大氣污染問題的環(huán)境檢測及對策分析

閆廣強

（滕州生態(tài)環(huán)境監(jiān)控中心，山東 棗莊 277500）

引言

大氣污染具有污染源多樣、傳播速度快、影響范圍廣等特點，環(huán)境檢測是對其進行治理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

1 大氣污染的種類

1.1 根據(jù)污染物的化學(xué)性質(zhì)及其存在的大氣狀況劃分

1.1.1 還原型大氣污染

此類大氣污染多出現(xiàn)在主要燃料為煤炭并兼用石油的區(qū)域，因此又被稱為煤煙型污染。造成污染的主要物質(zhì)為二氧化硫、一氧化碳及顆粒物。在高濕、陰天、小風(fēng)或弱風(fēng)、逆溫、低溫及當(dāng)?shù)氐匦螚l件影響下，二氧化硫、一氧化碳及顆粒物極易在低空聚集，封蓋于城市上空，形成還原型煙霧。煙霧對人們的身體健康產(chǎn)生極大的影響，易出現(xiàn)呼吸困難、眼睛刺痛、哮喘、咳嗽等癥狀，甚至危害人們的生命安全。1952年12月英國倫敦曾出現(xiàn)還原型大氣污染，據(jù)統(tǒng)計，當(dāng)月因這次污染致使四千多人喪生，因此，還原型大氣污染亦被稱為倫敦型煙霧污染。

1.1.2 氧化型大氣污染

此類大氣污染多出現(xiàn)在主要燃料為石油的區(qū)域。造成污染的主要物質(zhì)來源于汽車尾氣，因此又被稱為汽車尾氣型大氣污染。造成氧化型大氣污染的主要一次污染物為一氧化碳、碳?xì)浠衔?、氮氧化合物等。此類污染物受太陽短波照射，進而發(fā)生光化反應(yīng)生成二次污染物，如：臭氧、過氧乙酰硝酸酯、醛類等，此類物質(zhì)氧化性極強，對人眼黏膜、上呼吸道黏膜有一定的刺激性，促使人流淚、頭痛等。此類污染多發(fā)生在夏季濕度較低、溫度為25 ℃左右的氣候環(huán)境中，污染發(fā)生時間集中在午后。1943年美國洛杉磯發(fā)生嚴(yán)重氧化型大氣污染，因此又稱洛杉磯型煙霧污染。

1.2 根據(jù)燃料性質(zhì)和污染物的組成劃分

1.2.1 煤炭型大氣污染

此類大氣污染是在燃燒煤炭時釋放大量粉塵、煙氣、二氧化硫等一次污染物，一次污染物又與空氣或受陽光照射等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后，生成硫酸鹽類氣溶膠、硫酸等二次污染物。上述污染物在空氣中散播速度較快，且對動植物、人體危害較大。煤炭型大氣污染的主要來源為工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的煙氣排放，其次為家庭生活燃燒煤炭產(chǎn)生的排放物。在石油及天然氣未成為主要能源時，工業(yè)生產(chǎn)中主要以煤炭為主要能源，煤不完全燃燒便會產(chǎn)生炭粒及飛灰進而形成煤煙。我國部分城市將煤炭作為主要能源，人口密集的城市燃煤污染源較多。據(jù)調(diào)查，我國大部分城市大氣污染均屬于煤煙型大氣污染，懸浮顆粒及二氧化硫濃度較高。

1.2.2 石油型大氣污染

此類大氣污染的污染物主要來源于油田、石油化工廠、汽車尾氣的排放等。二氧化氮、羥基化合物、鏈烷、烯烴等為主要一次污染物，過氧化氫基、氫氧基、初生態(tài)氧原子、臭氧等自由基為主要二次污染物，上述自由基與碳氧化合物、鋱等發(fā)生反應(yīng)，生成系列中間產(chǎn)物及最終產(chǎn)物。當(dāng)氣溫較高且陽光劇烈時更易生成光化學(xué)煙霧，對大氣環(huán)境造成較大的危害。

1.2.3 混合型大氣污染

此類大氣污染的污染物主要來源于以煤炭和石油為燃料的污染源排放，還包含各類工廠生產(chǎn)研發(fā)中排出的各類化學(xué)物質(zhì)等。以煤炭為燃料后氧化物將形成氣溶膠污染空氣環(huán)境?；旌闲痛髿馕廴臼芄I(yè)、揚塵、煤煙及機動車尾氣等混合污染，此類污染污染源分布較廣且面積范圍較大，具有流動源增長快的特征，并且季節(jié)性特征明顯，春季浮塵沙塵等輸入性污染較多，冬季則煤煙污染較多，重度或中度污染集中在11月至3月供暖期。對于盆地地形污染物向外流動較難且大氣層較為穩(wěn)定的環(huán)境，容易形成逆溫層，加之生態(tài)環(huán)境脆弱，具有以上環(huán)境特點的區(qū)域極易形成混合型大氣污染。日本川崎、橫濱等地區(qū)曾出現(xiàn)此類大氣污染事件。

1.2.4 特殊型大氣污染

此類大氣污染主要是因為特殊工業(yè)企業(yè)排放特殊氣體，導(dǎo)致大氣環(huán)境受到污染。特殊性大氣污染普遍發(fā)生在局部范疇內(nèi)。比如有些礦工企業(yè)排放氯氣、氟化氫、硫化氫、金屬蒸氣等氣體造成污染。生產(chǎn)化肥的企業(yè)，特別是生產(chǎn)磷肥的企業(yè)排放含氟氣體造成污染。鋁堿工業(yè)周遭較易出現(xiàn)氯氣污染等。

2 大氣污染的來源與成因

2.1 來源追溯

2.1.1 汽車尾氣

近年來人們的生活水平有所提升，機動車逐漸成為人們生活的必需品，機動車經(jīng)濟得到飛速發(fā)展，在車輛生產(chǎn)和使用量急速增長的同時，汽車尾氣排放對大氣環(huán)境的污染日益加重。國內(nèi)外許多城市大氣污染類型從煤炭型污染轉(zhuǎn)變?yōu)榛旌闲臀廴?，汽車尾氣的排放對人們身體健康產(chǎn)生了較為嚴(yán)重的負(fù)面影響。

汽車尾氣中包含大量有害物質(zhì)。尾氣中含有大量二氧化碳，是造成溫室效應(yīng)的主要氣體之一，能夠?qū)е氯驓鉁厣仙?，進而造成氣候變化異常。氮氧化物無論對環(huán)境還是人體都有較高的危害性，此類氣體將破壞大氣臭氧層，導(dǎo)致大氣層抵御紫外線的能力降低，影響動植物生態(tài)系統(tǒng)。另外氮氧化物是酸雨形成的主要物質(zhì)之一，將損害水資源及土地資源。PM2.5及PM10等有害微粒物質(zhì)能夠?qū)е氯梭w罹患心血管疾病或呼吸系統(tǒng)疾病。因此，汽車尾氣是污染大氣環(huán)境的主要因素之一，對生態(tài)系統(tǒng)及人們的身體健康產(chǎn)生系列不良影響，應(yīng)采取措施進行防范。

2.1.2 能源燃燒

能源消費結(jié)構(gòu)決定了能源燃燒形成的生成物，決定著一個地區(qū)大氣污染程度及污染類型。能源屬可利用的能量資源，包含常規(guī)能源（水能、核能、煤炭、天然氣、石油等）、新能源（太陽能、風(fēng)能、沼氣等），另外還包含具有應(yīng)用前景的技術(shù)尚不能滿足開發(fā)利用的能源（海洋熱能、潮汐能、地?zé)岬龋?/p>

我國能源消費結(jié)構(gòu)以煤炭為主，此類能源屬常規(guī)能源也屬不可再生能源，以煤炭能源為主要能源符合我國工業(yè)發(fā)展水平及礦產(chǎn)資源特點，在未來一段時間內(nèi)不會發(fā)生改變。煤炭較水電、天然氣、石油而言屬污染型能源，煤炭燃燒將釋放大量污染物，包含一氧化碳、氮氧化物、二氧化硫、二氧化碳、煙塵等。目前我國大氣污染主要是因為煤炭燃燒造成的粉塵污染。我國煤炭在使用前普遍未進行加工處理，洗煤能力較弱，燃煤含硫量、含灰量較高，除塵裝置及排煙脫硫技術(shù)較為落后，且未全面普及，大量帶有二氧化硫及灰分的煙氣被直接排入大氣。

2.1.3 產(chǎn)業(yè)污排

目前我國較多小型城市為推進城市建設(shè)，逐漸邁向產(chǎn)業(yè)化城市道路，在工廠生產(chǎn)加工中排放廢氣，對環(huán)境造成一定的污染危害。小型城市生產(chǎn)技術(shù)、處理廢氣的方式均較為落后，導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)污染物不能得到有效治理，進而造成大氣污染問題。產(chǎn)業(yè)排放的污染物種類較多且性質(zhì)復(fù)雜，包含氮氧化合物、碳化合物、硫的氧化物、鹵化物、煙塵、有機化合物等。鋼鐵廠、化工廠、火力發(fā)電廠、水泥廠等企業(yè)都會不同程度地排放污染物。

對于人類而言，若長時間吸入工廠廢氣，將導(dǎo)致呼吸道受損、中毒甚至罹患癌癥。工廠在生產(chǎn)中若不經(jīng)處理將廢氣排入空氣中，將改變空氣質(zhì)量，造成空氣污染，進而威脅周邊居民的生命健康。對于動植物而言，工業(yè)排放的廢氣普遍含有硫化物，此類物質(zhì)將導(dǎo)致酸雨的形成，影響植被正常生長，動物在飲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，酸雨的發(fā)生還將導(dǎo)致土地荒漠化，進而產(chǎn)生沙塵暴等氣象災(zāi)害。

2.2 成因

2.2.1 有害物質(zhì)排放量超標(biāo)

所謂大氣污染就是指有害物質(zhì)進入大氣，當(dāng)有害物質(zhì)達(dá)到一定濃度后，將對人類及生物的生存造成威脅。若不加以治理和控制，將對生態(tài)環(huán)境造成不可挽回的破壞。距離地面幾十米的地面大氣層，為生物體生存的主要空間，地面大氣層生活環(huán)境質(zhì)量的好壞直接影響人們的生存狀態(tài)。因此，應(yīng)采取有效措施對有害物質(zhì)的排放量進行管控，保證空氣質(zhì)量達(dá)到環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

目前我國對有害物質(zhì)排入大氣中的濃度及數(shù)量規(guī)定了限制標(biāo)準(zhǔn)，PM10一級日均排放量為50 μg/m3，二級日均150 μg/m3；PM2.5一級日均35 μg/m3，二級日均75 μg/m3；氯化氫日均50 μg/m3；二氧化硫日均80 μg/m3；氮氧化合物日均250 μg/m3。企業(yè)及經(jīng)營單位在生產(chǎn)經(jīng)營活動中產(chǎn)生廢水、廢氣、粉塵、氣味異常、光電輻射等污染或危害環(huán)境的污染物時，需配備相應(yīng)的凈化裝置，選用清潔能源或污染物排放量少的設(shè)備及工藝，減少有害物質(zhì)的產(chǎn)生及排放[1]。

2.2.2 污排源排放條件不符合標(biāo)準(zhǔn)

污排源的排放條件應(yīng)遵循以下基本原則：首先，應(yīng)盡可能滿足環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求；其次，在考慮規(guī)定容許排放量的基礎(chǔ)上，選擇控制技術(shù)可行且經(jīng)濟合理的污物處理方式；最后，需結(jié)合排污地區(qū)的環(huán)境特點，包含其環(huán)境自凈能力、區(qū)域范圍內(nèi)污染源的特點及分布情況，制定適宜的排污方案。

污染物的排放標(biāo)準(zhǔn)分為行業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)及綜合排放標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定了各類污染物的容許排放量或濃度。綜合排放標(biāo)準(zhǔn)適用于各類行業(yè)，行業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)則只適用于該行業(yè)。比如對于鋼鐵工廠而言，廢水的排放標(biāo)準(zhǔn)可按燒結(jié)、煉鋼鐵、煉焦、酸洗等工序，制定適宜的pH值、油、氣等的容許排放量。各類行業(yè)工廠應(yīng)積極使用清潔能源，選用環(huán)保材料及先進的生產(chǎn)加工設(shè)備、工藝，從源頭減少有害物質(zhì)的排放。

2.2.3 極端的氣象背景

全球性氣候變暖導(dǎo)致氣候系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，極端氣象頻繁出現(xiàn)。熱輻射導(dǎo)致臭氧濃度持續(xù)上升，副熱帶高壓持續(xù)籠罩于長江流域上空，將西南季風(fēng)阻斷，進而形成猛烈高溫天氣，我國部分城市都不同程度地遭遇了臭氧污染。四川盆地在開展減排并啟動預(yù)警的情況下，仍有十多個城市出現(xiàn)臭氧污染情況。

異常氣候環(huán)境導(dǎo)致能源結(jié)構(gòu)調(diào)整困難，極端天氣使電力負(fù)荷加劇，但在短時間內(nèi)我國的電力結(jié)構(gòu)將不會發(fā)生改變，火力發(fā)電廠將處于滿負(fù)荷運行狀態(tài)，進一步加劇了煤炭、石油能源的消耗，導(dǎo)致碳及污染物的排放急劇增加。新能源汽車是推進綠色交通的主要力量。受極端氣象影響，在高溫環(huán)境下新能源汽車的能耗將持續(xù)提升，氣溫處于零下時又會導(dǎo)致新能源汽車?yán)m(xù)航里程下降。因氣候異常將降低消費者購買新能源汽車的意愿，無法改善大氣環(huán)境。

3 大氣污染環(huán)境檢測的關(guān)鍵內(nèi)容及技術(shù)

3.1 大氣污染環(huán)境檢測的關(guān)鍵內(nèi)容

3.1.1 氮氧化物

氮氧化物主要在汽車尾氣、煤炭石油燃燒、工廠生產(chǎn)中所產(chǎn)生。氮氧化物若大量聚集在大氣環(huán)境中將造成大氣污染。氮氧化物遇水能夠形成硝酸鹽及硝酸，形成酸雨的主要因素便是硝酸，因此對于氮氧化物的檢測是重點內(nèi)容。在檢測氮氧化物時通常使用化學(xué)發(fā)光法，氮氧化物具有光化學(xué)性質(zhì)，檢測時需將氮氧化物轉(zhuǎn)化為一氧化氮，再使用相應(yīng)儀器設(shè)備進行檢測?；瘜W(xué)發(fā)光法檢測靈敏度較高，反應(yīng)速度較快，應(yīng)用此法能夠自動將大氣中的氮氧化物檢測出來。但水分含量將影響檢測結(jié)果，因此為保證檢測的準(zhǔn)確度，需嚴(yán)格控制大氣中的水分含量[2]。

3.1.2 顆粒物質(zhì)

顆粒物的組分較為復(fù)雜，其具有極強的危害性及多變性，部分顆粒物質(zhì)帶有毒性，還有部分顆粒物質(zhì)是毒性物質(zhì)的催化劑或載體，若遇特定環(huán)境將造成較大的毒性危害。本文顆粒物質(zhì)檢測，通過間斷和連續(xù)地監(jiān)測大氣中污染物的一氧化碳、二氧化硫、二氧化氮、臭氧、PM2.5、PM10、溫度、濕度等污染物排放數(shù)量進行分析，運用高精度四電極氣體傳感器及雙風(fēng)扇內(nèi)外循環(huán)激光技術(shù)，可廣泛應(yīng)用于交通環(huán)境污染物控制、道路和隧道污染物監(jiān)測、城市空氣質(zhì)量監(jiān)測、顆粒物和污染源排放監(jiān)測等。

3.1.3 二氧化硫

燃燒化石能源將產(chǎn)生二氧化硫等危害性較強的污染物，監(jiān)督此類物質(zhì)含量是大氣環(huán)境檢測中的重要內(nèi)容。二氧化硫的分布范圍較廣，因而造成的影響較大。檢測二氧化硫的常用技術(shù)有：電導(dǎo)法、火焰光度法、紫外熒光法、分光光度法。相較之下甲醇緩沖溶液吸收為常用的檢測方式，大氣中的二氧化硫被甲醇緩沖溶液吸收后，在溶液中加入氫氧化鈉，將釋放出的二氧化硫與甲醇，形成紫色化合物，利用分光光度針進行檢測，便能得到大氣中二氧化硫的具體含量[3]。

3.2 大氣污染環(huán)境檢測的關(guān)鍵技術(shù)

3.2.1 云計算檢測預(yù)警技術(shù)

云計算技術(shù)是互聯(lián)網(wǎng)時代的產(chǎn)物，結(jié)合云計算平臺，能夠?qū)Υ髿猸h(huán)境進行實時監(jiān)測，搭建高效的空氣質(zhì)量預(yù)警系統(tǒng)。系統(tǒng)主要包含多個監(jiān)測點、風(fēng)速場、溫度場、三維分布網(wǎng)絡(luò)、地面反射率分布等。系統(tǒng)能夠獲取污染物的沉降參數(shù)及擴散參數(shù)，建設(shè)污染物煙團的三維軌跡模型并模擬三維流場，利用歷史有關(guān)風(fēng)速數(shù)據(jù)及污染物濃度數(shù)據(jù)，預(yù)測未來污染物的濃度及走向。云計算檢測預(yù)警系統(tǒng)憑借云計算技術(shù)能夠及時并準(zhǔn)確地反映城市的環(huán)境狀況，且通過強大的計算能力，建立相應(yīng)模型進而預(yù)測未來大氣環(huán)境的發(fā)展趨勢，為科學(xué)規(guī)劃我國環(huán)境大氣污染治理提供有效的數(shù)據(jù)支持。此系統(tǒng)的建設(shè)能夠補充并輔助現(xiàn)有環(huán)境檢測點，有利于獲取更為準(zhǔn)確的環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)。而且，系統(tǒng)的智能程度較高，能夠根據(jù)預(yù)報的環(huán)境問題針對性地生成解決方案[3]。

3.2.2 綠色化工檢測檢驗技術(shù)

運用綠色化工檢測技術(shù)，既能夠達(dá)到檢測環(huán)境質(zhì)量的目的，又能夠避免對環(huán)境產(chǎn)生進一步的污染，對改善城市環(huán)境起到推動作用。常見的綠色化工技術(shù)有催化技術(shù)、膜技術(shù)、細(xì)胞工程及基因工程技術(shù)。石英膜具有良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和重量，其由純石英纖維素制成，不含黏合劑及玻璃纖維，純石英纖維素能夠避免與酸性氣體發(fā)生反應(yīng)，因此能夠檢測少量顆粒物質(zhì)和重金屬濃縮物。石英膜主要應(yīng)用于煙道、煙囪、煙霧等空氣污染檢測工作中，適用于溫度超過500 ℃的環(huán)境，因此，適用于PM10及熱氣體、高溫氣體的檢測中，適合環(huán)境管理機構(gòu)所要求的柴油及其他排放物測試。

4 結(jié)語

綜上所述，通過大氣污染問題的環(huán)境檢測及對策分析得知，大氣污染的來源與成因，主要通過汽車尾氣、能源燃燒、產(chǎn)業(yè)污排、有害物質(zhì)排放量、及極端的氣象背景產(chǎn)生，需要通過對氮氧化物、顆粒物質(zhì)的檢測，以及云計算檢測預(yù)警技術(shù)和綠色化工檢測檢驗技術(shù)實現(xiàn)環(huán)境檢測。