矿山大气污染的主要内容

第4章

大气污染及其治理大气污染通常指由于人类活动和自然过程引起某种物资进入大气中，呈现出足够的浓度,达到了足够的时间并因此危害了人体的舒适、健康或福利或危害了环境的现象。大气污染由污染源、大气圈和受污染者组成。研究大气污染在于：查明污染物来源，并研究其控制方法。

4.1大气污染物及来源大气污染源有以下几种划分方法。按污染源存在的形式划分为固定污染源和移动污染源。按污染源排放方式划分为高架源、面源和线源。按污染物排放时间划分为连续源、间断源和瞬时源。

大气污染源有两种:天然源与人为源。天然源指自然界自行向大气环境排放物资的场所。人为源指人类的生产活动和生活活动所形成的污染源。由于自然环境所具有的物理、化学和生物机能(自然环境的自净作用)，会使自然过程产生的大气污染，经过一定时间后自动消除，使生态平衡自动恢复。一般而言，大气污染主要是人类活动造成的。大气污染物系由于人类活动或自然过程排入大气，对人和环境产生有害影响的物资。大气污染物的种类很多，按其来源可分为一次污染物和二次污染物。一次污染物系直接由污染源排放的污染物。而在大气中一次污染物之间或一次污染物与大气的正常组分之间发生化学作用的污染物，常称为二次污染物。大气污染物按其存在状态可分为两大类：气溶胶状态污染物(也称颗粒物)和气体状态污染物(简称气态污染物)。表1是一些常见气态污染物情况。

表1气态污染物及其人为源颗粒物可以根据其化学组分或据其大小加以描述。颗粒物通常表示为总悬浮颗粒物(TSP)、飘尘和降尘。用标准大容量颗粒采样器(流量在1.1至1.7m3/min)在虑膜上所收集到的颗粒物的总质量，通常称为总悬浮颗粒物。其粒径大多数在100微米以下，多数在10微米以下。它是分散在大气中各种粒子的总称，它是大气质量评价重要污染指标。可在大气中长期漂浮的悬浮物称飘尘。其粒径主要是小于10微米的颗粒。由于飘尘粒径小，能被人直接吸入呼吸道内造成危害并在大气中长期悬浮，是最关注的对象之一。降尘指降尘罐采集到大气颗粒物。在总悬浮颗粒物中一般直径大于30微米的粒子，由于自身的重力沉降下来，所以称为降尘。类别一次污染物二次污染物人为源含硫化合物SO2、H2SSO3、MSO4含硫的燃料含氮化合物NO、NH3NO2、MNO3高温N2和O2含碳化合物C1-C12化合物醛类、酮类燃料燃烧碳的氧化物CO、CO2无燃烧卤素化合物HF、HCl无冶金工业

按大气污染物产生的类型划分：1、由城市中居民燃烧化石燃料做饭取暖排出的煤烟所造成的大气污染，其特点是数量大、分布广、排放高度低，是低空排放大气污染的不可忽视的污染源。2、由工矿企业排放出的污染物造成的大气污染，污染物主要是煤粉尘、二氧化硫、一氧化碳和氮氧化物。采矿企业特别是露天开采矿山造成的大气污染最严重。3、汽车、飞机和火车等各类交通工具所排放出来的废气造成的大气污染。露天矿山汽车运输发展很快，载重量200t甚至更大吨位的汽车也投入运行。柴油机车运行排出大量有毒、有害气体，如甲醛、丙烯醛、一氧化碳、氮氧化物以及黑烟排入矿山大气。排气中黑烟含有一种3，4—苯并芘，已被医学界公认为致癌物质。

据《中国环境状况公报》显示，1997年，我国城市空气质量仍处在较重的污染水平，北方城市重于南方城市（见图1）。二氧化硫年均值浓度在3～248微克/米3范围之间，全国年均值为66微克/米3。一半以上的北方城市和三分之一强的南方城市年均值超过国家二级标准（60微克/米3）。北方城市年均值为72微克/米3；南方城市年均值为60微克/米3。以宜宾、贵阳、重庆为代表的西南高硫煤地区的城市和北方能源消耗量大的山西、山东、河北、辽宁、内蒙古及河南、陕西部分地区的城市二氧化硫污染较为严重。图1城市空气污染综合指数

氮氧化物年均值浓度在4～140微克/米3范围之间，全国年均值为45微克/米。北方城市年均值为49微克／米3；南方城市年均值为41微克／米3。34个城市超过国家二级标准（50微克／米3），占统计城市的36.2％。其中，广州、北京、上海三市氮氧化物污染严重，年均值浓度超过100微克／米3；济南、武汉、乌鲁木齐、郑州等城市污染也较重。

总悬浮颗粒物年均值浓度在32～741微克／米3范围之间，全国年均值为291微克／米3。超过国家二级标准（200微克／米3）的有67个城市，占城市总数的72％。北方城市年均值为381微克／米3；南方城市年均值为200微克／米3。从区域分布看，北京、天津、甘肃、新疆、陕西、山西的大部分地区及河南、吉林、青海、宁夏、内蒙古、山东、河北、辽宁的部分地区总悬浮颗粒物污染严重。

据世界银行研究报告表明，我国一些主要城市大气污染物浓度远远超过国际标准，在世界主要城市中名列前茅，位于世界污染最为严重的城市之列（见图2）。图21995年大气污染物浓度远远超过国际标准

由于我国严重的大气污染，致使我国的呼吸道疾病发病率很高。慢性障碍性呼吸道疾病，包括肺气肿和慢性气管炎，是最主要的致死原因，其疾病负担是发展中国家平均水平的两倍多。疾病调查已发现暴露于一定浓度污染物（如空气中所含颗粒物和二氧化硫）所导致的健康后果，诸如呼吸道功能衰退、慢性呼吸疾病、早亡以及医院门诊率和收诊率的增加等。1989年，研究人员对北京的两个居民区作了大气污染与每日死亡率的相关性研究。在这两个区域都监测到了极高的总悬浮颗粒物和二氧化硫浓度。估算结果显示，若大气中二氧化硫浓度每增加1倍，则总死亡率增加11％；若总悬浮颗粒物浓度每增加1倍，则总死亡率增加4％。对致死原因所作的分析表明，总悬浮颗粒物浓度增加1倍，则慢性障碍性呼吸道疾病死亡率增加38％、肺心病死亡率增加8％。1992年，研究人员对沈阳大气污染与每日死亡率的关系作了研究，结果表明，二氧化硫和总悬浮颗粒物浓度每增加100微克／米3，总死亡率分别增加2.4％和1.7％。

城市空气污染所带来的其它人体健康损失也很大。分析显示，由于空气污染而导致医院呼吸道疾病门诊率升高34600例；严重的空气污染还导致每年680万人次的急救病例；每年由于空气污染超标致病所造成的工作损失达450万人次。

室内空气质量有时比室外更糟。对我国一些地区室内污染的研究显示，室内的颗粒物（来自生物质能和煤的燃烧）水平通常高于室外（超过500微克／米3，厨房内颗粒物浓度最高（超过1000微克／米3)。4.2几种典型的大气污染(一)煤烟型污染燃煤是煤烟型污染的主要污染源。煤是重要的固体燃料，它是一种复杂的物质聚集体，其可燃成分主要是碳、氢及少量氧、硫和氮等一起的有机物。燃煤是多种污染物的主要来源。它排放的颗粒物和二氧化硫比燃油和燃气要高的多。烟气中SO2、H2S几乎完全来自燃料。煤中含四种形态的硫:黄铁矿的硫(FeS2)、有机硫(CxHySz)、元素硫和硫酸盐硫。燃烧中，前三种硫都燃烧放出热量，并释放出硫氧化物或硫化氢。燃烧过程形成的氮氧化合物，一部分由燃料中固定氮形成，常称为燃氮氧化物，一部分由空气中氮气在高温下通过原子氮和氧之间的化学反应生成，称为热氮氧化物。石油平均含氮量为0.65%，而大多数煤的含氮量为1%至2%。不完全燃烧产物主要为CO和挥发性有价化合物。它们排入大气不仅污染了环境，也使能源利用效率降低，导致能源浪费。燃煤产生的SO2在大气中会氧化生成硫酸雾或硫酸盐气溶胶，是环境酸化的重要前体物，也是大气污染的主要酸性污染物。一次污染物主要为SO2和煤烟时，二次污染物主要时硫酸雾和硫酸盐气溶胶。在相对湿度比较高、空气温度比较低、无风或静风的天气条件下，SO2在重金属(如铁、锰)氧化物的催化作用下，易发生氧化作用生成SO3，继而与水蒸气结合形成硫酸雾。硫酸雾是强氧化剂，其毒性比SO2更大。它能使植物组织受到损伤，对人的主要影响是刺激其上呼吸道，附在细微颗粒上也会影响下呼吸道。一般多发生在冬季，尤以清晨最为严重。日本四日市气喘病，就是大气中高浓度SO2所致。SO2与大气中烟尘有协同作用，当大气中SO2浓度为0.21mL/m3，烟尘浓度大于0.3mg/m3时，可使呼吸道发病率增高，慢性病患者的病情迅速恶化，使危害加剧。例如，20世纪50年代的著名公害事件伦敦烟雾事件，以及马斯河谷事件，都是这种协同作用造成的危害。中国是燃煤大国，随着燃煤量的增加，SO2排放量不断增长，“八五”期间平均每年增加SO2排放量一百万吨。1995年我国SO2排放量达到2,370万吨。目前，我国已超过美国，成为最大的SO2排放国。SO2的大量排放使我国城市空气污染不断增加。“八五”期间，全国280个城市中，SO2浓度超过国家二级大气环境质量标准的城市已达149个，超标率达到53.2%，超过国家三类大气环境质量标准的城市达到65个，其中某些城市如贵阳、重庆等城市大气污染程度已达到世界上发达国家20世纪50年代污染最严重的程度。(二)酸沉降酸沉降指大气中的酸通过降水(如雨、雾、雪)等迁移到地表,或在含酸气团气流作用下直接迁移到地表.前者是湿沉降,后者是干沉降.1.世界酸雨发展状况酸沉降已经与臭氧层破坏、全球气候变化一起成为全球性大气环境问题中最为突出的三个热点.最早欧洲的酸雨多发生在挪威、瑞典等北欧国家,后来扩展到东欧和中欧,直到几乎覆盖整个欧洲.在酸雨最严重的时期,挪威南部约5,000个湖泊中有1,750个由于pH过低使鱼虾绝迹,瑞典的9万个湖泊有1/5受到酸雨的侵害.酸雨在美国东部和加拿大南部同样比较严重.在美国南部15个州曾达到降水平均pH在4.2至4.5之间,曾报道至少有1,200个湖泊已酸化,酸雨已损伤了东部约35,000个历史性建筑物和10,000座纪念碑.美国每年花费在这些文化古迹上的费用达50亿美元.加拿大抽样调查的8,500个湖泊已全部酸化.2.中国酸雨现状从20世纪80年代以来,中国酸雨污染呈加速发展趋势.在80年代,中国的酸雨主要发生在以重庆、贵阳和柳州为代表的高硫煤使用地区及部分长江以南地区,酸雨面积170万平方公里.到90年代中期,酸雨已发展到青藏高原以东和四川盆地的广大地区,面积扩大了100万平方公里.以长沙、赣州、南昌、怀化为代表的华中地区,已成为全国酸雨污染最严重的地区,其中心区年平均降水pH低于4.0,频率高于90%,而北起青岛、南到厦门,以南京、上海为代表的华东沿海地区也成为我国主要的酸雨区,年均降水pH低于5.6的区域面积已占全国面积的30%.除ph以外,酸沉降的另一种表征量为临界负荷.临界负荷指不会对生态系统的结构和功能产生长期有害影响的酸性物质的最大量.临界负荷的概念被用于欧洲酸雨谈判中.研究表明,我国东南部、西南和华北的硫沉降量已经超过临界负荷,几乎占国土面积的1/4.我国酸雨的化学特征pH低,离子浓度高,硫酸根、铵和钙离子浓度远远高于欧美,而硝酸根浓度低于欧美,属硫酸型酸雨.酸沉降对水体、森林和土壤具有重要影响,因酸沉降引起的经济损失相当可观.酸沉降对江苏、浙江、安徽、福建、江西、湖北、湖南、广东、广西、四川、贵州等11个省造成的森林生态损失已达51亿元/年,造成的农作物损失约为43.91亿元/年,成为制约地方经济发展的主要因素之一.(三)光化学烟雾污染机动车尾气是光化学烟雾污染的主要污染物.机动车包括柴油车和汽油车.汽油汽车排放的污染物主要来源于排气管、曲轴管以及燃料箱和化油箱.柴油车主要由尾气管排放有害物.随着汽车保有量的增加,汽车排放在人为排放CO、NOx和HC(碳氢化合物)中所占的份额越来越高.美国交通源排放的CO、NOx和HC已分别占到全国排放总量的62.6%,38.2%和34.3%.近年来,我国主要城市汽车排放污染物份额也大体相当.机动车排放的碳氢化合物达100多种,包括杂环和多环芳烃.它们都属于未完全燃烧产物.有些有机物的致突变性较强,多以间接致突变性为主.柴油车尾气中颗粒物浓度是汽油车尾气颗粒物的20至100倍,其中60至80%颗粒物粒径小于2微米,90%的颗粒物粒径小于5微米.这些成分复杂,有诱导细胞增殖的作用,使细胞长期处于活化状态,有较强的潜在致癌性.光化学烟雾是在一定的条件下(如强日光、低风速和低湿度等),氮氧化物和碳氢化合物发生化学转化形成由反应物和产物,即臭氧(占反应产物85%以上)、PAN(占10%)、高活性自由基(OH、RO2)、醛类、酮类和有机酸类等二次污染物,形成高氧化性的混合气团.光化学烟雾是1940年在美国的洛杉矶地区首先发现,日本、英国、德国、澳大利亚和中国先后出现过光化学烟雾污染.北京早在1986年夏季就出现了光化学烟雾的痕迹,近几十年来日益严重.光化学烟雾污染是典型二次污染,即由源排放的一次性污染物在大气中经过化学转化而形成,污染区域可达下风向几百到几千公里,是一种区域性污染问题.它一般出现在相当湿度较低的夏季晴天,最易发生在中午或下午,夜间消失.光化学烟雾造成危害主要原因是由于对流层的臭氧和其他氧化剂直接与人体或动植物接触,其极高的氧化性能刺激人体的粘膜系统,人体短暂暴露其中,会明显损伤肺功能,影响呼吸道结构.对流层的臭氧还会对植物系统造成损害,会降低植物的生长速度,浓度增加时,会使植物叶片受到急性损害.4.3大气污染的危害

(一)主要大气污染物1.大气颗粒物大气颗粒物指除气体之外的所有包含在大气中的物质，包括所有各种各样的固体或液体气溶胶。其中有固体的烟尘、灰尘、烟雾，以及液体的云雾和雾滴。粒径的分布大到200微米，小到0.1微米。大气颗粒物对人体健康的影响取决于①沉积于呼吸道中的位置,这取决于颗粒大小,粒径0.01至1.0微米的细小粒子在肺泡的沉积率最高.粒径大于10微米颗粒吸入后阻留在鼻腔和鼻咽喉部,只有很少部分进入气管和肺内。②遮挡阳光，使气温降低，或形成冷凝核心，影响气候。③降低可见度，影响交通。④硫氧化合物再加上颗粒物的作用，对呼吸系统危害特别大。

在颗粒物表面浓缩和富集有多种化学物质,其中多环芳烃类化合物等随呼吸吸入人体内成为肺癌的致病因子,许多重金属的化合物也可对人体健康造成危害.因此,人体长期暴露在飘尘浓度高的环境中,呼吸系统发病率增高,特别是慢性阻塞性呼吸道疾病,如支气管炎、气管炎、支气管哮喘、肺气肿等.2.硫氧化物由污染源排放的最主要的硫氧化物是二氧化硫，它是大气中分布广、影响大的污染物质，它是大气污染的主要指标。大部分来自煤和石油的燃烧、石油炼制、有色金属冶炼和硫酸制备等。SO2进入呼吸道后,因其易溶于水,故大部分被阻滞在上呼吸道.在潮湿的粘膜上生成具有刺激性的亚硫酸、硫酸和硫酸盐,增强了刺激作用.上呼吸道对SO2的这种阻滞作用,在一定程度上可以减轻SO2对肺部侵袭,但进入血液的SO2仍可随血液循环抵达肺部产生刺激作用。进入血液循环的SO2对全身产生不良反应,它能破坏酶的活力,影响碳水化合物及蛋白质的代谢,对肝胀有一定损害,在人和动物体内均使血中蛋白与球蛋白比例降低。3、氮氧化物造成大气污染的氮氧化物主要是一氧化氮和二氧化氮，它们大部分来自矿物燃料燃烧过程，也有生产或使用硝酸的工厂排放的尾气。氮氧化物浓度高的气体呈棕黄色，人们称为“黄龙”。在空气中，一氧化氮可以转化为二氧化氮，但氧化速度很小，排入大气中二氧化氮来自燃烧过程。一般空气中一氧化氮对人体无害；但转化为二氧化氮，就具有腐蚀性和生理刺激作用。二氧化氮能引起急性呼吸道病变，也是形成光化学烟雾的主要因素，还可以引起农作物减产，还可以降低远方物体的亮度和反差。

4、碳的氧化物大气中碳的氧化物主要有二氧化碳和一氧化碳，二氧化碳是空气中正常组成成分，一氧化碳是大气中普遍排放量极大的污染物。CO是大气污染物中散布最广的一种,其全球排放量可能超过所有其他主要气体污染物的总排放量。主要来自燃料的燃烧和加工、汽车排气。CO是无色无味的有毒气体.CO和血中血红蛋白的亲和力是氧的210倍,它们结合后生成碳氧血红蛋白(HbCO),将严重阻碍血液输氧,引起缺氧,发生中毒.当人体暴露在600至700mL/m3的CO环境中,1小时后出现头痛、耳鸣和呕吐症状,当人体暴露在1500mL/m3的CO环境中,1小时就有生命危险.长期吸入低浓度CO可发生头痛、头晕、记忆力减退、注意力不集中等现象。5、铅环境污染中Pb主要来源于汽车中的四乙基铅防爆剂,目前大气的Pb污染已遍布全球.Pb是生物体酶的抑制剂,进入人体的铅随血液分布到软组织和骨骼中.急性Pb中毒少见,慢性Pb中毒可分为轻度、中度和重度.轻度铅中毒症状有神经衰弱综合症、消化不良,中度出现腹绞痛、贫血及多发性神经病,重度出现肢体麻痹和中毒性脑病例.6、有机物质和放射性气体醛类、酮类和苯及同系物等随呼吸吸入人体内成为肺癌的致病因子,有着强烈的致突变性.室内空气质量有待提高,据统计68%人体疾病与室内污染有关.建筑涂料每年引起急性中毒400余起,1.5万余人中毒,死亡约350人/年.放射气体氡赋存在建筑材料装修和家具上,对人体危害也比较严重.(二)大气污染对植物的危害可归纳为以下几个方面:损害植物酶的功能组织,影响植物新陈代谢的功能,破坏原生质的完整性和细胞膜,损害根系生长及其功能,减弱输送作用与导致生物产量减少.大气污染物对植物危害程度决定于污染物剂剂量,污染物组成等因素.大气是多种气体的混合物,大气污染经常是多种污染物同时存在,对植物产生复合作用.(三)大气污染对材料的危害大气污染可使建筑物、桥梁、文物古迹和暴露在空气中的金属制品及皮革、纺织等物品发生性质的变化,造成直接和间接的损失.SO2和其他酸性气体可腐蚀金属、建筑石料及玻璃表面.SO2可使纸张变脆、退色,使胶卷表面出现污点、皮革脆裂并使纺织品抗张力降低.

(四)大气污染对大气环境的影响大气污染会影响到能见度,通常将能见度作为城市大气污染严重性的定性指标.而且随着研究的深入,它已成为一个区域性的重要指标.大气污染还会导致降水规律的改变.水循环对于地球上人类生存是至关重要的.大气污染影响凝聚作用与降水形成,还可形成酸雨.大气污染还会带来全球性的影响.包括:大气中CO2等温室气体浓度增加导致全球变暖和臭氧层消耗等.4.4大气污染控制技术大气污染已经成为全球极为关注的环境热点问题。大气污染物的主要来源是人类的工业活动。控制这些污染物的方法一是对大气污染源进行控制；二是净化已被污染空气。

一、控制大气污染的综合措施1、严格环境管理实行有利于控制环境污染的经济政策首先是立法，它是控制环境质量的依据；其次是监测，它是环境管理的基础；第三是执法，它是保证环境质量的手段。2、合理布局工业3、选择有利于污染物扩散的排放方式国外普遍采用是高烟囱排放和集合式烟囱排放。4、区域集中供暖、供热5、改变燃料构成推广使用天然气、煤气和石油气。6、绿化造林4.4.1颗粒污染物控制技术

从废气中将颗粒污染物分离出来并加以捕集、回收的过程称为除尘，实现上述过程的装备称为除尘器。(一)除尘技术原理及设备根据除尘技术原理，可以概括为机械力除尘、过滤除尘、静电除尘和湿式除尘四种类型，其中前三种可统称为干式除尘。1.机械力除尘机械力除尘是借助质量力的作用达到除尘目的的方法，相应的除尘装置称为机械式除尘器.质量力包括重力、惯性力和离心力,主要除尘器形式为重力沉降室、惯性除尘器和旋风除尘器等。(1)重力沉降它是利用颗粒污染物与气体密度不同，使颗粒污染物在重力作用下自然沉降下来，与气体分离的过程。重力沉降室结构简单，造价低，压力损失小，便于维护，且可以处理高温气体。主要缺点是只能捕集粒径较大的颗粒物，仅对50微米以上的颗粒物具有较好的捕集作用，因而效率低，只能作为初级除尘手段，主要用于高效除尘装置的前级除尘器。(2)惯性除尘它是利用颗粒污染物与气体在运动中惯性力不同，使颗粒污染物从气体中分离出来的过程。通常是使气流冲击在挡板上，气流方向发生急剧改变，气流中的颗粒物惯性较大，不能随气流急剧转弯,便从气流中分离出来。(3)离心除尘它是利用旋转的气流所产生的离心力，将颗粒污染物从气体中分离处理的过程。离心除尘器也称为旋风除尘器，具有结构简单、占地面积小、投资低、操作维修方便、压力损失中等、动力消耗不大、可用各种材料制造、能用于高温或高压及腐蚀性气体、并可直接回收干颗粒地优点。一般用来捕集5至15微米以上地颗粒物，除尘效率可达80%左右，是机械式除尘器中效率最高的。主要缺点是对5微米以下的细小颗粒物去除效果不理想。2.过滤除尘过滤除尘是使气流通过多孔滤料，将气流中颗粒污染物截留下来，使气体得到净化的过程，主要有袋式除尘及颗粒层过滤除尘两种方式。(1)袋滤除尘它是利用棉、毛或人造纤维等加工的滤布捕集颗粒污染物的方法，主要通过筛分、惯性碰撞、扩散、静电、重力沉降等作用机制，依靠滤料表面来捕集颗粒污染物，属于外部过滤。它具有如下特点:除尘效率高，一般可达99%以上，适应极强，能够处理不同类型的颗粒污染物，操作弹性大，除尘效率对入口颗粒污染物浓度及气流速度变化具有一定稳定性，结构简单，使用灵活，便于回收干料，不存在污泥处理。但袋式除尘器的应用受到滤布的耐温、耐腐蚀等操作性能的限制，一般使用温度应低于300℃。(2)颗粒层过滤除尘它是通过将松散多孔的滤料填充在框架内作为过滤层，颗粒物在滤层内部被捕集的一种除尘方法，属内部过滤方式。除尘过程中大颗粒污染物主要借助惯性力，小于0.5微米的颗粒物主要靠滤料及被过滤下来的颗粒表面的拦截和附着作用过滤下来，净化效率随颗粒层厚度增高而提高