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大气污染及治理

2015-7-29 23:19:18点击:

一、什么是大气污染

1. 大气组成

大气是人类及一切生物赖以生存必不可少的物质和基本的环境要素之一,是自然环境的重要组成部分。成年人每天要吸入10~12m3空气,质量约13—15kg,总计要呼吸两万多次。一般,人缺乏食物约可生存5周;断绝饮水,约可生存5天;而离开空气,则5min就会死亡。人类生存需要的是新鲜、清洁的空气,通常认为海平面附近的空气是干燥洁净空气,其组成基本上不变。

自然环境中的大气通常由干燥洁净的混合气体、水蒸气和悬浮微粒三部分组成。除水蒸气和悬浮颗粒以外的大气称为空气。地面上干燥洁净的空气主要由N2、02、Ar和C02四种气体组成,共占大气总容积的99.996%。其他气体属于微量成分,含量不足0.004%

气体成分

体积分数/%

(N2)

78.09

(02)

20.94

(Ar)

0.934

 

2. 大气污染

大气污染的形成具有一定的条件,国际标准化组织(1S0)对此作出如下定义:“空气污染,通常是指由于人类活动和自然过程引起某些物质进入大气中,呈现出足够的浓度,达到了足够的时间,并因此而危害了人体的舒适、健康和福利或危害了环境。”

自然科学的观点看,“空气”和“大气”两词并无实质性的差别。空气污染(Air P0lluti0n)和大气污染(Atm0spheric P0lluti0n)常常通用。我们的观点将室外地区性空气污染称为大气污染,而对室内的空气污染称为空气污染;

大气污染的原因包括自然因素和人为因素两个方面。

自然因素是指自然过程造成的大气污染,包括火山活动、森林火灾、地震、土壤岩石风蚀、海啸、雷电、动植物尸体的腐烂及大气圈空气的运动等产生的尘埃、硫氧化物、氮氧化物等。人为因素包括人类的生活活动和生产活动两个方面,来自人类生活、工业生产、交通运输等活动中的废弃物、燃烧、排放等,导致一些非自然大气组分的有害物质如粉尘、碳氧化物、硫氧化物、氮氧化物等进入大气,在大气中积累后超过自然大气中该组分的含量而形成污染。

通常说的大气污染主要是指人类活动造成的,与人类活动相比较,自然因素引起的大气污染大多是暂时性的。因为自然环境具有一定的自净化能力,能够通过自身的物理、化学和生物机能,如扩散、稀释、沉降、雨水冲洗、地面吸附、植物吸收等作用,经过一段时间后会自动消除大气污染,以恢复、维持生态系统的平衡。因此,人类活动,尤其是生产活动是大气污染的主要原因,是防治大气污染的主要对象。

我们所说的大气污染是指污染物在大气中所含浓度超过了允许限度和允许停留的时间,使得大气质量恶化,危害了人体的舒适、健康和福利或危害了环境。这里所说的舒适和健康,是包括了对人体正常的生活环境和生理机能的影响,直至引起慢性病、急性病以致死亡等非常广泛的范围;而所谓的福利,则认为是指与人类协调共存的生物、自然资源、财产以及器物等等。需要指出的是,由于生物、建筑物及其它受体对污染物剂量和作用时间的反应存在各种差异,大气污染的“允许限度”难以准确界定。但是对污染物浓度和停留时间总要有允许值。根据人类生存对环境的要求和社会经济发展程度的不同,逐渐制定了各种污染物的排放标准。

3. 影响大气污染形成的主要因素

进入大气的污染物,当其超过允许限度,即自然环境的自净化能力,就有可能造成大气的污染。大气污染是一个极其复杂的气象、物理和化学的变化过程,最终能否形成大气污染,主要取决于污染物在大气中的浓度和滞留时间。大气中含有的污染物的浓度愈高,停留时间愈长,污染就愈严重,对污染受体的危害也就越大。污染物质在大气中浓度,取决于排放源的排放总量,这与源强(单位时间污染物的排放量)与排放时间的综合效应有关。此外,排放物的污染程度,还与地理位置、地形特征、气象条件、以及排放源高度等因素有关。

进入大气的污染物,在不同的地貌特征和气象条件之下会以扩散的形式在大气中被稀释、吸收。

地貌特征影响大气的稀释扩散能力。因为复杂的地形条件和地面状况,在不同的气候条件下,会在局部区域形成各种大气环流—风,如有随昼夜和年度变化的风、以四季为周期变化的季风,沿海地区的的海陆风,山区的山谷风,狭窄通道形成的峡谷风,以及城乡之间的热岛效应等。风的存在加速了污染源附近大气污染物的扩散稀释,但另一方面,气流产生环流、旋涡、以及不同性质风的锋面交汇处,不利于大气中污染物质的扩散稀释,从而影响了局部地区的大气污染的形成及危害程度。

气象条件是影响大气运动的另一环境因素,不同的气象条件之具有不同的稀释扩散能力。这些气象条件包括风速和风向变化、大气层气温垂直分布和稳定度、以及降水过程等。风速小,污染物扩散稀释速度慢。风向决定了污染物的水平扩散方向,处于污染源下风方向区域的容易受到污染,程度比较严重。气温垂直分布决定了污染物在垂直方向的扩散程度,若近地面气温随高度递减,在浮升力的作用下,大气层上下对流剧烈,促使污染物迅速扩散;若气温出现了随高度递增的情况,则气流难以在垂直方向上运动,阻碍了污染物在大气中的扩散,容易在近地面形成大气污染。大气的稳定度影响着污染物的扩散程度,而降水过程促进了污染物的沉降,因此能净化大气。

在工程中,采用高烟囱排放有害物质可以有效减轻局部地区污染。高烟囱把污染物排向远离污染源的高空,使它们在更广阔的区域中扩散、稀释、混合,从而降低了污染物在近地面空气中的浓度。但是污染物的总量并没有因此而减少,有害物质仍然存在于大气中,长年累月的排放可能会引起广域性或全球性的大气污染。

 

二、大气污染源

   大气污染源是指造成大气污染的污染物发生源,大气污染物的来源,也就是排放有害物质或对大气产生有害影响的场所、设备和装置等。如汽车尾气排放出N0,为N0的发生源,因此就将汽车称为大气污染源。如燃料燃烧产生了大气的污染物,则燃料燃烧为大气污染源。  

大气污染物质产生于人类活动或自然过程,因此大气污染源为天然污染源与人工污染源两类。天然污染源是指自然界向大气排放有害物质的场所,如活动火山向大气的喷发等。人工污染源是指人类在从事各种活动中所形成的污染源。天然污染源排放污染物所造成的大气污染多为暂时的和局部的,人工污染源排放的污染物是造成大气污染的主要根源。因此,在大气污染控制工程中,主要的研究对象是人工污染源。

为了满足调查、评价、研究、解决大气污染及保护等不同方面的需要,往往根据人工污染源的特点进行分类。按污染物的排放方式分为点源(污染物排放集中在一点或可当作一点的较小范围,如高烟囱)、线源(污染物沿一条线排放,如某一条交通运输线)和面源(污染物在一个大范围内排放,如某一个工业区及分散式生活用煤装置等);按污染源存在形式分为固定污染源(排放污染物的装置处于固定位置,如工矿企业的烟囱、窑炉等)和流动污染源(排放污染物的装置处于运动状态,如机动交通运输工具);按污染物排放的时间分为连续源(污染物连续地排放,如火力发电厂的排烟)、间断源(污染物间歇性地排放,如非连续性生产过程的废气排放)和瞬时源(污染物短时间无规律地排放,如工厂事故排放);按污染物排放位置分为地面源(污染物在近地面处排放,如汽车)和高架源(污染物在距地面某一高度上排放,如高烟囱)。

但是,从总体大气污染的来源考虑,通常人工污染源分为四类:生活污染源、工业污染源、农业污染源和交通污染源。

1. 生活污染源

生活污染源主要是生活中的炉灶、热水器、采暖锅炉等。日常生活中,人们由于生活需要使用这些设备时,必须燃用化石燃料。然而,液体燃料和气体燃料使用中,或煤的质量差,灰和硫的含量高,燃烧过程会排放出大量的烟尘和一些有害气体物质。再由于城市居住人口稠密,燃料使用量多,排放的污染物数量相当可观,危害有时甚至比工业生产所产生的污染还严重。此外,城市垃圾在焚烧过程中产生的废气,以及堆放过程中由于厌氧分解排出二次污染物都将污染大气。

2. 工业污染源

工业污染源是大气污染的一个重要来源,主要包括工业用燃料燃烧及工业生产过程排放的废气,对大气的危害最严重。火力发电厂、钢铁工业、石化企业、建材工业等各种类型的工矿企业,在原材料及产品的运输、粉碎以及由各种原料制成成品的过程中,排放出的大量废气均含有不同的污染物进入大气中。如化工企业排出含有硫化氢、碳氢化合物、含氮化合物、氟化氢、氯化氢、甲醛、氨等有害气体;火电厂排放的废气中就含有C0、S02、N0与粉尘等多种污染物。虽然不同的工业企业排放出不同的大气污染物,但生产过程中消耗的能源主要由燃烧化石燃料提供,这是造成大气污染的源泉。

3. 农业污染源

农业污染源包括施用某些有机氯农药和氮肥分解产生的氮氧化物,以及农用燃料燃烧的废气对大气的污染。化学肥料和农药的使用是农业生产过程对大气的主要污染主要物。如施用的氮肥一方面可直接从土壤表面挥发成气体进入大气,而入土壤内的有机氮或无机氮则在土壤微生物的生化作用下可转化为氮氧化物进入大气,从而增加了大气中氮氧化物的含量;某些有机氯农药施用于水中,能悬浮在水面,并同水分子一起蒸发而进入大气;此外,稻田释放的甲烷,也会对大气造成污染。

4.交通污染源

交通污染源是指交通运输工具如汽车、摩托、飞机、火车及船舶等。这些交通工具使用汽油、柴油等燃料,燃烧过程中排放的含有氮氧化物、碳氧化物、碳氢化合物、含铅污染物、苯并[a]芘等有害物质。由于汽车和摩托数量众多,遍及全球人类居住区的各个角落,因此排放的污染物也最多。一些工业发达的国家和城市中,汽车和摩托已成为十分重要的,甚至是主要的大气污染源。这些污染物排放到大气中,在阳光照射和一定条件下,还可在光化学反应作用下生成光化学烟雾,成为二次污染物的主要来源之一。其余的交通工具数量也相当大,流动性来往频繁,故排出的污染物总量也是不容忽视的。

大气污染的各种排放源及其产生的主要污染物见表3-2。

表3—2 大气污染源及污染物

大气污染源

大气污染物

人工污染源

生活污染源

生活、取暖用煤炉

烟尘、S02C02C0

垃圾焚烧

C0、氮氧化物、C02

吸烟

C0、丙烯醛、气溶胶

工业污染源

火力发电厂

S02、烟尘、C02、氮氧化物、C0、苯并[a]

钢铁工业

金属粉尘、氟化氢、C0、碳氢化物、S02

有色金属冶炼厂

金属粉尘、S02、汞蒸气、C0

炼焦厂

烟尘、S02C0H2S、苯、酚、萘、烃类、氨、苯并[a]

炼油工业

C0、氮氢化物、烟尘、S02、烃类、苯、酚、H2S

石油化工

粉尘、恶臭、S02H2S、氰化物、氮氧化物、氯化物、烃类、氨

化肥工业

酸雾、粉尘、氟化硅、S02氮氧化物、C0NH3、砷、

氯碱厂

氯气、氯化氢、汞蒸气

农药制造

酚、氯化氢、H2S、硫醇、砷、汞、氯

染料厂

S02、氮氧化物、H2S

建材工业

(水泥、石棉)粉尘、S02HS2C0

制革、印染工业

恶臭气体、气溶胶

核试验、核电站

放射性尘埃、废气

机械加工厂

金属、粉尘

造纸厂

烟尘、硫醇、H2SS02

仪器仪表厂

氰化物、铬酸

灯泡厂

烟尘、汞

农业污染源

农药

有机氯

氮肥

氮氧化物

交通污染源

汽车

C0、氮氧化物、烃类、铅、苯并[a]

火车

S02、粉尘、C0 

飞机

C0、氮氧化物、醛

轮船

S02、烟尘、氮氧化物

拖拉机等农业机械

油烟、氮氧化物

天然污染源

 

大风、沙尘暴

沙土、灰尘

火山活动

灰尘、岩浆,S02H2S

森林火灾

C02C0、灰尘

森林沼泽生物腐败

沼气、氨、C02、恶臭

海水浪花飞溅

盐粒、C02、水雾的气溶胶

土壤生物作用

氮氧化物

 

从表3-2中各污染源排放的污染物可以看出,不同行业排放的污染物虽然种类不同,但主要污染物的来源具有共性,即来自化石燃料的燃烧。无论是哪一类型的污染源或行业,能源利用必不可少。因此,燃料燃烧排放的废气是最广泛的大气污染源。这就说明大气污染问题与能源利用情况密切相关。根据对烟尘、二氧化硫、氮氧化物和一氧化碳四种主要污染物的统计表明,燃料燃烧排放出的这些污染物占到全部大气污染物的70~80%。发达国家主要使用汽油、柴油、重油、天然气等液体燃料,我国的燃料构成是以燃煤为主,煤炭消耗约占能源消费的70%,因此煤的燃烧是造成我国大气污染的主要来源。我国的资源特点和经济发展水平决定了以煤为主的能源结构将长期保持,控制煤烟型的大气污染,将是我国大气污染防治的主要任务。目前,我国的机动车辆虽然不算多,但主要集中在大、中城市,且旧车多,致使排污量也很可观。随着我国能源利用结构逐步改变和交通运输等事业的发展,液体燃料和气体燃料产生的污染物也将随之增加。燃料燃烧的一个特点是排放点相对集中,浓度较高,对局部地区的大气污染较严重。

需要指出的是,大气污染物的种类和来源,随各国、各地区的能源利用结构、经济发展水平、生产规模以及生产管理方法的不同而变化,因此随着年代也在改变。

 

三、大气污染治理

大气污染的治理

包括:

VOCs有机废气治理

油气回收

污水持表面臭气治理

等等,请阅相关文章。