大气及空气污染治理？

大气及空气污染治理 大气污染 大气的组成会因自然灾害或人类活动而发生变化。这主要是由于自然灾害及人类活动向大气中排放各种有毒、有害气体和飘尘所至。当这些排放物超过一定界限，造成对人类和其他生物的危害时，就发生了大气污染。在这里，我们主要讨论人为因素造成的大气污染及其危害。 (一)大气污染物 依据大气污染物存在的形式，可以将大气污染物分为颗粒物质和气态物质。 所谓颗粒物质是指大气中粒径不同的固体、液体和气溶胶体。粒径大于10微米的固体颗粒称为降尘，由于重力的作用，能在较短时间内沉降到地面；粒径小于10微米的固体颗粒称为飘尘，飘尘能够长期地漂浮在大气中；粒径小于1微米称为烟，通常烟是由燃烧过程产生的。雾是液体颗粒，其粒径一般在0.1-100微米之间。气溶胶体则是空气中的固体和液体颗粒物质与空气一起结合成的悬浮体，它的粒径在1微米以下，可以悬浮在大气中。气态物质主要有含硫化合物、氮化合物、碳氢化合物、碳氧化合物、卤素化合物等。这些气态物质对人类的生产生活以及对生物所产生的危害主要因其化学行为造成。在污染物中，直接排放到大气中的称为一次污染物，有些一次污染物质在大气中通过与其他物质发生反应，化合成新的污染物质，这种污染物质为二次污染物。在气态污染物质中有不少二次污染物质。 几种典型的污染化合物 (1)二氧化硫(SO2) 二氧化硫是含硫化合物质典型的大气污染物。在煤和石油这些化石燃料中都含有一定量的硫，通过燃烧，90%以上的硫被氧化成二氧化硫。化石燃料燃烧过程中二氧化硫的散发。据估计，地球地球中的二氧化硫中1/3山通过化石燃料燃烧排放的。此外，在金属矿石冶炼和硫酸制品等工业生产中也向大气排放二氧化硫。 (2)一氧化碳(C0) 在煤、石油燃料的燃烧中，由于氧气不充足就会生成一氧化碳；当氧充足时，则生成二氧化碳并释放出大量的热能，因此可以作为气体燃料使用。在环境中，作为大气污染物的一氧化碳有80%是由汽车排出的。汽油在汽车发动机中燃烧时排出大量的一氧化碳。空档行驶时废气中的一氧化碳高达12%，常速行驶时排出的一氧化碳为空档行驶的1/4。因此，在大城市交通路口汽车来往频繁的地方，空气中的一氧化碳有时可达50*10-6。城市空气中的一氧化碳含量往往与交通量成正比。 (3)氮氧化物(NOx) 大气中作为污染物的氮氧化合物主要是一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)两种，它们一般通过含氮的有机化合物燃烧时生成或者在高温下由空气中的氮(N2)直接被氧化生成。含氮有机化合物的燃烧主要是指化石燃料的燃烧。氮氧化物的危害作用较为复杂，对它们的了解远没有像对一氧化碳那么清楚。 (4)碳氢化合物 碳氢化合物又称为烃。烃一般分为饱和烃与不饱和烃。当碳键上的化学键是单键时，就是饱和烃，称为烷；当化学键是双键或三键时，就是不饱和烃，分别称为烯和从物质状态来分，烃类化合物有气态的、液态的和固态的三种，碳链短的如甲烷、乙烯等在常温下呈气态；稍长一些的如汽油、煤油则呈液态；更长的可以呈固态。碳氢化合物排入大气主要是由汽车尾气中没有充分燃烧的烃类(如汽油、煤油、柴油等)以及石油化工工业裂解石油时排出动废气所致。全世界每年由人为因素排入大气的烃类约9000万吨。烃类作为污染物质，主要是由于它们与光化学氧化剂的产生有关。 (5)卤素化合物 在卤素化合物中氟(F)与氟化氢(HF)、氯(Cl)与氯化氢(HCl)等是主要污染大气的物质，它们都有较强度刺激性、很大的毒性和腐蚀性，氟化氢甚至可以腐蚀玻璃。卤素化合物一般是在工业生成中排放出来的。如氯减厂液氯生产排出的废气中，就含有20%-50%的氯气；又如提取金属钛时排出的废气中也含有12%-35%的氯。氯在潮湿的大气中，容易形成溶胶状的盐酸雾粒子，这种酸雾有较强的腐蚀性。冶金工业中电解铝和炼钢、化学工业中生产磷肥和含氟塑料时都要排放出大量的氟化氢和其他氟化物。这些化合物，大都是毒性很大的化合物。人类在工业生产中和生活中大量使用氟氯烃，逃逸的氟氯烃气体正在破坏我们赖以生存的臭氧层。 大气污染的危害 (1)危害人类的健康和生命 大气是生物生存的重要环境因素之一。它直接参与人体的代谢和体温调节等生命活动。因此，大气一旦被污染，势必严重影响人类健康。 1.颗粒物对人体健康的危害：凡粒径在1000微米以下的颗粒物称为总悬浮微粒。粒径大于10微米的颗粒叫做降尘。另一类粒径小于10微米的颗粒，可长时间在空气中漂浮，这种微小的颗粒叫飘尘。飘尘的危害主要是在呼吸系统各部位上的沉积。由于侵入的飘尘物理化学性质不同，粒径的大小也不同。因此在呼吸系统各部位的沉积率也不同。粒径大于5微米的颗粒，绝大部分被阻留和粘附在鼻前庭的鼻毛、鼻腔和咽部的粘膜上的粘液中，一般不会构成对人体的损害；粒径小于5微米，尤其是在1微米以下的细小飘尘，能大量侵入肺部。特别是细小飘尘能够吸附一些有害化学物质，将它们一起带入肺部，进而造成更大的危害。如果长期生活在飘尘浓度高度环境中，呼吸系统发病率增高，特别是慢性阻塞性呼吸道疾病，如气管炎、支气管炎、支气管哮喘、肺气肿和肺心病等发病率显著增高，且又可促进这些病人病情恶化。上海医科大学叶舜华教授经过六年研究，证实汽车排放的废气有潜在致癌物。发现接触汽车排出废气可使人呼吸道症状及疾病的出现率上升，并导致人体免疫功能下降。体外短期测试也表明，汽车排出的废气可致基因突变及染色体损伤，并可增加癌基因蛋白的出现。 2.二氧化硫对人体健康的危害：二氧化硫是大气中主要污染物之一，是衡量大气是否遭到污染的重要标志。二氧化硫进入呼吸道后，因其易溶于水，故大部分被阻滞在上呼吸道，在湿润的粘膜上生成具有腐蚀性的亚硫酸(H2S03)、硫酸(H2SO4)和硫酸盐，使刺激作用增强。二氧化硫可被吸收入血液，对全身产生作用，对肝脏有一定的损害。长期生活在大气污染的环境中，由于二氧化硫和飘尘的联合作用，可使肺细胞壁纤维增生，发展下去形成肺气肿。二氧化硫可以加强致癌物苯并(a)芘的致癌作用。 3.硫化氢对人体健康的危害：硫化氢是一种具有刺激性的臭味气体，通常把它列为恶臭物质。硫化氢气体对呼吸系统、循环系统、消化系统、内分泌系统和神经系统均有影响。硫化氢急性中毒可致中枢神经系统呈中毒症状，严重时引起延髓麻痹。对皮肤粘膜有刺激，能引起眼结膜炎和角膜炎，严重时影响视力。低浓度长时间接触可致使大脑皮层兴奋和抑制的调节功能失调。 4.一氧化碳对人体健康的危害：一氧化碳在大气中的寿命很长，可停留2-3年。因此，这是一种数量大、积累性强的大气污染物。混在大气中毒一氧化碳是一种对血液、神经有害的毒物。长期生活在低浓度一氧化碳环境中的心血管病人，能促使病情恶化，使血液中的类脂质和胆固醇在血管中沉积。慢性一氧化碳中毒在神经系统症状中会出现头痛、头晕、记忆力降低等神经衰弱症候群。 5.氮氧化物对人体健康的危害：在一般情况下当污染物以二氧化氮为主时，肺的损害比较明显，严重时可出现以肺水肿为主的病变。而当混合气体中有大量一氧化氮时，出现高铁血红蛋白症和中枢神经损害症状。 6.光化学烟雾对人体健康的危害：光化学烟雾，主要是由汽车排放尾气中的氮氧化物、碳氢化合物在强太阳光作用下，发生光化学反应而形成的。光化学烟雾常常是突然发生，来势迅猛，受侵害的多为户外活动的人员。受害者主诉症状有流泪、眼睛刺痛口渴、声音嘶哑、咳嗽、呼吸困难、眩晕、头痛、手足麻木和全身疲倦，重者还出现意识障碍。检诊时可见有微热、面部潮红、脉搏加快、心跳亢进、咽红、声门水肿等。一般经数小时，大部分在24小时内恢复。但声门水肿、全身疲倦需要有更长的时间恢复。 (2)对工农业生产的危害 大气污染对工农业生产的危害十分严重，这些危害可影响经济发展，造成大量人力、物力和财力的损失。大气污染物对工业生产的危害主要有两种，一个是大气中的酸性污染物如二氧化硫、二氧化氮对工业材料、设备和建筑设施的腐蚀，另一个是飘尘最多给精密仪器、设备的生产、安装、调试和使用带来的不利影响。大气污染对工业生产的危害，从经济的角度来看就是增加了生产费用，提高了成本，并缩短了产品的使用寿命。大气污染物浓度超过植物的忍耐限度，会使植物的细胞和组织器官受到伤害，生理功能和生长发育受阻，产量下降，品质变坏，此外还能助长病虫害发生和蔓延。所以，大气污染对农业生产也造成很大危害。 (3)对天气和气候的影响 大气污染对局部天气和全球气候都会产生影响。 大气中毒尘粒使大气能见都降低，减少了太阳光直接射到地面的数量。尤其是在大工业城市中，在烟雾不散的情况下，日光比正常情况减少40%。从工厂、发电站、汽车、家庭小煤炉排放到大气中的微粒，很多具有水汽凝结核或冻结核的作用。这些微粒能吸附大气中的水汽使之凝成水滴或冰晶，从而改变了该地区原来降水(雪)的情况。例如，已经发现在离开大工业城市不远的下风地区，降水量比四周其他地点要多，这就是所谓“拉波特效应”。如果微粒中夹带着酸性污染物，那么，在下风地区就会受到酸雨的侵袭。除了对天气产生不利影响外，对全球气候的影响也逐渐引起人们的注意。 全球大气污染问题 地球上人口在急剧增加，人类经济在急速增长，地球上的大气污染也日趋严重。由于一些有害气体的大量排放，不仅使大气造成局部地区的污染，而且影响到全球性的气候变化以及大气成分的组成，即出现所谓的全球环境问题。目前，全球性大气污染问题主要表现在温室效应、酸雨和臭杨层遭到破坏三个方面。 (1)温室效应 农作物和花卉用的温室，是一座用玻璃盖成的房屋，用来培育需要适当温度的植物。当太阳的辐射能量进入室内时，透明的玻璃房屋使热量保存在室内。而由于大气中某些气体含量增加，引起地球平均气温上升的情况，则称温室效应。这类气体，即叫温室气体，主要包括CO2、CH4、O3、氧化亚氮和氯氟烃(氟利昂)等，其中尤以CO2的温室作用最明显。CO2等温室气体产生温室效应的机理，至今仍有争议。然而普遍认为，这与温室气体的物理性质有关。CO2等温室气体对来自太阳的短波辐射具有高度的透过性，而对地面反射出来的长波辐射却具有高度的吸收性能。CO2等温室气体在大气中迅速增加，而将地面反射的红外辐射大量截留在大气层内，使地球表面的能量平衡发生改变。温室气体如同幕照一样，阻止红外辐射的外逸，势必导致大气层温度升高，气候变暖，形成“温室效应”。我们知道，CO2是所有碳氢化合物燃烧的基本产物。由于世界上人口的增加和经济的迅速增长，排入大气中的CO2也愈来愈多。有关资料指出，过去100年人类通过化石燃料的燃烧，约把4150亿吨的CO2排入大气，结果使大气中CO2含量增加15%。据计算，这将使全球平均气温上升0.83C，而此数字与百年来全球平均气温升高的记录接近。有人估计，按照目前化石燃料燃烧的增加速率，大气中CO2将在50年内加倍，这将使中纬地区温度升高2-3C，极地升高6-10C。 温室效应将导致全球环境的重大变化，其主要影响有： 1.气候变化。温室效应首先表现为全球性气候变暖。在北半球，冬天变短、变湿，夏季变长、变干燥。亚热带可能会比现在更干，而热带则可能变得更湿。由此海洋产生更多多热量和水分，气流更强，热带风暴的能量比现在大50%，台风和飓风将更加频繁。气温升高会使极地或高山上的冰川融化，导致海平面上升。据推算，全球增温1.5-4.5C，海平面会上升20-165厘米，从而将淹没沿海大量繁华的城市、低地和海岛。 2.生态环境变化。全球气候的变化，可能会对陆地自然生态系统发生难以预料的影响，热带雨林减少，生物多样减少，农作物减产。尽管有人对温室效应提出种种不同看法，然而，由于CO2等气体的浓度增长是无法逆转的，所以引起了全球的普遍关注。世界上曾召开过一系列国际会议，从技术手段和政策战略上进行协商，并签订了许多协议、条例、控制温室气体的剧增，防止温室效应产生。 (2)酸雨 酸雨是指PH值小于5.6的雨雪或其他方式形成的大气降水(如雾、露、霜)，是一种大气污染现象。酸雨又称酸性(降)雨。因大气中CO2的存在，所以即使是清洁的雨雪等降水，也会因CO2溶于其中形成碳酸而呈弱酸性。空气中CO2浓度平均在621毫克/米3(316×10-6)左右，此时雨水中饱和CO2后的PH值为5.6，故定PH＜5.6为酸雨指标。由于人为向大气中排放酸性物质，使得雨水PH值降低，当PH值低于5.6时，便发生了酸雨。大气中不同的酸性物质所形成的各类酸，都对酸雨的形成起作用，但它们作用的比例不同。一般来说，对形成酸雨的作用，硫酸占60%-70%，硝酸占30%，盐酸占5%，有机酸占2%。所以，人为排出的SO2和NOX是形成酸雨的两种主要物质。 据估计，人为排入大气中的SO2约为13000万吨/年，其中9000万吨来自煤的燃烧，约占76%。大量SO2进入大气中后，在合适的氧化剂、催化剂存在时，就会发生化学反应而生成硫酸。在干燥条件下，SO2通过化学过程被氧化成SO3，然后转化为硫酸，但这个反应十分缓慢，在潮湿大气中，SO2转化成硫酸的过程常与云务的形成同时进行，先由SO2生成亚硫酸(H2SO3)，在Fe、Mn等金属盐杂质作为催化剂的作用下，H2SO3迅速被催化氧化为H2S04。当空气中含有NH4时，这类酸化反应会进一步发展。 形成大气污染的NOx主要是NO和NO2。人为排放的NOx主要是化石燃料在高温下燃烧产生的。在化石燃料燃烧过程中，NO占95%以上，但一进入大气后，NO又大部分转化为NO2。在大气中，NO2除了本身直接反应形成硝酸外，当它与SO2同时存在时，还可以促进SO2向SO3和H2SO4转化，从而加速酸雨的形成。由于酸雨的出现，破坏了森林生态系统，改变土壤性质与结构，破坏水生生态系统，腐蚀建筑物和损害人体的呼吸道系统和皮肤。例如，在欧洲15个国家中有700万公顷森林受到酸雨的影响，森林在遭到死亡综合症的侵袭；座瑞典北部地区，因受酸雨影响，土壤酸化而使肥力减退，河湖酸化而影响水生生物的生长和繁殖。此外，还有因酸雨水渗入地下，使地下水酸化而造成地下水污染的事例。在世界上酸雨分布的地区较广，有时飘越国境影响别国，所以它不仅是一个环境问题，也是一个国家间的政治问题。 (3)臭氧层破坏 臭氧是大气中的微量气体之一，它主要浓集在平流层中20-25公里的高空中，即大气的臭氧层。臭氧层作为环绕地球的保护层，其作用是吸引太阳紫外线中对生物有害的部分，保护地球上的生命界，并调节地球的气候。然而，近些年来，由于在平流层内运行的飞行器日益增多，人类活动产生的一些气体如NOx和氯氟烃等进入平流层，使臭氧层遭到破坏，以致于在南极上空出现了“臭氧空洞”。导致大气中臭氧减少和耗竭的物质，主要是平流层内超音速飞机排放的大量NOx，以及人类大量生产与使用的氯氟烃化合物(氟利昂)，如CFCl3(氟利昂-11)、CF3Cl2(氟利昂-12)等。被排放出来的氟利昂在大气中的寿命可达数十年乃至100年，所以大部分进入低层大气，再进入臭氧层。氟利昂在对流层内性质稳定，但进入臭氧层后，易与臭氧发生反应而消耗臭氧，以致降低臭氧层中O3浓度。臭氧浓度降低，臭氧层的破坏，将对地球生命系统产生极大的危害。首先，由于臭氧层的破坏，大量紫外光辐射将到达地面而危害人体健康。有人估计，如臭氧层中O3浓度减少?%，则地面紫外光辐射将增加2%，导致皮肤癌发 病率增加2%-5%。此外，还会使白内障发病率增高以及对人体免疫系统功能产生抑制作用。紫外光辐射增大，也会对动、植物产生影响，而危及生态平衡。臭氧层破坏还将导致地球气候出现异常，由此带来灾害。正因如此，保护臭氧层已成为一个全球性的问题。联合国环境规划署在1985年3月通过了《保护臭氧层维也纳公约》，于1988年生效。到1993年4月为止，世界上已有119个国家和1个经济组织加入该公约。1996年11月，在哥斯达黎加首都圣何塞召开了世界臭氧层高峰会，参加这次会议的有164个国家800名代表。在会上，世界气象组织发表了一份报告，指出1996年，南极上空臭氧层缺口进一步扩大，面积达到1800万公里2，破了以往记录，显示情况已到了刻不容缓的地步。