绝热变化。
理论和实践都证明,一个干燥的气团(或未饱和的湿空气团 )在大气中绝热垂直上升(或下降)l00m时,其温度
降低(或升高)的数值就称为气温干绝热垂直递减率, 以rd表示,通常rd≈1℃/l00m表示。这就是说,在干绝热过
程中,气团每上升l00m,温度约降低1℃。 注意：r(气温垂直递减率)与rd的含义是完全不同的。rd是干空气团在绝热上升过程中气团本身的递减率,
它近似为常数；而r是表示环境大气的温度随高度的分布情况,在大气中随地一气系统之间热量交换的变化，
r可以有不同的数值, 即可以大于、小于或等于rd。因此, 比较rd和r的大小，就可以判断大气层结的性质。 3.6 大气稳定度对大气污染扩散的影响:
大气稳定度是指整层空气的稳定程度。它是用来描述环境大气层结对于在其中作垂直运动的气团起什么
影响的一种热力性质。
1)当r>rd时，气团加速度大于零，气团在垂直方向上的运动被加强, 此时大气是不稳定的。
2)当r=rd时，气团加速度为零，气团可平衡在任意位置 , 此时大气是呈中性的。
3)当r
是对流发展的障碍。所以大气污染中, 常将逆温、等温和r很小的气层称为阻挡层。 3.7 大气稳定度与烟型： 表3-8 烟流型气象与地面污染浓度关系
这种情况出现在不稳定条件下。此时流场中较大尺度的湍涡活动相当活跃, 扩散十分迅速 , 于是可见浓烟滚滚,
在污染源附近浓度较大, 但能很快扩散。这种情况多见于晴天中午前后。夏季晴天出现时间更长更典型。
(2) 锥型：
这种情况出现在近中性条件下。此时, 漏流强度比平展型大, 但比不稳定时要小。这种扩散一般是烈风和云天的
特征。
(3) 扇形(平展型)：
这种情形出现在稳定条件下。此时, 端流受到抑制, 特别是铅直湍流交换十分微弱, 烟流在铅直方向的伸展很小,
像扁平的飘带伸向远方。烟流在水平方向是缓慢弯曲偏转的, 从长时间来看, 会造成有效的侧向扩散。 (4) 屋脊型(上升型)：
温度层结与漫烟型相反, 逆温层处在烟囱高度以下 烟囱高度以上不稳定, 因而烟云主要向上扩散, 使地面层
比较清洁。这种烟羽一般出现在日落后一个短时间内。日落后地面辐射降温, 并自下而上逐渐形成逆温, 在烟
囱高度以上仍保持递减状态, 所以烟云不向下方扩散。
(5) 熏烟型(熏蒸型)：
日出以后, 由于地面增温, 低层空气被加热, 其结果自下而上地逐渐破坏了夜间形成的逆温。但此时气温的
垂直分布虽然下部已变成递减, 而上部仍保持着逆温状态, 便出现了这种烟型。此时一般风力较弱, 由于烟气
不能向上方扩散, 只能向下方扩散, 因此导致地面浓度上升, 往往形成 近地面污染危害。 3.8 降水对大气污染扩散的影响：
由于雨雪等各种形式降水的作用而使污染物从大气中清除到地表的过程, 称为降水清除或降水洗脱过程。降水净化大气的作用包含两个方面：
1) 许多污染微粒物质充当了降水凝结核, 然后随降水起降落到地面；
2) 在雨滴下降过程中碰撞、捕获了一部分颗粒物。两者既发生在云中, 也发生在云下降水下落过程中。通常称
云中的清除过程为“雨除”或“雪除”, 降水下落过程中的清除过程为“冲洗”。这种冲洗清除过程实际上比雨除要有效
得多, 其效率和速率取决于降水速率、雨滴大小以及它们和污染物携带的电荷。 3.9 雾对大气污染物扩散的影响：
雾像一顶盖子, 会使空气污染状况加剧。城市车辆的增多、城市建设的加快以及不合理清扫都会引起
城市里粉尘增多, 粉尘悬浮在空中落不下来, 形成了悬浮物, 为雾的形成提供充分的条件。而光化学烟雾
就是雾的一种。在重污染的城市中, 清朗的夏季, 在强日光、低风速和低温度都具备的条件下, 就极易形
成光化学烟雾。 3.10 混合高度对扩散的影响：
混合层高度实质上是表征污染物在垂直方向被热力端流稀释的范围, 即低层空气热力对流与漏流所能
达到的高度。
混合层高度随时随地变化。在一天中, 早晨的混合层高度一般较低, 表明早晨铅直稀释能力较弱; 下
午的混合层高度达最高值, 意味着午后铅直稀释能力最强。这是因为日出以后, 地面受热后对流发展, 垂
直混合的高度升高, 地面排放的污染物可以在较大的空间范围内扩散, 对降低地面污染浓度十分有利。 3.11 通风系数对扩散的影响：
通常为了表示午后扩散能力的强弱, 定义混合层高度和混合层平均风速的乘积为水平通风系数（即通
风量）。显然，水平通风系数越大, 扩散越快。水平通风系数代表了混合层内空气的输送速率。
3.12 气压对扩散的影响：
当高气压控制一个地区时,天气晴朗,风小,空气比较静稳, 扩散缓慢; 高气压内有大范围的空气下沉运
动, 往往在几百米到1－2km的高度上形成下沉逆温。逆温层像个盖子似地阻止污染物向上扩散。
如果加上不利的地形条件,往往会导致严重的污染事件。伦敦烟雾事件的出现,就是因为有停滞的反气旋控制。 3.13 下垫面对扩散的影响：
下垫面对扩散的影响是通过改变气流和影响气象条件来实现的。其影响方式有两种 :
1) 动力作用。如粗糙度增加机械端流, 地形可改变局地流场和气流路径等，从而改变污染物的扩散
稀释条件。
2) 热力作用。由于下垫面性质不同或地形起伏,使得受热、散热不均匀，从而引起温度场和风场的变
化, 进而影响污染物的扩散。 ⑴ 山谷地形的影响：
在山谷地区，由于局地性加热、冷却的差异，白天气流顺坡、顺谷上升, 形成上坡风和谷风, 晚间气流顺
坡、顺谷而下, 形成下坡风和山风。 (2) 大型局部水体的影响：
由于海陆面的热导率和热容量差异，常出现海陆风。白天，地面风从水面吹向陆地，称海风。晚间，风从陆地吹向海洋，称陆风。 (3) 城市效应：
城市粗糙面的动力效应城市的建筑加大了地面的粗糙程度，使风速减小，从而减小了扩散率。
城市风由于城市热岛的存在，使得城市上空经常具有不稳定的温度层结，即下暖上冷。
在郊区农村，日落以后地面强烈冷却，近地层空气也随即降温，很快产生逆温现象；但在城市中，逆
温通常要在午夜以后才出现，发生频率也比郊区低。
因此，总的来看，城市空气的不稳定度增大, 污染物在城市边界层中的扩散比较强烈。这在冬季晴夜
尤其明显。同时, 还由于热岛中心暖而轻的空气上升,周围郊区冷而重的空气下沉, 从而在城市与郊区之间
形成一个热岛环流。 3.14 空气污染事故日与污染指数：
1）一般，如果一个地区连续几天低混合高度、低风速和无雨，就有可能发生空气污染。
2）发生“事故日”的条件大致是：持续2天混合高度小于1500m，风速4m/s和无大雨。
3） “事故日”的多少可以表示大气污染的可能性。
4）污染指数：概括风、大气稳定性、降水及混合高度等气象因素污染物扩散的共同作用。
5）计算公式：Id=sp/vh
式中： Id－d方向上的污染指数；s－大气的稳定性；v－风速；h－混合高度；p－降水。
6）Id越大，说明d方向下侧的污染越重；若Id≦0.8时，为洁净型大气，即该地区不易发生空气污染事
故，可作为工业区。 4 大气污染控制技术
4.1 大气污染防治技术：
1）运用法律的手段限制和控制污染物排放数量和扩散影响范围；
2）运用技术手段(包括各种人为的技术途经和技术措施)减少或防止污染物的排放, 治理排出的污染物,
合理利用环境的自净能力, 从而达到保护环境的目的。 4.2 合理利用环境自净作用的技术措施：
环境对大气污染物有一定的自净能力。合理利用环境的自净作用是大气污染防治技术的一项重要内容。
通过合理工业布局、选择有利于污染物扩散的排放方式及发展绿色植物, 可以对环境污染物产生有效
的自净作用。
4.3 控制大气污染的基本原则和措施：
控制污染源是控制大气污染的关键所在。控制大气污染应以合理利用资源为基点, 以预防为主、防治
结合、标本兼治为原则。
通过改善能源结构, 对燃料进行预处理和改革工艺设备, 改善燃烧过程, 采用集中供热和联片供暖,
综合防治汽车尾气及扬尘污染等措施, 可以有效地控制大气污染。 4.4 空气污染控制系统：
1）空气污染的根源是排放源。同排放源相联的是源控制。
2）源控制是指利用净化设备或源自身处理过程来减少污染源排放到大气中的污染物数量。
3）污染物经源控制设备出来后进入大气中, 被大气稀释、迁移、扩散和化学转化。随后污染物就被监测器或
人、动植物或材料所感应, 发出反馈信息, 对污染源进行自动控制或公众施加压力经过立法再进行控制。 4.5 大气污染控制技术：
对排气施以某种工艺性方法 , 使污染物以有用物质形态得以回收或将其转为无害状态：
l) 改变生产过程中所用的原材料以避免或减少污染物生成；
2) 改变生产工艺条件以减少排气或排污；
3) 稀释排放。
在对污染源的治理中, 除尘技术常用干法(多为物理法)；净气技术常湿法(多为化学法)。对于组成复杂
的废气，常需要将几种方法组合使用，才能达到深度去污的目的。 4.6 烟尘控制技术：
从废气中除去或收集固态或液态粒子的设备，称为除尘（集尘）装置，即除尘（集尘）器。
（1） 除尘装置的技术性能指标：
1）烟尘的浓度表示。根据含尘气体中含尘量的大小, 烟尘浓度可表示以下两种形式:
a. 烟尘的个数浓度。单位气体体积中所含烟尘颗粒的个数, 称为个数浓度。单位为个/cm3, 在粉尘浓度极低时
用此单位。
b. 烟尘的质量浓度。每单位标准体积含尘气体中悬浮的烟尘质量数, 称为质量浓度, 单位为g/m3。 2）除尘装置的处理量：涂尘装置在单位时间内所能处理烟尘量的大小, 用标准状态下的体积流量表示, 单位
为 m3/h、m3/s。
3）除尘装置的效率：是表示装置捕集粉尘效果的重要指标, 也是选择、评价装置的最主要参数。
a. 除尘装置的总效率(除尘效率)：是指在同一时间内 ,由除尘装置除下的粉尘量与进入除尘装置的粉尘量的
百分比。
总效率所反映的实际上是装置净化程度的平均值, 它是评定装置性能的重要技术指标。
除尘装置的分级效率:是指装置对某一粒径d为中心, 粒径宽度为△d范围烟尘的去除效率。 b. 多级除尘效率：是指在实际应用的除尘系统中,为了提高除尘效率, 往往把两种或多种不同规格或不
同形式的除尘器串联使用, 这种多级净化系统的总数率称为多级除尘效率。
c. 除尘装置的通过率(除尘效果)：是指没有被除尘装置除下的烟尘量与除尘装置入口烟尘量的百分
比, 用符号s表示。
d. 除尘装置的压力损失：是表示除尘装置消耗能量大小的指标, 有时也称为压力降。压力损失的大小
用除尘装置进出口处气流的压力差来表示。 （2）除尘装置的分类：
除尘器种类繁多, 根据不同的原则, 可对除尘器进行不同的分类。
1) 依照除尘器除尘的主要机制可将其分为机械式除尘器、过滤式除尘器、湿式除尘器、静电除尘器等
四类；
2）根据在除尘过程中是否用水或其他液体可分为湿式除尘器、干式除尘器；
3) 根据除尘过程中的粒子分离原理, 除尘装置又可分为重力除尘装置、惯性方除尘装置、离心力除
尘装置、洗涤式除尘装置、过滤式除尘装置、电除尘装置、声波除尘装置。 4.7 气态污染物法理技术：
气态污染物种类繁多, 化学性质各异, 对其控制要视具体情况采用不同的方法。目前用于气态污染物控制
的主要方法有: 吸收法、吸附法、催化法、燃烧法、冷凝法等。
1）从排烟中去除S02的技术（烟气脱硫）：
排烟脱硫可分湿法和干法两种。用水或水溶液作吸收剂吸收烟气中S02的方法称为湿法脱硫。
用固体吸收剂或吸附剂吸收或吸附烟气中 S02 的方法, 称为干法脱硫。
此外, 根据工艺过程原理, 排烟脱硫方法又分为吸收法(湿法)、吸附法(干法)和氧化法(干法)等。 2）从排烟中去除氮氧化物的技术（烟气脱氮）：
目前烟气脱氮的方法有: 非选择性催化还原法;选择性催化还原法; 吸收法等。
3）氟化物的治理：
随着炼铝工业、磷肥工业、硅酸盐工业以及氟化学工业的发展氟化物的污染越来越严重。由于氟化物
易溶于水和碱性水溶液中，因此去除气在中的氟化物一般多采用湿法。但是湿法的工艺流程及设备较为复
杂。20世纪50年代出现了用于干法从烟气中回收氟化物的新工艺。
主要有两种方法：1）湿法净化含氟化物烟气；2）干法净化含氟化物烟气。氟化物的治理除上述方法外, 还有如下三种方法:
a. 先用水吸收, 然后再用石灰乳中和法。此法回收产物为氟化钙。
b. 用硫酸纳水溶液为吸收剂的吸收法。此法回收产物为氟化氢。
c. 用稀氟硅酸溶液吸收烟气中氟化氢和氟化硅法。此法回收产物为10%-25%(质量分数)的氟硅酸。 4) 汽车排气净化 :
汽车排气中的主要污染物有一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物、硫氧化物、铅化合物、苯并芘等。目前, 许多
国家已制定的汽车排气标准中, 都把一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化物作为主要污染物来控制。
a. 汽油机汽车排气的净化措施：
一般可分为燃烧前处理、机内净化和燃烧后的排气净化三个方面。
① 燃烧前处理, 其目的是从根本上控制和减少一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化物的生成。所采取的主要措施
是改质燃料、使用无铅汽油、改变空气－燃料的混合方式、增大空燃比以及选用无污染燃料等。 ② 机内净化：以改变内燃机的结构 , 控制或降低污染物的生成来治理排气的措施。
其具体办法基本上有两种: 一种是设计出燃料消耗低、振动轻、噪声小、输出功率高、无污染或少污染的
新型发动机; 另一种是在现有的内燃机上加装辅助装置。
③ 燃烧后排气净化：
在汽车底盘上安装催化净化器 , 与内燃机的排气系统连接在一起。从汽车发动机排出的一氧化碳、碳氢
化合物、氮氧化物等有害气体通过净化器的催化剂床层后, 便转换为无害的二氧化碳、氮和水。 汽车尾气的净化方法基本上有如下三种:
Ⅰ）一段净化法。又称催化氧化法。
Ⅱ）二段净化法。此法又称催化氧化一还原法。
Ⅲ）三元催化法。这种方法是采用能同时对一氧化
碳、氮氧化物和碳氢化合物都有催化作用的催化剂。 b. 柴油机汽车排气的净化措施：
也可分为燃烧前处理、机内净化和燃烧后的排气净化三个方面。由于柴油机是在过量空气下燃烧, 排气中
的一氧化碳和碳氢化合物较少, 氮氧化物和黑烟较多,所以对柴油机排气的控制应着眼于控制氮氧化物和黑烟
两类污染物。
柴油机的燃烧前处理, 主要是指选择低污染柴油或向柴油加入添加剂等调质处理。可作为柴油添加剂的有
如下三类:
① 金属盐料添加剂，主要指碱土金属和过渡金属的有机盐类。
② 非金属的无灰添加剂，主要指有机氮化物, 是含氮化合物与多种有机物混合而成的消烟剂。除含氮有
机化合物外。含磷、含氯元素的有机物质也可改善柴油燃烧冒黑烟。
③ 有机硅消烟剂: 分子式为 (SiCH2CH2COH)203,这种有机硅消烟剂通用于各种燃料油, 消烟效果比较明显。 性畸变机制的相关研究 1.TBT抑制神经内分泌因子的释放
软体动物神经系统兼有内分泌功能，脑神经节可以释放某些因子，它们直接或间接控制动物体内类固
醇激素的产生和代谢活动。正常情况下雌体内神经内分泌因子能控制雌激素产生，使雌性动物只发育
雌性生殖器官，抑制雄性器官的产生。当TBT在螺类脑神经节中大量积累后，就会扰乱神经内分泌的
正常活动，抑制这种神经内分泌因子的释放，导致雌性软体动物出现性畸变。Fe’ral.C等人的实验结
果在一定程度上支持这个假说。性畸变机制的相关研究 2. TBT抑制睾丸甾酮－硫络合物的形成性畸变是TBT抑制睾丸甾酮与硫的结合，造成I相代
谢物和排泄物的积累，进而激活了组织中的雄性激素所造成的。
3. TBT抑制细胞色素P450芳香化酶虽然对性畸变现象机理的解释还没有完全定论，但
多数人可以接受的解释为：正常个体中，较高含量的三丁基锡或许能竞争性地抑制细胞色素P450芳香
化酶的活性，由此阻止了雄烯二酮或睾丸甾酮向雌激素酮或雌二醇的转化，结果前者的量累积、升
高，导致体内激素水平失去平衡，诱发生理病变，到达一定程度便表现为性畸变现象。 思考题 －－分组讨论
1.哪些原因能导致温室效应? 温室效应的后果有哪些？如何扼制温室效应？（第一组 第5周二）
2.臭氧层对于地球上的生命有何意义？臭氧层破坏有哪些后果？采取什么措施减少臭氧层破坏所带来的危害？（第
二组 第5周二）3.土地退化和沙漠化的发生原因及其危害？中国土地退化和沙漠化的发生情况如何及其防治对策？（第三组第6周四）
4.废物质污染及转移产生的原因以及废物转移途径有哪些？如何防止此现象的发生？（第四组 第6周四）
5.森林的生态意义？中国森林面积减少的原因及其后果？采取什么措施保护并恢复中国森林?（第五组 第7周四）6.中国生物多样性的现状？中国生物多样性减少的产生原因、危害及其防治措施？（第6组 第7周四）
7.水资源对于人类的意义？水资源枯竭的现状及产生原因？如何缓解水资源枯竭的现状？（第7组 第9周二）
8.核污染的产生原因及其危害？如何减少核污染事件的发生？ （第8组 第9周二）
9.海洋污染的成因及其危害？中国海洋污染的现状及其防治措施？（第9组 第10周四）
10.噪音污染的产生原因及其危害？噪音减少的措施有哪些？（第10组 第10周四）
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如何合理有效地防治大气污染
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