淺談大氣污染的危害及防治

齊丹丹 周 楓 張晟昊

上海市質量監督檢驗技術研究院

1 大氣主要污染物及其分類

氣溶膠狀態污染物按其粒子來源和物理性質可以分為：粉塵、煙、飛灰、黑煙、灰霾和霧。氣體狀態污染物簡稱氣態污染物，主要有五大類：以二氧化硫為主的含硫化合物，以一氧化氮和二氧化氮為主的氮氧化合物，碳的氧化物，有機化合物，以及鹵素化合物。氣態污染物又可分為一次污染物和二次污染物。一次污染物指從污染源直接排放到大氣中的污染物質；二次污染物為一次污染物與大氣中已有的其他成分中的一種或多種經過一系列化學或者光化學反應而生成的不同于一次污染物的污染物[1]。氣體狀態大氣污染物總分類見表1。

表1 氣體狀態大氣污染物的總分類

2 大氣污染物的來源

大氣污染物的來源有兩大類：自然污染源和人為污染源。自然污染源有火山噴發、森林火災、海嘯以及生物腐爛等自然現象。人為污染源按照人們社會活動功能的不同可分為三類：生活污染源、工業污染源、交通運輸污染源。

根據對主要大氣污染物的分類統計分析，大氣污染源又可概括為四個方面：燃料燃燒、交通運輸、工業生產和市政建設。我國大氣污染主要屬于煤煙型大氣污染，主要污染物為顆粒物和SO2，在經濟發達地區也存在光化學煙霧污染。

2.1 燃料燃燒

在燃料燃燒、工業生產和交通運輸中，燃料燃燒過程產生的污染物最多，大約占百分之七十。而在燃料直接燃燒過程中，燃燒排放的污染物又占絕大多數，燃燒排放的污染物有二氧化碳、一氧化碳、硫的氧化物、氮的氧化物、煙氣和飛灰等，因煤的發熱量低，灰分含量高，燃煤造成的污染更嚴重。在我國能源結構中，煤炭是第一能源，占比大約為70%以上，而且我國煤資源的質量參差不齊，主要分布在東北、華北、西北經濟不發達地區，需要投入大量交通運輸，將其運輸到經濟較發達的東南沿海地區。在我國煤資源中，西南地區的硫分最高，西北地區次之，東北地區的煤硫分最低[3,4]。

2.2 交通運輸

火車、汽車、輪船和飛機等給人們的日常生產生活帶來了便利，同時也帶來大氣污染問題。其中汽車污染最為嚴重，近三十年來，我國經濟飛速發展，人們的物質生活水平顯著提高，私家車數量也快速增長。汽車尾氣中含有上百種不同的化合物，其中的污染物有固體懸浮微粒、一氧化碳、二氧化碳、碳氫化合物、氮氧化合物、鉛及硫氧化合物等。氮氧化合物和空氣中的揮發性有機物在紫外線照射下產生臭氧。氮氧化合物和碳氫化合物與氧化劑發生一系列光化學反應，生成藍色的光化學煙霧。二次污染產生的危害遠高于一次污染。特別是一些柴油大貨車排放的尾氣中含有很多顆粒物，這是導致疾病的重要因素。一輛柴油車排放的尾氣中所含有的顆粒物，幾乎是100輛汽油車夾帶的顆粒物的總和[2]。

2.3 工業生產

工業生產過程中產生大量大氣污染物，大氣中污染物無論其種類還是數量都有大幅增長。在工業生產過程中，從原材料的不同到生產不同的產品，采用不同的工藝和流程，都會對大氣產生不同程度的污染。

無人機傾斜攝影技術在測繪工程中的應用……………………………………………… 趙玉江，王岳（10-277）

2.4 市政建設

我國城市中普遍存在人行道高于車行道的現象。車行道上的浮灰無法及時吹離車道，而車輛路過時，容易產生揚塵和浮灰現象，間接影響大氣質量。除此之外，城市中大面積的露天建筑工地的存在，裸露土地如不加以覆蓋，也極易產生揚塵。

3 大氣污染物的危害

3.1 硫氧化物的危害

二氧化硫是一種無色具有強烈刺激性氣味的氣體。其主要來源可分為人為源和自然源。人為源主要包括含硫化石能源的燃燒和利用，工業生產過程中產生的二氧化硫。自然源有森林火災，火山噴發，微生物作用產生的二氧化硫等。二氧化硫能刺激人的眼睛和呼吸系統，在某些情況下可以刺激皮膚，它能誘發或者加重呼吸系統疾病，個別人會出現支氣管痙攣。更大的危害是二氧化硫在空氣中可以催化氧化成三氧化硫，然后形成硫酸霧或者硫酸鹽等的氣溶膠。這些氣溶膠隨大氣的運載，匯集，最終降落至地面，形成酸雨[5]。酸雨會破壞植被和危害動物健康，腐蝕建筑和橋梁。

3.2 氮氧化合物的危害

氮氧化合物主要包括氧化二氮、氧化亞氮、一氧化氮、三氧化二氮、一氧化氮、二氧化氮。而主要的空氣污染物是一氧化氮和二氧化氮。氮氧化合物主要產生于高溫過程，例如汽車氣缸內燃料的燃燒、煉鋼廠里的煉鋼過程都會產生高溫，而在高溫情況下，空氣中的氮氣和氧氣可反應生成一氧化氮。因一氧化氮的不穩定，溫度降低后一氧化氮與氧氣進一步反映生成二氧化氮。一氧化氮和二氧化氮都會對呼吸道產生危害，誘發呼吸系統疾病，甚至導致肺部細胞癌變。而二氧化氮在空氣中與其他物質反應形成的光化學煙霧產生的二次污染，比一次污染更嚴重。它將直接危害人體健康和環境，例如，刺激人眼和呼吸系統，出現紅眼病和呼吸系統疾病，嚴重時會呼吸困難、惡心、發燒、手足抽搐、昏迷不醒[6]；使植物機能衰退，產生落葉、落花和落果的現象。氮氧化合物與揮發性有機物在紫外線照射下會形成臭氧，而臭氧會影響農作物的產量，從而會影響我國的食品供應[7]。

3.3 碳氧化合物的危害

碳氧化合物主要包括一氧化碳和二氧化碳。它們主要來源于化石燃料的大量燃燒。一氧化碳中毒會導致惡心，無力，甚至死亡。一氧化碳與血紅蛋白結合生成碳氧血紅蛋白（COHb），O2與血紅蛋白結合生成氧合血紅蛋白（O2Hb），一氧化碳與血紅蛋白結合的速率是氧氣的210倍，暴露于兩種氣體混合物中所產生的COHb和O2Hb的平衡濃度可用如下方程表示[1]：

式中：PCO、PO2——吸入氣體中CO和O2的分壓；

M——常數，在人的血液范圍中為200～250。

COHb的直接作用降低血液的載氧能力，從而導致血液輸氧能力下降，當人體吸入少量CO時會感到眩暈、頭痛和無力。

二氧化碳來源可分為人為源和自然源。自然界產生的二氧化碳不足以構成污染，人類大量砍伐森林和使用化石燃料造成了全球二氧化碳濃度的升高。地球吸收來自太陽的能量，然后以長波的形式向太空輻射能量。二氧化碳不阻擋來自太陽的短波輻射，但會阻礙地球向外太空的長波輻射，導致地球能量無法正常散發至外太空，像給地球穿了一層棉襖，產生溫室效應，使溫度升高。而溫度升高會帶來一系列的生態環境問題，最明顯的是冰川的熔化、海平面上升，危及一些海拔較低的地區，甚至已經有些地區已經不得不搬離以前居住的島嶼。

3.4 顆粒物的危害

大氣中的顆粒物主要包括：粉塵、煙、飛灰、黑煙、灰霾和霧。顆粒物對人體健康的影響取決于顆粒物的濃度和在其中暴露的時間，人們日常生活中經常關注的顆粒物污染主要是PM10和PM2.5。

3.4.1 PM 10的危害

PM10是指懸浮在空氣中，空氣動力學直徑小于10μm的顆粒物，又稱為可吸入顆粒物。PM10的吸入會引發呼吸道感染，誘發心腦血管疾病[8]。

3.4.2 PM 2.5的危害

PM2.5是指懸浮在空氣中，空氣動力學直徑小于2.5μm的顆粒物。PM2.5主要組分是硫酸鹽、硝酸鹽、有機化合物、元素碳及土壤塵等[9]。

顆粒物的產生可分為自然源和人為源。自然源主要包括海浪、揚塵、火山噴發、沙塵暴等自然災害，自然源造成的危害一般較小。PM2.5的主要來源是人為源。其中汽車尾氣排放的污染物在空氣中經過一系列的物理、化學反應可以形成顆粒物，特別是燃燒柴油的車輛，其排出的污染物和顆粒物更多。人們在日常生產過程中也會產生大量PM2.5，例如各種生產過程中煤、石油或其他燃料的燃燒；工廠直接排放的顆粒物；建筑工地上施工產生的粉塵；道路揚塵；以及裸露地面風吹起的灰塵等等。顆粒物的沉降速率與其粒徑有關，粒徑越小越不容易沉降，所以PM2.5可以在大氣中長時間的停留。

PM2.5對人體健康的危害。人的鼻子只能阻擋粒徑大于10μm的顆粒物進入人體，故不能阻擋PM2.5進入肺部。PM2.5進入肺部后，可以通過肺泡進入血液，所以PM2.5會引起支氣管炎、哮喘、心腦血管疾病等。同時PM2.5的比表面積較大，物理、化學活性較高，易與空氣中其他物質結合，例如揮發性有機物、酸性氧化物、細菌、病毒和有毒重金屬等，使其危害更大[8,9]。

3.4.3 懸浮顆粒物的危害

懸浮顆粒物可以降低大氣能見度，是產生灰霾天氣的主要原因。潔凈的天空之所以呈現出藍色，是因為大氣對藍光的散射作用最強，而懸浮顆粒物可以散射和吸收光子，從而改變天空的顏色。空氣中的細小污染物得不到及時擴散，聚集在近地面，逐漸累積，濃度上升，造成重度污染。我國近幾年的霧霾現象嚴重，特別是2013年污染嚴重時，霧霾地區占據我國面積的四分之一左右。大氣能見度降低，不僅使人心情不愉快，而且會造成極大的心理影響，還會對地面交通安全和飛機的起飛、降落構成巨大威脅。

3.5 揮發性有機物的危害

揮發性有機化合物(VOCs)是指以氣體形式存在或非常容易蒸發的有機化合物。如：苯、甲醛、甲苯、二甲苯、乙苯、乙烷以及多環芳香烴等都屬于揮發性有機化合物。V0Cs中絕大多數都屬于烴類，特別是多環芳香烴類，大多具有致癌作用，其中苯并芘具有強致癌性，主要通過呼吸道進入肺部，引起肺癌。城市中揮發性有機物主要來自工業生產過程，煤、油等燃料的不完全燃燒以及汽車尾氣，一些家庭經常使用的清潔產品、油漆和涂料等，都含有可揮發性有機物。

4 大氣污染物的檢測

在不同地區設立大氣污染檢測站或者大氣污染檢測車，對大氣環境進行實時監測，檢測大氣中各種污染物的濃度。其中PM2.5的檢測主要包括質量濃度檢測、化學成分檢測、在線監測三個方向[10]。質量濃度檢測主要采用檢測儀器，化學成分檢測技術多采用分光光度法測定，在線監測系統是目前乃至今后的重點建設方向。

5 大氣污染的防治

地球的空間和資源量都是有限的，環境容納量也是有限的。當人類向自然索取資源的速度高于自然界自己恢復或者再生的速度，這一過程是不可逆的，將會對環境造成難以恢復的破壞。人類向環境中排放的污染物大于環境的自凈能力，則會造成污染。為了人類社會的可持續發展必須對環境和生態加以保護。對于降低大氣污染主要可以從以下幾個方面入手：

5.1 技術措施

5.1.1 實施清潔生產。清潔生產包括清潔的生產過程和清潔產品兩個方面：在生產工藝上，節約資源與能源，不使用有毒有害原材料，降低排放物的毒性和產量，實現生產過程的無污染和少污染；在產品方面，做到使用過程中不污染環境，不危害人體健康和安全，使用壽命長、易于回收再利用的產品。

5.1.2 實施可持續發展的能源戰略。提高能源利用效率、節約能源；改善能源供應結構和布局，提高清潔能源利用比例；推廣清潔煤技術和煤炭開采技術；積極開發利用可再生能源和新能源，如太陽能、風能、地熱能、海洋能等。

5.1.3 建立綜合性工業基地，開展綜合利用，使各企業之間相互利用原材料和廢棄物，減少污染物的排放總量；安裝廢氣凈化裝置，對污染源進行治理。

5.2 經濟政策

保證必要的環境保護投資，并隨著經濟的發展逐年增加投資比例；采用經濟手段，制定“遞進式”排污收費制度以及原料稅、資源稅等；獎勵治理污染財政補貼，成立生態環境基金，綠色基金等；補貼綠色制造和綠色產品企業。

5.3 產業政策

工業污染源是造成大氣污染的重要原因，對于工業污染，首先要提高能量利用率，使用優質燃料，減少燃燒供能產生的污染。其次要優化生產工藝，減少或者停止使用有毒有害物質，避免有毒有害物質的產生。要進行產業升級，淘汰高能耗，高投入，低效率，低收益的企業。對于新建企業要采用“三同時”政策，依據環保法律法規進行建設投產。

5.4 嚴格監督管理

嚴格按照國家環保法律、法規，根據各城市的實際情況，制定相應的環保方案。加強設備的管理和維修。對拒不執行法規的單位要追究單位領導的責任。增強市民環境責任意識。

5.5 綠化造林

綠色植物是區域生態環境中不可缺少的重要組成部分，綠化造林不僅能美化環境、調節空氣濕度或城市小氣候、保持水土、防風治沙，而且可以凈化空氣、吸收CO2、顆粒物等，還能降低噪聲，有益人民身心健康。