環(huán)境管理_大氣污染物與污染物的來源

第五章大氣污染及其防治 大氣污染物及其來源 一 大氣污染的定義 定義1 大氣污染通常是指由于人類活動或自然過程引起某些物質(zhì)進入大氣中 呈現(xiàn)出足夠的濃度 達到足夠的時間 并因此危害了人體的舒適 健康和福利或環(huán)境污染的現(xiàn)象 國際標準化組織 ISO 定義2 自然或人為原因使大氣中某些成分超過正常含量或排入有毒有害的物質(zhì) 對人類 生物和物體造成危害的現(xiàn)象 大氣科學 定義3 大氣中的污染物濃度達到有害程度 破壞生態(tài)系統(tǒng)和人類生存條件的現(xiàn)象 地理學 定義4 自然或人為原因使大氣圈層中某些成分超過正常含量或排入有毒有害的物質(zhì) 對人類 生物和物體造成危害的現(xiàn)象 生態(tài)學 定義5 大氣中污染物質(zhì)的濃度達到有害程度 以至破壞生態(tài)系統(tǒng)和人類正常生存和發(fā)展的條件 對人或物造成危害的現(xiàn)象 資源學 2010年11月23日 蘭州市空氣質(zhì)量連續(xù)兩天均為重度污染 今日污染指數(shù)仍在300以上 蘭州市將啟動防范冬季大氣污染應急預案 城區(qū)實行機動車單雙號限行 所有產(chǎn)生煙霧污染的燒烤店停止營業(yè) 據(jù)國家環(huán)保部公布了全國86個城市的污染指數(shù) 蘭州污染指數(shù)達到348 排名全國倒數(shù)第一名 2009年5月 佛山大氣污染嚴重 200萬網(wǎng)上招標治理 空氣污染指數(shù) 空氣污染指數(shù) AirpollutionIndex 簡稱API 就是將常規(guī)監(jiān)測的幾種空氣污染物濃度簡化成為單一的概念性指數(shù)值形式 并分級表征空氣污染程度和空氣質(zhì)量狀況 適合于表示城市的短期空氣質(zhì)量狀況和變化趨勢 將常規(guī)監(jiān)測的幾種空氣污染物濃度簡化成為單一的概念性指數(shù)數(shù)值形式 并分級表征空氣污染程度和空氣質(zhì)量狀況 中國計入空氣污染指數(shù)的項目暫定為 二氧化硫 氮氧化物和總懸浮顆粒物 空氣污染指數(shù)為0 50 空氣質(zhì)量級別為I級 空氣質(zhì)量狀況屬于優(yōu) 此時不存在空氣污染問題 對公眾的健康沒有任何危害 空氣污染指數(shù)為51 100 空氣質(zhì)量級別為II級 空氣質(zhì)量狀況屬于良 此時空氣質(zhì)量被認為是可以接受的 除極少數(shù)對某種污染物特別敏感的人以外 對公眾健康沒有危害 空氣污染指數(shù)為101 150 空氣質(zhì)量級別為III 1 級 空氣質(zhì)量狀況屬于輕微污染 此時 對污染物比較敏感的人群 例如兒童和老年人 呼吸道疾病或心臟病患者 以及喜愛戶外活動的人 他們的健康狀況會受到影響 但對健康人群基本沒有影響 空氣污染指數(shù)為151 200 空氣質(zhì)量級別為III 2 級 空氣質(zhì)量狀況屬于輕度污染 此時 幾乎每個人的健康都會受到影響 對敏感人群的不利影響尤為明顯 空氣污染指數(shù)為201 300 空氣質(zhì)量級別為IV 1 級和IV 2 級 空氣質(zhì)量狀況屬于中度和中度重污染 此時 每個人的健康都會受到比較嚴重的影響 空氣污染指數(shù)大于300 空氣質(zhì)量級別為V級 空氣質(zhì)量狀況屬于重度污染 此時 所有人的健康都會受到嚴重影響 空氣污染指數(shù)的分級與危害 大氣污染現(xiàn)象 灰霾 灰霾 大量極細微的干塵粒等均勻地浮游在空中 使水平能見度小于10千米的空氣普遍有混濁現(xiàn)象 使遠處光亮物微帶黃 紅色 使黑暗物微帶藍色 目前 在我國的部分區(qū)域存在著4個灰霾嚴重地區(qū) 黃淮海地區(qū) 長江河谷 四川盆地和珠江三角洲 灰霾天氣致肺癌發(fā)生不亞于尼古丁 城市的灰霾天氣相當于我們每天抽20支煙 根據(jù)世界衛(wèi)生組織預測 到2025年 我國每年新增肺癌病例將超過100萬 平均每分鐘就有兩個人被查出是肺癌 成為世界第一肺癌大國 霧霾天氣 廣州大橋上行人戴著口罩過江 建設中的珠江新城在一片灰霾的天空下 新快報2009年11月27日報道 氣象部門檢測顯示 廣州遭遇了今年以來最嚴重的灰霾天氣 環(huán)保局指出 空氣污染指數(shù)高達129 已屬于 不適合人類居住 空氣質(zhì)量等級 廣州全城一片灰 不僅令視野模糊 連呼吸都覺得不順暢 大氣污染現(xiàn)象 光化學煙霧 光化學煙霧是指參與光化學反應過程的污染物形成的煙霧污染現(xiàn)象 光化學煙霧是一種淡藍色煙霧 屬于大氣中二次污染物 城市上空的光化學煙霧 世界環(huán)境污染公害事件 洛杉磯煙霧事件 1970年 洛杉磯位于美國西南海岸 西面臨海 三面環(huán)山 是個陽光明媚 氣候溫暖 風景宜人的地方 是一個商業(yè) 旅游業(yè)很發(fā)達的港口城市 然而在1970年 這座城市約有75 以上的市民患上紅眼病 這就是最早出現(xiàn)的新型大氣污染事件 光化學煙霧污染 光化學煙霧是由于汽車尾氣和工業(yè)廢氣排放造成的 由于汽車漏油 排氣 汽油揮發(fā) 不完全燃燒 每天向城市上空排放大量石油烴廢氣 一氧化碳 氮氧化物和鉛煙 這些排放物 經(jīng)太陽光能的作用發(fā)生光化學反應 生成過氧乙酰基硝酸酯等組成的一種淺藍色的光化學煙霧 加之洛杉磯三面環(huán)山的地形 光化學煙霧擴散不開 停滯在城市上空 形成污染 二 大氣污染的危害 一 對人體健康的危害1 急性中毒2 慢性中毒3 致癌作用 二 對工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的危害 三 對大氣和氣候的影響 1 急性中毒大氣中的污染物濃度較低時 通常不會造成人體急性中毒 但在某些特殊條件下 如工廠在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)特殊事故 大量有害氣體泄露外排 外界氣象條件突變等 便會引起起人群的急性中毒 如印度帕博爾農(nóng)藥廠甲基異氰酸酯泄露 直接危害人體 發(fā)生了2500人喪生 十多萬人受害 1952年倫敦煙霧事件 1952年12月5日 9日發(fā)生在倫敦的一次嚴重大氣污染事件 這次事件造成多達12000人因為空氣污染而喪生 并推動了英國環(huán)境保護立法的進程 全國首例大氣污染環(huán)境事故 安化縣梅城鎮(zhèn)東華完小中毒事件 2003年5月8日晚上8點20分 學校熄燈鈴聲響過后 正打算就寢的學生們忽然發(fā)現(xiàn)位于校門口一棟的寢室內(nèi)氣味很臭 刺鼻 學生們相繼出現(xiàn)發(fā)燒 頭昏 氣促 胸悶等癥狀 呼吸困難 這場后來被定為全國首例大氣污染環(huán)境事故案的中毒事件讓安化縣梅城鎮(zhèn)東華完小85名師生身心受害 至今陰影難消 2 慢性中毒大氣污染對人體健康慢性毒害作用 主要表現(xiàn)為污染物質(zhì)在低濃度 長時間連續(xù)作用于人體后 出現(xiàn)的患病率升高等現(xiàn)象 近年來我國城市居民肺癌發(fā)病率很高 其中最高的是上海市 城市居民呼吸系統(tǒng)疾病明顯高于郊區(qū) 2009年2月 中山市坦洲鎮(zhèn)南華醫(yī)院收治了一批來自深圳的特殊病人 16名病人都是女工 個個面色蒼白 手腳無力 詢問病情時都是虛弱地講述 手 腿發(fā)麻 稍微一碰水就疼 有的女工連站立都成問題 若不是被人連扶帶攙 甚至會直接癱軟在地 該批病人是典型的職業(yè)性正己烷 一種高危險的溶劑 無色 易揮發(fā) 無味 在空調(diào)環(huán)境 沒有良好的通風設備時使用正己烷 易經(jīng)過皮膚和呼吸道滲透 進入人體后會引起周圍神經(jīng)損害 中毒疑似病人 3 致癌作用這是長期影響的結(jié)果 是由于污染物長時間作用于肌體 損害體內(nèi)遺傳物質(zhì) 引起突變 如果生殖細胞發(fā)生突變 使后代機體出現(xiàn)各種異常 稱致畸作用 如果引起生物體細胞遺傳物質(zhì)和遺傳信息發(fā)生突然改變作用 又稱致突變作用 如果誘發(fā)成腫瘤的作用稱致癌作用 二 對工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的危害大氣污染物對工業(yè)的危害主要有兩種 一是大氣中的酸性污染物和二氧化硫 二氧化氮等 對工業(yè)材料 設備和建筑設施的腐蝕 二是飄塵增多給精密儀器 設備的生產(chǎn) 安裝調(diào)試和使用帶來的不利影響 大氣污染對工業(yè)生產(chǎn)的危害 從經(jīng)濟角度來看就是增加了生產(chǎn)的費用 提高了成本 縮短了產(chǎn)品的使用壽命 大氣污染對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)也造成很大危害 酸雨可以直接影響植物的正常生長 又可以通過滲入土壤及進入水體 引起土壤和水體酸化 有毒成分溶出 從而對動植物和水生生物產(chǎn)生毒害 嚴重的酸雨會使森林衰亡和魚類絕跡 三 對大氣和氣候的影響 1 顆粒物使大氣能見度降低 減少到達地面的太陽光輻射量 2 引發(fā)的 臭氧洞 問題 3 酸雨問題4 溫室效應 三 大氣污染物 來源與危害 一 大氣污染物 是指大氣中危害人類和環(huán)境的各種有害物質(zhì) 二 大氣污染物分類 1 顆粒物2 氣態(tài)污染物 1 顆粒物 定義 顆粒物又稱塵 是大氣中的固體或液體顆粒狀物質(zhì) 顆粒物可分為一次顆粒物和二次顆粒物 一次顆粒物是由天然污染源和人為污染源釋放到大氣中直接造成污染的顆粒物 例如土壤粒子 海鹽粒子 燃燒煙塵等等 二次顆粒物是由大氣中某些污染氣體組分 如二氧化硫 氮氧化物 碳氫化合物等 之間 或這些組分與大氣中的正常組分 如氧氣 之間通過光化學氧化反應 催化氧化反應或其他化學反應轉(zhuǎn)化生成的顆粒物 例如二氧化硫轉(zhuǎn)化生成硫酸鹽 顆粒物的種類 粉塵 微塵 Dust 顆粒直徑 1 100 m 物態(tài) 固體 生成機制 現(xiàn)象 機械粉碎的固體微粒 風吹揚塵 風沙 煙 煙氣 Fume 顆粒直徑 0 01 1 m 物態(tài) 固體 生成機制 現(xiàn)象 由升華 蒸餾 熔融及化學反應等產(chǎn)生的蒸氣凝結(jié)而成的固體顆粒 如熔融金屬 凝結(jié)的金屬氧化物 汽車排氣 煙草燃煙 硫酸鹽等 顆粒物的種類 灰 Ash 顆粒直徑 1 200 m 物態(tài) 固體 生成機制 現(xiàn)象 燃燒過程中產(chǎn)生的不燃性微粒 如煤 木材燃燒時產(chǎn)生的硅酸鹽顆粒 粉煤燃燒時產(chǎn)生的飛灰等 霧 Fog 顆粒直徑 2 200 m 物態(tài) 液體 生成機制 現(xiàn)象 水蒸氣冷凝生成的顆粒小水滴或冰晶水平視程小于1km 顆粒物的種類 靄 Mist 顆粒直徑 大于10 m 物態(tài) 液體 生成機制 現(xiàn)象 與霧相似 氣象上規(guī)定稱輕霧 水平視程在1 2km之內(nèi) 使大氣呈灰色 霾 Haze 顆粒直徑 0 1 m 物態(tài) 固體 生成機制 現(xiàn)象 干的塵或鹽粒懸浮于大氣中形成 使大氣混濁呈淺藍色或微黃色 水平視程小于2km 顆粒物的種類 煙塵 熏煙 Smoke 0 01 5 m 固體與液體 含碳物質(zhì) 如煤炭燃燒時產(chǎn)生的固體碳粒 水 焦油狀物質(zhì)及不完全燃燒的灰分所形成的混合物 如果煤煙中失去了液態(tài)顆粒 即成為煙炭 煙霧 Smog 0 001 2 m 固體 粒徑在2 m以下 現(xiàn)泛指各種妨礙視程 能見度低于2km 的大氣污染現(xiàn)象 光化學煙霧產(chǎn)生的顆粒物 粒徑常小于0 5 m使大氣呈淡褐色 顆粒物的種類 總懸浮顆粒物 TSP 直徑小于l00 m的所有固體顆粒 其中 長期漂浮在大氣中 顆粒直徑小于l0 m的懸浮物稱為飄塵 Airborneparticle 大于l0 m的微粒 由于自身的重力作用而很快沉降下來的這部分微粒稱為降塵 Dustfall 大氣顆粒物的源和匯 大氣顆粒物的來源 大氣顆粒物可分為天然源和人為源兩類 1 顆粒物的天然來源天然源可起因于地面揚塵 風吹灰塵 和地殼 土壤的成分很相似 海浪濺出的浪沫 火山爆發(fā)的噴出物 森林火災的燃燒物 宇宙來源的隕星塵及生物界產(chǎn)生的顆粒物如花粉 袍子等 二次顆粒物的天然來源主要是森林中排出的碳氫化合物 主要是萜烯類 進入大氣后經(jīng)光化學反應 產(chǎn)生的微小顆粒 與自然界硫 氮 碳循環(huán)有關的轉(zhuǎn)化產(chǎn)物如由H2S SO2經(jīng)氧化生成的硫酸鹽 由NH3 NO和NO2氧化生成的硝酸等 2 顆粒物的人為來源燃料燃燒過程中產(chǎn)生的固體顆粒物 如煤煙 飛灰等 各種工業(yè)生產(chǎn)過程中排放的固體微粒 汽車尾氣排出的鹵化鉛凝聚而形成的顆粒物以及如人為排放SO2在一定條件下轉(zhuǎn)化為硫酸鹽粒子等的二次顆粒物 大氣顆粒物的匯 1 干沉降干沉降是指顆粒物通過重力作用或與其它物體碰撞后發(fā)生沉降 干沉降消除過程存在著兩種機制 一種是通過重力對顆粒物的作用 使它降落在土壤 水體的表面或植物 建筑等物體上 沉降的速率與顆粒的粒徑 密度 空氣運動粘滯系數(shù)等有關 粒子的沉降速度可應用斯托克斯定律求出 V gd2 1 2 18 V表示沉降速度 cm s g為重力加速度 cm s2 d為粒子直徑 cm 1 2為顆粒及空氣的密度 g cm3 空氣的粘度 以泊表示 粒徑愈大 則擴散系數(shù)和沉降速率也愈大 另一種沉降機制是粒徑小于0 l m的顆粒 即艾根粒子 靠布朗運動擴散 互相碰撞而凝集成較大的顆粒 通過大氣湍流擴散到地面或碰撞而消除 濕沉降濕沉降是指降雨 下雪使顆粒物消除的過程 濕沉降存在雨除 Rainout 和沖刷 Washout 兩種機制 大氣中的無機顆粒物 無機顆粒物的來源大于3 m 空氣動力學相應的直徑 的金屬顆粒物 將不影響呼吸或不參與大氣間相互作用 重點研究小于2 m的細顆粒物飄塵的天然源來自風傳粉塵 火山爆發(fā)煙氣以及海浪引起的震靄 其量可十倍于人為源 人為源大量的細顆粒物來自電廠 燃煤 市政焚化 冶金過程 采礦及地面交通運輸?shù)?其中最重要的是冶金過程 使大量的環(huán)境重要金屬進入大氣 顆粒物直徑小于2 m的占46 6 天然源顆粒物的天然源一般大于人為源載帶量 由于顆粒物是易消失的粉塵和海浪濺沫 其中大顆粒占優(yōu)勢 沉降迅速 對環(huán)境影響不大 除非在散發(fā)源附近如火山爆發(fā)將大量顆粒物散發(fā)達數(shù)公里之遙 大氣顆粒物中的有機化合物 大氣有機顆粒物的來源及類型大氣顆粒有機污染物是指吸附和沉積在各種大氣顆粒上的有機物 大氣中的另一類有機物為揮發(fā)性有機物 根據(jù)1979年以前公開發(fā)表的文獻報告統(tǒng)計 已經(jīng)確證的顆粒有機污染物 由于燃燒所產(chǎn)生的有109種 因廢物焚燒所產(chǎn)生的235種 煤 油燃燒所產(chǎn)生的69種 按類別分為多環(huán)芳香族化合物 芳香族化合物 含氮 氧 硫 磷類化合物 烴基化合物 脂肪族化合物 羰基化合物和鹵代化合物 顆粒物對人體健康的影響 顆粒物通過呼吸道進入人體 較大的粒子可能停留在鼻腔及鼻咽部 很小的顆?？梢赃M入并停留在肺部 目前 世界上對可吸入粒子的粒徑大小有兩種意見 一種定為l0 m以下 一種定為l5 m以下 沉積主要通過三種作用 1 碰撞作用 5 30 m粒徑的顆粒 2 沉降作用 1 5 m粒徑的顆粒 3 擴散作用 粒徑小于0 1 m的顆粒 環(huán)境空氣的質(zhì)量 一 環(huán)境空氣質(zhì)量標準國家環(huán)境保護局于1996年發(fā)布了 環(huán)境空氣質(zhì)量標準 GB3095一1996 一級標準適用于一類質(zhì)量功能區(qū) 包括自然保護區(qū) 風景名勝區(qū)和其他需要特殊保護的地區(qū) 二級標準適用于二類質(zhì)量功能區(qū) 包括城鎮(zhèn)規(guī)劃中確定的居住區(qū) 商業(yè)交通居民混合區(qū) 文化區(qū) 一般工業(yè)區(qū)和農(nóng)村地區(qū) 三極標準適用于三類質(zhì)量功能區(qū) 包括各特定工業(yè)區(qū) 2 氣態(tài)污染物氣態(tài)污染物包括氣體和蒸汽 氣體是某些物質(zhì)在常溫 常壓下所形成的氣態(tài)形式 常見的氣體污染物有 CO SO2 NO2 NH3 H2S等 蒸汽是某些固態(tài)或液態(tài)物質(zhì)受熱后 引起固體升華或液體揮發(fā)而形成的氣態(tài)物質(zhì) 例如 汞蒸汽 苯 硫酸蒸汽等 蒸汽遇冷 仍能逐漸恢復原有的固體或液體狀態(tài) 氣態(tài)污染物又可以分為一次污染物和二次污染物 一次污染物是指直接從污染源排到大氣中的原始污染物質(zhì) 二次污染物是指由一次污染物與大氣中已有組分 或幾種一次污染物之間經(jīng)過一系列化學或光化學反應而生成的與一次污染物性質(zhì)不同的新污染物質(zhì) 在大氣污染控制中受到普遍重視的一次污染物有硫氧化物 氮氧化物 碳氧化物以及有機化合物等 二次污染物有硫酸煙霧和光化學煙霧 氣態(tài)污染物 二 氣體狀態(tài)大氣污染物的分類 1 含硫污染物 一次污染物有SO2 H2S 二次污染物有SO3 H2SO4 MSO4 2 含氮污染物 一次污染物有NO NH3 二次污染物有NO2 HNO3 MNO3 3 碳的污染物 一次污染物有CO CO2 二次污染物無 4 鹵素化合物 一次污染物有HF HCL 二次污染物無 5 有機污染物 一次污染物有C1 C10化合物 二次污染物有臭氧 過氧化乙酰硝酸酯 酮類 醛類 三 主要氣態(tài)污染物的特征及來源 1 硫氧化物的特征及來源硫氧化物中主要是SO2 它是目前大氣污染物中數(shù)量較大 影響范圍廣的一種氣態(tài)染物 大氣中SO2的來源很廣 幾乎所有工業(yè)企業(yè)都可能產(chǎn)生 它主要來自化石燃燒過程 以及硫化物礦石的焙燒 冶煉等熱過程 火力發(fā)電廠 有色金屬治煉廠 硫酸廠 煉油廠以及所有燒煤或油的工業(yè)爐窯等都排放SO2煙氣 2 氮氧化物的特征及來源氮和氧的化合物有NO NO2等 總起來用氮氧化物表示 其中造成大氣污染的主要污染物是NO NO2 也就是通常所說的氮氧化由燃料燃燒直接生成 進入大氣后可以被緩慢地氧化成NO2 當大氣中有O3存在時或在催化劑的作用下 其氧化速度會加快 當NO2參與大氣中的光化學形成光化學煙霧后 其毒性更強 人類活動產(chǎn)生的NOx 主要來自火力發(fā)電廠 各種窯爐 機動車和采油機的排氣 其次是硝酸生產(chǎn) 硝化過程 炸藥生產(chǎn)及金屬表面處理等過程 其中由燃料燃燒產(chǎn)生的NOX約占83 3 碳氧化物的特征及來源CO和CO2是各種大氣污染物中發(fā)生量最大的一類污染物 主要來自燃燒和機動車排氣 CO是一種窒息性氣體 進人大氣后 由于大氣的