第三章 大气和废气监测 第一节 大气污染基本知识 一、大气、空气和大气污染 大气系指包围在地球周围的气体,其厚度达1000-1400km。其中,对人类及生 物生存起着重要作用的是近地面约10km内的气体层(对流层),常称这层气体为 空气层。空气层的质量占大气总质量的95%左右。 大气是由多种物质组成的混合物。清洁干燥的空气主要组分是:氮78.06%、 氧20.95%、氢 0.93%。这三种气体的总和约占总体积的99.94%。干燥的空气不 包括水蒸气,而实际空气中水蒸气是重要组成部分,其浓度随地理位置和气象条 件不同而异.干燥地区可低至0.02%,而暖湿地区可高达0.46%。 清洁的空气是人类和生物赖以生存的环境要素之一。在通常情况下,每人每 日平均吸入10－12m3的空气。 随着工业及交通运输等事业的迅速发展,特别是煤和石油的大量使用，将产 生的大量有害物 质和烟尘、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、碳氢化合物等排 放到大气中,当其浓度超过环境所能允许的极限并持续一定时间后,就会改变大 气特别是空气的正常组成.破坏自然的物理、化学和 生态平衡体系,从而危害人 们的生活、工作和健康,损害自然资源及财产、器物等。这种情况即被 称为大气 污染或空气污染。 二、大气污染对人和生物的危害 大气污染对人体健康的危害可分为急性作用和慢性作用。急性作用是指人体 受到污染的空 气侵袭后,在短时间内即表现出不适或中毒症状的现象。历史上曾 发生过数起急性危害事件,如伦敦烟雾事件,造成空气中二氧化硫高达3.5mg/m3, 总悬浮颗粒物达4.5mg/m3.一周雾期内伦敦地区死亡4703人。慢性作用是指人体 在低污染物浓度的空气长期作用下产生的慢性危害。这种危害往往不易引人注 意，而且难于鉴别,其危害途径是污染物与呼吸道粘膜接触:主要症状是眼、鼻粘 PDF 文件使用 "pdfFactory" 试用版本创建 www.fineprint.com.cn 膜刺激、慢性支气管炎、哮喘、肺癌及因生理机能障碍而加重高血压心脏病的病 情。根据动物试验结果，能确定有致癌作用的物质达数十种,如某些多环芳香烃 和脂肪烃,砷、镍、铍等金属。 大气污染对动物的危害与对人体的危害情况相似。对植物的危害可分为急 性、慢性和不可见 三种。急性危害可导致作物产量显著降低,甚至枯死,常根据 受害初期叶片上出现变色斑点来判 断慢性危害会影响植物的正常发育,但大多 数症状不明显,难以判断。不可见危害只造成植物生 理上的障碍,使植物的生长 在一定程度上受到抑制,但从外观上一般看不出症状。 三、大气污染物及其存在状态 大气污染物的种类不下数千种,已发现有危害作用而被人们注意到的有一百 多种,其中大部 分是有机物。依据大气污染物的形成过程,可将其分为一次污染 物和二次污染物。 一次污染物是直接从各种污染源排放到大气中的有害物质。常见的主要有二 氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、碳氢化合物、颗粒性物质等。颗粒性物质中包含 苯并(a)芘等强致癌物质、有毒重金属、多种有机和无机化合物等。 二次污染物是一次污染物在大气中相互作用或它们与大气中的正常组分发 生反应所产生的 新污染物。这些新污染物与一次污染物的化学、物理性质完全 不同,多为气溶胶,具有颗粒小、毒 性一般比一次污染物大等特点。常见的二次 污染物有硫酸盐、硝酸盐、臭氧、醒类(乙醛和丙烯醛等)、过氧乙酰硝酸酶(PAN) 等。 大气中的污染物质的存在状态是由其自身的理化性质及形成过程决定的;气 象条件也起一定的作用。一般将它们分为分子状态污染物和粒子状态污染物两 类。 (一)分子状态污染物 某些物质如二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、氯化氢、氯气、臭氧等沸点都 很低,在常温、常压下以气体分子形式分散于大气中。还有些物质如苯、苯酚等, 因其挥发性强,能以蒸气态进入大气中。 PDF 文件使用 "pdfFactory" 试用版本创建 www.fineprint.com.cn 无论是气体分子还是蒸气分子,都具有运动速度较大、扩散快、在大气中分 布比较均匀的特 点。粒子状态污染物(或颗粒物)是分散在大气中的微小液体和 固体颗粒,粒径多在0.01-100μm之间,是一个复杂的非均匀体系。通常根据颗粒 物在重力作用下的沉降特性将其分为降尘和飘尘。粒径大于10μm的颗粒物能较 快地沉降到地面上,称为降尘;粒径小于 10μm 的颗粒物可长期飘浮在大气中,称 为飘尘。 飘尘具有胶体性质,故又称气溶胶。通常所说的烟(Sm0ke)、雾(F0g)、灰尘 (Dust)就是用来描述飘尘存在形式的。 某些固体物质在高温下由于蒸发或升华作用变成气体逸散于大气中,遇冷后 又凝聚成微小的固体颗粒悬浮于大气中构成烟。烟的粒径一般在 0.01－lμm 之 间。 雾是由悬浮在大气中微小液滴构成的气溶胶。按其形成方式可分为分散型气 溶胶和凝聚型 气溶胶。常温状态下的液体,由于飞溅、喷射等原因被雾化而形成 微小雾滴分散在大气中,构成分 散型气溶胶。液体因加热变成蒸气逸散到大气中, 遇冷后又凝集成微小液滴形成凝聚型气溶胶。 雾的粒径一般在10μm以下。 通常所说的烟雾是烟和雾同时构成的固、液混合态气溶胶,如硫酸烟雾、光 化学烟雾等。 尘是分散在大气中的固体微粒。 四、大气污染物的时空分布特点 与其他环境要素中的污染物质相比较,大气中的污染物质具有随时间、空间 变化大的特点。了解该特点,对于获得正确反映大气污染实况的监测结果有重要 意义。 大气污染物的时空分布及其浓度与污染物排放源的分布、排放量及地形、 地貌、气象等条件密切相关。气象条件如风向、风速、大气湍流、大气稳定度总 在不停地改变,故污染物的稀释与扩散情况也不断地变化。 污染源的类型、排放规律及污染物的性质不同,其空间分布特点也不同。一 个点污染源(如烟 囱)或线污染源(如交通道路)排放的污染物可形成一个较小的 污染气团或污染线。局部地方污染 浓度变化较大,涉及范围较小的污染,称为小 尺度空间污染或局地污染。大量地面小污染源，则会给一个城市或一个地区形成 面污染源,使地面空气中污染物浓度比较均匀,并随气象条件变化有较强的规律 性。这种面源所造成的污染称中尺度空间污染或区域污染。就污染物自身性质而 言,质量轻的分子态或气溶胶态污染物高度分散在大气中,易被扩散和稀释,随时 空变化快;质量较重的尘、汞蒸气等,扩散能力差,影响范围较小。 为反映污染物浓度随时间变化,在大气污染监测中提出时间分辨率的概念, 要求在规定的时 间内反映出污染物浓度变化。 PDF 文件使用 "pdfFactory" 试用版本创建 www.fineprint.com.cn PDF 文件使用 "pdfFactory" 试用版本创建 www.fineprint.com.cn