浅谈大气污染的危害及防治

2020-06-12齐丹丹张晟昊

上海节能 2020年5期

齐丹丹周枫张晟昊

上海市质量监督检验技术研究院

1 大气主要污染物及其分类

气溶胶状态污染物按其粒子来源和物理性质可以分为：粉尘、烟、飞灰、黑烟、灰霾和雾。气体状态污染物简称气态污染物，主要有五大类：以二氧化硫为主的含硫化合物，以一氧化氮和二氧化氮为主的氮氧化合物，碳的氧化物，有机化合物，以及卤素化合物。气态污染物又可分为一次污染物和二次污染物。一次污染物指从污染源直接排放到大气中的污染物质；二次污染物为一次污染物与大气中已有的其他成分中的一种或多种经过一系列化学或者光化学反应而生成的不同于一次污染物的污染物[1]。气体状态大气污染物总分类见表1。

表1 气体状态大气污染物的总分类

2 大气污染物的来源

大气污染物的来源有两大类：自然污染源和人为污染源。自然污染源有火山喷发、森林火灾、海啸以及生物腐烂等自然现象。人为污染源按照人们社会活动功能的不同可分为三类：生活污染源、工业污染源、交通运输污染源。

根据对主要大气污染物的分类统计分析，大气污染源又可概括为四个方面：燃料燃烧、交通运输、工业生产和市政建设。我国大气污染主要属于煤烟型大气污染，主要污染物为颗粒物和SO2，在经济发达地区也存在光化学烟雾污染。

2.1 燃料燃烧

在燃料燃烧、工业生产和交通运输中，燃料燃烧过程产生的污染物最多，大约占百分之七十。而在燃料直接燃烧过程中，燃烧排放的污染物又占绝大多数，燃烧排放的污染物有二氧化碳、一氧化碳、硫的氧化物、氮的氧化物、烟气和飞灰等，因煤的发热量低，灰分含量高，燃煤造成的污染更严重。在我国能源结构中，煤炭是第一能源，占比大约为70%以上，而且我国煤资源的质量参差不齐，主要分布在东北、华北、西北经济不发达地区，需要投入大量交通运输，将其运输到经济较发达的东南沿海地区。在我国煤资源中，西南地区的硫分最高，西北地区次之，东北地区的煤硫分最低[3,4]。

2.2 交通运输

火车、汽车、轮船和飞机等给人们的日常生产生活带来了便利，同时也带来大气污染问题。其中汽车污染最为严重，近三十年来，我国经济飞速发展，人们的物质生活水平显著提高，私家车数量也快速增长。汽车尾气中含有上百种不同的化合物，其中的污染物有固体悬浮微粒、一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、铅及硫氧化合物等。氮氧化合物和空气中的挥发性有机物在紫外线照射下产生臭氧。氮氧化合物和碳氢化合物与氧化剂发生一系列光化学反应，生成蓝色的光化学烟雾。二次污染产生的危害远高于一次污染。特别是一些柴油大货车排放的尾气中含有很多颗粒物，这是导致疾病的重要因素。一辆柴油车排放的尾气中所含有的颗粒物，几乎是100辆汽油车夹带的颗粒物的总和[2]。

2.3 工业生产

工业生产过程中产生大量大气污染物，大气中污染物无论其种类还是数量都有大幅增长。在工业生产过程中，从原材料的不同到生产不同的产品，采用不同的工艺和流程，都会对大气产生不同程度的污染。

无人机倾斜摄影技术在测绘工程中的应用……………………………………………… 赵玉江，王岳（10-277）

2.4 市政建设

我国城市中普遍存在人行道高于车行道的现象。车行道上的浮灰无法及时吹离车道，而车辆路过时，容易产生扬尘和浮灰现象，间接影响大气质量。除此之外，城市中大面积的露天建筑工地的存在，裸露土地如不加以覆盖，也极易产生扬尘。

3 大气污染物的危害

3.1 硫氧化物的危害

二氧化硫是一种无色具有强烈刺激性气味的气体。其主要来源可分为人为源和自然源。人为源主要包括含硫化石能源的燃烧和利用，工业生产过程中产生的二氧化硫。自然源有森林火灾，火山喷发，微生物作用产生的二氧化硫等。二氧化硫能刺激人的眼睛和呼吸系统，在某些情况下可以刺激皮肤，它能诱发或者加重呼吸系统疾病，个别人会出现支气管痉挛。更大的危害是二氧化硫在空气中可以催化氧化成三氧化硫，然后形成硫酸雾或者硫酸盐等的气溶胶。这些气溶胶随大气的运载，汇集，最终降落至地面，形成酸雨[5]。酸雨会破坏植被和危害动物健康，腐蚀建筑和桥梁。

3.2 氮氧化合物的危害

氮氧化合物主要包括氧化二氮、氧化亚氮、一氧化氮、三氧化二氮、一氧化氮、二氧化氮。而主要的空气污染物是一氧化氮和二氧化氮。氮氧化合物主要产生于高温过程，例如汽车气缸内燃料的燃烧、炼钢厂里的炼钢过程都会产生高温，而在高温情况下，空气中的氮气和氧气可反应生成一氧化氮。因一氧化氮的不稳定，温度降低后一氧化氮与氧气进一步反映生成二氧化氮。一氧化氮和二氧化氮都会对呼吸道产生危害，诱发呼吸系统疾病，甚至导致肺部细胞癌变。而二氧化氮在空气中与其他物质反应形成的光化学烟雾产生的二次污染，比一次污染更严重。它将直接危害人体健康和环境，例如，刺激人眼和呼吸系统，出现红眼病和呼吸系统疾病，严重时会呼吸困难、恶心、发烧、手足抽搐、昏迷不醒[6]；使植物机能衰退，产生落叶、落花和落果的现象。氮氧化合物与挥发性有机物在紫外线照射下会形成臭氧，而臭氧会影响农作物的产量，从而会影响我国的食品供应[7]。

3.3 碳氧化合物的危害

碳氧化合物主要包括一氧化碳和二氧化碳。它们主要来源于化石燃料的大量燃烧。一氧化碳中毒会导致恶心，无力，甚至死亡。一氧化碳与血红蛋白结合生成碳氧血红蛋白（COHb），O2与血红蛋白结合生成氧合血红蛋白（O2Hb），一氧化碳与血红蛋白结合的速率是氧气的210倍，暴露于两种气体混合物中所产生的COHb和O2Hb的平衡浓度可用如下方程表示[1]：

式中：PCO、PO2——吸入气体中CO和O2的分压；

M——常数，在人的血液范围中为200～250。

COHb的直接作用降低血液的载氧能力，从而导致血液输氧能力下降，当人体吸入少量CO时会感到眩晕、头痛和无力。

二氧化碳来源可分为人为源和自然源。自然界产生的二氧化碳不足以构成污染，人类大量砍伐森林和使用化石燃料造成了全球二氧化碳浓度的升高。地球吸收来自太阳的能量，然后以长波的形式向太空辐射能量。二氧化碳不阻挡来自太阳的短波辐射，但会阻碍地球向外太空的长波辐射，导致地球能量无法正常散发至外太空，像给地球穿了一层棉袄，产生温室效应，使温度升高。而温度升高会带来一系列的生态环境问题，最明显的是冰川的熔化、海平面上升，危及一些海拔较低的地区，甚至已经有些地区已经不得不搬离以前居住的岛屿。

3.4 颗粒物的危害

大气中的颗粒物主要包括：粉尘、烟、飞灰、黑烟、灰霾和雾。颗粒物对人体健康的影响取决于颗粒物的浓度和在其中暴露的时间，人们日常生活中经常关注的颗粒物污染主要是PM10和PM2.5。

3.4.1 PM 10的危害

PM10是指悬浮在空气中，空气动力学直径小于10μm的颗粒物，又称为可吸入颗粒物。PM10的吸入会引发呼吸道感染，诱发心脑血管疾病[8]。

3.4.2 PM 2.5的危害

PM2.5是指悬浮在空气中，空气动力学直径小于2.5μm的颗粒物。PM2.5主要组分是硫酸盐、硝酸盐、有机化合物、元素碳及土壤尘等[9]。

颗粒物的产生可分为自然源和人为源。自然源主要包括海浪、扬尘、火山喷发、沙尘暴等自然灾害，自然源造成的危害一般较小。PM2.5的主要来源是人为源。其中汽车尾气排放的污染物在空气中经过一系列的物理、化学反应可以形成颗粒物，特别是燃烧柴油的车辆，其排出的污染物和颗粒物更多。人们在日常生产过程中也会产生大量PM2.5，例如各种生产过程中煤、石油或其他燃料的燃烧；工厂直接排放的颗粒物；建筑工地上施工产生的粉尘；道路扬尘；以及裸露地面风吹起的灰尘等等。颗粒物的沉降速率与其粒径有关，粒径越小越不容易沉降，所以PM2.5可以在大气中长时间的停留。

PM2.5对人体健康的危害。人的鼻子只能阻挡粒径大于10μm的颗粒物进入人体，故不能阻挡PM2.5进入肺部。PM2.5进入肺部后，可以通过肺泡进入血液，所以PM2.5会引起支气管炎、哮喘、心脑血管疾病等。同时PM2.5的比表面积较大，物理、化学活性较高，易与空气中其他物质结合，例如挥发性有机物、酸性氧化物、细菌、病毒和有毒重金属等，使其危害更大[8,9]。

3.4.3 悬浮颗粒物的危害

悬浮颗粒物可以降低大气能见度，是产生灰霾天气的主要原因。洁净的天空之所以呈现出蓝色，是因为大气对蓝光的散射作用最强，而悬浮颗粒物可以散射和吸收光子，从而改变天空的颜色。空气中的细小污染物得不到及时扩散，聚集在近地面，逐渐累积，浓度上升，造成重度污染。我国近几年的雾霾现象严重，特别是2013年污染严重时，雾霾地区占据我国面积的四分之一左右。大气能见度降低，不仅使人心情不愉快，而且会造成极大的心理影响，还会对地面交通安全和飞机的起飞、降落构成巨大威胁。

3.5 挥发性有机物的危害

挥发性有机化合物(VOCs)是指以气体形式存在或非常容易蒸发的有机化合物。如：苯、甲醛、甲苯、二甲苯、乙苯、乙烷以及多环芳香烃等都属于挥发性有机化合物。V0Cs中绝大多数都属于烃类，特别是多环芳香烃类，大多具有致癌作用，其中苯并芘具有强致癌性，主要通过呼吸道进入肺部，引起肺癌。城市中挥发性有机物主要来自工业生产过程，煤、油等燃料的不完全燃烧以及汽车尾气，一些家庭经常使用的清洁产品、油漆和涂料等，都含有可挥发性有机物。

4 大气污染物的检测

在不同地区设立大气污染检测站或者大气污染检测车，对大气环境进行实时监测，检测大气中各种污染物的浓度。其中PM2.5的检测主要包括质量浓度检测、化学成分检测、在线监测三个方向[10]。质量浓度检测主要采用检测仪器，化学成分检测技术多采用分光光度法测定，在线监测系统是目前乃至今后的重点建设方向。

5 大气污染的防治

地球的空间和资源量都是有限的，环境容纳量也是有限的。当人类向自然索取资源的速度高于自然界自己恢复或者再生的速度，这一过程是不可逆的，将会对环境造成难以恢复的破坏。人类向环境中排放的污染物大于环境的自净能力，则会造成污染。为了人类社会的可持续发展必须对环境和生态加以保护。对于降低大气污染主要可以从以下几个方面入手：

5.1 技术措施

5.1.1 实施清洁生产。清洁生产包括清洁的生产过程和清洁产品两个方面：在生产工艺上，节约资源与能源，不使用有毒有害原材料，降低排放物的毒性和产量，实现生产过程的无污染和少污染；在产品方面，做到使用过程中不污染环境，不危害人体健康和安全，使用寿命长、易于回收再利用的产品。

5.1.2 实施可持续发展的能源战略。提高能源利用效率、节约能源；改善能源供应结构和布局，提高清洁能源利用比例；推广清洁煤技术和煤炭开采技术；积极开发利用可再生能源和新能源，如太阳能、风能、地热能、海洋能等。

5.1.3 建立综合性工业基地，开展综合利用，使各企业之间相互利用原材料和废弃物，减少污染物的排放总量；安装废气净化装置，对污染源进行治理。

5.2 经济政策

保证必要的环境保护投资，并随着经济的发展逐年增加投资比例；采用经济手段，制定“递进式”排污收费制度以及原料税、资源税等；奖励治理污染财政补贴，成立生态环境基金，绿色基金等；补贴绿色制造和绿色产品企业。

5.3 产业政策

工业污染源是造成大气污染的重要原因，对于工业污染，首先要提高能量利用率，使用优质燃料，减少燃烧供能产生的污染。其次要优化生产工艺，减少或者停止使用有毒有害物质，避免有毒有害物质的产生。要进行产业升级，淘汰高能耗，高投入，低效率，低收益的企业。对于新建企业要采用“三同时”政策，依据环保法律法规进行建设投产。