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9大气污染防治篇概述

大气污染防治篇

9概述

导入:

人是完全靠空气生存的,成年人平均每天约需1Kg粮食和2Kg水,但对空气的需求就大得多,每天约13.6Kg(合10m3)。

若三者都断绝供应,引起死亡的首先是空气,要是空气中混进有毒害的物质,则毒物随空气不断地被吸入肺部,通过血液遍布全身,对人体健康直接产生危害。

大气污染对人的影响不同于土壤和水的污染,它不仅时间长且范围广(较多是地域性的,也有全球性的)。

地球上发生的八大“公害事件”,其中五起是因大气污染造成的。

当然,空气污染的原因不只是人类的活动,还有像森林、火灾和火山爆发一类的天然事件。

不过后者通常在空气污染中起次要作用。

9概述

9.1大气与大气组成

9.1.1大气与空气

大气与空气两个名词,在环境科学等学科中是两个完全不同的概念。

具体的说,当以大区域或全球性得气流为研究对象时,气流通常用“大气”一词,而对于室内或者特指某个场所中(如学校,教室等)供人和动物生存得气体,则称为“空气”。

大气的范围比空气要广一些。

大气通常又称为大气层或大气圈,总质量约有5.3×1018㎏,厚度有二三千米左右,越靠近地面得地方大气得密度越大,越远离地面得地方密度越小,在二三千米得高空密度接近于零,通常绝大部分的空气,大约为98.2%集中在距地面距离30km以内的区域。

1、大气的组成

大气是一个多种气体的混合物,由干洁空气、水蒸气和悬浮微粒组成,可分为:

(1)恒定组分:

O2(20.95%)、N2(78.09%)、氩(0.93%)、惰性气体。

上述组分的比例在地球表面上任何地方几乎是可以看作不变的。

(2)可变组分:

CO2、水蒸汽、O3这些组分在大气中的含量是随季节、气象的变化以及人们的生产、生活活动的影响而发生变化。

(3)不定组分:

指大气中的悬浮颗粒物、H2S、SOx、NOx、CxHy,重金属元素及其氧化物。

主要来源于人类生产生活活动所产生的污染物。

是大气污染控制的主要内容。

由于人类社会的生产工业化和经济建设速度增长,人口剧增等使得大气中增加或增多了某些不定组分。

大气中含有的不定组分的种类和多少由地区的条件而定的。

冶金工厂、电厂所在的地区,大气中含有煤烟、尘、SOx、NOx等组分就多。

而在化工区,则有机或无机的化学物质等不定组分就多。

当这些不定组分排放于大气中时就会使大气污染,不定组分达到一定浓度时,将会对动植物造成严重的危害,这是环保工作者研究的主要对象。

9.1.1大气的分层

按照大气的垂直分布,大气可以分为五层,即对流层、平流层、中间层、热层和外逸层。

1、对流层

(1)相对于整个大气圈厚度而言很薄,按最厚处计,占总厚度的6-9%,占总质量的75%。

在这一层中除了有纯净的干空气以外,还含有一定量的水蒸气,适度的温度对人和动植物的生存起到重要的作用。

(2)一般情况下,温度自地表面向高空递减,0.65℃/100米。

在对流层中,由于太阳的辐射以及下垫面特性和大气环流的影响,使得在该层中出现极其复杂的自然现象,有时形成易于扩散的气象特征,有时形成对生态系统产生有危害的逆温气象条件,雨、雪、霜、雾、雷电等自然现象也都出现在这一层。

(3)大气有较强的对流运动,大气污染也主要发生在这一层,特别是在靠近地面1-2Km的近地层更易造成污染。

近地层的大气污染物的扩散能力主要取决于当时的气象条件。

(4)温度、湿度等各要素水平分布不均匀。

2、平流层

(1)在这一层里气体的温度差随高度上升有缓慢的增加,30-35Km,T=-55℃。

然后上升(气温)较快,这是因为在该层中的臭氧强烈吸收太阳紫外线所致。

(2)几乎不存在水蒸汽和尘埃,一般处于平流运动。

(3)大气很干燥,没有云、雨等现象,是飞机理想的飞行区域。

3、中间层

气温随高度增加迅速降低,有强烈的垂直对流运动。

4、热层

又称电离层,气温随高度增加迅速上升,空气处于高度电离状态,发电报是靠这层反射回来。

5、散逸层

气体温度很低,气体粒子能克服地球引力而逸向星际空间。

星际空间内每m3空间有数十个离子存在。

 

9.2大气污染与大气污染物

9.2.1大气污染

1、大气污染的概念及分类

(1)概念:

按照国际标准化组织ISO的定义:

“空气污染,通常指由于人类活动和自然过程引起的某些物质进入到大气中,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、健康和福利或者危害了环境。

”这里所提到的对人体的舒适,健康的危害,包括对人体的正常生理机能的影响,引起急性病,慢性病甚至死亡等;而所谓福利,则包括了人类协调并共存的生物、自然资源以及财产器物等。

自然过程包括火山活动、森林火灾、海啸、土壤和岩石的风化、雷电、动植物尸体的腐烂以及大气圈空气的运动等。

但是,由自然过程引起的空气污染,由于自然环境的自净能力一般经过一段时间后会自动消除,能维持生态系统的平衡。

因而,大气污染主要是由于在人类的生产活动和生活活动中,向大气排放的污染物质在大气中积累,超过了环境的自净能力而造成的。

(2)分类:

①按污染所涉及的范围,大气污染可以分为四类,分别是局部地区污染,地区性污染,广域污染和全球性污染。

局部地区污染指由某个污染源造成的较小范围的污染。

地区性污染指涉及一个地区,一工矿区及其附近地区或整个城市的大气污染。

广域污染指超过行政区划的广大地域的大气污染,涉及的范围更加广泛。

全球性污染又称国际性污染,范围涉及到全球的污染,像高烟囱排放的SO2经大气输送后造成的酸雨污染属于此类,另外大气中的CO2和飘尘的增加也是属于全球性污染。

②按能源性质和污染物的种类,将大气污染划分为煤炭型、石油型、混合型和特殊型四类。

煤炭型是指由煤炭燃烧时放出的烟气、粉尘、二氧化硫等以及由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。

十八世纪末到二十世纪中期的大气污染以及目前仍以煤炭作为主要能源的国家和地区造成的大气污染属于煤炭型。

石油型是指来自石油开采、炼制和石油化工厂的排气以及汽车尾气的碳氢化合物、二氧化氮等造成的污染,以及这些物质经过光化学反应形成的光化学烟雾的污染。

混合型污染兼有以上两种类型的污染的特点。

2、大气污染源的概念和分类

(1)概念:

大气污染源指向大气排放有害物质的生产过程、设备装置、物体或场所等。

(2)分类:

可分为天然污染源和人为污染源两大类。

天然污染源是指自然界发生自然灾害,向大气排放污染物的场所,如火山爆等。

人为污染源是指人类生产和生活活动所形成的污染源,它是大气污染控制的主要对象,也是我们要重点讨论的内容。

人为污染源可依据污染物的特点,以及对污染物排放进行研究,控制的方式分类,常见的分类有:

①污染源存在形式:

固定污染源、移动污染源;

②按污染源排放方式:

高架源、面源、线源;

③按污染源排放时间:

连续源、间断源、瞬时源;

④按人类社会活动功能:

工业污染源、农业污染源、交通污染源和生活污染源。

进行大气质量评价适宜用第一种分法,研究扩散适宜用第二种分法,分析污染物排放时间规律适宜用第三种分法,解决污染物,控制污染物适宜用第四种分法。

此外还可以分为稳定源与可变源、冷源和热源以及复合源等。

9.2.2大气污染物

概念:

按照ISO的定义:

“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那些物质”。

分类:

(1)按照污染物形成的过程不同,分为一次污染物和二次污染物。

一次污染物:

指直接从各类污染源排出的物质。

可分为:

非反应物质,其性质较稳定;反应性物质,性质不稳定,在大气中常与某些其它物质产生化学反应或作为催化剂促进其它污染物产生化学反应。

二次污染物:

反应性的二次污染物与大气中的其它组分反应形成的物质。

如二次污染物硫酸烟雾(又称硫酸气溶胶)形成过程。

往往二次污染物比一次污染物的危害大得多。

(2)根据污染物的存在形态,可分为颗粒污染物和气态污染物。

下面分别介绍这两类污染物。

1、颗粒污染物

(1)概念

指大气中除气体外的物质,包括各种各样的固体、液体和气溶胶体。

(2)分类

①根据颗粒污染物的来源和物理性质的不同,可将其分为粉尘、烟、飞灰、黑烟、雾等。

习惯上一般将固体物料在机械过程中所产生的固体颗粒称为粉尘,将冶炼或化工过程中产生的固体颗粒气溶胶、燃料燃烧过程中产生的固体颗粒气溶胶称为烟尘。

雾是指气体中的小液体颗粒悬浮物。

②根据污染物粒径的大小,分为飘尘、降尘和总悬浮颗粒物。

飘尘是指粒径小于10μm的固体颗粒物质,对人体的危害极大。

降尘是指粒径大于10μm的固体颗粒状物质,它能在重力作用下在较短的时间内沉降到地面;总悬浮颗粒物是指粒径小于100μm的所有悬浮颗粒。

2、气态污染物

(1)概念

指大气中以气体状态存在的污染物,气体以分子状态存在。

(2)分类

主要有含硫化合物、含氮化合物、碳氧化合物、碳氢化合物和卤素化合物。

①CO占总污染量的30%

主要来源:

汽车排气占50%

危害:

与血红蛋白结合危害人体,排量多会使空气中O2量降低。

②NOx、NO、NO2

来源:

石化燃料的燃烧,本身含氮变成游离氮原子和氧作用(燃NO)高温下,大气中的氮和氧结合(热解NO)。

NOx生成量与燃烧温度有关。

各种工业过程(硝酸厂、氮肥厂、炸药厂等)

危害:

光化学烟雾的主要成分;对动植物体有强的腐蚀性。

③碳氢化合物(HC)

来源:

燃料燃烧不完全排放HC化合物,汽车尾气中有10%HC化合物。

美国70年统计,在总HC尾气中,汽车排气占48%。

危害:

光化学烟雾的主要成分。

④硫氧化物

来源:

燃料燃烧;有色金属冶炼;民用燃烧炉灶。

SO2浓度:

3.5%以上高浓度烟气

3.5%以下低浓度烟气

危害:

①产生酸雨;②腐蚀生物的机体;③产生化学烟雾。

硫酸烟雾的代表事件:

伦敦烟雾事件

⑤光化学烟雾

光化学烟雾早在1946年最早在洛杉矶发现,故又叫“洛杉矶烟雾”。

这种烟雾经常发生在夏季和早秋季节,每次事件给人造成很大的灾难。

光化学烟雾的机理在本世纪五十年代以前还不很清楚,1956年首先由加利福尼亚工科大学哈根.斯特博士提出了光化学烟雾的理论,他认为洛杉矶型的烟雾事件主要由于汽车排出来的尾气中的NOx、HC在强烈的太阳光作用下发生化学反应造成的。

引起光化学烟雾的NO2气体可吸收300—700nm(纳米)波长的光。

其中430nm波长以下的紫外线光照射时,可使NO2分解

生成的原子氧很快又与空气中的O2形成O3:

按上式可计算出O3浓度,实际上远比按上推导而得的结论高。

9.3大气环境质量标准及大气污染物综合排放标准

大气环境标准是国家和地方政府为了保护人民健康和生态平衡,根据国家的环境政策和有关法令,在综合分析自然环境特征,控制环境污染的技术水平、经济条件和社会要求的基础上,制定大气环境中污染物的最大允许含量和污染源排入污染物的数量及浓度的技术规范。

为了有效的控制大气污染,又必须同时制定大气环境质量标准和大气污染物综合排放标准。

9.3.1大气环境质量标准

目前最新的标准为《环境空气质量标准》(GB3095-1996),于1996年12月6日正式实施。

环保学院图书馆的索书号为X-651/12。

本标准规定了环境空气质量功能区划分、标准分级、污染物项目、取值时间及浓度限值,采样与分析方法及数据统计的有效性规定。

本标准适用于全国范围的环境空气质量评价。

环境空气质量功能区分为三类:

一类区为自然保护区、风景名胜区和其它需要特殊保护的地区;二类区为城镇规划中确定的居民区、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。

空气环境质量分为三级:

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。

共限定了六种污染物的浓度值:

SO2、TSP、PM10、NOx、NO2、CO、O3、Pb、B[a]P、F。

标准同时配有各项污染物分析方法。

1、主题内容与适用范围

本标准规定了环境空气质量功能区划分、标准分级、污染物项目、取值时间及浓度限值,采样与分析方法及数据统计的有效性规定。

本标准适用于全国范围的环境空气质量评价。

2、定义

总悬浮颗粒物(TSP):

指能悬浮在空气中,空气动力学当量直径≤100μm的颗粒物。

可吸入颗粒物(PM10):

指悬浮在空气中,空气动力学当量直径≤10μm的颗粒物。

氮氧化物(以NO2计):

指空气中主要以一氧化氮和二氧化氮形式存在的氮的氧化物。

铅(Pb):

指存在于总悬浮颗粒物中的铅及其化合物。

苯并[a]芘(B[a]P):

指存在于可吸入颗粒物中的苯并[a]芘。

氟化物(以F计):

以气态及颗粒态形式存在的无机氟化物。

年平均:

指任何一年的日平均浓度的算术均值。

季平均:

指任何一季的日平均浓度的算术均值。

月平均:

指任何一月的日平均浓度的算术均值。

日平均:

指任何一日的平均浓度。

一小时平均:

指任何一小时的平均浓度。

植物生长季平均:

指任何一个植物生长季月平均浓度的算术均值。

环境空气:

指人群、植物、动物和建筑物所暴露的室外空气。

标准状态:

指温度为273K,压力为101.325kPa时的状态。

3、环境空气质量功能区的分类和标准分级

(1)环境空气质量功能区分类

一类区为自然保护区、风景名胜区和其它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。

(2)环境空气质量标准分级

环境空气质量标准分为三级。

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。

4、浓度限值

本标准规定了各项污染物不允许超过的浓度限值,见下表:

各项污染物的浓度限值

污染物名称

取值时间

浓度限值

 

 

一级标准

二级标准

三级标准

浓度单位

二氧化硫

SO2

年平均

日平均

1小时平均

0.02

0.05

0.15

0.06

0.15

0.50

0.10

0.25

0.70

 

总悬浮颗粒物TSP

年平均

日平均

0.08

0.12

0.20

0.30

0.30

0.50

 

可吸入颗粒物PM10

年平均

日平均

0.04

0.05

0.10

0.15

0.15

0.25

 

氮氧化物

NOx

年平均

日平均

1小时平均

0.05

0.10

0.15

0.05

0.10

0.15

0.10

0.15

0.30

mg/m3

(标准状态)

二氧化氮

NO2

年平均

日平均

1小时平均

0.04

0.08

0.12

0.040.08

0.080.12

0.120.24

0.08

0.12

0.24

 

一氧化碳

CO

日平均

1小时平均

4.00

10.00

4.00

10.00

6.00

20.00

 

臭氧

O3

1小时平均

0.120.16

0.160.20

0.20

 

铅Pb

季平均

年平均

1.50

1.00

 

苯并[a]芘

B[a]P

日平均

0.01

μg/m3

(标准状态)

氟化物

日平均

1小时平均

7①

20①

 

F

月平均

植物生长季平均

1.8②

1.2②

3.0③

2.0③

μg/(dm2·d)

(注:

表中删改数据为2000年1月6日环发[2000]第1号文件批准,2000年1月6日起执行)

5、标准的实施

本标准由各级环境保护行政主管部门负责监督实施。

本标准规定了小时、日、月、季和年平均浓度限值,在标准实施中各级环境保护行政主管部门应根据不同目的监督其实施。

环境空气质量功能区由地级市以上(含地级市)环境保护行政主管部门划分,报同级人民政府批准实施。

9.3.2大气污染物综合排放标准

目前最新的标准为《大气污染物综合排放标准》(GB16297-1996),于1997年1月1日正式实施。

环保学院图书馆的索书号为X-652/10。

说明:

本标准在原有《工业“三废”排放试行标准》(GBJ4-73)废气部分和有关其他行业性国家大气污染物排放标准的基础上制定。

本标准在技术内容上与原有各标准有一定的继承关系,亦有相当大的修改和变化。

本标准规定了33种大气污染物的排放限值,其指标体系为最高允许浓度、最高允许排放速率和无组织排放监控浓度限值。

国家在控制大气污染物排放方面,除本标准为综合性排放标准外,还有若干行业性排放标准共同存在,即除若干行业执行各自的行业性国家大气污染物排放标准外,其余均执行本标准。

1、主题内容与适用范围

(1)主题内容

本标准规定了33种大气污染物的排放限值,同时规定了标准执行中的各种要求。

(2)适用范围

在我国现有的国家大气污染物排放标准体系中,按照综合性排放标准与行业性排放标准不交叉执行的原则,锅炉执行GB13271-91《锅炉大气污染物排放标准》、工业炉窑执行GB9078-1996《工业炉窑大气污染物排放标准》、火电厂执行GB13223-1996《火电厂大气污染物排放标准》、炼焦炉执行GB16171-1996《炼焦炉大气污染物排放标准》、水泥厂执行GB4915-1996《水泥厂大气污染物排放标准》、恶臭物质排放执行GB14554-93《恶臭污染物排放标准》、汽车排放执行GB14761.1~14761.7-93《汽车大气污染物排放标准》、摩托车排气执行GB14621-93《摩托车排气污染物排放标准》,其它大气污染物排放均执行本标准。

本标准实施后再行发布的行业性国家大气污染物排放标准,按其适用范围规定的污染源不再执行本标准。

本标准适用于现有污染源大气污染物排放管理,以及建设项目的环境影响评价、设计、环境保护设施竣工验收及其投产后的大气污染物排放管理。

2、定义

本标准采用下列定义:

(1)标准状态:

指温度为273K,压力为101325Pa时的状态。

本标准规定的各项标准值,均以标准状态下的干空气为基准。

(2)最高允许排放浓度:

指处理设施后排气筒中污染物任何1小时浓度平均值不得超过的限值;或指无处理设施排气筒中污染物任何1小时浓度平均值不得超过的限值。

(3)最高允许排放速率:

指一定高度的排气筒任何1小时排放污染物的质量不得超过的限值。

(4)无组织排放:

指大气污染物不经过排气筒的无规则排放。

低矮排气筒的排放属有组织排放,但在一定条件下也可造成与无组织排放相同的后果。

因此,在执行“无组织排放监控浓度限值”指标时,由低矮排气筒造成的监控点污染物浓度增加不予扣除。

(5)无组织排放监控点:

为判别无组织排放是否超过标准而设立的监测点。

无组织排放监控浓度限值:

指监控点的污染物浓度在任何1小时的平均值不得超过的限值。

(6)污染源:

指排放大气污染物的设施或指排放大气污染物的建筑构造(如车间等)。

(7)单位周界:

指单位与外界环境接界的边界。

通常应依据法定手续确定边界;若无法定手续,则按目前的实际边界确定。

(8)无组织排放源:

指设置于露天环境中具有无组织排放的设施,或指具有无组织排放的建筑构造(如车间、工棚等)。

(9)排气筒高度:

指自排气筒(或其主体建筑构造)所在的地平面至排气筒出口计的高度。

3、指标体系

本标准设置下列三项指标:

(1)通过排气筒排放的污染物最高允许排放浓度。

(2)通过排气筒排放的污染物,按排气筒高度规定的最高允许排放速率。

任何一个排气筒必须同时遵守上述两项指标,超过其中任何一项均为超标排放。

(3)以无组织方式排放的污染物,规定无组织排放的监控点及相应的监控浓度限值。

4、排放速率标准分级

本标准规定的最高允许排放速率,现有污染源分为一、二、三级,新污染源分为二、三级。

按污染源所在的环境空气质量功能区类别,执行相应级别的排放速率标准,即:

位于一类区的污染源执行一级标准(一类区禁止新、扩建污染源,一类区现有污染源改建时执行现有污染源的一级标准);

位于二类区的污染源执行二级标准;

位于三类区的污染源执行三级标准。

5、标准值

1997年1月1日前设立的污染源(以下简称为现有污染源)执行表1所列标准值。

1997年1月1日起设立(包括新建、扩建、改建)的污染源(以下简称为新污染源)执行表2所列标准值。

按下列规定判断污染源的设立日期:

一般情况下应以建设项目环境影响报告书(表)批准日期作为其设立日期。

未经环境保护行政主管部门审批设立的污染源,应按补做的环境影响报告书(表)批准日期作为其设立日期。

6、标准实施

位于国务院批准划定的酸雨控制区和二氧化硫污染控制区的污染源,其二氧化硫排放除执行本标准外,还应执行总量控制标准。

本标准中无组织排放监控浓度限值,由省、自治区、直辖市人民政府环境保护行政主管部门决定是否在本地区实施,并报国务院环境保护行政主管部门备案。

本标准由县级以上人民政府环境保护行政主管部门负责监督实施。

由于此标准表格太多,因此这里不列出,具体请参考GB16297-1996。

9.4大气污染与气象

大气污染可看作是污染源所排放出的污染物和对污染物起着扩散稀释作用的大气,以及承受污染的物体三者相互关联所产生的一种效应。

一个地区的大气污染情况是与该地区的污染源所排放出的污染物总量有关的。

这个总量是不因气象条件的影响而发生变化的。

但是,排放出的污染物的浓度在时空分布上却是受到气象条件的控制。

由于气象条件的不同,污染物作用于承受者的污染程度也就不一样。

近几十年来,世界上发生了多次大气污染事件,每次污染事件都是在一定地形和一定气象条件下发生的。

我们为了更好地研究大气污染问题,首先要对与气象学有关的一些基本概况作一简单介绍。

9.4.1影响大气污染的气象因子

在一个区域或一个城市里即使从污染源排向大气的污染物的量没有很大变化但对周围环境造成的污染效应却会有很大的不同,有时会对人和动植物造成严重危害,有时却是很轻,这主要是由于在不同的气象条件下大气具有不同的扩散稀释能力所造成的。

影响大气扩散能力的主要因素有两个:

一为气象的动力因子,一为气象的热力因子。

1、气象的动力因子

主要是指风和湍流,风和湍流对污染物在大气中的扩散和稀释起着决定性的作用。

(1)风

空气水平方向的流动叫风。

风在不同时刻有着相应的风向和风速,它不仅对污染物起着输送的作用,而且还起着扩散和稀释的作用。

风的度量:

风的大小叫风速,在单位时间内空气水平流动的距离;

风向:

风向决定污染物迁移运动方向,风速决定污染物的扩散稀释。

(2)大气湍流

除在水平方向运动外还会有上、下、左、右方向的乱动(有点像分子的热运动),树叶的来回摆动就是湍流。

把湍流想象成是由许多湍涡形成的(它与分子运动极为相似,不同的是分子运动是以分子为单位,湍涡运动速度比分子运动速度多得多。

从烟囱或其它的污染源排放出的烟云受风的作用传送到下风向时,如果大气是做很规则的运动,这里烟云几乎是一个粗细变化不大的一套烟管运动,污染物难以扩散,实际并不是这样,烟云在下风向飘移时除其本身的分子扩散外,还受大气湍流的作用,进入大气的污染物经过湍流混合作用之后,逐渐分散稀释。

2、气象的热力因子

指温度层结和大气稳定度。

(1)温度层结

何为温度层结:

温度随高度的分布情况,它影响了大气中垂直方向的流动情况。

温度层结类型:

①温度随高度的增加而降低,一般情况是这种规律;

②温度随高度的升高而升高;

③随高度的升高温度不变

气温随高度的变化常以气温垂直递减率γ表示,对于标准大气来说,整个对流层的气温递减率平均值为0.650C/100m。

温度变化的实质是内能的变化,在逆温条件下大气处于稳定状态,湍流被抑制,污染物不易扩散

气温的干绝热直减率:

气块在垂直运动方向上做绝热上升(或下降)每100米其温度降低(或升高)10

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