第 8章环境与化学主讲：甘孟瑜
8.2大气污染与防治大气层：
对流层 12km以内其中 1~2km以下的地层大气与人类密切相关。
平流层 12~50km 又称同温层或臭氧层中间层热层逸散层对流层平流层中间层地球大气环境图8.2.1 大气的组成清洁干燥的空气，其组成为
N2 O2 Ar CO2
78.08% 20.95% 0.93% 0.03%
99.99%
( 其他,Ne He Xe Kr H2 O3 NO2 等 )
0.001%
环境科学对大气组成的分类：
（ 1）恒定组分,N2,O2,Ar,Ne,Kr等气体，
（ 2）可变组分,CO2 (0.03~0.033%),H2O(g) (0~4%)
（ 3）不定组分：煤烟、粉尘、含 S N C的化和物
（ NO2,H2S,SOx）
—— 是大气中的主要污染成分
8.2.2 大气污染概况大气污染 —— 大气中有害物质含量超过一定指标，使大气质量恶化，对人、动植物,设备财产造成危害的现象。
* 以城市空气中 SO2,NO2和可吸入颗粒物 (PM10)的浓度为依据换算成空气污染指数即 API和空气质量级别空气质量 日报 *
API PM10
mg/m3
SO2
mg/m3
NO2
mg/m3
空气质量级别 空气质量状况
0~50
51~100
101~200
201~300
301~400
401~500
0.05
0.15
0.35
0.42
0.50
0.60
0.05
0.15
0.80
1.60
2.10
2.62
0.08
0.12
0.28
0.56
0.75
0.94
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
Ⅴ
优 可正常活动良好 可正常活动轻度污染 不亦长期接触中度污染 接触一段时间可出现不良症状重度污染 影响正常活动重度污染 影响正常活动
8.2.3 大气的主要污染物一次污染物 —— 从不同污染源直接向大气排放的有害气体和粉尘等。
二次污染物 —— 大气污染物之间相互作用或污染物与大气中的正常成分作用或因太阳光引起光化学反应等使污染物转换、产生的新的污染物。
主要大气污染物分 类 成 分颗粒物含硫化合物含氮化合物氧化物卤化物有机化合物碳粒、飞灰,C aC O 3,Z nO,P bO 2 各种重金属尘粒
SO 2,SO 3,H 2 SO 4,H 2 S 等
NO,NO 2,NH 3 等
O 3,CO,CO 2 等
HF,H C l,Cl 2 等烃类、甲醛、有机酸、酮类、稠环致癌物等。
大气污染物
（ 1）颗粒物（煤烟、粉尘）
污染源：①煤、石油燃烧（占 60%）②矿山、金属冶炼等 ③火山、岩石风化。
1）降尘 —— 直径＞ 10μm，可因重力很快降落到地面。
2）飘尘 —— 直径＜ 10μm，以气溶胶的形式长期飘浮在空中。
其中 0.5~5μm的飘尘 对人体危害最大。
飘尘的危害：
可直接到达人体肺部，造成矽肺、呼吸道疾病。
表面积巨大，可吸附污染物，造成粉尘与污染物协同作用（如伦敦型烟雾）
颗粒物中的烟黑含有 C,H,O,S的复杂有机化合物及多种稠环芳烃。
如,3,4— 苯并芘，一种强致癌物。
对气候产生影响，使大气可见度降低，减少阳光的辐射，具有冷却效应。
（ 2） SO2
污染源：煤、石油的燃烧（占 90%），如火力发电 厂、
钢铁厂、石油化工厂等。
SO2的危害：
1）具有刺激性的无色气体，空气中浓度为
6~12ppm时，可引起鼻腔、咽喉刺激性反应，
高浓度时引起支气管炎，窒息。
2）可破坏叶绿素，使植物叶片枯黄、脱落、树干枯死，水稻减产。
3）形成酸雨。
建于,1702年左图,1908年右图,1969年
(3) CO
主要污染源,汽车尾气的排放。
危害,CO是一种无色、无味、无嗅的气体,可破坏血红蛋白的输氧功能。当空气中 CO浓度达 1%时，
可使人 2分钟内死亡。
（ 4） NOx —— NO,NO2,N2O3,N2O5等主要污染源,1）煤、石油的燃烧，
2）汽车尾气的排放。
危害,1）刺激呼吸系统。
2）使血红素硝基化，从而使人中毒。
3）形成酸雨，光化学烟雾。
（ 5）碳氢化合物 HC（烃类）
污染源,1）炼油厂
2）汽车尾气危害,1）有害有机物如,3,4— 苯并芘 一种强致癌物
2）形成光化学烟雾汽车尾气中每 1g烟尘约含 3,4— 苯并芘 70μg
汽车行驶 1小时可排放 300μg 3,4— 苯并芘
3,4— 苯并芘 的最小致癌量为,0.4~2μg
8.2.4 综合性大气污染现象主要反应,hν
NO2 NO + O(原子氧 )
λ=392nm
O + O2 → O 3 O·
O3 + HC → R — COH + R— C =O
O· （醛） (酰氧基 )
R— C =O + O2 + NO → R — C = O
O— O— NO2
(PAN)
（ 1）光化学烟雾光化学烟雾的形成机理光化学烟雾中的主要产物为：
O3、醛、酮,PAN,PAB等，
PAN—— 过氧乙酰硝酸酯，
PAB—— 过氧苯酰基硝酸酯
（ 2）酸雨正常的雨水 pH = 6~7 pH = -lgc(H+)
∵ CO2 (g) + H2O（ g） = H2CO3 按平衡计算 pH = 5.6
酸雨 —— pH ＜ 5.6的降水酸雨形成中的主要化学过程可表示为：
SO2型 1）液相催化学反应 SO2 + H2O(l) → H2SO3
2 H2SO3 + O2 →2 H2SO4
2)气相反应 SO2 + O2 → SO3 + O
SO3 + H2O → H2SO4
NOx 型 2NO + O2 → 2NO2
2NO2 + H2O → HNO3 + HNO2
酸雨的危害
1）使水体、土壤严重酸化，鱼类、农作物受到影响。当
pH＜ 4.8，鱼类就会死亡。
2）破坏森林、植物的生长。
3）使建筑物、材料、金属制品被腐蚀。
(3) 温室效应加剧太阳辐射能量的 99%在波长 150~4000nm
＜ 400nm 紫外光，
400~800nm 可见光，
＞ 800nm 红外光
CO2在 4300nm附近有一个强吸收带
1） CO2与温室效应
CO2的排放量,20世纪初 1亿吨
50年代 16亿吨
80年代 55亿吨
90年代
2）其他温室气体
H2O CH4 N2O O3 CFC等多原子分子（ 30多种）
3） 温室效应对人类的影响
,联合国气候变化框架公约,1992年（ 155个国家签署）
主要原则：
气候变化是“人类共同关心的问题”
缔约国遵守“共同但又有区别的责任”
预防原则
可持续发展原则
(4) 臭氧层耗减生成反应,O2 + hν(λ＜ 240nm) → 2O ( 激发态氧原子 )
O + O2 → O 3
分解反应,O3 + hν(λ＜ 290nm) → O 2 + O
消除反应,O3 + O → 2O 2
在 25km高度,O3的浓度可达 5× 1012分子 /cm3
太阳紫外线分为三个波段：
UV— C (100~295nm) 有害 O3吸收 90%以上
UV— B (295~320nm) 有害
UV— A (320~400nm) 全部通过
1）平流层中 O3的形成
2）臭氧层破坏的现状
北极上空臭氧逐年减少
臭氧层破坏已从两极向中纬度地区扩散
南极臭氧洞的形成
3）臭氧层耗减对环境、生态的影响
植物生长缓慢,叶绿素含量降低。
白内障患者增加，人体免疫系统失调。
易发生光化学烟雾。
塑料易老化，油漆变质。
4）臭氧层破坏的机理
CF2Cl 2 + hν→ Cl + CF 2Cl
Cl + O3 → ClO + O 2
ClO + O → Cl + O 2
总反应,O3 + O → 2O2
一个 Cl原子可破坏 10万个 O3分子其他卤代烷烃,CF3Br (哈龙 ),CCl4(氯仿 ),CH3Br（甲基溴）等同样会破坏 O3，且 Br破坏 O3的能力比 Cl更强。
NO + O3 → NO 2 + O2
NO2 + O → NO + O 2
总反应 O3 + O → 2O 2
氯氟烃破坏 O3
NOx破坏 O3
CFC的替代品：
1）氢氟烃（ HFC） 不含 Cl，但制冷效果较差
2）氟碘烃（ CF3I） C— I键易吸收紫外线而断裂，
不会滞留在大气层中。
3）氢氯氟烃（ HCFC） 对 O3破坏较小，可作为 CFC的过渡替代品我国冰箱 CFC的替代品主要有：
HCFC-1416,HFC-134a,异丁烷混合制冷剂 （ CF3I+HFC-152a）
8.2.5大气污染的防治与治理技术
（ 2）控制污染源。
（ 3）改革能源结构。
（ 4）加强汽车尾气的治理。
（ 5）植树造林。
（ 1）加强大气质量的管理，随时进行监测
SO2的治理
1）氨法,用氨水为吸收剂吸收废气中的 SO2，吸收率＞ 90%
主要反应,SO2 + 2NH3·H 2O = (NH4)2SO3
(NH4)2SO3 + SO2 + H2O = 2 NH4HSO3
SO2 + 2NH3·H 2O = NH4HSO3
2）钠法,用 NaOH或 Na2CO3水溶液为吸收剂，吸收率＞ 90%
主要反应,2 NaOH + SO2 = Na2SO3 + H2O
Na2CO3 + SO2 = Na2SO3 + CO2
3）钙法,用 CaO Ca (OH)2 或 CaCO3制成浆液为吸收剂，
产物为 CaSO4，脱硫率＞ 96%
主要反应,CaCO3 + SO2 + 1/2H2O = CaSO3·1/2H2O + CO2
2CaSO3·1/2H2O + O2 + 3H2O = 2CaSO4·2H2O
8.2大气污染与防治大气层：
对流层 12km以内其中 1~2km以下的地层大气与人类密切相关。
平流层 12~50km 又称同温层或臭氧层中间层热层逸散层对流层平流层中间层地球大气环境图8.2.1 大气的组成清洁干燥的空气，其组成为
N2 O2 Ar CO2
78.08% 20.95% 0.93% 0.03%
99.99%
( 其他,Ne He Xe Kr H2 O3 NO2 等 )
0.001%
环境科学对大气组成的分类：
（ 1）恒定组分,N2,O2,Ar,Ne,Kr等气体，
（ 2）可变组分,CO2 (0.03~0.033%),H2O(g) (0~4%)
（ 3）不定组分：煤烟、粉尘、含 S N C的化和物
（ NO2,H2S,SOx）
—— 是大气中的主要污染成分
8.2.2 大气污染概况大气污染 —— 大气中有害物质含量超过一定指标，使大气质量恶化，对人、动植物,设备财产造成危害的现象。
* 以城市空气中 SO2,NO2和可吸入颗粒物 (PM10)的浓度为依据换算成空气污染指数即 API和空气质量级别空气质量 日报 *
API PM10
mg/m3
SO2
mg/m3
NO2
mg/m3
空气质量级别 空气质量状况
0~50
51~100
101~200
201~300
301~400
401~500
0.05
0.15
0.35
0.42
0.50
0.60
0.05
0.15
0.80
1.60
2.10
2.62
0.08
0.12
0.28
0.56
0.75
0.94
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
Ⅴ
优 可正常活动良好 可正常活动轻度污染 不亦长期接触中度污染 接触一段时间可出现不良症状重度污染 影响正常活动重度污染 影响正常活动
8.2.3 大气的主要污染物一次污染物 —— 从不同污染源直接向大气排放的有害气体和粉尘等。
二次污染物 —— 大气污染物之间相互作用或污染物与大气中的正常成分作用或因太阳光引起光化学反应等使污染物转换、产生的新的污染物。
主要大气污染物分 类 成 分颗粒物含硫化合物含氮化合物氧化物卤化物有机化合物碳粒、飞灰,C aC O 3,Z nO,P bO 2 各种重金属尘粒
SO 2,SO 3,H 2 SO 4,H 2 S 等
NO,NO 2,NH 3 等
O 3,CO,CO 2 等
HF,H C l,Cl 2 等烃类、甲醛、有机酸、酮类、稠环致癌物等。
大气污染物
（ 1）颗粒物（煤烟、粉尘）
污染源：①煤、石油燃烧（占 60%）②矿山、金属冶炼等 ③火山、岩石风化。
1）降尘 —— 直径＞ 10μm，可因重力很快降落到地面。
2）飘尘 —— 直径＜ 10μm，以气溶胶的形式长期飘浮在空中。
其中 0.5~5μm的飘尘 对人体危害最大。
飘尘的危害：
可直接到达人体肺部，造成矽肺、呼吸道疾病。
表面积巨大，可吸附污染物，造成粉尘与污染物协同作用（如伦敦型烟雾）
颗粒物中的烟黑含有 C,H,O,S的复杂有机化合物及多种稠环芳烃。
如,3,4— 苯并芘，一种强致癌物。
对气候产生影响，使大气可见度降低，减少阳光的辐射，具有冷却效应。
（ 2） SO2
污染源：煤、石油的燃烧（占 90%），如火力发电 厂、
钢铁厂、石油化工厂等。
SO2的危害：
1）具有刺激性的无色气体，空气中浓度为
6~12ppm时，可引起鼻腔、咽喉刺激性反应，
高浓度时引起支气管炎，窒息。
2）可破坏叶绿素，使植物叶片枯黄、脱落、树干枯死，水稻减产。
3）形成酸雨。
建于,1702年左图,1908年右图,1969年
(3) CO
主要污染源,汽车尾气的排放。
危害,CO是一种无色、无味、无嗅的气体,可破坏血红蛋白的输氧功能。当空气中 CO浓度达 1%时，
可使人 2分钟内死亡。
（ 4） NOx —— NO,NO2,N2O3,N2O5等主要污染源,1）煤、石油的燃烧，
2）汽车尾气的排放。
危害,1）刺激呼吸系统。
2）使血红素硝基化，从而使人中毒。
3）形成酸雨，光化学烟雾。
（ 5）碳氢化合物 HC（烃类）
污染源,1）炼油厂
2）汽车尾气危害,1）有害有机物如,3,4— 苯并芘 一种强致癌物
2）形成光化学烟雾汽车尾气中每 1g烟尘约含 3,4— 苯并芘 70μg
汽车行驶 1小时可排放 300μg 3,4— 苯并芘
3,4— 苯并芘 的最小致癌量为,0.4~2μg
8.2.4 综合性大气污染现象主要反应,hν
NO2 NO + O(原子氧 )
λ=392nm
O + O2 → O 3 O·
O3 + HC → R — COH + R— C =O
O· （醛） (酰氧基 )
R— C =O + O2 + NO → R — C = O
O— O— NO2
(PAN)
（ 1）光化学烟雾光化学烟雾的形成机理光化学烟雾中的主要产物为：
O3、醛、酮,PAN,PAB等，
PAN—— 过氧乙酰硝酸酯，
PAB—— 过氧苯酰基硝酸酯
（ 2）酸雨正常的雨水 pH = 6~7 pH = -lgc(H+)
∵ CO2 (g) + H2O（ g） = H2CO3 按平衡计算 pH = 5.6
酸雨 —— pH ＜ 5.6的降水酸雨形成中的主要化学过程可表示为：
SO2型 1）液相催化学反应 SO2 + H2O(l) → H2SO3
2 H2SO3 + O2 →2 H2SO4
2)气相反应 SO2 + O2 → SO3 + O
SO3 + H2O → H2SO4
NOx 型 2NO + O2 → 2NO2
2NO2 + H2O → HNO3 + HNO2
酸雨的危害
1）使水体、土壤严重酸化，鱼类、农作物受到影响。当
pH＜ 4.8，鱼类就会死亡。
2）破坏森林、植物的生长。
3）使建筑物、材料、金属制品被腐蚀。
(3) 温室效应加剧太阳辐射能量的 99%在波长 150~4000nm
＜ 400nm 紫外光，
400~800nm 可见光，
＞ 800nm 红外光
CO2在 4300nm附近有一个强吸收带
1） CO2与温室效应
CO2的排放量,20世纪初 1亿吨
50年代 16亿吨
80年代 55亿吨
90年代
2）其他温室气体
H2O CH4 N2O O3 CFC等多原子分子（ 30多种）
3） 温室效应对人类的影响
,联合国气候变化框架公约,1992年（ 155个国家签署）
主要原则：
气候变化是“人类共同关心的问题”
缔约国遵守“共同但又有区别的责任”
预防原则
可持续发展原则
(4) 臭氧层耗减生成反应,O2 + hν(λ＜ 240nm) → 2O ( 激发态氧原子 )
O + O2 → O 3
分解反应,O3 + hν(λ＜ 290nm) → O 2 + O
消除反应,O3 + O → 2O 2
在 25km高度,O3的浓度可达 5× 1012分子 /cm3
太阳紫外线分为三个波段：
UV— C (100~295nm) 有害 O3吸收 90%以上
UV— B (295~320nm) 有害
UV— A (320~400nm) 全部通过
1）平流层中 O3的形成
2）臭氧层破坏的现状
北极上空臭氧逐年减少
臭氧层破坏已从两极向中纬度地区扩散
南极臭氧洞的形成
3）臭氧层耗减对环境、生态的影响
植物生长缓慢,叶绿素含量降低。
白内障患者增加，人体免疫系统失调。
易发生光化学烟雾。
塑料易老化，油漆变质。
4）臭氧层破坏的机理
CF2Cl 2 + hν→ Cl + CF 2Cl
Cl + O3 → ClO + O 2
ClO + O → Cl + O 2
总反应,O3 + O → 2O2
一个 Cl原子可破坏 10万个 O3分子其他卤代烷烃,CF3Br (哈龙 ),CCl4(氯仿 ),CH3Br（甲基溴）等同样会破坏 O3，且 Br破坏 O3的能力比 Cl更强。
NO + O3 → NO 2 + O2
NO2 + O → NO + O 2
总反应 O3 + O → 2O 2
氯氟烃破坏 O3
NOx破坏 O3
CFC的替代品：
1）氢氟烃（ HFC） 不含 Cl，但制冷效果较差
2）氟碘烃（ CF3I） C— I键易吸收紫外线而断裂，
不会滞留在大气层中。
3）氢氯氟烃（ HCFC） 对 O3破坏较小，可作为 CFC的过渡替代品我国冰箱 CFC的替代品主要有：
HCFC-1416,HFC-134a,异丁烷混合制冷剂 （ CF3I+HFC-152a）
8.2.5大气污染的防治与治理技术
（ 2）控制污染源。
（ 3）改革能源结构。
（ 4）加强汽车尾气的治理。
（ 5）植树造林。
（ 1）加强大气质量的管理，随时进行监测
SO2的治理
1）氨法,用氨水为吸收剂吸收废气中的 SO2，吸收率＞ 90%
主要反应,SO2 + 2NH3·H 2O = (NH4)2SO3
(NH4)2SO3 + SO2 + H2O = 2 NH4HSO3
SO2 + 2NH3·H 2O = NH4HSO3
2）钠法,用 NaOH或 Na2CO3水溶液为吸收剂，吸收率＞ 90%
主要反应,2 NaOH + SO2 = Na2SO3 + H2O
Na2CO3 + SO2 = Na2SO3 + CO2
3）钙法,用 CaO Ca (OH)2 或 CaCO3制成浆液为吸收剂，
产物为 CaSO4，脱硫率＞ 96%
主要反应,CaCO3 + SO2 + 1/2H2O = CaSO3·1/2H2O + CO2
2CaSO3·1/2H2O + O2 + 3H2O = 2CaSO4·2H2O
