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第16章 大气污染的来源及危害

工业污染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。大气污染是指人类的生产、生活活动,向大气中排放的各种有毒有害物质,超过了环境所能允许的极限,使大气质量恶化,对人类、生物和物品产生不良影响。大气污染已引起人们极大关注,研究和控制大气污染已成为当前十分迫切的环境问题。

大气污染物的来源包括天然源和人为源两大类。像火山爆发、森林火灾、尘暴等释放的灰尘和有毒有害气体,都能引起大气污染,这种污染源称为天然源。当今人类所面临的大气污染主要是由人为活动造成的,称为人为源,可归纳为3方面:即工业企业排气、家庭炉灶及取暖设备排气和交通运输排气等。

工业污染源

工业企业排气是大气主要污染源,排放量大而且较集中,排放物质组成复杂,主要包括燃烧排放的废物和生产过程中排放的废气,以及各类矿物和金属粉尘等。其中以煤、石油和天然气燃烧过程中排放出来的烟尘、二氧化硫、氮氧化物、碳氧化物、氟化物以及各种有机化合物气体为主。

生活污染源

我国目前家庭炉灶和取暖的燃料仍以煤为主,特别是人口密集的大城市,炉灶数量多,分布面广,排烟高度低,烟气弥散在低空,扩散很慢,污染严重,是不可忽视的大气污染源。

交通运输污染源

交通运输污染源包括汽车、火车、飞机、轮船等现代化交通工具和各种农机具。污染的原因主要是汽油、柴油等燃料燃烧排出的尾气。

大气污染物种类很多,对人类危害大并已被人们注意的就有100多种,其中对环境威胁较大的主要有颗粒物质、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、碳氢化合物、硫化氢、氟化物及光化学氧化剂等。

颗粒和液体气溶胶

颗粒和液体气溶胶一般指粒径为0.1~200微米的固体或液体颗粒。固体颗粒物根据其粒径大小可分为降尘和飘尘两类。粒径大于10微米的称为降尘,它可在重力作用下很快在污染源附近沉降下来;粒径小于10微米的细小颗粒,可以长时间飘浮于大气中,称作飘尘,具有很大的危害性。

硫氧化物

硫氧化物包括二氧化硫和三氧化硫。二氧化硫主要是来自于燃烧含硫煤和石油产品,以及石油炼制、有色金属冶炼、硫酸化工等生产过程。生物活动产生的硫化氢氧化后也能产生部分二氧化硫。据统计,全世界每年排放到大气中的二氧化硫有1.46亿吨,其中70%来源于煤的燃烧,16%来源于重油燃烧,其余部分来自矿石冶炼和硫酸制备等。特别是火电厂的排放量最大,约占总排放量的1/2。二氧化硫在干燥洁净的空气中比较稳定,在潮湿的空气中易被氧化成三氧化硫,再与雨、雪、雾、露等水汽结合生成毒性更大的硫酸烟雾,或形成酸雨和其他形式的酸沉降,从而对环境造成更大的危害。

氮氧化物

大气中的氮氧化物包括NO、NO2、N2O、N2O3、N2O5等。人为活动排放到大气中的主要是NO和NO2。主要来源包括:1.含氮有机化合物燃烧产生氮氧化物;2.高温燃烧(1100℃以上)时,空气中的氮被氧化成一氧化氮,燃烧温度越高,氧气越充足,生成的一氧化氮越多;3.各种交通运输工具排放的尾气中含有氮氧化物;4.火力发电、硝酸、氮肥、炸药等工业生产过程都有大量氮氧化物排出;5.土壤中氮素营养的反硝化作用产生一定的氮氧化物。

氮氧化物进入大气后被水汽吸收,可形成气溶胶态硝酸、亚硝酸雾,或硝酸、亚硝酸盐类,是形成酸雨的原因之一。此外,氮氧化物又是形成光化学氧化剂次生污染的重要原因。

碳氧化物

大气中的碳氧化合物主要包括一氧化碳和二氧化碳两种。二氧化碳是大气的正常组分,虽然没有直接危害,但目前全球大气二氧化碳浓度上升,形成温室效应,导致全球气候变暖,可能产生非常严重的后果。

一氧化碳就是通常所说的“煤气”,产生于含碳物质的不完全燃烧。主要来源于燃料的燃烧和加工以及交通工具的排气。据估算,全世界每年排放到大气中的一氧化碳为2.2亿吨左右,其中80%是汽车排出的。空气中一氧化碳浓度达0.001%时就会使人中毒,达1%时在2分钟内即可致人死亡。

碳氢化合物

碳氢化合物包括烷烃、烯烃和芳香烃等复杂多样的有机化合物。大气中的碳氢化合物主要来自汽车尾气、有机化合物的蒸发、石油裂解炼制、燃料缺氧燃烧及化工生产。其次是自然界有机物质的厌氧分解等生物活动产生的。碳氢化合物对人体健康尚未产生直接影响,但它是形成光化学烟雾的主要成分。碳氢化合物中的多环芳烃具有明显的致癌作用,已经引起人们的极大关注。

氟化物

排放到大气中的氟化物有氟化氢、氟化硅、氟硅酸及氟化钙颗粒物等。氟化物主要来自电解铝、磷肥、陶瓷、砖瓦及钢铁等生产过程。大气中的氟化物污染以氟化氢为主,是一种累积性中毒的大气污染物,可通过植物吸收累积进入食物链,在人和动物体内蓄积达到中毒浓度,从而使人畜受害。

光化学氧化剂

光化学氧化剂又叫光化学烟雾,是氮氧化物和碳氢化合物等一次污染物在紫外线的照射下发生各种光化学反应而生成的以臭氧为主,醛、酮、酸、过氧乙酰硝酸酯等一系列二次污染物与一次污染物的特殊混合物。它是一种浅蓝色烟雾,具有特殊气味,能刺激人的眼睛和喉咙,使之流泪、头痛、呕吐等。

光化学烟雾多出现在汽车密集地区,在夏秋季副热带高压控制下,当太阳辐射强、温度高的中午前后,容易发生光化学反应。光化学烟雾毒性大,氧化性强,对人体健康、动植物生长的危害较大。

除了上述主要大气污染物外,较为常见的污染物还有硫化氢、氯化氢、氨、氯气等。还有一些有机化合物气体如苯、酚、酮、醛、苯并(a)芘、过氧硝基酰、芳香胺、氯化烃等,这些污染物一般具有恶臭气味,对人体感观有刺激作用,有些有致癌、致畸和致突变作用。

大气污染物如通过呼吸作用进入动物体内,会引起动物新陈代谢紊乱,诱发各种动物疾病。此外,动物食用了被大气污染物直接或间接污染过的植物或饲料,可引起中毒甚至死亡。如酸雨会使河流、湖泊等淡水水体酸化,从而破坏水生生态系统,影响鱼类生长发育,甚至死亡灭绝。瑞典的9万个湖泊中,已有2万个遭受酸雨危害,其中4000多个已没有鱼虾。

光化学烟雾大气污染对人体有极大的危害,成人平均每天呼吸空气达13.6千克(约10立方米),其肺细胞展开面积达50~70平方米。因此,大气污染物首先通过呼吸系统进入人体。除此之外,大气污染物也可通过饮水和食物进入消化道,通过接触人体皮肤由循环系统进入人体。污染物进入人体后,其危害主要表现为:1.急性中毒。污染物浓度高,在大气中停留时间长,容易使部分居民产生急性中毒,“公害事件”中的马斯河谷烟雾事件、多诺拉烟雾事件、伦敦烟雾事件、洛杉矶光化学烟雾事件,均是大气污染急性中毒的表现。2.慢性中毒。大气污染物低浓度长时期的连续作用,也能使居民产生慢性中毒。例如,低浓度的一氧化碳,使人体血红蛋白输氧受阻,容易产生贫血症状,并导致心血管疾病的增加;低浓度的二氧化硫,刺激呼吸道,使呼吸道管腔缩小,黏膜增厚,气管炎和肺气肿发病率增高。3.致癌作用。大气中的许多污染物,如多环芳香烃类、铅、砷等,均有致癌作用。某些污染物(如二氧化硫)虽不直接致癌,但能使人体免疫能力降低,具有促进癌变的作用。

大气污染对植物也有很大的负面影响。大气污染一方面影响植物的生长发育,使农作物产量下降,严重时还能导致植株死亡;另一方面,大气污染物也可通过植物气孔进入植物体内,或通过其他途径在植物体内积累,降低农产品品质。不同污染物对植物的毒性不同,长期研究结果表明,氟化氢、氯气、乙烯、过氧乙酰硝酸酯等对植物毒性较大。大气污染物对植物的危害表现为急性、慢性和潜在危害3种。污染物浓度很高时产生急性危害,往往导致叶片伤害、枯死,甚至导致植株死亡。低浓度长时间的连续作用,往往表现为影响植物生长发育,导致产量下降或品质变劣。

大气污染除了影响生物的健康以外,还污染建筑物和土壤,严重腐蚀着仪器、设备和各种人工构筑物。如金属建筑物出现的锈斑、各种文物的严重风化等。此外,因大气污染而带来的酸雨,造成土壤酸化、养分流失、肥力下降,导致作物减产。此外,大气中的二氧化碳浓度上升,虽然不直接影响生物的生长发育,某种意义上说还具有促进植物光合作用的效果,但它是引起温室效应,导致全球气候变暖的主要元凶;氮氧化物、氯氟烃类物质还导致臭氧层遭到破坏,产生严重的后果。

酸沉降

酸沉降是指大气中的酸性物质以降水的形式或者在气流作用下迁移到地面的过程。酸沉降包括“湿沉降”和“干沉降”两类。“湿沉降”通常指pH值低于5.6的降水,包括雨、雪、雾、冰雹等各种降水形式,最常见的就是酸雨。“干沉降”是指大气中的酸性物质在气流的作用下直接迁移到地面的过程。由于人类遭遇到的酸雨情况比较多,对酸雨的研究也较深入,因此,如果不做特殊说明,酸沉降和酸雨是同义语。

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