大气污染危害及治理技术

（一）大气污染的概念

国际标准化组织（ISO）的定义是：大气污染，通常是指由于人类活动或自然过程引起某些物质进入大气中，呈现出足够的浓度，持续了足够的时间，并因此危害了人体的舒适、健康和福利或危害了环境。

（二）大气污染的原因

造成大气污染的原因包括两个方面，自然过程和人类生产、生活活动，而后者是最主要的原因。一方面由于人口的迅速增长，人类在进行生活活动时需要燃烧大量的煤、油、天然气等燃料而排放大量有害的废气；另一方面由于人类在进行工业生产过程中，将含有多种有害物质的大量工业废气未经净化处理或处理得不彻底就排入大气环境中，从而造成大气的污染。无论是排放有害物质的总量、持续时间还是影响范围和程度都远远超过自然排放所造成的大气污染。

（三）大气污染的危害

大气污染的危害可以是全球性，也可能是区域性的或局地的。全球性大气污染主要表现在臭氧层损耗加剧和全球气候变暖，直接损害地球生命支持系统。区域性的大气污染主要是酸雨，它不仅损害人体的健康，而且影响生物的生长，并会使建筑物遭到不同程度的破坏。城市范围和局地大气污染主要表现在这些范围内大气的物理特征和化学特征的变化。物理特征主要表现在烟雾日增多、能见度降低以及城市的热岛效应。化学特征的不良变化将危害人体健康，导致癌症、呼吸系统疾病、心血管疾病等发病率上升。

在人类赖以生存的大气环境中，大气污染物的种类很多，其中影响范围广，具有普遍性的污染物有颗粒物、硫氧化物、碳氧化物、碳氢化合物、光化学烟雾、硫酸烟雾等。下面就污染物做一下介绍：

1.颗粒物

大气中的颗粒物数量大、成分复杂，它本身可以是有毒物质或是其他有害污染物的传输载体。颗粒物主要来自矿石燃料燃烧的煤烟、工业生产粉尘、建筑和交通扬尘以及气态污染物经过物理化学反应形成的盐类颗粒物。它对人体的危害程度主要取决于自身的粒度大小及其化学组成。

颗粒物的粒径大小影响其危害人体健康的程度。在总悬浮颗粒物（TSP）中粒径大于10μm的物质，几乎都可以被鼻腔和咽喉所捕集，不进入肺泡，滞留在呼吸道中随痰排出体外。对人体危害最大的是10μm以下的浮游状颗粒物，它的粒度小，质量轻，不易沉降而能长期飘浮于空气中，称为飘尘。由于这部分颗粒物很容易被人吸入体内，侵入肺部组织，因而又称之为可吸入粒子，简写为“PM10”。

PM10是一个科学概念，最早是美国环保局在1978年提出的。当时定义的粒径范围小于等于15μm，采用的是Miller等人所定的可进入呼吸道的粒径范围。后来随着研究工作的不断深入，国际标准化组织建议修改为日前的标准，已经被我国科学工作者接受。PM5是后来的一个概念，因为在PM10中，粒径在5μm以上的颗粒物通过人的鼻毛可以阻挡一部分，不会进入肺泡，但5μm以下的颗粒物（简写为PM5），很容易通过鼻毛的阻挡，深入肺部，引起各种尘肺病。但这在全世界也不成为通用标准。最近美国率先测试空气里面小于2.5μm的颗粒物（简写为PM2.5），这个范围的颗粒物进入肺部组织以后直接通过肺的毛细血管进入血液，通过血液循环流通全身，对人体健康危害更大，所以世界环境组织认为PM2.5的危害可能更能反映大气污染的程度。目前，美国大气污染测试已经把粉尘颗粒物的指标全部更换成PM2.5，所有的监测站、监测点、监测网络的监测指标也都换成了PM2.5，换成PM2.5以后数量就降低了很多，PM10和PM2.5都以μg/m3来计算，从数值上来讲PM2.5比PM10要少很多倍。

颗粒物的化学组成和性质是危害人体健康的主要因素。有毒的粉尘进入人体后，会引起中毒甚至导致死亡。例如，含铬粉尘颗粒物吸入人体，能引起鼻中隔穿孔、肠胃疾患、白细胞下降、类似哮喘的肺部病变，接触到皮肤，可引起愈合极慢的“铬疮”；吸入含砷的粉尘，能引起咽喉、食道及胃肠烧灼疼痛，腹泻、腹痛、头痛、恶心、呕吐、血压迅速降低，严重时猝死。无毒的粉尘进入人体后也会对人体健康产生危害，一般是在肺部沉移，引起肺组织破化，严重影响正常呼吸。另外，颗粒物还是降低能见度的主要原因，并会损坏建筑物表面。颗粒物还会沉积在绿色植物叶面，干扰植物吸收阳光和二氧化碳和放出氧气和水分的过程，从而影响植物的健康和生长。

2.硫氧化物

大气中的硫氧化物主要指SO2，SO2是无色有刺激性气味的气体，它分布广、数量大，是目前影响和破坏全球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，其影响更为恶劣。低浓度的SO2会对鼻腔和呼吸道黏膜产生强烈的刺激性，导致呼吸道腔缩小、呼吸加快，并减少呼吸量，浓度较高时，人们不仅有强烈的刺激感，而且还会发生鼻腔出血、呼吸道红肿、呼吸困难等现象，严重的可能引起肺气肿，甚至死亡。SO2在大气中极不稳定，尤其在污染的大气中很容易氧化成SO3，进而生长硫酸或硫酸盐，因此SO2是大气中最主要的酸性污染物，是形成酸雨或酸沉降的主要前提物质。

含硫化石燃料燃烧、火力发电、有色金属冶炼、石油加工、造纸、硫酸生产及硅酸盐制品熔烧等过程都向大气中排放大量的SO2，其中以煤和石油等化石燃料燃烧产生的SO2为最多，约占全球总排放量的70%以上。大气中SO3的数量较少，是在相对湿度较大且有催化剂存在的条件下SO2发生催化反应生成的，往往伴随着SO2同时排放。

3.氮氧化物

大气中氮氧化物种类很多，包括NO、NO2、N2O、N2O3、N2O4、N2O5等，通常用符号NO，表示这些氮氧化物。其中造成大气污染的NOx主要是NO和NO2。NO是无色、无刺激、不活泼的气体，通常在大气环境中的含量很低，对人体健康和生物的毒性不是十分明显。但是在阳光的照射下，能被迅速氧化为NO2，因此NO是大气中NO2的前提物质，是形成光化学烟雾的活跃成分。NO2是一种红棕色有窒息性臭味的活泼气体，对呼吸器官具有强烈的刺激作用，常常导致各种职业病，如急性高浓度NO2中毒引起的肺气肿，慢性中毒引起的慢性支气管炎等。NO2还是酸雨的成因之一，所带来的环境效应多种多样，包括：对湿地和陆生植物物种之间竞争与组成变化的影响，大气能见度的降低，地表水的酸化，富营养化（由于水中富含氮、磷等营养物藻类大量繁殖而导致缺氧）以及增加水体中有害于鱼类和其它水生生物的毒素含量。

NOx主要来源于各种化石燃料的燃烧，如锅炉、窑炉、燃气轮机装置等各种燃烧设备，以及各种交通工具，特别是以汽油、柴油为燃料的机动车辆排放出的废气中，都含有大量的NO。目前在汽车稠密的城市，NO是最主要的大气污染物。(www.xing528.com)

4.碳氧化物

碳氧化物在大气中主要有两种物质，即CO和CO2。CO是无色、无味、易燃、有毒的气体，是含碳物质不完全燃烧的产物，其化学性质稳定，在大气中不易与其他物质发生反应。CO会与人体血液中的血红蛋白结合，生成羰基血红素，损害其输氧能力而引起缺氧，出现头痛、恶心、疲劳、眼睛发直等症状，严重时会发生生命危险。前些年在我国北方地区时常发生的煤气中毒事件，罪魁祸首就是CO。全球CO每年排放量约为2.10×108t，是排放量比较大的大气污染物，主要来源于燃料的不完全燃烧过程和汽车尾气。

CO2是一种无毒气体，对人体无显著的毒害作用。在大气污染问题中，之所以会引起全世界的共同关注，主要是因为它是一种温室气体，能引起全球性气候环境的演变。

5.碳氢化合物

碳氧化合物种类繁多，通常是指由碳和氢两元素形成的各种有机化合物的总称，包括烷烃、烯烃和芳香烃等。大气中的碳氢化合物大部分来自于植物的分解，人为来源主要是煤、石油等化石燃料的燃烧和各种机动车辆排出的废气。

甲烷（CH4）占整个大气中碳氢化合物的80%～85%，在大气污染研究中一般把碳氢化合物分为甲烷和非甲烷碳氢化合物（NMHC）两大类。由于甲烷比较稳定，在大多数化学反应中呈现惰性，是一种无害烃，因此人们关心的往往是NMHC。

NMHC是形成光化学烟雾的主要成分，在活泼的氧化物（如原子氧、臭氧、氢氧基等自由基）的作用下，能诱发一系列链式反应，生成一系列的化合物，如醛、酮、烷、烯以及重要的中间产物-自由基。它们对人体的危害很大，能使眼、鼻和呼吸道受到强烈刺激，并影响到肝、肺、肾和心血管的生理机能，特别是中间产物自由基，能进一步促进NO向NO2转化，生成光化学烟雾的重要二次污染物-臭氧、醛、过氧乙酰硝酸酯等。

6.光化学烟雾

光化学烟雾是典型的二次污染物，主要成分是臭氧、醛类、酮类、有机酸类、过氧乙酰硝酸酯（PAN）和过氧苯酰硝酸酯（PBN）。其表现是在城市的上空笼罩着蓝色烟雾（有时带有紫色或黄褐色），严重影响大气的能见度。其危害性要比一次污染物更为严重，它们具有特殊的呛人气味，强烈刺激人的眼睛和喉黏膜，会造成人体呼吸困难，并且对植物产生严重的危害，使得植物生长受阻，叶子变黄甚至枯萎死亡，光化学烟雾形成的机制很复杂，一般来讲是在阳光紫外线照射下，大气中的氮氧化物、碳氢化合物等一次污染物和氧化剂之间发生的一系列光化学反应而生成的。

7.硫酸烟雾

硫酸烟雾属于二次污染物，是大气中的SO2等含硫化合物在有水雾、含有重金属的颗粒气溶胶以及氮氧化物存在时，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。硫酸烟雾造成的生态环境污染和危害要比单一的气体大得多，它对皮肤、眼结膜、鼻黏膜、咽喉等均有强烈的刺激和损害。

20世纪中期发生在日本四日市的哮喘病事件正是由于硫酸烟雾引起的。自1955年以来，该市相继兴建了多家石油化工厂，终排放石油冶炼和工业燃油产生的含SO2、金属粉尘的废气，严重污染了城市的空气，使城市上空变得终年黄烟弥漫，1961年呼吸系统疾病开始在这一带发生、蔓延。据报道，在这些患者中，支气管哮喘占30%，慢性支气管炎占25%，肺气肿等占15%。1964年，烟雾持续三天不散，哮喘病患者开始死亡。1967年一些患者不堪忍受面自杀。1970年，患者达500多人。截至1972年，该市共确认哮喘病患者达817人，死亡10多人，日本全国患四日哮喘病患者达6000多人。

据报道，四口市工业粉尘、SO2的排放量每年达13×104t之多。大气中SO2浓度超过标准5～6倍，烟雾厚达500m以上，其中飘浮者很多种有害气体和金属粉尘，它们相互作用生成的硫酸雾或硫酸盐的气溶胶是造成哮喘病的主要原因。

（四）大气污染的类型

根据大气污染原因和大气污染物的组成，大气污染可分为煤烟型污染、石油型污染、混合型污染和特殊型污染四大类。煤烟型污染是由用煤工业的烟气排放及家庭炉灶等燃煤设备的烟气排放造成的，中国大部分的城市污染属于此类型污染。石油型污染是由于燃烧石油向大气中排放有害物质造成的。混合型污染是由煤炭和石油在燃烧或加工过程中产生的混合物造成的大气污染，是介于煤烟型和石油型污染之间的一种大气污染。特殊型大气污染是由于各类工业企业排放的特殊气体（如氯气、硫化氢、氟化氢、金属蒸气等）引起的大气污染。

根据污染的范围可将大气污染分为局部地区大气污染、区域性大气污染、广域性大气污染和全球性大气污染。

不同类型的大气污染，其危害程度和控制措施均有许多差异。