大氣污染源物分類及來源

1、大氣污染物分類及來按污染物質(zhì)的來源可分為天然污染源和人為污染源，根據(jù)表 5-2 對主要大氣 污染物的分類統(tǒng)計(jì)分析，其主要來源為三大方面：燃料燃燒；工業(yè)生產(chǎn)過 程；交通運(yùn)輸。前兩類污染源統(tǒng)稱為固定源，交通運(yùn)輸工具（機(jī)動車、火車、 飛機(jī)等）則稱為流動源。燃料燃燒煤、石油、天然氣等燃料的燃燒過程是向大氣輸送污染物的重要發(fā)生源。煤是主要的工業(yè)和民用燃料，它的主要成分是碳，并含有氫、氧、氮、硫及金 屬化合物。煤燃燒時除產(chǎn)生大量煙塵外，在燃燒過程中還會形成一氧化碳、 氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、有機(jī)化合物及煙塵等有害物質(zhì)。家庭爐灶排氣是一種排放量大、分布廣、排放高度低、危害性不容忽視的空氣 污染源。工業(yè)生

2、產(chǎn)過程排放工業(yè)生產(chǎn)過程中排放到大氣中的污染物種類多、數(shù)量大，是城市或工業(yè)區(qū)大氣 的重要污染源。工業(yè)生產(chǎn)過程中排放廢氣的工廠很多。例如，石油化工企業(yè)排放二氧化硫、硫 化氫、二氧化碳、氮氧化物；有色金屬冶煉工業(yè)排出的二氧化硫、氮氧化物以及含重金屬元素的煙塵；磷肥廠排出氟化物；酸堿鹽化工工業(yè)排出的二氧化硫、氮氧化物、氯化氫及各種酸性氣體；鋼鐵工業(yè)在煉鐵、煉鋼、煉焦過程中排出粉塵、硫氧化物、氰化物、一氧化碳、硫化氫、酚、苯類、烴類等?？傊?，工業(yè)生產(chǎn)過程排放的污染物的組成與工業(yè)企業(yè)的性質(zhì)密切相關(guān)。交通運(yùn)輸過程中排放：汽車排氣已構(gòu)成大氣污染的主要污染源。機(jī)動車的發(fā)展速度很快，1950 年全球機(jī)動車保有量為

3、7000 萬輛， 1996 年增長到 7.1 億輛。汽油車排放的主要污染物是： CO ，NOx， HC 和鉛（如果使用含鉛汽油）；柴油車排放的污染物主要有NOx， PM（細(xì)微顆粒物），HC , CO和SO2。同發(fā)達(dá)國家相比，我國機(jī)動車污染物排放量相當(dāng)驚人。 以日本東京為例， 90 年代東京擁有機(jī)動車 400 萬輛，而 CO 和 NOx 的排放量基本穩(wěn)定在 10 萬噸和 5 萬噸左右，而北京市 1995 年機(jī)動車僅為 100 萬輛， CO 和 NO X 的排放量卻高達(dá) 97.2 萬噸和 9.8 萬噸。三、大氣污染物大氣污染物系指由于人類活動或自然過程排入大氣的并對人或環(huán)境產(chǎn)生有害影響的物質(zhì)。大氣

4、污染物的種類很多，按其存在狀態(tài)可概括為二大類：氣溶膠狀態(tài)污染物、氣體狀態(tài)污染物。一）氣溶膠狀態(tài)污染物在大氣污染中，氣溶膠系指固體、液體粒子或它們在氣體介質(zhì)中的懸浮體。其 粒徑約為0.002- 100卩m大小的液滴或固態(tài)粒子。大氣氣溶膠中各種粒子按其粒徑大小可分為：1. 總懸浮顆粒物（ TSP ）：是分散在大氣中的各種粒子的總稱。是指用標(biāo)準(zhǔn) 大容量顆粒采樣器（流量在 1.1 -1.7m 3 /min ）在濾膜上所收集到的顆粒物的總質(zhì)量，其粒徑大小，絕大多數(shù)在100 U m以下，其中多數(shù)在 10 U m以下。也是目前大氣質(zhì)量評價中的一個通用的重要污染指標(biāo)。2.飄塵：能在大氣中長期飄浮的懸浮物質(zhì)稱為

5、飄塵。其粒徑主要是小于 10卩m的微粒。由于飄塵粒徑小，能被人直接吸入呼吸道內(nèi)造成危害；又由于它能在 大氣中長期飄浮，易將污染物帶到很遠(yuǎn)的地方，導(dǎo)致污染范圍擴(kuò)大，同時在大 氣中還可以為化學(xué)反應(yīng)提供反應(yīng)載體。因此，飄塵是從事環(huán)境科學(xué)工作者所注 目的研究對象之一。3. 降塵：用降塵罐采集到的大氣顆粒物稱為降塵。在總懸浮顆粒物中一般直 徑大于30卩m的粒子，由于其自身的重力作用會很快沉降下來，所以將這部分 的微粒稱為降塵。單位面積的降塵量可作為評價大氣污染程度的指標(biāo)之一。從大氣污染控制的角度，按照氣溶膠的來源和物理性質(zhì)，又可分為如下幾種。1. 粉塵（ dust ）：粉塵系指懸浮于氣體介質(zhì)中的小固體粒

6、子，能因重力作 用發(fā)生沉降。粉塵的粒子尺寸范圍，在氣體除塵技術(shù)中，一般為1200 U m左右。2. 煙（ fume ）：煙一般指由冶金過程中形成的固體粒子的氣溶膠，煙的粒子尺寸很小，一般為 0.011口 m左右。3.飛灰（ fly ash ）：飛灰系指燃料燃燒產(chǎn)生的煙氣飛出的分散較細(xì)的灰分。4.黑煙（ smoke ）：黑煙一般指由燃料產(chǎn)生的能見氣溶膠。5.霧（ fog ）：霧是氣體中液滴懸浮體的總稱。在工程中，霧一般泛指小液體粒子懸浮體。二）氣體狀態(tài)污染物氣體狀態(tài)污染物簡稱氣態(tài)污染物，是以分子狀態(tài)存在的污染物，大部分為無機(jī)氣體。常見的有五大類；以 SO2為主的含硫化合物，以 NO和NO2為主的

7、含氮化合物， COx 、碳?xì)浠衔镆约胞u素化合物等。目前已受人們的普遍重視的大氣污染物，如表 5-3 所示。氣態(tài)污染物又分為一次污染和二次污染物。1. 一次污染物一次污染物是指直接從污染源排放的污染物質(zhì)，如二氧化硫、一氧化氮、一氧化碳、顆粒物等，它們又可分為反應(yīng)物和非反應(yīng)物，前者不穩(wěn)定，在大氣環(huán)境中常與其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，或者作催化劑促進(jìn)其他污染物之間的反應(yīng)，后者則不發(fā)生反應(yīng)或反應(yīng)速度緩慢。2. 二次污染物二次污染物是指由一次污染物在大氣中互相作用經(jīng)化學(xué)反應(yīng)或光化學(xué)反應(yīng)形 成的與一次污染物的物理、化學(xué)性質(zhì)完全不同的新的大氣污染物，其毒性比一 次污染物還強(qiáng)。最常見的二次污染物如硫酸及硫酸鹽氣溶

8、膠、硝酸及硝酸鹽氣 溶膠、臭氧、光化學(xué)氧化劑 Ox ，以及許多不同壽命的活性中間物 （又稱自由基） ， 如 HO2 、 HO 等。對上述主要?dú)鈶B(tài)污染物的性質(zhì)、來源及其危害性簡單介紹：1. 硫化物硫常以二氧化硫和硫化氫的形態(tài)進(jìn)入大氣，也有一部分以亞硫酸及硫酸（鹽）微粒形式進(jìn)入大氣。大氣中的硫約 2/3 來自天然源,其中以細(xì)菌活動產(chǎn)生的硫化氫最為重要。人為源產(chǎn)生的硫排放的主要形式是SO2。SO 2 是一種無色、具有刺激性氣味的不可燃?xì)怏w，是一種分布廣、危害大的主要大氣污染物。 SO 2和飄塵具有協(xié)同效應(yīng)，兩者結(jié)合起來對人體危害更大。所以空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中采用“ SO 2濃度（mg/Nm ）與微粒濃度（

9、口 g/Nm3）的乘積”標(biāo)準(zhǔn)。SO2在大氣中極不穩(wěn)定,最多只能存在12天。相對濕度比較大，以及有催化劑存在時，可發(fā)生催化氧化反應(yīng)，生成SQ,進(jìn)而生成H2SO或硫酸鹽，硫酸和硫酸鹽可形成硫酸煙霧和酸性降水,造成較大的危害。SO2所以被作為重要的大氣污染物,原因就在于它參與了硫酸煙霧和酸雨的形成。SO 2 主要來源于人為活動排放的含硫燃料的燃燒過程，以及硫化物礦石的焙 燒、冶煉過程?；鹆Πl(fā)電廠、有色金屬冶煉廠、硫酸廠、煉油廠和所有燒煤或 油的工業(yè)鍋爐、爐灶等都排放 SO2煙氣。在排放SO2的各種過程中約有96%來自燃料燃燒過程，其中火力發(fā)電廠排煙中的SO2,濃度雖然較低，但總排放量卻最大。在過去

10、20 年中，發(fā)達(dá)國家通過改變?nèi)剂辖Y(jié)構(gòu)，采用脫硫技術(shù)使得SO2排放量總體上明顯減少。但在 19741984 年間，一些發(fā)展中國家 SO 2 排放量 是增加的。 1993 年，世界排放 SO 2 量近兩億噸，而 1995 年，我國排放 SO2達(dá)2341萬噸（包括鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)），大于美國的2100萬噸，成為世界SO2排放第一大國。1997年我國94 個城市空氣中 SO2年均濃度值在 3248卩g/m 3之間，全國平均值為 66 fl g/m 3，遠(yuǎn)高于SO2的自然背景濃度（5 fl g/m3）。94 個城市中共有 41 個城市超過國家二級空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。由天然源排入大氣的硫化氫，被氧化為SO2，這是大氣中

11、SO2的另一種來源。2. 氮的氧化物氮氧化物（ NO X ）種類很多，它是 NO 、 NO2、 N2O 、 NO3、 N2O4、 N2O5 等 氮氧化物的總稱。造成大氣污染的 NOx主要是指NO和NQ。NO毒性不太大，但進(jìn)入大氣后可被緩慢地氧化成NO2，當(dāng)大氣中有O3等強(qiáng)氧化劑存在時，或在催化劑作用下，其氧化速度會加快。NQ的毒性約為NO的5 倍。NQ對環(huán)境的損害作用極大，它既是形成酸雨的主要物質(zhì)之一， 也是形成大 氣中光化學(xué)煙霧的重要物質(zhì)和消耗臭氧的一個重要因子。天然排放的 NO X ，主要來自土壤和海洋中有機(jī)物的分解，屬于自然界的氮循環(huán)過程。人為活動排放的 NO X 大部分來自化石燃料的燃

12、燒過程，如機(jī)動車、柴油機(jī)及工業(yè)窯爐的排氣；也來自生產(chǎn)、使用硝酸的過程，如氮肥廠、有機(jī)中間體廠、 有色及黑色金屬冶煉廠等。 據(jù) 90 年代初估計(jì)， 就美國而言， 當(dāng)前的 NOX 排放總量達(dá)兩千萬噸，其中發(fā)電廠的煙氣，汽車尾氣和其他工業(yè)過程的排氣帶出的 NO x 各占 1/3 。3. 碳氧化物碳氧化物主要有兩種物質(zhì)，即 CO 和 CO2 ，（ 1 ）一氧化碳（ CO ）： CO 是無色、無嗅的有毒氣體。其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在大氣中不易與其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，可以在大氣中停留較長時間。 CO 在一定條件下，可以轉(zhuǎn)變?yōu)?CO2 ，然而其轉(zhuǎn)變速率很低。一般城市空氣中的 CO 水平對植物及有關(guān)的微生物均無害，

13、但對人類則有害，因?yàn)樗芘c血紅蛋白作用生成羧基血紅素（Carboxyhemoglobin ，簡寫為 COHb ）。實(shí)驗(yàn)證明，一氧化碳與血紅蛋白的結(jié)合能力比氧與血紅蛋白的結(jié)合能力大 200300倍，因此，它能使血液攜帶氧的能力降低而引起缺氧。 CO 主要是由含碳物質(zhì)不完全燃燒產(chǎn)生的， 天然源較少。（ 2 ）氧化碳（ CO2 ）： CO2 是一種無毒的氣體，對人體無顯著危害作用。在大氣污染問題中， CO2 所以引起人們的普遍關(guān)注，原因在于它能引起全球性環(huán)境的演變：如使全球氣溫逐漸升高，生態(tài)系統(tǒng)和氣候發(fā)生變化等。CO2 的人為源主要是礦物燃料的燃燒過程。據(jù)國際能源機(jī)構(gòu)的一項(xiàng)調(diào)查結(jié)果表明，1995 年

14、全球的 CO2 排放總量為 220 億噸。其中美國、中國、俄羅斯和日本的CO2 排放量幾乎占全球總量的一半。其中，美國占排行榜首位，年排放量5228.52 百萬噸，在 1995 年占全球總量的 23.7% ；我國年排放量 3006.77 百萬噸，在 1995年占全球總量的 13.6% 。4. 碳?xì)浠衔锾細(xì)浠衔锇ㄖ咀鍩N、脂環(huán)烴、芳香烴。脂肪族烴包括烷、烯、炔烴，在 常溫下隨碳原子多少而呈氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)。碳?xì)浠衔锸切纬晒饣瘜W(xué)煙霧的主要成分。在活潑的氧化物如原子氧、臭氧、 氫氧基等自由基的作用下，碳?xì)浠衔飳l(fā)生一系列鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，生成一系列的 化合物，如醛、酮、烷、烯以及重要的中間產(chǎn)物自由

15、基。自由基進(jìn)一步促 進(jìn) NO 向 NO2 轉(zhuǎn)化，造成光化學(xué)煙霧的重要二次污染物臭氧、醛、過氧乙 酰硝酸酯（ PAN ）。多環(huán)芳烴中有不少物質(zhì)被認(rèn)為是致癌物質(zhì)，經(jīng)研究和動物試驗(yàn)表明，這些物質(zhì) 中苯并（ a ）芘是強(qiáng)致癌物質(zhì)。目前污染大氣的碳?xì)浠衔镏饕怯蓮V泛應(yīng)用石油和天然氣作燃料和工業(yè)原 料造成的。因此，煉油廠、石油化工廠、以油（氣）為燃料的電廠或工業(yè)鍋爐、 汽油機(jī)車、柴油機(jī)車等是碳?xì)浠衔锏闹匾廴驹础?. 含鹵素化合物大氣中以氣態(tài)存在的含鹵素化合物大致可分為以下三類：鹵代烴，其它含氯化 合物、氟化物。1 ）鹵代烴：大氣中鹵代烴包括鹵代脂肪烴和鹵代芳烴。其中一些高級的鹵代烴，如有機(jī)氯農(nóng)藥 D

16、DT 、六六六，以及多氯聯(lián)苯（ PCB ）等以氣溶膠形式存在， 2 個碳原子或 2 個碳原子以下的鹵代烴呈氣態(tài)。鹵代烴的主要人為源如三氯甲烷（CHCI3）、二氯乙烷（CH3CHC2）、四氯化碳（CCh）、氯乙烯（ C2H3CI ）、氯氟甲烷（ CFM ）等是重要的化學(xué)溶劑，也是有機(jī)合成工業(yè)的重要原料和中間體。在生產(chǎn)和使用過程中因揮發(fā)而進(jìn)入大氣。海洋也排放相當(dāng)?shù)娜燃淄椤? ）其他含氯化合物：大氣中含氯的無機(jī)物主要是氯氣（Cl 2）和氯化氫HCI ）。氯氣（ Cl 2）主要由化工廠、塑料廠、自來水凈化廠等產(chǎn)生，火山活動也排放定量的 CI 2。氯化氫主要來自鹽酸制造、廢水焚燒等。 其環(huán)境本底為 1

17、.3-5ppb太平洋上空）。氯化氫在空氣中可形成鹽酸霧；除硫酸和硝酸外，鹽酸也是構(gòu)成酸雨的成分。3 ）含氟廢氣：主要是指含 HF 和 SiF 4 的廢氣。主要來源于煉鋁工業(yè)、鋼鐵工業(yè)以及黃磷、磷肥和氟塑料生產(chǎn)等化工過程。氟化氫是無色有強(qiáng)烈刺激性和腐蝕性的有毒氣體，密度為0.921，極易溶于水，還能溶于醇和醚，四氟化硅是無色的窒息性氣體，密度3.57，遇水分解HF 會引為硅酸和氟硅酸。氟化氫對人的呼吸器官和眼結(jié)膜有強(qiáng)烈的刺激性，長期吸入低濃度的 起慢性中毒。目前在氟污染地區(qū)氟對人體健康的危害通常以植物為中間介質(zhì)，即植物吸收大氣中氟并在體內(nèi)積累，然后通過食物鏈進(jìn)入人體產(chǎn)生危害，最典 型的是引起牙齒

18、酸蝕的“斑釉齒癥”和使骨胳中鈣的代謝紊亂的“氟沉著 癥”。四、室內(nèi)污染越來越多的科學(xué)研究表明，居室與其他建筑物內(nèi)的空氣比室外空氣的污染程度 更為嚴(yán)重，甚至在一些工業(yè)化程度很高的國家情況也是這樣。一些室內(nèi)空氣污 染物和污染源被認(rèn)為對人體健康產(chǎn)生十分不利的影響，這些污染物包括石棉、 甲醛、揮發(fā)性農(nóng)藥殘余物、氯仿、全氯乙烯（主要來源于干洗）、對二氯苯以 及一些致病生物體（見表 5-4 所示）。在美國吸煙是對人體健康危害最為嚴(yán)重 的污染物來源。 普外科估計(jì)， 美國每年大約有 350,000 人死于肺氣腫、 心臟病、 肺癌或其它由吸煙造成的疾病，禁止吸煙可能將比其它污染控制措施拯救更多 的生命。最近的研究表明，增強(qiáng)建筑物的越冬御寒性能以減少熱量的損