近年城市大气环境污染成因及控制途径概论

【综述与述评】

近年城市大气环境污染成因及控制途径概论

於坛春　许　宁　陈　逊　窦燕生

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(中国疾病预防控制中心环境与健康相关产品安全所,北京　100050)

【关键词】　大气环境污染;成因;控制途径

〔中图分类号〕　R 12217 〔文献标识码〕　A 〔文章编号〕　167124199(2006)0320180204

1　责任作者

作者简介:於坛春(1983-),男,学士,研究方向:环境卫生

从产业革命开始,由于人类将大量的污染物排

放到大气层中,致使大气质量严重下降,对人类本身及全球生态环境都产生了恶劣的影响。如英国伦敦烟雾、美国洛杉矶光化学烟雾、日本“四日病”等事件。随着我国经济的快速发展,大气环境污染越来越受到人们的关注。然而我们只有在清楚地了解大气环境污染成因基础上,才能提出更好的控制途径。1　大气环境污染成因

111　自然污染源　自然污染源包括火山喷发、山林

火灾、海啸、土壤和岩石的风化以及大气圈的空气运

动等,它仅占大气环境污染的一小部分,但也不容忽视。如火山爆发所产生的硫化物会上升到大气里,形成化学活性云,这些云遇到人类活动释放的氯,就会加速臭氧的消耗速度。112　人为污染源11211　工业污染源　大气环境污染主要来自于工业生产。工业生产过程中所需的动力、热能、电能等,主要来自燃料的燃烧。同时在工业生产的过程中,由于生产的原料、方式等的不同,还会有大量不同种类的有害物质和气体进入大气中。特别是一些仍然在使用陈旧落后工艺的传统行业,其对大气的污染更为严重

。

图1　全国近年废气中主要污染物的排放量

11212　农业污染源　使用农药防治病害、虫害、草

害等,使农业生产有显著的增长。但如果使用不当,就会出现农药污染,不光污染土壤和水体,也会污染空气,影响农业生产,危害人和动物的健康。农业生产中不科学地滥施农药、化肥等行为,不但对农业环境造成严重的污染和破坏,还对农村和城市的生态

环境构成严重危害。

11213　生活污染源　人们日常燃烧石化燃料,会排

放出大量的烟尘和有害气体物质。同时,在人类生活中广泛使用的一些化学产品对大气的污染也越来越严重。如氟氯烃(CFCs ,商品名称为氟里昂),它被大量用于冰箱、空调、汽车工业、电子器件特殊清洗剂、塑料加工和日用化工等多种工业领域,与人们日常生活有着越来越密切的联系。在配制消毒剂、杀虫剂、高级自喷香水等化妆品制造业中,以及泡沫塑料发泡剂、电子元件清洗剂、气溶胶喷射剂及灭火剂等多种技术系统中,形成独特的CFCs 工业。但CF 2Cs 是一种化学稳定性很高的氟氯烃,在大气中停留时间极长,可造成温室效应和臭氧层损耗,是重要的大气污染物之一。另外,生活垃圾由于厌氧分解排出的二次污染物和在焚烧过程中产生的废气都会污染大气,并对人体产生严重危害。11214　交通运输污染源　近年来,随着我国经济的高速发展,交通运输行业也在迅猛发展中。汽车、飞机、火车及船舶等交通工具燃烧汽油、柴油等燃料排放出大量的尾气也成为重要的大气污染源之一。例如在国外一些城市已经发生的光化学烟雾污染事件。光化学烟雾是以氮氧化物为主的废气,在阳光的作用下,形成的二次污染物。其主要污染源就是交通运输工具和工业排放的废气。到2010年,我国许多大城市的汽车尾气排放量将比现在增长1倍,汽车尾气污染将成为城市大气的一个主要污染源。2　影响大气环境污染的基本因素

211　影响大气环境污染的气象因素　大气环境中

的有害物质主要依靠大气的流动,被输送到下游(下

风向),在与周围空气混合稀释后,在大气环境中有

害物质的浓度逐步降低。在自然条件下,风、雨、云、雾、太阳辐射、大气稳定度和特殊的逆温层等气象条件,均对大气环境污染的形成和扩散有一定的影响。21111　风和湍流　风对污染物具有冲淡稀释作用,在其他条件不变的情况下,大气环境中污染物的浓度与风速成反比。湍流是流体不同尺度的不规则运动。湍流运动的结果是使气体各部分得到充分的混合,因此进入大气环境的污染物,由于湍流混合的作用,逐渐分散稀释(大气扩散)。

因此,污染物在大气环境中的扩散稀释取决于大气的运动状态———风和湍流,它们是污染物在大气环境中扩散稀释的最直接因素。风速越大,湍流越强,扩散稀释的速度就越快,污染物的浓度也就越低。

21112　温度层结　温度层结是指垂直方向的温度梯度。温度层结对大气湍流的强弱有很大的影响,稳定层结造成湍流抑制,大气对污染物的稀释扩散能力弱,扩散受阻,特别在垂直方向上;无稳定层结时,由于热力湍流得到加强,扩散强烈。

逆温对大气环境污染的影响也不容忽视。气温随高度增加而升高的现象称为逆温。由于逆温的存在,大气处于稳定状态,湍流被抑制,这就阻碍了大气垂直运动的发展,严重影响了污染物的垂直扩散。根据形成逆温的条件不同,可以把逆温分成几类:辐射逆温、平流逆温、下沉逆温和锋面逆温等。

21113　辐射与云的作用　当太阳辐射直接射在地面表层时,地表增温,并加热近地层的空气,导致温度层结的递减,大气处于不稳定状态,污染物质的扩散稀释速率加快。当地面辐射冷却时,近地层气温下降,形成逆温,大气处于稳定状态,大气对污染物的扩散稀释能力弱。

空气中的水汽,是云发生、发展的主要组成者,它对太阳辐射和地面向宇宙空间的辐射起到屏障作用。总效果是减少气温随高度的变化,使白天的温度垂直递减率及夜间的逆温都受到削弱作用。21114　大尺度因子的影响　与污染物质扩散、稀释有关的气象因子都不是单一起作用的,这些因子都受到整个大气运动的制约。大气运动的结果可以影响地表辐射的效果,导致稳定的垂直变化和风的强弱,影响大气扩散稀释能力。当低压控制时,由于有上升运动,云天较多,而且通常风速较大,大气为中性或不稳定状态,有利于污染物的扩散稀释。当强高压控制时,因为有大范围空气下沉,往往在几百米至一二千米的高度上形成逆温,像个盖子似的阻止污染物向上扩散。

如2006年2月13日发生在吉林延边的一氧化碳中毒事件,就是由于天气异常转暖,形成230m厚的逆温层,风速不到一级,空气流动不畅,导致部分居住平房、火炕楼自行取暖的居民发生散发性一氧化碳中毒。共造成277人一氧化碳中毒,其中15人死亡;住院人数为32人,其中重者8人。

212　影响大气环境污染的地理因素　大气流动总是受下垫面的影响,即与地形、地貌、海陆位置、城镇分布等地理因素有密切关系,在小范围引起空气温度、气压、风向、风速、湍流的变化,从而对大气污染物的扩散产生间接影响。

21211　地形和地物的影响　污染物质由于受到不同地理环境的影响,危害程度也就有了差异。当气流通过地面时,必然要同各种地形地物发生摩擦作用,使风向风速均发生变化,其影响程度与各障碍物的体量、形状、高低有密切关系。

在一定地域内,山脉、河流、沟谷的走向,对主导风向具有较大的影响,气流沿着山脉、河谷流动。地形、山脉的阻滞作用,对风速也有很大影响,尤其是封闭的山谷盆地,因四周群山的屏障影响,往往静风、小风的频率占很大比重。一些城市因静风、小风时间较长,而使大气污染物不易扩散。

在城市中,高层建筑、体形大的建筑物和构筑物,都能造成气流在小范围内产生涡流,阻碍污染物质迅速排走扩散,而停滞在某一地段内,加深污染。21212　局地气流的影响　地形和地貌的差异,造成地表力性质的不均匀性,往往形成局部气流,其水平范围一般在几公里到几十公里,局部气流对当地的大气环境污染起着显著的作用。最常见的局地气流有海陆风、山谷风和热岛效应等。

海陆风出现时,白天海风吹向陆地,然后上升,又折回海面,形成一环流,有时会使这个地区的污染不能全部输送出去,有一部分在此循环不已,使污染浓度可能逐步增高。

山谷风的产生是局部性加热冷却的差异所引起,有时会在山谷构成闭合的环流。在稳定的山谷风环流地区,山于局地气流的影响,污染物往返积累,常常会达到很高的浓度。

城市热岛效应是山于密集的城市建筑物和大量生产、生活的燃料释放热量造成的。

213　影响大气环境污染的其他因素

21311　污染源、污染物质的成分与性质　排入大气的废气通常由各种气体和微小的固体颗粒组成。由于它们的化学成分各不相同,因此造成的污染危害也不一致,对其清除过程自然更不相同。

21312　污染源的几何形状和排放方式　污染源按几何形状分类,可分为点源、线源、面源。按施放时