土木工程与大气环境教学课件PPT.ppt

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1、l第一节 大气的分层和大气的本底成分l一、大气的分层 l大气圈的总质量估计为61015t，相当于地球质量（5.9741021t）的百万分之一。在地心引力作用下，大气的质量主要集中在大气圈的下部，其中50%集中在距地表5 km以下，75%在10 km以下，90%在30km以下，30km以上的空气很稀薄。l目前世界普遍采用的大气圈分层方法是1962年世界气象组织建议的分层系统，将大气圈分为对流层、平流层、中间层、热成层和逸散层。l（1）对流层l对流层位于大气圈的最下层，平均厚度为12 km，大气存在强烈的垂直对流作用和水平运动，是大气圈中最活跃的一层。对流层的另一重要性质是大气温度随高度增加而下降

2、，其平均递减率为 6.5/km。雷电、雨雪、云雾、霜、雹等天气现象与过程都发生在这一层。l（2）平流层l平流层位于对流层顶至大约55 km的高度，其下部有一明显的稳定层，温度基本不随高度变化，近似等温状态。稳定层以上，温度又随高度增加而上升。l这种温度结构抑制了大气的垂直运动，大气以水平运动为主。由于水汽和尘埃含量极少，平流层中没有云雨等天气现象。l（3）中间层l中间层位于平流层顶到大约85km的高度，温度随高度的增加迅速递减，该层顶部温度可达-92，是大气层中最冷的一层。该层空气再次出现垂直对流。l（4）热成层l该层从中间层顶至距地表800km，随高度增加温度急剧升高。l在宇宙射线照射下，该

3、层大部分空气分子发生电离，具有高密度的带电粒子，故称电离层。l（5）逸散层l逸散层位于热成层之上，也称外大气层，是大气圈的最外层，距地表800km以上，其高度约为20003000km，温度随高度增加而增加，这里大气极其稀薄，地心引力微弱，中性粒子基本按抛物线运动。l大气质点之问鲜有碰撞，有些运动速度较快的中性粒子完全摆脱地球引力而逸入宇宙空间。l二、大气的本底成分l干洁空气、水汽、悬浮微粒l1、干洁空气（干燥清洁的空气）l干洁空气的主要成分是氮(N2)、氧(O2）和氩(Ar)、二氧化碳气体，其含量占全部干洁空气体积的99.996%。氖、氦、氪、甲烷、臭氧等次要成分占0.004%。l主要气体的体

4、积分数：氮（78.08%)、氧(20.95%)、氩（0.93%)、二氧化碳（0.038%)、氖（0.0005%)、甲烷（0.00017%)、氪（0.00011%)、一氧化二氮(0.0003%)、氢（0.00005%)、臭氧（0.000004%)。l2.水汽l海洋和地面蒸发、植物的蒸腾。沙漠或极地上空的水汽极少，干旱地区可低至0.02%。热带洋面上的水汽含量可多达4%。l在大气温度变化的范围内水汽可发生相变，凝结为水珠和冰晶，从而形成云雾、雨、雪等多种大气现象。大气中的水汽含量对生物生长和发育有重大影响。l3、悬浮微粒l主要来源于火山爆发、沙土飞扬、物质燃烧的颗粒、宇宙物落入大气产生的微粒，细菌

5、、微生物、植物的花粉、海洋溅沫等。l第二节 主要大气污染物及危害l一、大气污染的定义lISO：大气污染通常是指由于人类活动或自然过程引起某些物质进入大气，呈现出足够的浓度，达到足够的时间，并因此危害了人体舒适、健康和福利或环境的现象。l大气污染物达到一定浓度，并持续足够的时间，达到对公众健康、动物、植物、材料、大气特性、或环境美学因素产生可以测量的影响，就是大气污染。l大量能量释放进入大气，或人类活动导致大气中某些原有组分发生变化，也称为大气污染。l二、大气污染的危害l1）对人体健康的危害l大气污染影响人体健康，引起感官和生理机能的不适反应，发生急慢性中毒或死亡。成人每天约呼吸10 12立方米

6、的空气，大气中的有害化学物质通过呼吸道进入人体。空气污染对人体的危害常表现为呼吸道疾病。l成年人的肺泡总面积约55 70平米而且布满毛细血管，毒物能很快被肺泡吸收并由血液送至全身不经肝脏转化，所以毒物由呼吸道进入机体的危害最大。l大气污染对人的健康的影响，取决于大气中有害l物质的种类，性质，浓度和持续时间，也取决于人体的敏感性。l2）对动植物的危害l对植物可使其生理机制受抑制，生长不良，抗病抗虫能力减弱，甚至死亡。l动物可食用或饮用积累了大气污染物的植物和水或吸入有害物质而中毒死亡。l3）对材料的损害l如腐蚀金属、侵蚀建筑材料、损坏艺术品、使有色材料褪色、使橡胶制品脆裂。是城市地区经济损失的一

7、大原因，特别是酸雨区。l4）对天气和气候的影响l（1）形成酸雨；l（2）增高大气温度，出现“热岛效应”；l（3）全球气候变暖；l（4）降低大气能见度；l（5）减少到达地面的太阳辐射量，产生“冷化效应”l5）对农业生产的影响l急性伤害，叶面枯萎脱落，造成农作物减产；慢性危害使农作物褪绿，影响生长发育。l三、主要大气污染物及危害l1、主要大气污染物l大气污染物按其存在的状态可分为气体状态污染物和颗粒污染物。l1）悬浮颗粒物l悬浮颗粒物是由不同大小、不同成分以及不同特性的颗粒组成的混合物，有些是液体状的，有些是固体状的，还有些是液体包裹固体内核形成的。粒径和成分是颗粒物最重要的性质。l2）气态污染物

8、l气态污染物主要包括：l气态污染物主要包括：l含硫化合物：如SO2，SO3，H2S等；l含氮化合物：如NO，NO2，NH3等；l碳的氧化物：如CO，CO2等；l碳氢化合物；CmHnl卤素化合物：如HF，HCL，SiF4等。l环境空气质量标准（GB 30952012）列入的主要大气污染物lTSP、PM10、PM2.5、SO2、CO、NO2、3、Pb、B(a)P、F（氟化物）。l2、主要大气污染物的来源l1）化石燃料燃烧是大气污染的主要原因之一l燃煤的主要污染物是：SO2，CO，CO2，NO2、碳氢化合物、灰尘等；l石油燃烧产生的污染物是含硫、含氮的化合物、碳氢化合物等。l2）工业生产产生的大气污

9、染物l火电、钢铁、石化、建材、有色金属、化工。l3）交通运输l颗粒物、一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物、二氧化碳、苯并(a)芘、二氧化硫等。l4）土木工程产生的大气污染物l交通土建工程和建筑工程施工中会产生大量的扬尘使大气中的总悬浮微粒增加。此外，施工机械的汽油机或柴油机产生的尾气会产生大气污染，其成分与交通工具排放的尾气类似。l5）农业生产产生的大气污染物l（1）田间施用农药l一部分农药会以粉尘等颗粒物形式散逸到大气中，残留在作物体上或粘附在作物表面的仍可挥发到大气中。l（2）氮肥施用l 氮肥在土壤中经一系列的变化过程会产生氮氧化l化物释放到大气中，其中氧化亚氮不易溶于水，可传输到平流层，并与

10、臭氧相互作用，使臭氧层遭到破坏。此外，氧化亚氮还是温室气体。l（3）水稻田释放甲烷l甲烷是温室气体，甲烷的增加会使全球变暖的温室效应增强。l3、大气污染物的特点和危害l1）颗粒物l（1）颗粒物分类l颗粒物按粒径可以分为：l 总悬浮微粒（TSP）l指粒径100微米的颗粒物，是大气中各种颗粒物的总称。l 降尘l在总悬浮粒物中一般直径大于10m，但小于100m由于其自身的重力作用会很快沉降，故称为降尘。l 可吸入颗粒物（PM10）l指空气动力学直径10微米的颗粒物，因能进入人体呼吸道故称可吸入颗粒物，因能长期漂浮在空气中，又称为飘尘。l PM2.5（细颗粒物）l空气动力学直径小于或等于2.5um。l

11、（2）颗粒物的来源l风沙尘土；燃料燃烧时产生的烟尘（如燃煤）；工业生产中产生（如冶金、建材）；汽车尾气；建筑扬尘；市政工程扬尘；道路施工扬尘；交通扬尘；气态污染物经过复杂物理化学反应在空气中生成的颗粒物；气态污染物冷凝后产生的颗粒物。l颗粒物的组成十分复杂，各种污染源都会有所贡献。其表面会浓缩和富集多种化学物质，其中多环芳烃类化合物等随呼吸吸入人体内成为肺癌的致病因子；许多重金属的化合物也可对人体健l康。颗粒物的化学成分多达数百种以上，可分为有机和无机两大类。颗粒物上还可吸附细菌、病毒、病原微生物。l（3）颗粒物的危害l颗粒物是我国大多数城市的首要污染物，是影响城市空气质量的主要因素。l 对人

12、体健康的影响l颗粒物人体的危害程度主要决定于自身的粒度大小及化学组成。lTSP中粒径大于10微米的颗粒物由于重力作用降尘会很快沉降到地面，加之人体呼吸道的过滤和l防御功能，绝大部分的降尘被阻留在鼻腔和咽喉部，因此降尘对人体造成的危害较小。l对人体危害最大的是10微米以下的浮游状颗粒物，称为飘尘（后改称为可吸入颗粒物）。飘尘可经过呼吸道沉积于肺泡。粒径小可以长期漂浮在空气中，易被吸入。lPM2.5在空气中悬浮的时间更长，易于滞留在细支气管和肺泡中，其中某些较细的组分还可穿透肺泡进入血液。PM2.5能在大气中长期飘浮，易将污染物带到很远的地方，使污染的范围扩大。同时在大气中还可为化学反应提供反应床

13、。此外，PM2.5比表面积大吸附的污染物多。l由于细颗粒物的危害，美国联邦环保局于1997年6月新颁布的大气环境质量标准中增加了PM2.5标准。欧盟也于1997年提出PM2.5标准。l我国在1996年颁布的环境空气质量标准(GB3095-1996)中规定了PM10的标准，新的空气质量标准又增加了PM2.5标准。l对呼吸系统的影响：l呼吸系统是大气污染物作用于机体的靶器官。人体长期暴露在飘尘浓度高的环境中，呼吸系统发病率增高。特别是慢性阻塞性呼吸道疾病，如支气管炎、气管炎、支气管哮喘、肺气肿等。长期居住在颗粒物污染严重地区的居民，可出现l肺活量降低，呼气时间延长，呼吸道疾病的患病率增加。广州、武

14、汉、重庆、兰州四城市的调查显示，大气中PM10、PM2.5污染与儿童呼吸道疾病呈线性正相关。l肺的纤维化：l粉尘吸入后在肺内沉积，引起纤维性病变，使肺组织硬化，损害呼吸功能，如：煤肺、石棉肺，矽肺。矽肺是由于长期吸入大量含有游离二氧化硅粉尘所引起。l免疫系统：l病原微生物（细菌、病毒）随颗粒物进入体内后，l降低免疫功能，增加对细菌、病毒等感染的易感性，使机体对传染病的抵抗力下降。l心血管系统：l可引起血液成分的改变，血液粘度增加，血液凝集以及血栓形成可引起动脉收缩，血压升高。l致癌：l在颗粒物的表面浓缩和富集有多种化学物质，其中可能含有多种致癌和促癌物。如颗粒物中的多环芳烃含量。流行病学调查表

15、明，城市大气颗粒物中的多环芳烃与居民肺癌的发病率和死亡率呈相关关系。l 颗粒物对植物的危害l粉尘能在植物的枝、叶和花上形成一层结壳，阻挡光线，影响光合作用；l叶片因长时间积聚颗粒物，造成气孔堵塞，干扰植物的呼吸功能；l颗粒物中的可溶性化学成分直接破坏植物组织，造成叶片损伤，如酸性烟雾造成植物叶片出现坏死斑点。l由于覆盖尘埃，叶片对热量的吸收增强3倍导致叶片温度升高达4。蒸腾速度加快，叶片失水、褪绿，使植物生长不良。l通常低温、低风速、无雨或大气稳定度大，会加重颗粒物对植物的危害。l 对天气的影响l在颗粒物浓度很高时，使大气能见度降低，导致雾霾天气出现，影响生产、生活活动和景观。其中0.1至1m

16、的微粒对能见度的影响最大，特别是浓度大于100g/m3的时候。l气候影响l大量颗粒物还能减少到达地面的太阳辐射量，而使气温明显降低，造成“冷化效应”，例如1991年海湾战争时，科威特数百口油井的燃烧，使 l地表温度比往年同期下降了约10。l对材料设备的腐蚀性l由于颗粒物本身可能具有活性，或能吸附化学活性物质，因此它具有腐蚀性，可对物料起到直接的化学破坏作用。如腐蚀金属表面，破坏带有油漆、涂料的表面等。l2）二氧化硫的危害l中等强度刺激性气体，无色。l二氧化硫是世界范围内的主要气态污染物，它数量较大，影响面较广。煤、石油中含有一定数量的硫，燃烧中会产生硫氧化物；l大气中的二氧化硫主要来自于燃料燃烧，其中火电厂是最大的二氧化硫排放源。此外有色金属冶炼、硫酸制造、石油提炼、硫矿石焙烧、造纸等生产过程、汽车尾气都会大量排放二氧化硫。l（1）二氧化硫对人体健康的危害l二氧化硫刺激上呼吸道黏膜表层的神经末梢，引起支气管收缩、痉挛、黏液量增加，人出现咳嗽、喷嚏；同时人体气道阻力增加，空气进出肺部受到阻碍，引起呼吸困难；高浓度时，引起呼吸困难；甚至窒息。l在二氧化硫毒性作用下，人体呼吸道抵抗力逐渐l减