一、大气污染的主要成份及危害有以下五种:
(1) 颗粒物质 颗粒物质的来源可分为天然来源和人为来源,而以人为来源为主。直接由污染源排放出来的称为一次颗粒物质;大气中某些污染组分之间,或这些组分与大气成分之间发生反应而产生的微粒,称为二次颗粒物质。人为来源主要是燃料燃烧过程中形成的煤烟、飞灰等,各种工业过程排放的原料或产品微粒,汽车排放的含铅化合物,以及化石燃料燃烧排放的SO2在一定条件下转化为硫酸盐等。天然来源,如风起尘埃,海浪溅出的浪沫,火山灰,森林火灾的燃烧物,宇宙陨星尘以及植物的花粉等。颗粒物质是重要的大气污染物,大气中的一些有毒物质绝大部分都存在于颗粒物质中,对人及动植物的危害很大。
(2) 硫氧化物SOx 大气中的硫氧化物主要是SO2,还有小部分SO3。主要来自发电厂和供热厂中含硫化石燃料(其中80%是煤)的燃烧,其次是冶炼厂、硫酸厂的排放气,有机物的分解和燃烧,海洋及火山活动等。从化学热力学来看SO2的平衡转达化率高,易生成SO3。从化学动力学看,可以通过催化氧化(悬浮在大气中的铁盐、镁盐起催化剂作用)或学化学氧化(主要是在波长为290~400nm的紫外光作用下)生成SO3,SO3极易与水汽生成硫酸雾或硫酸雨。SO2不但对人的呼吸道有强烈的刺激性,它对植物还会产生漂白的斑点、抑制生长、损害叶片和降低产量。当空气中有微粒物质共存时,其危害可增大3~4倍(如前述的伦敦烟雾就是例证)。SOx许多不良作用是由于SOx与水作用生成的硫酸造成的。硫酸和硝酸的酸雨己严重危害我国和世界许多地区,成为举世瞩目的三大全球性公害之一。
(3) 氮氧化物NOx 氮氧化物的种类很多,造成大气污染的主要是NO和NO2 等。它们主要来自矿物燃料的高温燃烧(如汽车、飞机、内燃机及工业窑炉等的燃烧)过程中,由空气中的N2和O2反应生成的NO、NO2(N2+O2===2NO, 2NO+O2===2NO2)也部分来自于生产和使用HNO3的工厂的排放气,还有氮肥厂、有机中间体厂、有机中间体厂、有色及黑色金属冶炼厂的某些生产过程。现在,每年向大气排放NOx几千万吨。NO会刺激呼吸系统,还能与血红素结合成亚硝基血红素而使人中毒。NO2能严重刺激呼吸系统,并能使血红素硝基化,危害比NO的更大。另外。NO2还会毁坏棉花、尼龙等织物,使柑桔落叶和发生萎黄病等。另外,也会形成硝酸酸雨产生危害。
(4) CO和CO2 CO是人类向大气排放量最大的污染物,主要来自燃料的不完全燃烧。但是近来的研究指出天然产生的CO也不容忽视。由于近代对燃烧装置和燃烧技术的改进,所以从固定燃烧装置排放的CO量逐渐有所减少,而由汽车等移动源燃烧产生CO的量每年约有25亿t,占人为污染源排放的CO总量的70%左右。现代发达国家城市空气中的CO有80%是汽车排放的。
低层大气中相当丰富的CH4可被氢氧自由基(––OH)作用生成甲基自由基(––CH3),继而转变成CO。海洋是另一个重要的天然来源。早先人们认为海洋是吸收CO的重要渠道,但现在发现海洋对CO是过饱和的,这样海洋中的CO浓度反而高于大气中的CO浓度。海洋每年向大气排放CO约达06亿t。
CO是无色、无臭、无气味的气体。一般城市空气中的CO含量水平对植物及有关微生物均无害,但对人和动物有害,因CO能与血红蛋白化合,生成“碳氧血红蛋白”。CO与血红蛋白的结合能力比O2与血红蛋白的结合能力要大200~300倍,因此CO进入血液后,会使血液输氧能力降低甚至失去输氧能力,导致人体缺氧。轻度中毒有头痛、恶心等症状,严重时则昏迷、痉挛甚至死亡。
CO2与CO不同,它本身没有毒性,因此过去都不把CO2列为污染物,但从长远观点年,CO2也是相当重要的污染物。近一个多世纪以来,随着工业、交通和能源的高速发展,排入大气中CO2的日益增多,超过了植物的光合作用等自然界消除CO2的能力,而使CO2浓度迅速增加。CO2是一种温室气体,其含量的不断增加会引起全球气候变暖。
(5) 烃类CxHy (或简写为HC) 烃类是通过炼油厂排放气、汽车油箱的蒸发、工业生产及固定燃烧污染源等进入大气的。一个更重要的来源是汽车尾气,尾气中总含有相当量的未燃尽的烃类,除非采取特别措施保证燃烧完全。这些烃类大多是饱和烃(如CH4、C2H6、C8H18等),更为严重的是其中一小部分由饱和烃裂解而产生的活性较高的烯烃,例如辛烷裂解产物乙烯、丙烯、丁烯等不饱和烃(可占排放气的45%)更易和O2、NO及O3等发反应,生成光化学烟雾中的某些极有害成分。
烃类的生物来源也是不容忽视的,其中主要释放物有CH4、萜烯类化合物(广泛存在于某些植物的叶、花或果实中)等。这些物质释放量虽大,但分散在广阔的大自然中,所以并未构成对环境和人类的直接危害。但研究表明,CH4浓度的增加会强化温室效应。
二、防治大气污染的措施有以下几种:
1. 合理安排工业布局和城镇功能分区。应结合城镇规划,全面考虑工业的合理布局。工业区一般应配置在城市的边缘或郊区,位置应当在当地最大频率风向的下风侧,使得废气吹响居住区的次数最少。居住区不得修建有害工业企业。
2 加强绿化。植物除美化环境外,还具有调节气候、阻挡、滤除和吸附灰尘,吸收大气中的有害气体等功能。
3. 加强对居住区内局部污染源的管理。如饭馆、公共浴室等的烟囱、废品堆放处、垃圾箱等均可散发有害气体污染大气,并影响室内空气,卫生部门应与有关部门配合、加强管理。
4. 控制燃煤污染。①采用原煤脱硫技术,可以除去燃煤中大约40%一60%的无机硫。优先使用低硫燃料,如含硫较低的低硫煤和天然气等。②改进燃煤技术,减少燃煤过程中二氧化硫和氮氧化物的排放量。例如,液态化燃煤技术是受到各国欢迎的新技术之一。它主要是利用加进石灰石和白云石,与二氧化硫发生反应,生成硫酸钙随灰渣排出。对煤燃烧后形成的烟气在排放到大气中之前进行烟气脱硫。③开发新能源,如太阳能,风能,核能,可燃冰等,但是目前技术不够成熟,如果使用会造成新污染,且消耗费用十分高
5. 加强工艺措施。①加强工艺过程。采取以无毒或低毒原料代替毒性大的原料。采取闭路循环以减少污染物的排除等。②加强生产管理。防止一切可能排放废气污染大气的情况发生。③综合利用变废为宝。例如电厂排出的大量煤灰可制成水泥、砖等建筑材料。又可回收氮,制造氮肥等。
6.区域集中供暖供热设立大的电热厂和供热站,实行区域集中供暖供热,尤其是将热电厂、供热站设在郊外,对于矮烟囱密集、冬天供暖的北方城市来说,是消除烟尘的十分有效的措施。
7.交通运输工具废气的治理。减少汽车废气排放。主要是改时发动机的燃烧设计和提高油的燃烧质量,加强交通管理。解决汽车尾气问题一般常采用安装汽车催化转化器,使燃料充分燃烧,减少有害物质的排放。转化器中催化剂用高温多孔陶瓷载体,上涂微细分散的钯和铂,可将NOX、HC、CO等转化为氮气、水和二氧化碳等无害物质。另外,也可以开发新型燃料,如甲醇、乙醇等含氧有机物、植物油和气体燃料,降低汽车尾气污染排放量。采用有效控制私人轿车的发展、扩大地铁的运输范围和能力、使用绿色公共汽车(采用液化石油气和压缩燃气)等环保车辆,也是解决环境污染的有效途径。
8.烟囱除尘。烟气中二氧化硫控制技术分干法(以固体粉末或颗粒为吸收剂)和湿法(以液体为吸收剂)两大类。高烟囱排烟烟囱越高越有利于烟气的扩散和稀释,一般烟囱高度超过100m效果就已十分明显,过高造价急剧上升是不经济的。应当指出这是一种以扩大污染范围为代价减少局部地面污染的办法
一氧化碳是一种无色、无味、无味的易燃有毒气体。它是含碳燃料不完全燃烧的产物。一氧化碳污染在高海拔城市或寒冷环境中更为突出。氮氧化物,主要指一氧化氮和二氧化氮,大部分来自化石燃料的高温燃烧过程。一氧化氮相对无害。然而,它被空气中的臭氧迅速氧化,变成二氧化氮。燃烧含氮燃料和含氮化学品也可以直接释放二氧化氮。一般来说,机动车排放物是城市氮氧化物的主要来源之一。
臭氧是光化学烟雾的代表。主要污染物是由空气中的氮氧化物和碳氢化合物在强烈阳光下通过一系列复杂的大气化学反应形成和富集的。虽然平流层上层的臭氧对地球生物的辐射防护起着重要作用,但城市低海拔地区的臭氧是一种非常有害的污染物。碳氢化合物,自然界中的碳氢化合物主要由生物分解产生,如甲烷、乙烯等。甲烷的结构稳定,不会造成光化学污染的危害,但乙烯具有较强的光化学活性,可产生甲醛刺激眼睛。人为碳氢化合物排放主要来自不完全燃烧过程和挥发性有机化合物的蒸发。大多数碳氢化合物成分对人体健康无害,但可导致光化学烟雾的形成。
硫氧化物主要指二氧化硫、三氧化硫和硫酸盐,如燃烧含硫煤和石油。此外,火山活动等自然过程也会释放出一定量的硫氧化物。二氧化硫对人类健康有重要影响。二氧化硫对人体结膜和上呼吸道粘膜有强烈刺激性,可损坏呼吸器导管,并可引起支气管炎、肺炎,甚至肺水肿和呼吸麻痹。
能够在空气中自然沉降的颗粒称为降尘,而悬浮在空气中的粒径小于100微米的颗粒一般称为总悬浮颗粒,其中粒径小于10微米的颗粒称为可吸入颗粒。由于颗粒较轻,可吸入颗粒物可在大气中长期漂浮。漂浮范围从几公里到几十公里不等,可导致大气中不断积累,逐渐加剧污染程度。可吸入颗粒物成分复杂,吸附能力强。如能吸附各种金属粉尘和强致癌物苯并芘,吸附病原微生物等。
大气污染的定义
在干洁的大气中,痕量气体的组成是微不足道的。但是在一定范围的大气中,出现了原来没有的微量物质,其数量和持续时间,都有可能对人、动物、植物及物品、材料产生不利影响和危害。当大气中污染物质的浓度达到有害程度,以至破坏生态系统和人类正常生存和发展的条件,对人或物造成危害的现象叫做大气污染。造成大气污染的原因,既有自然因素又有人为因素,尤其是人为因素,如工业废气、燃烧、汽车尾气和核爆炸等。随着人类经济活动和生产的迅速发展,在大量消耗能源的同时,同时也将大量的废气、烟尘物质排入大气,严重影响了大气环境的质量,特别是在人口稠密的城市和工业区域。所谓干洁空气是指在自然状态下的大气(由混合气体、水气和杂质组成)除去水气和杂质的空气,其主要成分是氮气,占7809%;氧气,占2094%;氩,占093%;其它各种含量不到01%的微量气体(如氖、氦、二氧化碳、氪)。
大气污染物的分类
大气污染物主要可以分为两类,即天然污染物和人为污染物,引起公害的往往是人为污染物,它们主要来源于燃料燃烧和大规模的工矿企业。
颗粒物:
指大气中液体、固体状物质,又称尘。
硫氧化物:
是硫的氧化物的总称,包括二氧化硫,三氧化硫,三氧化二硫,一氧化硫等。
碳的氧化物:
主要包括二氧化碳和一氧化碳。
氮氧化物:
是氮的氧化物的总称,包括氧化亚氮,一氧化氮,二氧化氮,三氧化二氮等。
碳氢化合物:
是以碳元素和氢元素形成的化合物,如甲烷、乙烷等烃类气体。
其它有害物质:
如重金属类,含氟气体,含氯气体等等。
大气污染的危害
大气污染对气候的影响很大,大气污染排放的污染物对局部地区和全球气候都会产生一定影响,尤其对全球气候的影响,从长远的观点看,这种影响将是很严重的。
一:大气中二氧化碳的含量增加:
燃料中含有各种复杂的成分,在燃烧后产生各种有害物质,即使不含杂质的燃料达到完全燃烧,也要产生水和二氧化碳,正因为燃料燃烧使大气中的二氧化碳浓度不断增加,破坏了自然界二氧化碳的平衡,以至可能引发“温室效应”,致使地球气温上升。
二:臭氧层破坏
大气被污染后,由于污染物质的来源、性质和持续时间的不同,被污染地区的气象条件、地理环境等因素的差别,以及人的年龄、健康状况的不同,对人体造成的危害也不尽相同。大气中的有害物质主要通过下述三个途径侵入人体造成危害:
(1)通过人的直接呼吸而进入人体;
(2)附着在食物上或溶于水中,使之随饮食而侵入人体;
(3)通过接触或刺激皮肤而进入到人体。其中通过呼吸而侵入人体是主要的途径,危害也最大。
大气污染对人的危害大致可分为急性中毒,慢性中毒,致癌三种。
、一氧化碳:是一种无色、无味、无臭的易燃有毒气体,是含碳燃料不完全燃烧的产物,在高海拔城市或寒冷的环境中,一氧化碳污染问题比较突出。
2、氮氧化物:主要是指一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)两种,它们大部分来源于矿物燃料的高温燃烧过程。一氧化氮相对无害,但它迅速被空气中的臭氧氧化,化为二氧化氮。
3、臭氧:是光化学烟雾的代表性污染物,主要由空气中的氮氧化物和碳氢化合物在强烈阳光照射下,经过一系列复杂的大气化学反应而形成和富集。
4、碳氢化合物:自然界中的碳氢化合物主要由生物的分解作用而产生,如甲烷、乙烯等。
大气中的污染物有:
(1)按其存在的物理状态可概况为:气体状态污染物和固体颗粒状态污染物;
(2)按其形成过程可分为一次污染物和二次污染物:一次污染物是指直接从污染排放的污染物质;二次污染物是指由一次污染物在大气中互相作用经化学反应或光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;
(3)按污染物的物质划分:还原型(煤炭型)、氧化型(汽车尾气型)P26对比表 还原型(煤炭型):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、高湿度的阴天,风速很小,并伴有逆温存在的情况下,一次性污染物在低空聚积,生成还原性烟雾如伦敦烟雾氧化型(汽车尾气型):这种类型大多发生在以使用石油为燃料的地区污染物的主要来源是汽车排气、燃油锅炉以及化工生产主要的一次性污染物是CO、氮氧化物和碳氢化合物这些大气污染物在阳光照射下能引起光化学反应,并生成二次性污染物(臭氧、醛类等物质)由于它们具有强氧化性质,对人眼睛等粘膜能引起强烈刺激如洛杉矶的光化学烟雾;
(4)按燃料性质和污染物组成成分:煤炭型、石油型、混合型、特殊型
煤炭型:代表性污染物是由煤炭燃烧时放出的烟气、粉尘、二氧化硫等所构成的二次污染物,以及由这些污染物发生化学反应而生成的硫酸、硫酸盐类气溶胶等二次污染物主要污染源为工业企业烟气排放其次,家庭炉灶的排放物也起重要作用
石油型:主要污染物来自汽车排气、石油冶炼及石油化工厂的排放主要污染物是氮氧化物、烯烃等碳氢化合物,它们在大气中形成臭氧,各种自由基及其反应生成的一系列中间产物与最终产物
混合型:包括以煤为燃料的污染源排出的污染物;以石油为燃料的污染物排出的污染物;从工厂企业排出的各种化学物质等
特殊型:指有关工业企业生产排放的特殊气体所造成的局部小范围的污染,如生存磷肥的工厂造成周围大气的氟污染等
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1、燃料燃烧:燃料(煤、石油、天然气等)的燃烧过程是向大气输送污染物的重要发生源。煤炭的主要成分是碳,并含氢、氧、氮、硫及金属化合物。燃料燃烧时除产生大量烟尘外,在燃烧过程中还会形成一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、有机化合物及烟尘等物质。
2、工业生产过程的排放:如石化企业排放硫化氢、二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物;有色金属冶炼工业排放的二氧化硫、氮氧化物及含重金属元素的烟尘;磷肥厂排放的氟化物;酸碱盐化工业排出的二氧化硫、氮氧化物、氯化氢及各种酸性气体;钢铁工业在炼铁、炼钢、炼焦过程中排出粉尘、硫氧化物、氰化物、一氧化碳、硫化氢、酚、苯类、烃类等。其污染物组成与工业企业性质密切相关。
3、交通运输过程的排放:汽车、船舶、飞机等排放的尾气是造成大气污染的主要来源。内燃机燃烧排放的废气中含有一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物、含氧有机化合物、硫氧化物和铅的化合物等物质。
4、农业活动排放:田间施用农药时,一部分农药会以粉尘等颗粒物形式逸散到大气中,残留在作物体上或粘附在作物表面的仍可挥发到大气中。进入大气的农药可以被悬浮的颗粒物吸收,并随气流向各地输送,造成大气农药污染。此外还有秸秆焚烧等。
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