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Principles of Environmental Science

Principles of Environmental Science. 南京农业大学 孙文娟 sunwenj@njau.edu.cn. Review. 环境要素与环境质量 环境的分类 环境科学的内容与任务 环境科学的主要分支. 第二章 大气污染及其防治. 第二章 大气污染及其防治 Chapter 2 Air pollution and control. §2.1 大气的垂直结构和组成 §2.2 主要大气污染物及其污染源 §2.3 主要大气污染类型 §2.4 大气污染对植物的危害 §2.5 大气污染防治措施.

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Presentation Transcript

  1. Principles ofEnvironmental Science 南京农业大学 孙文娟sunwenj@njau.edu.cn

  2. Review • 环境要素与环境质量 • 环境的分类 • 环境科学的内容与任务 • 环境科学的主要分支

  3. 第二章 大气污染及其防治

  4. 第二章 大气污染及其防治Chapter 2 Air pollution and control §2.1 大气的垂直结构和组成 §2.2 主要大气污染物及其污染源 §2.3 主要大气污染类型 §2.4 大气污染对植物的危害 §2.5 大气污染防治措施

  5. Chapter 2 Air pollution and control Key words Air pollution Carbon monoxide Nitrogen oxides Particulate material Sulfur dioxide Photochemical oxidants Acid rain Greenhouse effect Urban heat island Stratospheric Ozone Depletion

  6. §2.1大气的垂直结构和组成Atmospheric Vertical Structure & Composition

  7. 大气的垂直结构和组成 大气 Atmosphere： 在大气物理、大气气象和自然地理的研究中，是以大区域或全球性的气流作为研究对象时的名称。 空气 Air：对于室内和特指某个地方(如车间、厂区等)供动、植物生存的气体。

  8. 热层 中间层 平流层 对流层 大气的垂直结构 Vertical Structure of Atmosphere 对流层Troposphere 平流层Stratosphere 中间层Mesosphere 热 层Thermosphere

  9. 大气的组成 Composition of the Air 恒定的(Uniform gases) ：N2、O2、稀有气体 可变的(Variable gases) ：H2Ov、CO2 干洁空气：大气中除去水气和杂质的空气

  10. §2.2大气污染和污染物 Air Pollution & Pollutants • 大气污染的概念 • 污染源 • 大气污染物

  11. 大气污染的概念 What is air pollution? 自然界中局部的质能变化和人类的生产和生活活动，改变 大气圈中某些原有成分和向大气中排放有毒害物质，以致 使大气质量恶化，影响原来有利的生态平衡体系，严重威 胁着人体健康和正常工农业生产及对建筑物和设备财产等 构成损坏即为大气污染。 Air pollution is the presence of one or more chemicals in the atmosphere in sufficient quantities & duration to: a) harm us, and/or b) alter the climate.

  12. 污染源 Sources of Air Pollution 造成环境污染的发生源，一般指向环境排 放有害物质或对环境生有害影响的场所、 设备和装置等。根据研究目的及污染源特 点可有多种分类方式。

  13. 污染源分类 • 存在形式固定污染源、移动污染源 • 排放方式高架源、面源、线源 • 排放时间连续源、间断源、瞬间源 • 污染物产生的类型工业源、家庭炉灶排气、 汽车排气

  14. C C t 0 0 x x 地面源 高架源 地面源和高架源的地面轴线浓度分布

  15. 大气污染物 Types of Air Pollutants 一次污染物 (Primary air pollutants):直接从污染源排放的污染物质。Harmful chemicals that enter directly into the atmosphere. 二次污染物 (Secondary air pollutants):由一次污染物在大气中互相作用经化学反应形成的与一次污染物的物理、化学性质完全不同的新的大气污染物，其毒性比一次污染物还强。Harmful chemicals that form from other substances in the atmosphere.

  16. 硫酸盐形成过程： 二次污染物 Secondary air pollutants • 臭氧 (O3) • 过氧化乙酰硝酸酯(PAN) • 硫酸及硫酸盐气溶胶 • 硝酸及硝酸盐气溶胶 • 一些活性中间产物过氧化氢基 (HO2)、氢氢基 (OH)、过氧化氮 基 (NO3)和氧原子(O)等。

  17. 主要大气污染物Major types of Pollutants 碳氧化物 Carbon Oxides 氮氧化物Nitrogen Oxides 碳氢化物Hydrocarbons 硫氧化物Sulfur Oxides 微粒 Particulate Material 其它有害空气污染物 Some other harmful air pollutants

  18. 碳氧化物Carbon Oxides • Carbondioxide (CO2)& Carbon monoxide (CO) • CO2－ most influential greenhouse gas • CO － reduces the body’s ability to • transport oxygen. (Also linked to • ozone production).

  19. 碳氧化物 Carbon Oxides

  20. Carbon Monoxide • Sources: motor vehicles & industries, • especially power plants. • Health effects: binds hemoglobin, • cardiovascular stressor

  21. 氮氧化物Nitrogen Oxides • Nitric oxide (NO), Nitrogen dioxide (NO2) & • Nitrous oxide (N2O) • Involved in: 1) acid deposition • 2) global warming • 3) ozone depletion • 4) photochemical smog

  22. 氮氧化物 Nitrogen Oxides

  23. Nitrogen Oxides 来源：矿物燃料的燃烧过程(包括汽车及一切内燃机），也有来自生产或使用硝酸的工厂排放的尾气。还有氮肥厂、有机中间体厂、黑色及有色金属冶炼厂等。 危害：一般空气中的NO对人体无害,但当它转变为NO2时，就具有腐蚀性和生理刺激作用。NO2还能降低远方物体的亮度和反差，又是形成光化学烟雾的主要因素之一。 Human health concerns include effects on breathing and the respiratory system, damage to lung tissue, and premature death.

  24. 碳氢化物Hydrocarbons 通常指C1-C8可挥发的所有碳氢化合物，又称烃类。分为甲烷和非甲烷类。 Methane- From crops, landfills, cattle, termites. Important greenhouse gas, so affects global climate change. Non-Methane Hydrocarbons - Produced by vehicles and other causes of fuel combustion. Causes photo-chemical smog, cancer-causing, respiratory tract irritants, and some mutagens.

  25. Hydrocarbons 来源：自然界中主要由生物分解作用产生，人 为有不完全燃烧和有机化合物的挥发。 危害：城市空气中的碳氢化合物虽然对健康无 害，但能导致生成有害的光化学烟雾。

  26. 硫氧化物Sulfur Oxides Sulfur dioxide(SO2) & Sulfur trioxide (SO3) • Involved in：acid deposition; • corrodes metals • damages stone • irritates respiratory system

  27. Sulfur Oxides • Sources: mainlyproduced by fossil • fuel burning, industry, biomass burning. • Sulfur Oxides dissolve easily in water. • Health effects: air-pollution-related • health damage

  28. Sulfur Dioxide

  29. Effects of Sulfur Dioxide

  30. 微 粒 Particulate Material 空气中分散的液态或固态物质，其粒度在分子级， 即直径约0.0002 µm和500 µm之间，具体包括气溶胶、 烟、尘、雾和炭烟等。 • 气溶胶：悬浮于空气中的固液微粒，直径一般< 1 µm • 烟： < 1 µm的团体颗粒 • 尘： >10 µm的固体微粒迅速沉降而成 • 雾：液体微粒，直径可达100 µm

  31. Particulate Material 微粒根据粒径大小在监测中通常分为： • 总悬浮颗粒物（TSP）：用标准大容量颗粒采样器 （流量在1.0~ 1.7m3/min）在滤膜上所收集到的颗粒物 的总质量。 • 飘尘：能在大气中长期飘浮的悬浮物 • 降尘：指用降尘罐采集到的大气颗粒物 • 可吸入粒子（IP）：国际化标准组织建议定为粒径 ≤10μm的粒子。

  32. Particulate Material Particulates often are the most apparent form of air pollution.

  33. Particulate Material • Inhaled into respiratory system, it can cause health • problems, including scarring lungs and cancer.

  34. 微 粒 危 害 • 遮挡阳光，使气温降低，或形成冷凝核心，使 云雾和雨水增多，以致影响气候 • 使可见度降低，交通不便，航空与汽车事故增加 • 可见度差，照明耗电增加，燃料消耗随之增多， 因此空气污染也更严重 • 燃煤时生成的SOx，再加上微粒的作用，对呼吸 系统的危害特别大

  35. We’re pretty well off, don’t you think?

  36. Review Vertical structure of atmosphere Air pollution Primary pollutants Secondary air pollutants Major types of pollutants

  37. §2.3主要大气污染类型Major types of Air Pollution 伦敦烟雾London Smog 光化学烟雾Photochemical Smog 酸 雨 Acid Rain 热岛效应Heat island effect 温室效应Greenhouse effect 臭氧层破坏Stratospheric Ozone Depletion

  38. 伦敦烟雾London Smog 1952

  39. London Smog 1952 Sulfuric acid droplets with pH 1.4~1.9; reduced visibility, as low as 5m; lasted for 5 days and extended over a radius of 50 km

  40. London Smog 1952

  41. London Smog 1952 The smog caused 4,000 deaths in London in 1952.

  42. 伦敦烟雾 London Smog 常发生在以使用煤炭和石油为燃料的地区。 主要污染物是SO2、CO和颗粒物。 在低温、高湿的阴天、风速很小，并伴有逆温的情况 下，一次性污染物在低空聚积，生成还原性烟雾。 The gray air in industrial cities in cold winter areas, caused from burning fossil fuel. In 1952, industrial smog held in place by a thermal inversion caused the 4,000 deaths in London.

  43. §2.3主要大气污染类型Major types of Air Pollution 伦敦烟雾London Smog 光化学烟雾Photochemical Smog 酸 雨 Acid Rain 热岛效应Heat island effect 温室效应Greenhouse effect 臭氧层破坏Stratospheric Ozone Depletion

  44. 光化学烟雾Photochemical Smog 多发生在以石油为燃料的地区，污染物的主要来源 是汽车尾气、燃油锅炉以及石油化工生产。主要的 一次污染物是CO、NOx、和碳氢化合物。这些污染 物在阳光照射下能引起光化学反应生成臭氧、醛类、 酮类、PAN，为氧化型烟雾，又称洛杉矶烟雾。 Photochemical smog = brown and smelly, found in large cities in warm climates。This is the type of smog that hangs over Los Angeles and causes air quality warnings many days each year.

  45. Photochemical Smog

  46. NO2+hv NO+O O+O2+M O3+M O3+NO NO2+O2 (激发态） Photochemical Smog 形成：NO2的光解导致了O3生成 O3、NO2和 NO均能与碳氢化合物发生反应，并 生成醛、酮和过氧乙酰硝酸酯（PAN)

  47. Los Angeles

  48. Houston

  49. 两种污染类型比较

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