大气污染控制工程 引言 大气是人类和一切生物赖以生存的必需条件。大气质量的优劣，对人体健康和整个生态系统都有着直接的影响。人类又通过各种生产和生活活动影响和改变着大气环境，使其质量恶化，甚至造成严重的大气污染事件。因此，大气污染已引起人们的极大关注，研究和控制大气污染已成为当前十分迫切的环境问题。 问题的引入 大气如何被污染，目前现状怎样？ 如何净化废气，借助何种力量？ 净化到何种程度？ 废气污染控制的技术是否有针对性？可有万能的废气处理技术？ 废气处理技术有哪几类？ 第2篇教学内容： 大气污染的基本知识 颗粒污染物控制★ 气态污染物控制★ 第5章 大气质量与大气污染（2学时） 本章教学内容： 大气的结构与组成，大气污染物的种类与来源，大气环境质量标准，大气污染控制的方法概论 本章教学要求： 了解大气的结构与组成，了解大气环境质量标准，掌握大气污染物的种类与来源； 了解我国乃至全球的大气污染现状，掌握大气污染控制的基本原则和基本方法，。 本章教学重点： 大气污染物的分类，大气污染物处理的基本原则与方法 本章习题: P349 2, 5, 6 第一节 概述 一、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。 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%。海平面附近的干燥洁净空气的组成基本上不变，其物理性质基本稳定。干燥洁净空气的各种成分见表3—1。 表3—1 干燥洁净空气的组成 气体成分 体积分数/% 气体成分 体积分数/%  氮(N2) 78.09 甲烷(CH4) 1.5(10-4  氧(02) 20.94 氪(Kr) 1.0(10-4  氩(Ar) 0.934 氢(H2) 5.0(10-5  二氧化碳(C02) 0.032 一氧化二氮(N20) 5.0(10-5  氖(Ne) 18(10-4 氙(Xe) 0.8(10-5  氦(He) 5.2(10-4 臭氧(03) 0.25(10-5  ? 大气中的悬浮微粒是由大气中的固体和液体颗粒状物质所组成。固体微粒是指因自然现象如大风、火山爆发、森林火灾、陨石流星烧毁等产生的各种各样的悬浮物，有尘土、火山灰、烟尘、宇宙尘埃以及飘逸的植物花粉、细菌等等。液体微粒系指水汽凝结物，如水滴、云雾和冰晶等。这些细小的微粒悬浮物能够影响大气的能见度，削弱太阳的辐射强度。 干燥洁净大气中的C02和03的成分，含量虽然甚微，但其物理状况变化对大气温度和对地球上生物的生存起着重要作用。 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。” 从自然科学的观点来看，“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，但在研究近地层空气污染规律时，往往根据研究的范围加以区分。有学者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；也有人认为空气污染是指小范围的气体污染，如室内、城市区域的空气污染，而大气污染则指大区域乃至全球性的空气污染，如气象学、大气环境讨论涉及的大范围污染。 3. 影响大气污染形成的主要因素 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。 二、大气污染源 大气污染源通常是指造成大气污染的污染物发生源，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。大气污染源也可以理解为大气污染物的来源，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。一般我们所说的大气污染源，其含意指的是前者。 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。 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。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。 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。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。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、S02、C02、C0    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]芘    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、S02、C0、H2S、苯、酚、萘、烃类、氨、苯并[a]芘    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、S02、H2S、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、C0、NH3、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、S02、HS2、C0    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、H2S、S02    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]芘    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，S02、H2S    森林火灾 C02、C0、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。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。 三、大气污染的分类 1. 大气污染的类型 依据大气污染的影响范围，污染物的种类、性质，污染区域的气象条件，大气污染可划分为不同的分类。 根据大气污染的影响范围，通常可划分为四种类型： （1）局部性大气污染。由某个污染源如工厂烟囱排放造成的较小范围的污染。 （2）地区性污染。一些工业区及附近地区或整个城市的大气污染。 （3）广域性污染。超过行政区域的广大地域的大气污染，如比一个城市更大区域范围的酸雨侵害。 （4）全球性大气污染。某些超越国界乃至涉及整个地球大气层，具有全球性影响的大气污染，如温室效应、臭氧层破坏等。 常规能源利用中排放的工业废气是引起的大气污染的主要原因。若按能源性质和污染物的种类也可将大气污染划分为四种类型： （1）煤烟型。主要由煤炭燃烧时排放的硫氧化物、烟尘，粉尘等造成的污染，以及这些污染物发生化学反应而生成的硫酸及其盐类所构成的气溶胶而形成的二次污染物。早期(18世纪末到20世纪中)的大气污染和目前仍以煤炭作为主要能源的国家和地区的大气污染属于煤烟型。造成这类污染的污染源主要是工业企业废气排放，其次是家庭炉灶、取暖设备的烟气排放。 （2）石油型。在石油开采、冶炼，石化企业生产，石油制品使用（如汽车）中向大气排放的氮氧化物、碳氧化物、碳氢化合物等造成的污染，以及这些污染物经过光化学反应形成的光化学烟雾污染，或在大气中形成的臭氧、各种自由基及其反应生成的一系列中间产物与最终产物所造成的污染。 （3）混合型。大气污染物的排放具有煤烟型和石油型的综合特征，其污染源包括以煤碳为燃料的污染源，以石油为燃料的污染源，以及从工厂企业排出各种化学物质的污染源。例如，日本横滨、川崎等地区发生的污染事件就属于此种污染类型。 （4）特殊型。由工厂排放某些特殊的气态污染物所造成的局部或有限区域的污染，其污染特征由所排污染物决定。如核工业排放的放射性尘埃和废气，氯碱厂排放的含氯气体，以及生产磷肥的工厂排放的特殊含氟气体所造成的污染。 煤炭类和石油类燃料排放的废气进入大气，在一定的气象条件下，引起化学或光化学反应而生成具有强刺激性和毒性的复杂烟雾，形成二次污染。这种二次污染物形成的大气污染也可划分为两种类型： （1）氧化型大气污染(汽车尾气型)。这种类型的污染物主要来源于汽车排气中一氧化碳、氮氧化物和碳氢化合物，多发生在以使用石油为燃料的地区。在强烈阳光作用下，这些污染物发生一系列的光化学反应后形成生成臭氧、过氧乙酰硝酸酯类等氧化性二次污染物，强烈刺激人的眼睛、上呼吸道等粘膜。发生时的气象条件为，较强烈的阳光照射，气温高于23℃以上，湿度低于75%，风速小于3m/s，通常发生在夏、秋季节的白天，以中午污染最严重。这种光化学烟雾最初出现在美国洛杉矶市，因此也称作洛杉矶型或石油型大气污染。 （2）还原型大气污染(煤炭型)。这种类型的污染物主要来源于煤炭燃烧排气中的烟尘、二氧化硫和一氧化碳，多发生于煤炭和石油混合使用的地区。主要是刺激上呼吸道，老幼病者受害严重。当天气为多云，气温低于8℃以下，湿度高于85%，基本无风并伴有逆温存在情况下，一次污染物受阻，容易在低空聚积，生成还原性硫酸烟雾。通常发生在冬季，以早晨污染最严重。伦敦烟雾事件就属于这类还原型污染，故还原型大气污染又称为伦敦型大气污染或煤炭型大气污染。 从发展趋势来看，由于汽车数量逐年增加以及燃料的更换，因而氧化型大气污染有增加的趋势，应当引起高度重视。 2. 我国的大气概况和特点 我国的能源消费以煤炭为主，且大部分直接燃烧，大气污染物主要是S02和烟尘，大气污染的特征属于煤烟型。目前，由于我国能源利用方式相对落后、能耗高，利用率低、低空排放，以及城市畸形发展，人口、经济、交通过分集中，是世界上大气污染状况比较严重的国家之一，城市大气污染尤为突出。北方城市的污染水平高于南方城市，冬季高于夏季，早晚高于中午。南方城市是S02造成的酸雨和高硫煤地区的S02污染，北方城市的突出问题是冬季采暖期的烟尘和S02污染，非采暖期由于风沙和扬尘的作用，大气中颗粒物浓度也较高。? 近几年，我国通过调整能源结构，降低原煤产量和消费量，对燃煤炉窑进行节能环保改造，加大了工业废气的治理力度，取得了一定的成效，使我国主要大气污染物的排放量有所降低。 据2001年中国环境状况公报报道，全国城市空气质量基本稳定，城市空气质量满足国家《环境空气质量标准》二级、三级和劣于三级的城市比例各占三分之一。 颗粒物仍是影响我国城市空气质量的主要污染物，64.1%的城市颗粒物年均浓度超过国家《环境空气质量标准》二级。其中101个城市颗粒物年均浓度超过三级，占统计城市数的29.2%。颗粒物浓度高的城市主要分布西北，华北等省区。 二氧化硫年均浓度未达到国家《环境空气质量标准》二级的城市占统计城市的19.4%。其中超过国家国家《环境空气质量标准》三级的城市占统计城市的9.7%，比2000年降低2个百分点。二氧化硫污染严重的城市主要分布在山西、河北、贵州、重庆及甘肃、陕西、四川、湖南、广西、内蒙古的部分地区。 2001年，341个城市空气中二氧化氮浓度年均值均达到国家环境空气质量二级标准。广州、北京、上海等特大城市，二氧化氮浓度相对较高。 虽然自1997年以来，我国烟尘、二氧化硫和工业粉尘排放总量呈下降趋势，但排放数量仍然巨大；另一方面，随着国民经济的快速发展和人民生活水平的提高，石油消费和机动车辆急剧增加，大、中城市氮氧化物污染的上升趋势不容忽视。因此，要进一步加强大气污染的控制。 第二节 大气污染物 大气污染物是指由于人类活动或自然过程排入大气的并对人或环境产生有害影响的物质。随着经济和环境保护的发展，大气污染物的名单越来越长。目前已经认定的约有100种。进入大气的污染物的种类很多，根据大气污染物的存在的形态可分为气溶胶态污染物和气态污染物两大类。 一、气溶胶态污染物 气溶胶是指沉降速度可以忽略的固体或液体颗粒在气体介质中的悬浮体。按气溶胶产生的来源和存在的相态，以及物理化学特性等条件，气溶胶可以细分为10多种类型。这里，从大气污染控制的角度，将气溶胶态污染物分为以下三种形式。 （1）粉尘(dust)。指分散悬浮于气体介质中的较小固体颗粒，尺寸为1～200μm。粉尘的种类很多，如煤粉、水泥、金属粉尘、粘土粉尘、石棉等。在国际化标准组织(1S0)的定义中，将粒径小于75μm的固体颗粒的悬浮体称为粉尘，而将在空气或烟道中能传输的固体颗粒(在英国指大于75μm的粒子)称为粗尘(grit)。 （2）烟尘。指气溶胶态物系中由燃烧、冶金过程形成的细微颗粒物，通常包括三种类型：①烟炱(fume)，在冶金过程中形成的固体粒子的气溶胶。它是熔融物质的挥发过程产生的气态物质的冷凝物，在生成过程中总是伴有诸如氧化之类的化学反应。烟的粒径非常微小，一般小于1μm。如金属铝、锌、铅的冶炼过程中，在高温熔融状态下，这些物质能够迅速挥发，并氧化生成氧化铝、氧化锌和氧化铅等烟尘；②飞灰(flyash)，燃料燃烧中产生的呈悬浮状的非常分散的细小灰粒，包括燃料完全燃烧和不完全燃烧后残留的固体残渣，尺寸一般小于10μm，主要在炉窑中产生，尤以粉煤为燃料燃烧时排出的飞灰比较多；③黑烟(sm0ke)，燃烧产生的能见气溶胶。主要是化石燃料燃烧时，在高温缺氧条件下，烃类物质热分解生成的碳黑颗粒，粒径尺寸一般为0.01～1μm。 （3）雾(f0g)。大气中微小液体颗粒悬浮体的总称，泛指蒸气凝结、液体雾化和化学反应而形成的液滴，如水雾、油雾、酸雾、碱雾等，粒径尺寸小于100μm。在气象学中则是指造成能见度小于lkm的小水滴悬浮体。 悬浮于大气中的固态和液态气溶胶态污染物的粒径尺寸通常小于500μm，大于100μm的颗粒易于沉降，对大气造成的危害较小。在大气污染控制中，对小于100μm的气溶胶固体颗粒物，又分为①飘尘，粒径小于l0μm的固体颗粒物，它的粒度小，质量轻，不易沉降而能长期飘浮于空气中；②降尘，粒径大于l0μm的固体颗粒物，靠重力作用，能在较短时间内沉降到地表面上；③总悬浮微粒(TSP)，粒径小于l00μm的所有固体颗粒物。 二、气态污染物 气态污染物在大气中以分子状态形式存在。依据与污染源的关系，可将污染物分为一次污染物和二次污染物。主要的一次污染物有：硫化合物、氮化合物、碳氧化合物、碳氢化合物，以及某些行业排放的氧化剂如臭氧、氟化物等，二次污染物有光化学烟雾、硫酸烟雾等。通常，二次污染物对环境的危害比一次污染物更大。 （1）含硫化合物。主要指S02、S03和H2S等，其中S02的来源广、数量最大，是影响和破坏全世界范围大气质量的最主要的气态污染物，尤其在燃用高硫煤的地区。含硫化合物是造成二次污染硫酸烟雾的主要物质，并参与了酸雨的形成。 （2）含氮化合物。大气污染物中含氮化合物种类很多，如N0、N02、N20（一氧化二氮）、N203（三氧化二氮），以及NH3(氨)、HCN(氰化物)等，通常用符号N0X 表示这些氮氧化物。其中造成大气污染的N0X主要是N0和N02。N0X主要来源于化石燃料的燃烧，大约83%的N0X是由燃料的燃烧而产生的。 （3）碳氧化合物。污染大气的碳氧化合物主要有两种物质，即C0和C02。C0和C02是各种大气污染物中排放量最大的污染物之一，既来源于人工污染源，也来源于天然污染源。化石燃料的燃烧排放是主要的人工污染源，当燃料完全燃烧时形成C02；在缺氧条件下的不完全燃烧则形成C0。全世界C0每年排放量约为2.10×108t，排放量为大气污染物之首，主要来源于燃料的燃烧和汽车尾气。虽然C0氧化成C02的速率很慢，但多年来地球上C0的浓度并未持续增加，始终保持在大气本底浓度大约为0.1×10-6 m3／m3的水平，这表明自然界肯定存在着抑制C0增长的机制，如土壤微生物的代谢作用和H0自由基的氧化作用能将C0转化为C0 2。 （4）碳氢化物。大气中的碳氢化合物(HC)通常是指可挥发的各种有机烃类化合物，由碳和氢两种元素组成，如烷烃、烯烃和芳烃等。大气中的碳氢化合物大部分来自于植物的分解，人工来源主要是石油燃料的不完全燃烧和石油类物质的蒸发，危害在于碳氢化合物和氮氧化合物的共同作用会形成光化学烟雾。 （5）卤素化合物。对大气构成污染的卤素化合物，主要是含氯化合物及含氟化合物，如HCl、HF、SiF4等。其来源比较广泛，钢铁工业、石油化工、农药制造、化肥工业等工矿企业的生产过程中都有可能排放卤素化合物。虽然这些氟氯烃类气体排放数量不多，但对局部地区的植物生长具有很大的伤害；同时，它也是破坏臭氧层的主要成分之一。 （6）硫酸烟雾。硫酸烟雾是大气中的S02等含硫化合物，在有水雾、颗粒气溶胶、以及氮氧化合物存在时，在一定的气象条件下，发生一系列化学或光化学反应而形成的硫酸雾或硫酸盐气溶胶。 （7）光化学烟雾。在阳光紫外线照射下，大气中的氮氧化物、碳氢化合物和氧化剂之间发生一系列光化学反应而生成的淡蓝色(有时呈紫色或黄褐色)二次污染物，即光化学烟雾，其主要成分是臭氧、过氧乙酰基硝酸酯(PAN)、醛类及酮类等。光化学烟雾的危害非常大，如具有特殊的呛人气味，刺激眼睛和喉粘膜，造成呼吸困难，使植物叶片变黄甚至枯萎等。? 第四节 大气主要污染物的种类及危害 一、烟尘 气溶胶态污染物包括粉尘、烟尘和雾三大类型，其中，固体粉尘属于粒径尺寸较大的颗粒物，易于沉降和控制。雾是大气中微小液体颗粒悬浮体，其造成局部地区的大气污染。而排放量最大、对大气污染最严重的是燃料燃烧过程中生成的烟尘，这里进行重点讨论。 烟尘的危害：大气固体颗粒物包括粉尘和烟尘，其大粒径大于100μm，最小粒径仅有10－3μm。其中大于10μm的降尘在重力的作用下，能迅速沉降至地面；而小于10μm飘尘能在空气中长期悬浮并做布朗运动，容易进入人的呼吸系统。由于飘尘几乎不能被上呼吸道表面体液截留并随痰排出，很容易直接进入肺部并在肺泡内沉积，因此对人体的危害最大，其危害程度取决于固体颗粒物的粒径、种类、溶解度以及吸附的有害气体的性质等。 侵入肺部没有被溶解的沉积物会被细胞所吸收，损伤并破坏细胞，最终侵入肺组织而引起尘肺，如吸入煤灰形成的煤肺，吸入金属粉尘形成的铁肺、铝肺，吸入硅酸盐粉尘形成矽肺等。如果沉积物被溶解，则会侵入血液，并送至全身，造成血液系统中毒。例如妨碍血红蛋白生成的铅烟尘可以引起急性中毒或慢性中毒，其症状是精神迟钝、大脑麻痹、癫痫，甚至死亡。 燃烧和金属冶炼过程，以及汽车排气产生的烟尘具有很复杂的的化学组成，其中有如镍、镉、铬、铍、钒、铅、砷等有毒化合物。特别是致癌物质苯并[a]芘、苯芘蒽等，通过呼吸道或皮肤进入人体，引起肺癌或皮肤癌。 ?二、硫氧化合物 在燃烧系统中，进入大气中的燃烧产物主要以S02形式存在，S03含量很少，即使在非常富氧条件下，也仅占S02的3%左右。但是S03对水的亲合作用很强，容易生成硫酸，因此它的浓度相当重要。在缺氧条件下，除了S02以外，还有H2S和元素硫等稳定产物。 在化石燃料的燃烧过程中，硫生成S02的总放热反应可简单地描述为 S + 02 → S02 （3－1） 所有含硫燃料火焰中都呈现淡蓝色，这是燃烧中存在着氧原子和S0反应形成S02时所发射的光谱。因此，S0是硫氧化过程中的一种重要的中间产物。 硫化合物的危害：二氧化硫是一种无色不可燃的有毒气体，具有强烈的辛辣、刺激性气味。通常大气对流层中S02的平均本底体积分数约为0.2×10－9，当空气中S02的体积分数达到（1～5）×10－6时，就会对人体健康产生明显危害，鼻腔和呼吸道粘膜都会出现刺激感；若体积分数超过10×10－6时，能够引起支气管收缩与声带痉挛，进而还会发生鼻腔出血、呼吸困难等现象，还会诱发支气管炎、肺水肿、肺硬化等疾病，甚至死亡。此外，S02还可增强致癌物苯并[a]芘的致癌作用。 值得注意的是，S02、S03与水气、烟尘等结合形成硫酸烟雾及硫酸盐后，造成的生态环境污染和危害远比单一的S02大得多，其毒性作用可增大3～4倍；若硫酸雾气溶胶的微粒为重金属粒子时，其刺激作用比S02的单独刺激作用增强10倍，因为硫酸雾气溶胶微粒能够侵入肺的深部组织。硫酸烟雾在降水过程中造成土壤和水体酸化，影响植物和水生生物的生长，腐蚀金属和建筑材料，并对生物有强烈的刺激和伤害作用。 空气中S02浓度和存在时间超过一定值时还会对植物造成伤害。植物在S02的伤害下，其发育生长受到阻碍，叶脉之间或叶端边缘出现灰白或黄褐色坏死斑，严重时使叶片组织脱水、焦枯。 硫化氢是无色、具有浓厚腐蛋气味的有毒气体，易溶于水。空气中H2S的体积分数为0.04时便有害于人体健康，0.1时就可致人死亡，大气中允许的硫化氢浓度为0.01g/m3。H2S的刺激性作用能引起眼结膜炎；如果侵入血液中能与血红蛋白结合，生成硫化血红蛋白而使人缺氧，窒息死亡。? 三、氮氧化合物 大气中氮氧化合物(N0x)气体的种类比硫氧合化物多，包括一氧化氮(N0)、一氧化二氮(N20)、二氧化氮(N02)、三氧化氮(N03)、三氧化二氮(N203)、及五氧化二氮(N205)六种，除了不稳定的N03，其余都属于稳定物质。人类活动排入大气的N0x，90%以上是各种燃料的燃烧产物，其中N0与N02是造成大气污染的主要物质。实践证明，燃烧设备排放的N0x中N0一般约占95%，而N02仅占5%左右。但是在有些试验研究中发现，在含富燃混合气燃烧所测得的N02浓度要大于预期估计值。随化石燃料种类的不同，燃烧生成的N0x的数量也随之变化，通常按获得同样的能量计算，N0x的排放量以气体燃料最多，液体燃料油居次，而固体燃料煤相对较少。 氮氧化合物的危害 一氧化氮是一种无色、无刺激的不活泼气体。而二氧化氮则是棕红色、有刺激性臭味的气体。N0和N02都是有毒气体，其中N02比N0的毒性高4～5倍。 N0与血液中血红蛋白的亲合力非常强，生成亚硝基血红蛋白或亚硝基铁血红蛋白，降低血液输氧能力，引起组织缺氧和中枢神经麻痹。一般正常人的N0容许最高体积百分数为25×10－6。 N02刺激呼吸系统后会引起急性或慢性中毒，主要表现为对肺的损害，此外还对心、肝、肾及造血组织等均有影响。由于N02不易溶于水，因而能进入呼吸道深部组织，溶解成亚硝酸或硝酸后产生刺激和腐蚀作用。若发生高浓度N02的急性中毒，则会迅速产生肺水肿，甚至导致窒息死亡；慢性中毒引发的是慢性支气管炎和肺水肿。 与S02相似，N02与气溶胶颗粒物具有协同作用。N02与S02和悬浮颗粒物共存时，其对人体的危害远大于N02单独存在时，而且也大于各自污染物的影响之和。 自然环境中的N02除了与碳氢化物反应形成光化学烟雾外，还能抑制植物的光合作用，使植物发育受阻，生长受到损害，并可能是人体致癌的有关因素。? 四、其他污染物 （一）一氧化碳 C0与血液中血红蛋白也有较强的亲合力，比氧与血红蛋白的亲和力大200～300倍。由呼吸道吸入并进入血液的C0与血红蛋白结合后，生成碳氧血红蛋白，降低了血液输送氧气的功能。而碳氧血红蛋白的分解速度非常慢，不到氧合血红蛋白的万分之三，这更加剧了血液中的缺氧程度，所以C0中毒会出现各种缺氧的症状。当血液中碳氧血红蛋白占总血红蛋白的百分比浓度浓度为2%～5%时，中枢神经受到影响，出现眩晕、头痛等症状，降低人对各种意识(如时间、视觉、亮度等)的运动和分辨能力；浓度超过5%，则影响心肺功能，可能引起心血管痉挛；超过10%,会出现昏迷、呼吸困难，甚至导致窒息死亡。 （二）碳氢化物 碳氢燃料不完全燃烧和石油类物质的蒸发是大气中碳氢化物的主要来源。汽车发动机内的不完全燃烧排气、化油器和油箱蒸发都会排出碳氢化物。另外工厂企业如石化工业、油漆、干洗等都会把碳氢化物排入大气。 碳氢化物与N02一样，除了形成光化学烟雾外，对人体健康也产生危害，是一种主要的致癌物质。致癌的碳氢化物一般是多环结构的多环芳烃类物质，如苯并[a]芘、苯并蒽、二苯并蒽等，其中有机物在燃烧分解过程中产生的焦油状多环芳烃苯并芘就是公认的强致癌性物质。调查研究表明，经常接触煤焦油、沥青和某些石油化工溶剂等物质的工人，患有皮癌、阴囊癌、喉癌与肺癌的比例相当高。城市空气中苯并[a]芘浓度较高时，患肺癌的死亡率比农村高得多，如美、英等国的大城市里肺癌的死亡率约是农村的10倍。在一批白鼠皮肤上涂以苯并[a]芘做的致癌试验表明，5个月就有白鼠出现皮肤肿瘤，9个月出现皮肤肿瘤的白鼠数量达到40%，12个月高达80%。 （三）碳烟 碳烟是汽车尾气排放中的一种污染物，主要是柴油机的排气，其碳烟浓度约为汽油机碳烟浓度的30～80倍。碳烟也是不完全燃烧的产物，显然，碳烟的形成条件与C0和碳氢化物的产生很相似。 碳烟通常分为白烟、蓝烟和黑烟三种类型。白烟出现在寒冷气候下起动或怠速运转时，由于燃烧室温度过低、燃料的雾粒，润滑油的微粒以及水蒸气等未经燃烧就被排出的直径在1μm以上的白色液珠。蓝烟是柴油机在低负荷工作或低温下运转时，燃油或润滑油在未经燃烧，或是部分燃烧，或是处于热分解状态下就被排出的直径在0.4μm以下的淡蓝色液珠。黑烟通常称作碳烟，它是柴油机在高负荷运行时，局部混合气在高温缺氧条件下，发生裂解脱氢反应，而形成的以碳为主要成分的直径约在0.05μm的固态微小颗粒。 白烟和蓝烟都是液态微粒，由于它们的直径不同，引起光线的不同折射结果，因此呈现出不同的颜色。白烟、蓝烟、及黑烟是在柴油机的低温起动、低负荷工作和高负荷工作的不同过程中出现，整个工作过程中白烟和蓝烟出现的时间是很短暂的。 光化学烟雾 汽车排气和石油提炼等工业过程中的氮氧化物和碳氢化物，在阳光的强烈照射下，发生一系列的光化学反应，形成二次污染物，如臭氧、醛类、过氧乙酰硝酸酯(PAN)等氧化剂。由这些氮氧化物、碳氢化物及其光化学反应的中间产物、最终产物所组成的特殊混合物形成了光化学烟雾。 第五节 大气污染的防治途径 一、我国大气污染治理现状 如前所述，我国的大气污染现状主要是由能源结构决定的，以煤为主的我国能源政策在今后的相当长的时期内不会改变。因此，煤烟型的大气污染是我国大气污染的主要特征，烟尘、S02及N0x为主要污染物。随着我国经济的持续增长，能源消耗量还将继续增长，因此大气污染的治理是一项长期持久的重要任务。 近年来，我国采取措施以调整一些大中城市能源消费结构，如逐步减少原煤的使用，增加天然气、城市煤气和低硫煤的用量，限制高硫煤的使用等方法，使得1997年以后S02和烟尘的排放总量逐年下降。在国家环境保护总局划定的占国土面积的11.4%的酸雨控制区和二氧化硫污染控制区内，禁止新建煤层含硫量大于3%的矿井，对于建成的生产煤层含硫量大于3%的矿井，逐步实行限产或关停。除以热定电的热电厂外，禁止在大中城市城区及近郊区新建燃煤火电厂。新建或改造燃煤含硫量大于1%的电厂，必须建设脱硫设施。 此外，在工业建设中严格执行“三同时”，控制新的污染源及新建企业的废气排放量，使一批大型骨干工程的废气排放达到了国际同类企业的先进水平。在工业生产中采取措施，限期治理重点工业污染源，强化工业废气治理的力度，使日趋严重的大气污染状况得到逐步遏制。同时结合技术改造，开发利用一批新技术、新工艺和新设备用于工业废气治理，显著提高了废气治理的效率，并已控制消耗臭氧层物质的生产和消费的增长势头。针对我国量大面广的S02和颗粒物污染，国家有计划地引进了一批先进的大型烟气脱硫技术和装备，并建设了一批示范性工程。 通过上述一系列有效措施，我国的工业废气的治理已经取得了明显的成果，万元产值的排污量大幅度下降，一些地区的大气污染得到控制或缓解，但仍然存在许多问题，主要有：①除一部分新建和扩建企业达到20世纪90年代世界水平外，大部分老企业和乡镇企业的生产技术落后、设备简陋、能源和原料消耗高、废气排放量大，治理的难度很大；②资金不足，不能提供足够的资金用于工业废气治理，有害气体的处理率低；③许多废气治理设施由于技术不过关或企业不愿使用等原因，开工率和运转率低，甚至搁置不用。 大气污染的控制和治理是环境保护的一部分。要改善大气环境质量，就要强调环境的整体性，协调环境保护与经济发展的关系，加强环境管理，通过法规、经济和能源等政策的实施，以及发展大气污染控制工程技术，实现大气污染防治的目的，主要包括综合防治、发展大气污染控制工程技术和制定控制污染物的排放等措施。 ?二、大气污染的综合防治 1. 大气污染的综合防治的原则 一般区域的大气污染综合防治，是相对于单个污染源治理而言。此处所指的区域是指某一特定区域(包括某一地区或城市，或更广大的特定区域)，把区域大气环境看作一个统一的整体，经调查评价、统一规划，综合运用各种防治措施，改善大气环境质量。大气污染防治的概念是随着人类防治环境问题的漫长历程而发展变化。由工业污染源的单项治理(如工业废气)，到城市大气污染综合防治，再到区域、全球大气污染综合防治。 大气污染综合防治是区域环境污染综合防治的重要组成部分。从区域大气环境的整体出发，以改善大气环境质量为目标，制定大气污染综合防治规划。综合防治应抓住主要问题，把各种有效措施组合成多种方案，经综合分析、整体优化，达到经济效益、社会效益与环境效益的统一。 大气污染综合防治遵循的原则如下： （1）推行清洁生产，控制污染源头。联合国环境署对清洁生产的定义是：清洁生产是指将综合预防的环境策略持续应用于生产过程和产品之中，以期减少对人类和环境的风险。对生产过程，清洁生产包括节约原材料和能源，淘汰有毒原材料并在全部排放物和废物离开生产过程以前，减少它们的数量和毒性。对产品而言，清洁生产策略旨在减少产品的整个生命周期，从原料的提炼到产品的最终处置对人类和环境的影响。清洁生产的定义涉及两个全过程控制，即生产过程和产品整个生命周期循环过程。清洁生产是对污染实行源头控制的重要措施，推行清洁生产不但可避免排放废物带来的风险和降低处理、处置的费用，还会因提高资源利用率、降低成本，带来经济上的好处。 （2）合理利用环境自净能力与人为措施相结合。在环境调查研究和环境预测的基础上，编制环境经济规划和区域环境规划；进行环境区划和环境功能分区，按环境功能分区的要求对工业企业按类型进行合理布局。了解和掌握区域环境特征(如风向、风频、逆温、热岛效应等)、污染物的稀释扩散等自净规律，使污染源合理分布，并控制污染源密度。因此，只有全面规划、合理布局，才能合理利用环境自净能力。其次，依据区域环境特征和自净能力，确定经济合理的污染物排放标准和排放方式。再有，在进行大气污染治理时，不要仅从单个污染源的治理来考虑，而要对环境自净能力与人工治理措施综合考虑，组合成不同的方案，然后选择最优(或较优)的方案。 （3）综合防治与分散治理相结合。区域污染综合防治以污染集中控制为主，谋求区域环境质量的改善和提高污染治理的经济效益。如改变城市燃料构成和供热方式，发展城市燃气和集中供热，替代民用燃煤炉灶和分散供热锅炉；逐步淘汰燃烧效率低、污染严重的陈旧锅炉和机动车产品等。此外，区域的污染综合防治要以污染源分散治理为基础，各主要污染源采取治理措施后能达到总量控制的指标，才能实现区域污染综合防治的目标。 （4）按功能区实行总量控制。按功能区实行总量控制是指在保持功能区环境质量符合要求的前提下，所能允许的某种污染物的最大排污总量。如某一功能区大气污染源的密度大，即使单个污染源都达标排放，整个功能区的污染物排放总量仍会超过环境容量。反之，在大气污染源规模小、数量少，气象条件又利于扩散稀释，虽单个污染源未达标排放，但排污总量也不会超出环境容量。因此，环境功能区的环境质量主要取决于区域的污染物排放总量，而主要不是单个污染源的排放浓度是否达标。 （5）技术措施与管理措施相结合。根据工业污染源调查的资料，由于粗放经营、管理不善造成的污染物流失约占污染流失总量的50%。鉴于当前我国财力有限，技术条件比较落后，必须通过加强环境管理来解决环境问题。比如合理工业布局、建立烟尘控制区、合理开发利用各项资源、加强工艺生产全过程的环境管理等。 3. 大气污染的综合防治措施 大气污染控制的内容非常丰富，具有综合性和系统性，涉及环境规划管理、能源利用、污染防治等许多方面。由于各地区(或城市)的大气污染特征、条件以及大气污染综合防治的方向和重点不尽相同，难以找到适合一切情况的综合防治措施，因此需要因地制宜地提出相应的对策。根据上述原则，一般的大气污染控制措施大致可以概括为以下几个方面。 （1）全面规划、合理布局或调整工业结构。工业规划和布局要贯彻执行大分散、小集中的方针，符合生态要求，综合考虑“三个效益”的影响，尽可能达到经济密度大、能耗密度小、污染物排放少的目标。在兴建大型工矿企业、工业区时，首先要对拟建工程的自然环境和社会环境做综合调查，进行环境模拟试验及污染物的扩散计算，摸清该地区的环境容量，作出科学的环境影响评价报告。除了论证建厂的环境条件，还要提出相应的环境保护措施，并预报未来对环境可能造成的影响。对造成严重污染的不合理布局，必须以国家的产业政策为依据，根据本地区的经济技术发展水平和资源等方面的各种因素，调整地区(或城市)的工业结构(包括部门结构、行业结构、产品结构、原料结构、规模结构等)，对相关企业进行污染治理或搬迁。 （2）严格的环境管理体制。运用法律、行政、经济和科学技术等环境管理措施，把社会经济建设和环境保护结合起来，使环境污染得到有效控制。完整的环境管理体制包括环境立法、环境监测机构和环境保护管理机构三部分。各种环境保护和防治法，以及环保条例、规定与标准，为环境管理提供了法律依据；环境监测机构和系统为环境的科学管理提供了大量资料；环境保护管理机关可以监督各项环境保护法令和条例的有效执行。此外，建立对大气污染物单项治理技术进行环境经济综合评价制度，因地制宜地优化筛选单项治理技术，以及控制新污染源等，都是行之有效的环境管理措施。 （3）综合利用，提高资源利用率。综合利用包括：进入工业生产系统的资源的综合利用、循环利用、重复利用、资源化利用等，可以提高资源利用率。在制定工业大气污染的废气治理措施时，着眼点不在于大气污染物产生后再去净化，应把重点放在发展生产的过程中消除(或减少)污染。我国煤炭消耗量巨大，其综合利用如采用回收法烟气脱硫，既防止S02对大气污染，又可回收到有用的硫制品；液态排渣煤粉炉可加入磷矿石烧制磷肥，从而将灰渣变成化肥；可用煤灰制成砖、水泥等建筑材料，还可提取空心微珠及其他有用产品。 （4）合理利用能源。能源利用是造成大气污染的来源，合理利用能源是从根本上减小大气污染物排放的方向。通常采取的措施包括： 1）改变常规能源结构和用能方式。煤炭为我国的第一能源，煤的燃烧产物是大气的主要污染物。因此努力提高常规能源中石油、天然气、水能等的比例，将有助于减轻大气污染。在用能方式方面，提倡城市集中供热，减轻分散、低效率的小型锅炉对大气的严重污染。集中供热比分散供热可节约煤30%～35%，便于提高除尘效率和采取脱硫措施，减少烟尘和S02的排放量。加紧开发煤气化技术，大力发展和普及城市煤气的应用，是当前和今后解决煤烟型大气污染的有效措施。推广民用型煤以解决分散的生活面源对大气的污染。 2)采用先进的清洁煤技术。煤的燃烧排放对大气造成严重污染，各用煤城市和单位应积极采用先进的清洁煤技术，主要包括燃烧前的选煤、型煤、气化、液化、水煤浆和燃料电池等技术，燃烧中的循环流化床脱硫、低氮氧化物燃烧、煤气化联合循环发电和热电联产等技术，燃烧后的烟气除尘、脱硫、脱氮和其他各种废气净化技术。要积极研究和开发节能的高效清洁新型锅炉，其中包括型煤锅炉，改进工业炉窑泛燃烧技术，淘汰和报废旧式锅炉和工业窑炉。 3）节约能源。减小单位产值的能源消耗，提高能源利用效率，不仅可以减少污染物的排放，还可以减少热污染。减少化石燃料的燃烧，有利于改善大气环境，遏制酸雨、温室效应和臭氧层破坏等全球性环境问题的形成。 4）开发清洁能源。为了同时解决能源短缺和大气污染问题，在大力节能的同时要积极开发可再生、无污染的清洁能源，如：太阳能、风能、水能、地热能、海洋能、潮汐能等等。从长远来看可控核聚变反应，以及利用仿叶绿体功能的催化剂，光解水制氢(燃烧后又变为水)，能够大规模利用并达到商品化，就可以达到彻底消除C02、S02、N0x等造成大气污染的污染物的目的，从根本上解决大气污染问题。 5）控制污染源头和废气排放。控制污染源头的措施有，推行清洁生产，合理利用能源，改进产品和生产工艺，严格操作过程，尽可能减少生产过程中的污染物。利用工程技术控制废气排放的措施有两各方面：①安装除尘净化装置。微尘和有害气体是大气的主要污染物，可分别采用除尘、吸收、吸附和催化转化等方法进行捕捉、处理、回收利用而使空气得以净化。除尘净化装置除了在理论和技术上需要进一步研究提高外，关键要研制适合我国国情的技术装备，即提高其经济性。安装废气的除尘净化装置是消烟除尘、防治污染、保证环境质量的基础，也是实现环境规划等项综合防治措施的前提。②高烟囱排放。利用高烟囱把污染物排向高空，向更大的范围扩散稀释，充分利用大气的自净能力和扩散作用，可以减轻局部地区大气污染的危害程度，这是各国防止大气污染的一种有效方法。 6）构建绿色生态系统。绿化造林不仅能够美化环境，而且能调节气候、保持水土、防风固沙、净化大气、降低噪声。尤其是建立完善的城市绿化系统，具有增强大气环境容量和自净能力的显著效果。可以增加城市的湿度、降低气温、保持大自然中C02与02的平衡并缓解城市的热岛效应；可以阻挡风沙、滞尘、降低地面扬尘；可以吸收和过滤有害气体，降低污染；还可改善城市的生物环境，美化城市环境。 ?三、大气环境标准 大气环境标准是为了维护生态平衡，保护人体健康，控制和改善大气质量，制定的大气环境中污染物的最大容许含量和污染源排放污染物的数量及浓度的技术规范，按用途可分为大气环境质量标准、大气污染物排放标准、大气污染控制技术标准、大气污染警报标准等。 1. 大气环境质量标准 大气环境质量标准是大气环境中污染物质的最大容许浓度的法定限制。它是环境管理的目标和手段，是评价大气环境质量，制定大气污染排放标准和防治大气污染规划的依据。标准制定的原则首先是为保障人体健康和维护生态系统平衡，其次要考虑平衡实现标准的经济代价和所取得的环境效益之间的关系，以及不同区域功能、生态结构和技术经济水平等的差异性。因此，制订了不同水平等级的国家标准和地方标准。目前多数国家依据世界卫生组织WH0(W0rld Health 0rgnizati0n)1963年提出的四级标准作为判断空气质量的基本依据： 第一级：在处于或低于所规定的浓度和接触时间内，对生物观察不到什么直接或间接的影响； 第二级：达到或高于规定的浓度和接触时间时，开始对人的感觉器官有刺激，对植物有损害，对人的视距有影响或对环境产生其他有害作用； 第三级：达到或高于规定的浓度和接触时间时，开始引起人的慢性疾病，使人的生理机能发生障碍或衰退，从而导致寿命缩短； 第四级：达到或高于规定的浓度和接触时间时，开始对污染敏感的人引起急性中毒或导致死亡。 我国制定的《环境空气质量标准》GB 3095—1996，属于此标准的一、二级范围内。该标准将环境空气质量功能区分为三类：一类区为自然保护区和其他需要特殊保护的地区；二类区为城镇规划中确定的居住区，商业交通居民混合区，文化区，一般工业区和农村地区；三类区为特定工业区。 我国制定的环境空气质量标准分为以下三级：一级标准是为保护自然生态和人群健康，在长期接触情况下，不发生任何危害影响的空气质量要求；二级标准是为保护人群健康和城市、乡村的动、植物，在长期和短期接触情况下，不发生伤害的空气质量要求；三级标准是为保护人群不发生急、慢性中毒和城市一般动、植物（敏感者除外)正常生长的空气质量要求。上述的一类区执行一级标准，二类区执行二级标准，三类区执行三级标准。标准还规定了各项污染的监测分析方法。 《环境空气质量标准》GB 3095—1996中的各项污染物的浓度限值列于表3－4，表中部分数据已按国家环保总局环发[2000]1号文件作了部分修改。 2. 大气污染物排放标准 为了保证实现大气环境质量标准的指标，必须对污染物的排放进行控制，制定污染物的排放标准，其制定原则与大气环境质量标准相同。 我国最新制定和目前仍在执行的大气污染物排放标准主要有：①大气污染物排放标准(GBl6297—1996)；②锅炉大气污染物排放标准(GWPB3—1999)；⑧工业炉窑大气污染物排放标准(GB9078—1996)；④火电厂大气污染物排放标准(GBl3223—1996)；⑤水泥厂大气污染物排放标准(GB 4915—1996)；⑥炼焦炉大气污染物排放标准(GB16171—1996)；⑦恶臭污染物排放标准(GB14554—93)；⑧汽车大气污染物排放标准 (GB14761.1～14761.7—93)、摩托车排气污染物排放标准(GB 14621—93)；⑨危险废物焚烧污染控制标准(GWKB2—1999)；⑩生活垃圾焚烧污染控制标准(GWKB3—2000)等，可查阅相关文件。