大气污染物定义.doc

1总 论1.1大气污染物1.1.1大气污染物的定义 1932年比利时默兹河谷大雾引发6000人生病事件和1952年英国伦敦大雾导致超过4000人死亡事件，使人们对空气污染造成的健康危害有了深刻的认识。通过立法和制订环境空气质量标准，经过60多年的减排和治理，发达国家空气污染状况已得到很大的改善。我国空气污染问题日益凸显，大气颗粒污染物年均浓度呈增加的趋势，尤以京津冀、长三角和珠三角地区最为突出。欧美制订颗粒污染物环境空气质量标准的历程及对我国的借鉴那么，大气污染是怎么定义的呢？根据世界卫生组织（WHO）规定，它的定义是：“室外的大气中若存在人为造成的污染物质，其含量与浓度及持续时间可引起多数居民的不适感，在很大范围内危害公共卫生并使人类、动植物生活处于受妨碍的状态”。也就是说，当空气中污染物浓度达到有害程度，以至破坏生态系统和人类正常生存和发展的条件，对人和生物造成危害的现象叫大气污染。大气污染对生态环境的影响及对策研究而大气污染物便是指由于人类活动或自然过程排入大气并对人和环境产生危害的物质。1.1.2几种主要的大气污染物按大气污染物状态可分为粒子状态污染物和气体状态污染物。1.1.2.1粒子态污染物 粒子状态污染物是分散在空气中的微小液体或固体颗粒，所以也叫颗粒物。粒径大于10微米的颗粒物为降尘，小于或等于10微米的颗粒物叫可吸入颗粒物或飘尘。可吸入颗粒物具有胶体性质，故又称其为气溶胶。它可随呼吸进入人体肺部，并可进入血液输往全身，对人体健康危害很大。按照其空气动力学粒径更细致的划分大气颗粒物是总悬浮颗粒物(TSP，空气动力学直径小于100微米，下同)、可吸入颗粒物(PM10)、细颗粒物(PM2.5)和超细颗粒物(PM0.1)。不同粒径颗粒物随呼吸分布在呼吸道不同位置。PM2.5通常占PM10的2/3以上。PM2.5在空气中悬浮的稳定度高、沉降速度慢，其总表面积大，吸附毒性物质和病原体的效能远高于PM10，PM2.5可进入下呼吸道并沉积于肺泡内，部分可经血液循环到达深部组织。这些特性使PM2.5成为PM中危害健康的主要成分。PM10通常沉积在上呼吸道、气管和主支气管中，PM2.5主要沉积到细支气管、肺泡，PM0.1经嗅球进入中枢神经系统，PM0.1、颗粒物可溶组分及诱导肺部产生的炎症因子进入血液循环，作用于其他组织器官，引起氧化应激和炎症反应，导致机体损伤。PM2.5在空气中悬浮的稳定度高、沉降速度慢，其总表面积大，吸附毒性物质和病原体的效能远高于PM10，PM2.5可进入下呼吸道并沉积于肺泡内，部分可经血液循环到达深部组织。这些特性使PM2.5成为PM中危害健康的主要成分。大气颗粒物对健康的影响大气颗粒物对妊娠和胎儿发育的影响颗粒污染物主要包括烟、雾、尘三大类。(1) 烟 根据不同来源及成因，烟有黑、红、黄、灰、白等不同颜色，主要有煤烟、油烟、沥青烟、冶金烟(如有色金属冶炼产生的氧化铅烟、氧化锌烟等) 。(2) 雾 是指液体雾化及化学反应等过程中形成的空气中的悬浮体。如水雾、酸雾、碱雾、油雾等。(3) 粉尘 粉尘是指悬浮于气体介质中的微小固体颗粒。如石英粉尘、煤尘、水泥粉尘、石棉粉尘、灰土粉尘、金属粉尘等。粉尘通常是在固体物质破碎、研磨、抛光、分装、运输等机械过程中产生的。1.1.2.2气态污染物气态污染物是指以分子状态存在的大气污染物，主要有以下几种:(1) 含硫化合物 主要包括二氧化硫、硫化氢、硫酸烟雾等。(2) 氮氧化物 主要包括 N2O(一氧化二氮）、NO2(二氧化氮)、NO(一氧化氮)、N2O3（三氧化二氮）、N2O4（四氧化而氮）、N2O5（五氧化二氮），通常用NOX表示。其中污染大气的主要是NO2(二氧化氮)和NO(一氧化氮)。(3) 碳氧化物 主要包括CO(一氧化碳)和CO2(二氧化碳)，这是大气污染物中产生量最大的一类污染物，是造成全球气候变暖及“温室效应”的主要因素。(4) 硫酸烟雾 系大气中的SO2(二氧化硫)等硫氧化物，在有水雾、含有重金属的悬浮颗粒物或氮氧化物存在时，发生一系列化学或光化学反应，生成的硫酸雾或硫酸盐气溶胶。硫酸烟雾所引起的刺激作用和生理反应等，其危害要比SO2气体大得多。(5)光化学烟雾 是在阳光照射下, 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蓝色烟雾(有时带些紫色或黄褐色)。其主要成分有臭氧、过氧乙酰硝酸酯、酮类和醛类等。光化学烟雾的刺激性和危害要比一次污染物强烈得多。1.1.3大气污染物的危害 大气污染物的危害是由于污染物的内在属性在暴露条件下可能对人和环境产生的不良效应，既取决于污染物本身的特性，也与个体的特性有关。危害认定是确定某不良效应是否由该污染物所致。因此，危害认定是一个定性的过程，其目的在于确定某种污染物暴露后所产生的健康结局。然后进一步建立各种健康结局的暴露/剂量-反应关系，结合暴露评价，最终作出大气污染的健康危险度评价（健康风险评价）。 在进行大气污染的危害认定时，首先必须确定污染物的种类和名称。煤是我国的主要燃料，约占我国燃料构成的60%70%。我国城市大气污染主要为燃煤型和燃煤/机动车废气混合型污染。因此，在进行大气污染的健康危险度评价时，应包括以下主要污染物：颗粒物（TSP、PM10和PM2.5）、二氧化硫(SO2)、 氮氧化物（NOx）、臭氧和其他光化学氧化物。世界卫生组织（WHO)大气质量限值中规定的大气主要污染物(经典污染物,classical air pollutants)除以上4项外，还包括铅和一氧化碳。城市大气污染健康危险度评价的方法1.1.3.1大气污染对人类健康的直接危害 对人体呼吸器官的危害。人的主要呼吸器官是肺，气管则是肺和体外大气相连的通道。当人吸入污染了的空气时，可引起呼吸道反射性狭窄和呼吸表浅，由此影响肺组织的气体交换。进入肺泡的污染物质可迅速被吸收，并且不经肝脏解毒直接进人血液循环分布到全身。大气污染可以影响人体血液中血红蛋白输送氧的机能。实验证明：当血液中碳氧血红蛋白达到5%时，其损害血红蛋白输送氧的能力，相当于丧失200毫升的血液。这样的情况，对于本来就贫血或血循环障碍患者，特别是对脑血循环障碍、冠状动脉硬化、心肌梗塞的病人来说，造成的危害尤其严重。 二氧化硫（SO2）会形成工业烟雾，高浓度时使人呼吸困难，是著名的伦敦烟雾事件的元凶；又可形成悬浮颗粒物，又称气溶胶，随着人的呼吸进入肺部，对肺有直接损伤作用。二氧化硫（SO2）对人体的结膜和上呼吸道粘膜有强烈刺激性, 可损伤呼吸器管，可致支气管炎、肺炎，甚至肺水肿呼吸麻痹。短期接触二氧化硫浓度为0.5 毫克/立方米空气的老年或慢性病人死亡率增高，浓度高于0.25 毫克/立方米，可使呼吸道疾病患者病情恶化。长期接触浓度为0.1 毫克/立方米空气的人群呼吸系统病症增加。浅析大气环境污染与防治措施 悬浮颗粒物（如：粉尘、烟雾、PM10）可随呼吸进入肺，沉积于肺，引起呼吸系统的疾病。颗粒物上容易附着多种有害物质，有些有致癌性，有些会诱发花粉过敏症。PM对机体的危害受多方面因素的影响，包括PM的来源、浓度、颗粒直径、形态，化学组成(包括吸附于PM表面的物质)和理化性质，还包括个体的暴露情况以及年龄、健康状况和活动状态等。部分污染物生成后，在大气中发生一系列物理和化学变化，转化为毒性更强的次生污染物。PM进入人体后是否对健康产生影响，既取决于吸人物的质和量，又与PM在体内的代谢和转化密切相关。PM进人人体后，经过代谢转化，可形成稳定的代谢产物排出体外，或形成活性代谢产物经解毒后排出体外。若通过吸收、转化和排泄等代谢过程仍不能使PM及其有毒代谢产物降至生物有效剂量以下时，就会对机体产生潜在危害。大气颗粒物对妊娠和胎儿发育的影响 一氧化碳（CO）极易与血液中运载氧的血红蛋白结合，结合速度比氧气快250倍，因此，在极低浓度时就能使人或动物遭到缺氧性伤害。轻者眩晕、头疼、重者脑细胞受到永久性损伤，甚至窒息死亡。除此之外，对心脏病、贫血和呼吸道疾病的患者伤害性大。甚者，会引起胎儿生长受损和智力低下。 氮氧化物NOx（如：NO、NO2、NO3）会刺激人的眼、鼻、喉和肺，增加病毒感染的发病率，例如导致支气管炎和肺炎的流行性感冒，可诱发肺细胞癌变。还会形成城市的烟雾，影响可见度。 挥发性有机化合物VOCs（如：苯、碳氢化合物）对人体有致癌和引发白血病的危险。 光化学氧化物，如臭氧（O3）对于动物和人类有多种伤害作用；特别是伤害眼睛和呼吸系统，会加重哮喘类过敏症。 有毒微量有机污染物（如：多环芳烃、多氯联苯、二恶英、甲醛）等有致癌的影响。 重金属，如铅、铬等。这些重金属微粒随呼吸进入人体，铅能伤害人的神经系统，降低孩子的学习能力。而镉能影响骨骼发育，对孩子极为不利。重金属微粒可被植物叶面直接吸收，也可在降落到土壤之后，被植物吸收，通过食物链进入人体；也可降落到河流中的重金属微粒随水流移动，或沉积于池塘、湖泊或流入海洋，被水中生物吸收，并在体内聚积，最终随着水产品进入人体。 温室气体（如：二氧化碳、甲烷、氯氟烃）主要是对环境的危害，但是增加夏季的炎热，会提高人类心血管病在夏季的发病率和死亡率。1.1.3.2大气污染危害生物的发育和生存 大气污染可影响生物生长发育，轻者发育不良，重者不能生存。大气中二氧化硫、氮氧化物NOx（如：NO、NO2、NO3）的浓度过高，对植物会产生严重伤害。酸雨对生物有很大的影响。酸雨汇集于江河湖泊，使水的pH值降低，水中微生物和鱼类就会死亡。酸雨还会降低土壤肥力，杀死土壤微生物，毁坏耕地，还会危害农作物和森林。悬浮颗粒物（如：粉尘、烟雾、PM10）的浓度会影响动物的呼吸系统；杀伤微生物，引起食物链改变，进而影响整个生态系统；遮挡阳光而可能改变气候，这也会影响生态系统。挥发性有机化合物VOCs（如：苯、碳氢化合物）容易在太阳光作用下产生光化学烟雾。1.1.3.3大气污染对植物的危害 对植物产生危害的大气污染物主要是二氧化硫、氟化物、光化学烟雾、臭氧及乙烯等。这些气体通过叶面气孔进入植物叶子，对植物细胞原生质具有毒害作用，造成植物的卷叶、树叶变色、生斑、发褐、早期脱落以致倒伏枯死。并且，一些受到污染的蔬菜和谷物被人食用后，又使人体间接吸收和蓄积了有害物质。具体的看，悬浮颗粒物（如：粉尘、烟雾、PM10）会沉积在绿色植物叶面，干扰植物吸收阳光和二氧化碳与放出氧气和水分的过程，从而影响植物的健康和生长。氮氧化物NOx（如：NO、NO2、NO3）破坏树叶组织，抑制植物生长。挥发性有机化合物VOCs（如：苯、碳氢化合物）在一定的浓度下对植物和动物有直接毒性。光化学氧化物，如臭氧（O3）对植物的影响很大。浓度很低时就能减缓植物生长，高浓度时杀死叶片组织，致使整个叶片枯死，最终会引起植物死亡，比如高速公路沿线的树木死亡就被分析与臭氧有关。1.1.3.4大气污染对水生系统造成的危害 大气污染物中的硫氧化物、氮氧化物及二氧化碳在金属离子催化剂作用下，与大气中的水气结合成酸雨降落到地面，直接威胁了人们的生存环境。酸雨渗入地下，使地下水源趋于酸化；酸雨落到江河湖海，通过食物链被水生生物吸收，反过来又危害了人类的健康。而且，酸雨还会使农作物减产。美国科学家的研究结果表明，授粉后立即遭受酸雨淋过的玉米，结出的颗粒要比未受酸雨淋过的玉米少；雨中所含的酸性成分越多，结出的颗粒就越少。有时一场酸雨过后，可使几百亩的农作物一片枯焦。温室气体（如：二氧化碳、甲烷、氯氟烃）会阻断地面的热量向外层空间发散，致使地球表面温度升高，引起气候变暖，发生大规模的洪水、风暴或干旱。而气候变暖会促使南北两极的冰川融化，致使海平面上升，其结果是地势较低的岛屿国家和沿海城市被淹。同样，气候变暖会使地球上沙漠化面积继续扩大，使全球的水和食品供应趋于紧张。1.1.3.5大气污染对臭氧层的破坏 臭氧层是地球上生命的保护伞，它能够吸收掉99%的太阳辐射到地球的紫外线，对地球形成天然屏障，使地球上的生命免遭紫外线强烈辐射的伤害。然而，近来地球的臭氧层正在遭受破坏。大气污染对生态环境的影响及对策研究常见12种大气污染物的危害1.1.4大气污染物的来源 大气污染物有工业、农业、生活等几个主要来源。 工业源，主要包括工业用燃料燃烧排放的废气及工业生产过程的排气等。 农业源，农用燃料燃烧、某些有机氯农药对大气的污染，施用的氮肥分解产生的 NOX(氮氧化物)等。 生活污染源，民用炉灶及取暖锅炉排放到大气中的污染物、焚烧城市垃圾产生的废气、城市垃圾在堆放过程中由于厌氧而分解排出的二次污染物。具体来源主要有以下几方面：1. 燃料燃烧 火电厂、钢铁厂、焦化厂等工矿企业的燃料燃烧，各种工业窑炉的燃料燃烧以及各种民用炉灶、采暖锅炉的燃料燃烧均向大气中排放出大量的污染物。燃烧排气中污染物组分与能源消费结构有密切关系。发达国家能源以石油和天然气为主，大气污染物主要是一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物和有机化合物。我国能源以煤为主，主要大气污染物是颗粒物、硫氧化物、氮氧化物等。 虽然我国不断对能源结构进行改革，研发了新能源来代替传统能源；但是现在我国社会生产、生活的主要能源依然是煤炭。煤炭在燃烧的过程中不仅会释放二氧化碳和水蒸气，而且还会产生煤烟尘。煤烟尘的化学组成分含量最高的是Si、Ca、Fe 以及碳黑、有机物等元素，其化学组成因煤炭质量的大小和其燃烧的状态而发生变化。煤烟尘对可吸入颗粒物的贡献值还比较大，并且随着季节的变化而变化。其中冬季的贡献值最大，夏季的贡献值最小，并且两者之间的差异还比较大。大气颗粒物来源及特征分析 钢铁工业是我国国民经济的支柱产业，我国实现工业化的进程中，对钢铁材料的需求非常大。2011年我国粗钢产量达到6.83亿吨，约占当年世界钢产量的45.9%。我国钢铁生产以高炉-转炉“长流程”为主，“短流程”电炉钢比例只占10%左右。高炉炉料中烧结矿比例达到70%75%。烧结工序能源消耗约占全厂的10%，仅次于炼铁工序。在环境方面，在不包括自备电厂排放SO2的情况下，烧结工序SO2排放量约占钢铁生产系统排放量的90%，烟粉尘排放量约占50%。铁矿烧结污染物排放特征探讨2. 工业生产过程 化工厂、石油加工厂、钢铁厂、水泥厂等各种类型的工业企业，在原材料及产品运输、粉碎以及各种原材料制成成品的过程中，都会有大量的污染物排放到大气中。由于工业企业的工艺流程、原材料及操作管理条件和水平不同，所排放污染物的种类、数量、组成、性质等差异很大，这类污染物主要有粉尘、含硫化合物、挥发性有机化合物、含氮化合物及卤素化合物等。 在水泥熟料烧成过程中，由于煤的燃烧及生料的煅烧会产生一定量的SO2，其中煤的燃烧产生的SO2 量最大。 窑尾废气中的NOx 主要有NO和NO2，其中以NO 居多，主要是空气中的氮在高温下与氧反应生成，称为热力NOx，一般在1 200的环境下生成。燃料中的氮化合物被氧化后生成的NOx称为燃料NOx，一般在1200的环境下生成。温度越高，氧在该温度下滞留时间越长，局部氧浓度越高，则NOx 生成越多。水泥厂主要污染物及其治理措施 现在城市中，特别是以工业为主的城市，工业源排放是其可吸入颗粒物的重要来源。这是因为，一方面，工业生产的过程种类比较多，会产生不同种类的大气颗粒物；另一方面，工业类型的不同，其排放的污染源的颗粒物的特征组分也存在差异。再加上，识别工业源中的某些特征元素或化学组成是判断相应颗粒物来源的依据。虽然工业源对大气颗粒物的污染并不具有全国性，但是却是以工业为主的城市大气颗粒物的重要来源。例如，攀枝花、重庆以及鞍山等以钢铁生产为主的城市，它们工业源主要是钢铁尘，而钢铁尘在可吸入颗粒物中可以达到820%。因此，对工业源的控制对于以工业为主的城市来说，依然很重要，这是这些工业城市控制可吸入颗粒物的主要手段。大气颗粒物来源及特征分析3. 交通运输 各种机动车辆、飞机、轮船等均排放有害废物到大气中。由于交通运输工具主要以燃油为主，因此，主要污染物为挥发性有机化合物、一氧化碳、氮氧化物、含铅污染物、苯并芘等。排放到大气中的这些污染物，在阳光照射下，产生光化学烟雾，是二次污染物主要来源之一。 随着社会经济的发展，我国机动车辆辆数呈现迅猛增长的趋势，并且还在逐年增长，随之而来的是机动车辆尾气的排放已成为我国大气污染的主要污染源之一。机动车辆污染源与煤尘烟相比，其排放的颗粒物中的碳黑比例要更高。机动车辆污染源中的化学组成主要包括有机物、碳黑NOx以及Co等元素，它的可吸入颗粒物的贡献率已达到520%，占有很大的比重。大气颗粒物来源及特征分析4. 农业生产过程 农业生产过程对大气的污染主要来自农药和化肥的使用。有些农药能在水面悬浮，并同水分子一起蒸发进入大气；氮肥在施用后，可直接从土壤表面挥发成气体进入大气；而以有机氮或无机氮进入土壤的氮肥，在土壤微生物的作用下可转化为氮氧化物进入大气。此外，稻田和一些畜牧场释放的甲烷，也会对大气造成污染。5. 地面尘土 垃圾被风刮起，可能将化学性污染物(如铅、农药等)和生物性污染物( 如结核杆菌、粪链球菌等) 卷入大气。水体中和土壤中的挥发性化学物(如挥发酚、氢氰酸、硫化氢等) 也很容易进入大气，危害人体健康。沥青路面也可由于车辆频繁摩擦而扬起多环芳烃、石棉等物质。 扬尘的种类有很多，主要有：道路扬尘，它是指道路上积沉的灰尘，在一定条件下进入空气环境中的大气颗粒物；建筑水泥尘，这是现在城市中最主要的扬尘来源，它是指城市建筑建设、拆迁中产生的大气颗粒物；土壤风沙尘，它是指裸露地表的颗粒物被风带入到空气环境中的大气颗粒物，例如沙尘暴；等等。扬尘源的化学组分含量最高的是Si、Al 和Ca 这三种地壳元素，并因地域的改变而发生变化。而且扬尘源在空气中的贡献值因季节的变化而变化，其中扬尘源比例最高的季节是春季。大气颗粒物来源及特征分析6. 其他 某些意外事故,例如工厂爆炸、火灾、油田失火、化学战争、核战争等都能严重污染大气。此外，火葬场、垃圾焚烧炉、各种污染物焚烧炉等燃烧废气也会对大气造成污染。环境与健康系列谈(之五)大气污染物种类及来源1.1.5大气污染物的防治措施1.1.5.1完善促进节能减排的财政政策 国务院节能减排综合性工作方案指出，要推进资源性产品价格改革，制定完善促进节能减排的财政政策，加强节能环保领域金融服务，形成节能减排的激励和约束机制。对此，各地区应在落实相关价格改革方案的同时，针对实际制订并落实配套的政策措施，加强对节能减排技术创新与转化的支持，充分调动企业、社会实行节能减排的