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2)污染源与污染物
向大气排入有害物质的源地称污染源,进入大气的有害物质称污染物。
大气污染源分人工源和自然源,
自然源包括火山喷发、森林着火、风吹扬尘等,它们每年向大气排入约5.5亿吨污染物,人工源包括工业污染源、农业污染源、城乡交通和居民生活污染源等,它们平均总计向大气排入的污染物在20世纪90年代约每年超过6.5亿吨,其中以工业污染排放量最为主要。
我国1990年工业源共排放大气污染物约0.4亿吨,按人口平均远低于发达国家的排发水平。
大气污染物分为一次污染物和二次污染物,它们的种类超过100多种。
从污染源排进大气后,直接污染空气的称一次污染物,其中最主要的有二氧化硫、一氧化碳(CO、氮氧化物(NO、二氧化氮、颗粒物(飘尘、降尘、油烟等)、CO和氨气、及含氧、氮、氯、硫有机化合物以及放射性物质等。
所谓二次污染物则是由于阳光照射污染物、污染物间相互发生化学反应、污染物与大气成分发生化学反应生成的有害物质,光化烟雾就是一种二次污染物。
3)大气环境质量(品质)
大气环境对人类生存与发展的优劣程度,称大气环境质量或大气品质。
空气洁净则其大气环境质量便高,如远离城市或工业区的山区;
大城市或工业区的空气污染严重,其大气环境质量便低。
大气环境质量高低或好坏,常用大气污染物浓度的大小来具体衡量,单位体积空气中,含某种污染物的多少,称为该种污染物的浓度。
根据不危害人体和生态系统与物品的考虑,人为规定污染物浓度的允许值,称为大气环境质量标准。
空气的相应污染物浓度低于规定值,称大气质量合标准,高于规定值则称大气质量超标准(简称超标),超标越多,则大气环境质量越坏。
世界各国都先后制定了各自的标准,我国于1982年首次颁布了大气环境质量标准,按地区类别执行三种等级的标准。
对于风景名胜和自然保护区等,执行一级标准;
对于居民区、商业与文化区等,执行二级标准;
对于工业区、交通枢纽等,执行三级标准。
部分污染物具体标准如表所列。
大气污染物浓度常用大气采样仪,采集空气样品并进行分析而确定。
4)大气污染的危害与影响大气污染对人类及其生存环境造成的危害与影响,已逐渐为人们所认识,归结起来有如下几个方面:
1对人体健康的危害。
人体受害有三条途径,即吸入污染空气、表面皮肤接触污染空气和食入含大气污染物的食物,除可引起呼吸道和肺部疾病外,还可对心血管系统、肝等产生危害,严重的可夺去人的生命。
2对生物的危害。
动物因吸入污染空气或吃含污染物食物而发病
或死亡,大气污染物可使植物抗病力下降、影响生长发育、叶面产生伤斑或枯萎死亡。
3对物品的危害。
如对纺织衣物、皮革、金属制品、建筑材料、文化艺术品等,造成化学性损害和玷污损害。
4造成酸性降雨,对农业、林业、淡水养殖业等产生不利影响。
5破坏高空臭氧层,形成臭氧空洞,对人类和生物的生存环境产生危害。
6对全球气候产生影响,如二氧化碳等温室气体的增多会导致地球大气增暧,导致全球天气灾害增多,又如烟尘等气溶胶粒子增多,使大气混浊度增加,减弱太阳辐射,影响地球长波辐射,可能导致天气气候异常。
如何防治大气污染,减轻大气污染的危害与影响,构成了当今重大而紧迫的研究课题。
5)大气污染的防治防治大气污染是一个庞大的系统工程,需要个人、集体、国家、乃至全球各国的共同努力,可考虑采取如下几方面措施:
1减少污染物排放量。
多采用无污染能源(如太阳能、风能、水力发电)、改革能源结构,用低污染能源(如天然气)、对燃料进行预处理(如烧煤前,先进行脱硫)、改进燃烧技术等均可减少排污量。
另外,在污染物未进入大气之前,使用除尘消烟技术、冷凝技术、液体吸收技术、回收处理技术等消除废气中的部分污染物,可减少进入大气的污染物数量。
2控制排放和充分利用大气自净能力。
气象条件不同,大气对污染物的容量便不同,排入同样数量的污染物,造成的污染物浓度便不同。
对于风力大、通风好、湍流盛、对流强的地区和时段,大气扩散稀释能力强,可接受较多厂矿企业地逆温的地区和时段,大气扩散稀释能力弱,便不能接受较多的污染物,否则会造成严重大气污染。
因此应对不同地区、不同时段进行排放量的有效控制。
3厂址选择、烟囱设计、城区与工业区规划等要合理,不要排放
大户过渡集中,不要造成重复迭加污染,形成局地严重污染事件发生。
4绿化造林,使有更多植物吸收污染物,减轻大气污染程度。
中国大气污染的现状据《中国环境状况公报》显示,我国城市空气质量仍处在较重的污染水平,北方城市重于南方城市。
二氧化硫年均值浓度在3~248微克/立方米范围之间,全国年均值为66微克/立方米。
一半以上的北方城市和三分之一强的南方城市年均值超过国家二级标准(60微克/立方米)。
北方城市年均值为72微克/立方米;
南方城市年均值为60微克/立方米。
以宜宾、贵阳、重庆为代表的西南高硫煤地区的城市和北方能源消耗量大的山西、山东、河北、辽宁、内蒙古及河南、陕西部分地区的城市二氧化硫污染较为严重。
大气污染的综合防治
大气的污染物,无论是颗粒状污染物或是气体状污染物,都有能够在大气中扩散、污染面广的特点,这就是说,大气污染带有区域性和整体性的特征。
正因为如此,大气污染的程度要受到该地区的自然条件、能源构成、工业结构和布局、交通状况以及人口密度等多种因素的影响。
在本文以后所论述的各种治理技术只是对点污染源排放的污染物进行治理,不能解决区域性的大气污染问题。
对于区域性大气污染问题,必须通过采取综合防治的措施加以解决。
所谓大气污染的综合防治,就是从区域环境的整体出发,充分考虑该地区的环境特征,对所有能够影响大气质量的各项因素作全面、系统的分析,充分利用环境的自净能力,综合运用各种防治大气污染的技术措施,并在这些措施的基础上制定最佳的防治措施,以达到控制区域性大气环境质量、消除或减轻大气污染的目的。
大气污染综合防治涉及面比较广,影响因素比较复杂,一般来说,可以从下列几个方面加以考虑。
(1)全面规划,合理布局
大气污染综合防治,必须从协调地区经济发展和保护环境之间的关系出发,对该地区各污染源所排放的各类污染物质的种类、数量、时空分布作全面的调查研究,并在此基础上,制定控制污染的最佳方案。
工业生产区应设在城市主导风向的下风向。
在工厂区与城市生活区之间,要有一定间隔距离,并植树造林、绿化、减轻污染危害。
对已有污染重,资源浪费,治理无望的企业要实行关、停、并、转、迁等措施。
2)改善能源结构,提高能源有效利用率
我国当前的能源结构中以煤炭为主,煤炭占商品能源消费总量的73%,在煤炭燃烧过程中放出大量的二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳以及悬浮颗粒等污染物。
因此,如从根本上解决大气污染问题,首先必须从改善能源结构入手,例如使用天然气及二次能源,如煤气、液化石油气、电等,还应重视太阳能、风能、地热等所谓清洁能源的利用。
我国以煤炭为主的能源结构在短时间内不会有根本性的改变。
对此,当前应首先推广型煤及洗选煤的生产和使用,以降低烟尘和二氧化硫的排放量。
我国能源的平均利用率仅30%,提高能源利用率的潜力很大。
我国有20余万台锅炉,年耗煤2亿多吨,因此,合理选择锅炉,对低效锅炉的改造、更新、提高锅炉的热效率,能够有效地降低燃煤对大气的污染。
(3)区域集中供热
分散于千家万户的燃煤炉灶,市内密集的矮小烟囱是烟尘的主要污染源。
发展区域性集中供暧供热,设立规模较大的热电厂和供热站,用以代替千家万户的炉灶,是消除烟尘的有效措施。
这样还具有以下各项效益:
①提高热能利用率;
②便于采用高效率的除尘器;
③采用高烟囱排放;
④减少燃料的运输量。
4)植树选林、绿化环境
绿化造林是大气污染防治的一种经济有效的措施。
植物有吸收各种有毒有害气体和净化空气的功能。
植物是空气的天然过滤器。
茂密的丛林能够降低风速,使气流挟带的大颗粒灰尘下降。
树叶表面粗糙不平,多绒毛,某些树种的树叶还分泌粘液,能吸附大量飘尘。
蒙尘的树叶经雨水淋洗后,又能够恢复吸附、阻拦尘埃的作用,使空气得到净化。
植物的光合作用放出氧气,吸收二氧化碳,因而树林有调节空气成分的功能,一般1公顷的阔叶林,在生长季节,每天能够消耗约1t的二氧化碳,释放出0.75t的氧气。
以成年人考虑,每天需吸入0.75kg的氧气,排出0.9kg的二氧化碳,这样,每人平均有10m2面积的森林,就能够得到充足的氧气。
有一些植物能够吸收大气中的有毒成分,如1公顷柳杉林每年可吸收720kg二氧化碳。
有一些林木,在其生长过程中能够挥发出柠檬油、肉桂油等多种杀菌物质。
有人作到分析测定,在百货大楼内,每立方米空气中细菌数达400万个,林区则仅仅有55个,这样,林区与百货大楼空气中的含菌量相差7万多倍。
二、颗粒污染物的治理
1、颗粒污染物的分类
大气中的烟尘主要是由于固体燃料(煤)的燃烧产生的。
我们根据烟尘(颗粒污染物组成)的特性,可以将其分为粉尘、烟和雾三种类型。
2、颗粒污染物的去除方法及设备
去除大气中颗粒污染物的方法很多,根据它的作用原理,可以分为下列四种类型:
1干法去除颗粒污染物通过颗粒本身的重力和离心力,使气体中的颗粒污染沉降,而从
气体中去除的方法,如重力除尘、惯性除尘和离心除尘。
常用的设备有重力沉降室、惯性除尘器和旋风除尘器等。
2湿法去除颗粒污染物用水或其他液体使颗粒湿润,而加以捕集去除的方法。
如气体洗涤、泡沫除尘等。
常用的设备有:
喷雾塔、填料塔、泡沫除尘器、文丘里洗涤器等。
3过滤法去除颗粒污染物使含有颗粒污染物的气体通过具有很多毛细孔的滤料,而将颗粒污染物截留下来的方法,如填充层过滤、布袋过滤等。
常用的设备有颗粒层过滤器和袋式过滤器。
4静电法去除颗粒污染物
使含有颗粒污染物的气体通过高压电场,在电场力的作用下,使其去除的过程。
常用的设备有干式静电除尘器和湿式静电除尘器。
三、气态污染物的治理
1.吸收法
吸收是利用气体液体中溶解度不同的这一现象,以分离和净化气体混合物的一种技术。
这种技术也用于气态污染物的处理,例如从工业废气中去除二氧化硫、氮氧化物、硫化氢以及氟化氢等有害气体。
吸收可分为化学吸收和物理吸收两大类。
化学吸收
被吸收的气体组分和吸收液之间产生明显的化学反应的吸收过程。
从废气中去除气态污染物多用化学吸收法。
例如用碱液吸收烟气中的S02用水吸收NO)等。
物理吸收
被吸收的气体组分与吸收液之间不产生明显的化学反应的吸收过程,仅仅是被吸收的气体组分溶解于液体的过程。
例如用水吸收醇类和酮类物质。
四、汽车尾气污染及其治理
1.概述
汽车是一种高效的现代化交通工具,它提高了人们的出行效率,促进了生产的发展,方便了人们的生活。
但汽车又是一种流动污染源。
汽油车的主要污染物成分是COHCNOx以及碳粒等。
汽车排放大量的污染物,使环境付出了沉重的代价,它给人类带来难以估计的损失。
据资料介绍,城市街道上的车流量在每小时1000〜2000辆时,COHC和NOx这三种有害气体占全部有害气体的80%-90%以上。
世界上几乎所有大城市和中小城市都遭受汽车排放污染的严重危害。
1.汽车排放主要污染物的来源种类及其危害
当燃料在发动机汽缸里进行燃烧时,由碳氢氧组成的液体石油燃料完全燃烧后生成的是二氧化碳,水蒸汽,氮气和过量的氧气。
这几种气体在正常情况下被认为是无害的。
但是,内燃机所用的燃料往往都含有其它杂质与添加剂,且内燃机的燃烧总是不完全的,再加上发动机工作过程中的其它原因,使发动机的排气成分中还含有一定量的一氧化碳,碳氢化合物,氮氧化物,二氧化硫,微粒物质(铅化
物碳烟油雾等)与臭气(甲醛丙烯醛等)有害排放物。
它们的部分是有毒的,有些还带强烈刺激性,有臭味,甚至有些有致癌作用。
这些由汽车排出的COHCNOx和碳烟、微粒等正是造成大气污染的主要物质。
这几种有害成分随不同的发动机型与运转条件均有所变
据有关资料统计,每千辆汽车每天排出的CO量约为3000kg,HC
化合物约200〜400kg,NOx约为50〜150kg,平均每燃烧1吨燃油生成的有害物质达40〜70kg。
由于污染物排放区域恰为人们呼吸带区,因此对人体健康威胁很大。
(1)一氧化碳(CO)
一氧化碳(CO)是汽油机有害排放物中浓度最高的一种成分,城市大气中的一氧化碳大部分都来自汽车排气,它是燃油燃烧不充分的产物,车速越慢,交通堵塞越严重,排放量越多。
它是无色、无刺激的有毒气体。
一氧化碳经人呼吸进入肺部,被血液吸收后,能与体内血红蛋白结合成一氧化碳-血红蛋白。
一氧化碳与血红蛋白的亲和力比氧与血红蛋白的亲和力要大250倍。
一氧化碳-血红蛋白一经形成,离解很慢,容易造成低氧血症,因而导致组织缺氧。
当大气中的一氧化碳浓度达到70〜80ppm以上时,人在接触几小时以后,一氧化碳—血红蛋白含量为20%左右时,就会引起中毒,当含量达60%时,即可因窒息而死。
(2)碳氢化合物
各种碳氢化合物总称为烃类,汽车发动机排气中所含的烃类成分有百余种之多,但其浓度总量比一氧化碳要少。
碳氢化合物中大部分对人体健康的直接影响并不明显,但从汽车排气成分的检测中得知,在排出的碳氢化合物中含有少部分醛类(甲醛、丙烯醛)和多环芳烃。
其中甲醛与丙烯醛对鼻、眼和呼吸道黏膜有刺激作用,可引起结膜炎、鼻炎、支气管炎等症状,它们还有难闻的臭味。
苯并[a]芘被认为是一种强致癌物质。
加上烃类还是光化学烟雾形成的重要物质,因此碳氢化合物排放的危害性是不可忽视的。
(3)氮氧化物(NOx)汽车发动机排出的氮氧化物主要是一氧化氮和二氧化氮,总称。
大气中的氮氧化物和碳氢化合物在未发生光化学反应以前,单独存在时也能产生一些直接危害。
N0)中的NC与血液中血红蛋白的亲和力比CC还强,通过呼吸道及肺进入血液,使其失去输氧能力,产生与CC相似的严重后果。
NC很易氧化成剧毒的NC2进入肺脏深处的肺毛细血管,引起肺水肿,同时还能刺激眼黏膜,麻痹嗅觉。
NC2单独存在时是一种棕色气体,有特殊的刺激性臭味,被吸入肺部后,能与肺部的水分结合生成可溶性硝酸,严重时会引起肺气肿。
如大气中的NC2达5ppm就会对哮喘病患者有影响,若在100〜150ppm的高浓度下连续呼吸30〜60分钟,就会使人陷入危险状态。
此外,即使是NCx的浓度很低,也会对某些植物产生不良影响。
(4)微粒
汽车排气中的微粒,主要有作为抗爆剂加入到汽油中的四乙基铅经燃烧后生成的铅化物微粒以及燃料不完全燃烧生成的碳烟粒等。
铅化物扩散到大气中对人体健康十分有害,当人们吸入这种有害物并积累到一定程度时,铅将阻碍血液中的红血球的生长与成熟,使心、肺等发生病变,侵入大脑时则引起头痛,出现一种精神病的症状。
当血液中含铅量超过80卩g/100mL时,随着血液中红血球状态的变化,会出现四肢肌肉麻痹、严重腹痛、脸色苍白以至死亡等典型铅中毒症状。
此外,铅化物还会吸附在催化剂表面,使催化剂“中毒”从而降低催化剂的净化效果,并显著缩短其使用寿命。
碳烟的危害不仅在其本身对人的呼吸系统有害,而且因为碳烟粒的孔隙中往往吸附着二氧化硫及有致癌作用的多环芳烃如苯并[a]芘等。
微粒对人体健康的影响,除了与浓度有关外,粒子的直径及其化学性质起决定作用,5卩m以下的粒子可以进入呼吸道,3卩m以下的粒子可以沉积在肺细胞内,引发肺病变,粒子携带的苯并[a]芘是强致癌物质,可引发癌症。
(5)光化学烟雾光化学烟雾是由汽车和工厂排出的碳氢化合物和氮氧化物在阳
光作用下,在波长4000X10-10m以下的紫外线区进行一系列的光化
学反应,生成臭氧和过氧化乙酰硝酸盐等光化学过氧化产物以及各种游离基、醛、酮等成分,形成一种毒性较大的浅蓝色烟雾。
在光化学氧化产物中,臭氧是一种强的氧化剂,在0.1ppm浓度时就具有特殊的臭味。
并可达到呼吸系统的深层,刺激下气道黏膜,引起化学变化,其作用相当于放射线,使染色体异常,使红血球老化。
PAN甲醛、丙烯醛等产物的人眼睛、咽喉、鼻子等有刺激作用,其刺激域值约为
O.lppm。
此外,还发现光化学烟雾能促使哮喘病患者哮喘发作,能引起慢性呼吸系统疾病恶化,长期吸入氧化剂能降低人体细胞的新陈代谢,加速人的衰老。
并且,光化学氧化产物中的臭氧和过氧化乙酰硝酸盐都能使植物受害,臭氧具有极强的氧化力,能使植物变黑、橡胶开裂;
动物在1ppm臭氧浓度下4小时就会出现轻度肺气肿。
过氧化乙酰硝酸盐的毒性介于NO和NO2之间。
3汽车排气污染的控制与净化技术
根据中国环境保护远景目标纲要,重点城市应达到国家大气环境质量二级标准。
为尽快改善城市环境空气质量,在控制城市固定污染源排放的同时,根据各城市大气污染分担率的特点,应加强的流动污染源的控制力度,尤其要加强重点城市机动车污染排放的控制力度。
为此制定了相关的排放法规和标准。
具体计划是:
轻型汽车在200年达到欧洲第一阶段控制水平。
重型车和摩托车2001年前后达到欧洲第一阶段控制水平,2005年前后达到欧洲第二阶段控制水平;
2010年前后重点地区和重点企业争取与国际接轨。
国家环境保护总局组建的新生产车监督检测网,将对新车实行监督性检测。
达不到排放标准的依照《大气污染防治法》,不准生产、进口和销售。
机动车控制工作是一项涉及多部门,多方面的系统工程,除了加强法规要求和执法力度外,机动车控制技术的进步是根本的物质保证。
经对国内外成功经验的总结,结合我国的实际情况证明:
在汽油车上通过使用电子控制燃油喷射和点火系统,配装氧传感器实现闭环控制发动机工作,同时安装排气三效催化转化器是大幅度降低汽油车排放污染物的有效手段,1998年9月国务院决定自2000年1月1日起,汽车制造企业生产的所有汽车都要适合使用无铅汽油。
新生产的轿车要采用电子控制燃油喷射装臵并安装排气净化三效催化转化器。
(1)改进和提高燃料质量
油品质量的降低车辆污染物的排放,保证发动机及其排放控制系统正常工作十分重要。
提高燃料质量,改变燃料构成,也是强化燃烧过程,降低排气中有害物质含量的有效措施。
国家环境保护总局于1999年6月发布了《车用汽油有毒物质控制标准》,车用汽油中对生态环境和人体健康有直接毒害的、或对汽车发动机和排放控制装臵有害、造成汽车排放状况恶化的9类物质(苯、烯烃、芳烃、锰、铁、铜、铅、磷、硫)含量将按照相关指标进行控制。
(2)推广使用清洁燃料汽车
清洁代用燃料汽车的开发和普及应用,为防治机动车污染开辟了新的途径。
为达到更严格的排放标准,世界各国汽车制造商都在努力积极地研究开发各种低污染代用燃料汽车:
天然气汽车、液化气汽车、甲醇汽车、乙醇汽车、生物燃料汽车、多种灵活燃料汽车、氢燃料汽车、电动汽车、太阳能汽车等等。
其中尤以天然气汽车和液化石油气汽车最为成熟并在一些国家普及,成为很有实用价值的清洁燃料汽
车。
目前我国已有哈尔滨、长春、沈阳、北京、乌鲁木齐、西安、上海、福州、广州、深圳、广东省南海市、四川省、重庆、香港等地区推广使用天然气汽车和液化气汽车。
并将公共汽车和出租汽车这类运营线路相对固定、行驶时间较长的车辆作为发展清洁燃料汽车中的重点。
(3)推广使用清洁燃料汽车
其中尤以天然气汽车和液化石油气汽车最为成熟并在一些国家普及,成为很有实用价值的清洁燃料汽车。
并将公共汽车和出租汽车这类运营线路相对固定、行驶时间较长的车辆作为发展清洁燃料汽车中的重
点
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