大气污染问题的环境检测及对策分析

2023-11-08闫广强

皮革制作与环保科技 2023年17期

关键词：氮氧化物二氧化硫煤炭

闫广强

（滕州生态环境监控中心，山东枣庄 277500）

引言

大气污染具有污染源多样、传播速度快、影响范围广等特点，环境检测是对其进行治理的关键环节。

1 大气污染的种类

1.1 根据污染物的化学性质及其存在的大气状况划分

1.1.1 还原型大气污染

此类大气污染多出现在主要燃料为煤炭并兼用石油的区域，因此又被称为煤烟型污染。造成污染的主要物质为二氧化硫、一氧化碳及颗粒物。在高湿、阴天、小风或弱风、逆温、低温及当地地形条件影响下，二氧化硫、一氧化碳及颗粒物极易在低空聚集，封盖于城市上空，形成还原型烟雾。烟雾对人们的身体健康产生极大的影响，易出现呼吸困难、眼睛刺痛、哮喘、咳嗽等症状，甚至危害人们的生命安全。1952年12月英国伦敦曾出现还原型大气污染，据统计，当月因这次污染致使四千多人丧生，因此，还原型大气污染亦被称为伦敦型烟雾污染。

1.1.2 氧化型大气污染

此类大气污染多出现在主要燃料为石油的区域。造成污染的主要物质来源于汽车尾气，因此又被称为汽车尾气型大气污染。造成氧化型大气污染的主要一次污染物为一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物等。此类污染物受太阳短波照射，进而发生光化反应生成二次污染物，如：臭氧、过氧乙酰硝酸酯、醛类等，此类物质氧化性极强，对人眼黏膜、上呼吸道黏膜有一定的刺激性，促使人流泪、头痛等。此类污染多发生在夏季湿度较低、温度为25 ℃左右的气候环境中，污染发生时间集中在午后。1943年美国洛杉矶发生严重氧化型大气污染，因此又称洛杉矶型烟雾污染。

1.2 根据燃料性质和污染物的组成划分

1.2.1 煤炭型大气污染

此类大气污染是在燃烧煤炭时释放大量粉尘、烟气、二氧化硫等一次污染物，一次污染物又与空气或受阳光照射等发生化学反应后，生成硫酸盐类气溶胶、硫酸等二次污染物。上述污染物在空气中散播速度较快，且对动植物、人体危害较大。煤炭型大气污染的主要来源为工业生产产生的烟气排放，其次为家庭生活燃烧煤炭产生的排放物。在石油及天然气未成为主要能源时，工业生产中主要以煤炭为主要能源，煤不完全燃烧便会产生炭粒及飞灰进而形成煤烟。我国部分城市将煤炭作为主要能源，人口密集的城市燃煤污染源较多。据调查，我国大部分城市大气污染均属于煤烟型大气污染，悬浮颗粒及二氧化硫浓度较高。

1.2.2 石油型大气污染

此类大气污染的污染物主要来源于油田、石油化工厂、汽车尾气的排放等。二氧化氮、羟基化合物、链烷、烯烃等为主要一次污染物，过氧化氢基、氢氧基、初生态氧原子、臭氧等自由基为主要二次污染物，上述自由基与碳氧化合物、铽等发生反应，生成系列中间产物及最终产物。当气温较高且阳光剧烈时更易生成光化学烟雾，对大气环境造成较大的危害。

1.2.3 混合型大气污染

此类大气污染的污染物主要来源于以煤炭和石油为燃料的污染源排放，还包含各类工厂生产研发中排出的各类化学物质等。以煤炭为燃料后氧化物将形成气溶胶污染空气环境。混合型大气污染受工业、扬尘、煤烟及机动车尾气等混合污染，此类污染污染源分布较广且面积范围较大，具有流动源增长快的特征，并且季节性特征明显，春季浮尘沙尘等输入性污染较多，冬季则煤烟污染较多，重度或中度污染集中在11月至3月供暖期。对于盆地地形污染物向外流动较难且大气层较为稳定的环境，容易形成逆温层，加之生态环境脆弱，具有以上环境特点的区域极易形成混合型大气污染。日本川崎、横滨等地区曾出现此类大气污染事件。

1.2.4 特殊型大气污染

此类大气污染主要是因为特殊工业企业排放特殊气体，导致大气环境受到污染。特殊性大气污染普遍发生在局部范畴内。比如有些矿工企业排放氯气、氟化氢、硫化氢、金属蒸气等气体造成污染。生产化肥的企业，特别是生产磷肥的企业排放含氟气体造成污染。铝碱工业周遭较易出现氯气污染等。

2 大气污染的来源与成因

2.1 来源追溯

2.1.1 汽车尾气

近年来人们的生活水平有所提升，机动车逐渐成为人们生活的必需品，机动车经济得到飞速发展，在车辆生产和使用量急速增长的同时，汽车尾气排放对大气环境的污染日益加重。国内外许多城市大气污染类型从煤炭型污染转变为混合型污染，汽车尾气的排放对人们身体健康产生了较为严重的负面影响。

汽车尾气中包含大量有害物质。尾气中含有大量二氧化碳，是造成温室效应的主要气体之一，能够导致全球气温上升，进而造成气候变化异常。氮氧化物无论对环境还是人体都有较高的危害性，此类气体将破坏大气臭氧层，导致大气层抵御紫外线的能力降低，影响动植物生态系统。另外氮氧化物是酸雨形成的主要物质之一，将损害水资源及土地资源。PM2.5及PM10等有害微粒物质能够导致人体罹患心血管疾病或呼吸系统疾病。因此，汽车尾气是污染大气环境的主要因素之一，对生态系统及人们的身体健康产生系列不良影响，应采取措施进行防范。

2.1.2 能源燃烧

能源消费结构决定了能源燃烧形成的生成物，决定着一个地区大气污染程度及污染类型。能源属可利用的能量资源，包含常规能源（水能、核能、煤炭、天然气、石油等）、新能源（太阳能、风能、沼气等），另外还包含具有应用前景的技术尚不能满足开发利用的能源（海洋热能、潮汐能、地热等）。

我国能源消费结构以煤炭为主，此类能源属常规能源也属不可再生能源，以煤炭能源为主要能源符合我国工业发展水平及矿产资源特点，在未来一段时间内不会发生改变。煤炭较水电、天然气、石油而言属污染型能源，煤炭燃烧将释放大量污染物，包含一氧化碳、氮氧化物、二氧化硫、二氧化碳、烟尘等。目前我国大气污染主要是因为煤炭燃烧造成的粉尘污染。我国煤炭在使用前普遍未进行加工处理，洗煤能力较弱，燃煤含硫量、含灰量较高，除尘装置及排烟脱硫技术较为落后，且未全面普及，大量带有二氧化硫及灰分的烟气被直接排入大气。

2.1.3 产业污排

目前我国较多小型城市为推进城市建设，逐渐迈向产业化城市道路，在工厂生产加工中排放废气，对环境造成一定的污染危害。小型城市生产技术、处理废气的方式均较为落后，导致产业污染物不能得到有效治理，进而造成大气污染问题。产业排放的污染物种类较多且性质复杂，包含氮氧化合物、碳化合物、硫的氧化物、卤化物、烟尘、有机化合物等。钢铁厂、化工厂、火力发电厂、水泥厂等企业都会不同程度地排放污染物。

对于人类而言，若长时间吸入工厂废气，将导致呼吸道受损、中毒甚至罹患癌症。工厂在生产中若不经处理将废气排入空气中，将改变空气质量，造成空气污染，进而威胁周边居民的生命健康。对于动植物而言，工业排放的废气普遍含有硫化物，此类物质将导致酸雨的形成，影响植被正常生长，动物在饮用受污染的水或吃食受侵害的植物后，容易生病甚至死亡。除此之外，酸雨的发生还将导致土地荒漠化，进而产生沙尘暴等气象灾害。

2.2 成因

2.2.1 有害物质排放量超标

所谓大气污染就是指有害物质进入大气，当有害物质达到一定浓度后，将对人类及生物的生存造成威胁。若不加以治理和控制，将对生态环境造成不可挽回的破坏。距离地面几十米的地面大气层，为生物体生存的主要空间，地面大气层生活环境质量的好坏直接影响人们的生存状态。因此，应采取有效措施对有害物质的排放量进行管控，保证空气质量达到环境质量标准。

目前我国对有害物质排入大气中的浓度及数量规定了限制标准，PM10一级日均排放量为50 μg/m3，二级日均150 μg/m3；PM2.5一级日均35 μg/m3，二级日均75 μg/m3；氯化氢日均50 μg/m3；二氧化硫日均80 μg/m3；氮氧化合物日均250 μg/m3。企业及经营单位在生产经营活动中产生废水、废气、粉尘、气味异常、光电辐射等污染或危害环境的污染物时，需配备相应的净化装置，选用清洁能源或污染物排放量少的设备及工艺，减少有害物质的产生及排放[1]。

2.2.2 污排源排放条件不符合标准

污排源的排放条件应遵循以下基本原则：首先，应尽可能满足环境质量标准要求；其次，在考虑规定容许排放量的基础上，选择控制技术可行且经济合理的污物处理方式；最后，需结合排污地区的环境特点，包含其环境自净能力、区域范围内污染源的特点及分布情况，制定适宜的排污方案。

污染物的排放标准分为行业排放标准及综合排放标准，标准明确规定了各类污染物的容许排放量或浓度。综合排放标准适用于各类行业，行业排放标准则只适用于该行业。比如对于钢铁工厂而言，废水的排放标准可按烧结、炼钢铁、炼焦、酸洗等工序，制定适宜的pH值、油、气等的容许排放量。各类行业工厂应积极使用清洁能源，选用环保材料及先进的生产加工设备、工艺，从源头减少有害物质的排放。

2.2.3 极端的气象背景

全球性气候变暖导致气候系统稳定性下降，极端气象频繁出现。热辐射导致臭氧浓度持续上升，副热带高压持续笼罩于长江流域上空，将西南季风阻断，进而形成猛烈高温天气，我国部分城市都不同程度地遭遇了臭氧污染。四川盆地在开展减排并启动预警的情况下，仍有十多个城市出现臭氧污染情况。

异常气候环境导致能源结构调整困难，极端天气使电力负荷加剧，但在短时间内我国的电力结构将不会发生改变，火力发电厂将处于满负荷运行状态，进一步加剧了煤炭、石油能源的消耗，导致碳及污染物的排放急剧增加。新能源汽车是推进绿色交通的主要力量。受极端气象影响，在高温环境下新能源汽车的能耗将持续提升，气温处于零下时又会导致新能源汽车续航里程下降。因气候异常将降低消费者购买新能源汽车的意愿，无法改善大气环境。

3 大气污染环境检测的关键内容及技术

3.1 大气污染环境检测的关键内容

3.1.1 氮氧化物

氮氧化物主要在汽车尾气、煤炭石油燃烧、工厂生产中所产生。氮氧化物若大量聚集在大气环境中将造成大气污染。氮氧化物遇水能够形成硝酸盐及硝酸，形成酸雨的主要因素便是硝酸，因此对于氮氧化物的检测是重点内容。在检测氮氧化物时通常使用化学发光法，氮氧化物具有光化学性质，检测时需将氮氧化物转化为一氧化氮，再使用相应仪器设备进行检测。化学发光法检测灵敏度较高，反应速度较快，应用此法能够自动将大气中的氮氧化物检测出来。但水分含量将影响检测结果，因此为保证检测的准确度，需严格控制大气中的水分含量[2]。

3.1.2 颗粒物质

颗粒物的组分较为复杂，其具有极强的危害性及多变性，部分颗粒物质带有毒性，还有部分颗粒物质是毒性物质的催化剂或载体，若遇特定环境将造成较大的毒性危害。本文颗粒物质检测，通过间断和连续地监测大气中污染物的一氧化碳、二氧化硫、二氧化氮、臭氧、PM2.5、PM10、温度、湿度等污染物排放数量进行分析，运用高精度四电极气体传感器及双风扇内外循环激光技术，可广泛应用于交通环境污染物控制、道路和隧道污染物监测、城市空气质量监测、颗粒物和污染源排放监测等。

3.1.3 二氧化硫

燃烧化石能源将产生二氧化硫等危害性较强的污染物，监督此类物质含量是大气环境检测中的重要内容。二氧化硫的分布范围较广，因而造成的影响较大。检测二氧化硫的常用技术有：电导法、火焰光度法、紫外荧光法、分光光度法。相较之下甲醇缓冲溶液吸收为常用的检测方式，大气中的二氧化硫被甲醇缓冲溶液吸收后，在溶液中加入氢氧化钠，将释放出的二氧化硫与甲醇，形成紫色化合物，利用分光光度针进行检测，便能得到大气中二氧化硫的具体含量[3]。

3.2 大气污染环境检测的关键技术

3.2.1 云计算检测预警技术

云计算技术是互联网时代的产物，结合云计算平台，能够对大气环境进行实时监测，搭建高效的空气质量预警系统。系统主要包含多个监测点、风速场、温度场、三维分布网络、地面反射率分布等。系统能够获取污染物的沉降参数及扩散参数，建设污染物烟团的三维轨迹模型并模拟三维流场，利用历史有关风速数据及污染物浓度数据，预测未来污染物的浓度及走向。云计算检测预警系统凭借云计算技术能够及时并准确地反映城市的环境状况，且通过强大的计算能力，建立相应模型进而预测未来大气环境的发展趋势，为科学规划我国环境大气污染治理提供有效的数据支持。此系统的建设能够补充并辅助现有环境检测点，有利于获取更为准确的环境质量数据。而且，系统的智能程度较高，能够根据预报的环境问题针对性地生成解决方案[3]。

3.2.2 绿色化工检测检验技术

运用绿色化工检测技术，既能够达到检测环境质量的目的，又能够避免对环境产生进一步的污染，对改善城市环境起到推动作用。常见的绿色化工技术有催化技术、膜技术、细胞工程及基因工程技术。石英膜具有良好的结构稳定性和重量，其由纯石英纤维素制成，不含黏合剂及玻璃纤维，纯石英纤维素能够避免与酸性气体发生反应，因此能够检测少量颗粒物质和重金属浓缩物。石英膜主要应用于烟道、烟囱、烟雾等空气污染检测工作中，适用于温度超过500 ℃的环境，因此，适用于PM10及热气体、高温气体的检测中，适合环境管理机构所要求的柴油及其他排放物测试。