1.1　大气污染

1.1.1　引言

大气污染，又称空气污染，即空气中含有一种或多种有毒有害的污染物，这些污染物的存在会对人类和动植物的生命安全及健康等产生严重影响，或者会损害财物、干扰舒适的生活环境，如近些年的雾霾、黑烟、落尘、一氧化碳、一氧化氮等。换言之，只要是某种物质存在的量、性质及时间足够对人类或其他生物、财物产生影响，就可称其为大气污染物。大气污染是大气中污染物浓度达到有害程度，超过了环境质量标准，而且破坏生态系统，降低人类生活质量，对人和物造成危害的现象。凡是能使大气质量变坏的物质都是大气污染物[1]。截至2016年2月，已知大气污染物有100多种。造成大气污染的因素主要有自然因素和人为因素两种：自然因素主要有火山爆发、森林火灾、海浪飞沫颗粒物等；人为因素主要有燃料燃烧、工业生产过程的排放、交通运输过程的排放和农业活动的排放等。这两种因素以人为因素为主，尤其是工业生产过程和交通运输过程的排放。大气污染主要过程由污染源排放、大气传播、人与物受害这3个环节构成。大气污染的影响因素主要包括以下几个方面：污染物的性质（物理和化学），污染源的性质（源强、源高、源内温度、排气速率等），气象条件（风向、风速、温度层结等），地表性质（地形起伏、粗糙度、地面覆盖物等）。

1.1.2　造成大气污染的源头

造成大气污染的源头主要来自生活方面、工业生产方面及交通运输方面等，如图1.1所示。

（1）生活方面：随着人口增长、经济增长、技术进步、能效提高、节能减排、各种能源相对价格变化等众多因素，人为的大气污染越来越严重，主要包括人们在日常消费中排放的大气污染物，如居民日常的取暖、烧饭、沐浴等；饭店、酒店等服务性行业使用的燃烧矿物燃料；城市生活垃圾在堆放过程中厌氧分解排出的二次污染物和垃圾焚烧过程产生的废气；煤炭在燃烧过程中释放出的灰尘、二氧化碳、二氧化硫等有害物质。

（2）工业生产方面：工业生产污染是大气污染的一个重要方面。随着生产技术和工业水平的迅猛发展，各类工厂的数量迅速增加，使得污染物的排放量增加，成为我国大气污染的重要来源。工业生产排放到大气中的污染物种类多样、性质复杂，有气体也有粉尘，如化工厂排放的既刺鼻又有危害的气体；造纸厂在造纸过程中排放的纤维和纤维细料的悬浮物、甲醇和醋酸之类的易生物降解有机物、木素和大分子碳水化合物之类的难生物降解有机物、毒性物质、酸碱物质等；还有一些工厂在生产过程中排放的各类金属和非金属粉尘。大气污染物由于工厂性质、规模、工艺过程、原料和产品种类的不同，对大气污染的程度也不同，如由化工厂、农药厂、钢铁厂、火力发电厂、造纸厂等各种工矿企业在生产过程中排放出来的烟气，含有烟尘、硫氧化物、氮氧化物、二氧化碳及碳黑、卤素化合物等有害物质。

（3）交通运输方面：近年来，我国各类公路、铁路迅猛发展，物流、运输日夜兼程，这些都充分体现了我国交通方面的发达和经济的发展。但是，交通业的迅猛发展也成为大气污染的主要来源之一，如航空、公路、轮船等交通运输工具排出的尾气中含一氧化氮（NO）、二氧化氮（NO2）、二氧化硫（SO2）、碳氢化合物、一氧化碳（CO）、铅氧化物、苯并[α]芘、多环芳烃等大气污染物。并且多种因素造成汽油、燃料等燃烧不完全，以及使用汽油抗爆剂四乙基铅Pb（C2H5）4等，燃烧排放的尾气中就会含有大量污染气体。

1.1.3　空气污染的危害及指标

1.对人体健康的危害

人是靠呼吸空气来维持生命的，被大气污染的空气对人体健康有直接危害。统计显示，一个成年人每天呼吸大约2万多次，吸入空气达15～20m3。大气污染物对人体的危害是多方面的，主要表现为引发呼吸道疾病与生理机能障碍，以及眼、鼻等黏膜组织受到刺激而患病[2～5]，如大气污染物对心血管病影响的具体过程如图1.2所示[6]。

英国伦敦又名“雾都”，其得名是在20世纪初，伦敦的大部分居民使用煤作为家庭燃料，产生了大量的烟雾。以1952年12月5～8日英国伦敦发生的煤烟雾事件死亡4000人为例，人们把这具有灾难性的烟雾称为“杀人的烟雾”[7]，所以伦敦政府后来出台了《空气清净法案》。据分析，那段时间里伦敦有雾没有风，导致工厂生产和居民取暖排出的废气烟尘弥漫在伦敦市区经久不散，烟尘最高浓度达4.46mg/m3，二氧化硫的日平均浓度竟达到3.83mg/m3。二氧化硫是光化学污染的主要来源，其经过某种化学反应，生成硫酸液沫附着在烟尘上或凝聚在雾滴上，随呼吸进入器官，使人发病或加速慢性病患者的死亡。由上例可知，当大气中污染物的浓度很高时，会造成急性污染中毒，或使病状恶化，甚至在几天内夺去几千人的生命。其实，即使大气中污染物的浓度不高，但人体成年累月呼吸这种被污染的空气，也会引起慢性支气管炎、支气管哮喘、肺气肿及肺癌等疾病。

2.对植物的危害

大气污染物中的二氧化硫、氟化物等对植物的危害是十分严重的。这类污染物对植物的危害分为急性危害和慢性危害。当污染物浓度很高时，植物会发生急性危害，当污染物浓度不高时，植物会发生慢性危害。急性危害表现为：植物叶片表面会形成伤斑或植物叶片发生枯萎后直接脱落；慢性危害表现为：植物叶片褪绿，或者虽然表面看不见危害症状，但植物的生理机能已受到了影响，造成植物产量下降，品质变坏，因此，在农作物的生长和生产过程中，一定要注意大气污染的影响。表1.1所示为保护普通农作物的大气污染物最高允许浓度。

3.对天气和气候的影响

第一，到达地面的太阳辐射量减少。由于化工厂、电厂生产过程中及汽车行驶、家庭生活中向大气排放的大量烟雾、灰尘和微粒等，使空气变得非常浑浊，空气质量严重下降，使阳光不能充分照射地面，造成到达地面的时间和太阳辐射量减少。据观测统计，在大工业城市烟雾不散的日子里，太阳光直接照射到地面的量比没有烟雾的日子减少近40%。人和动、植物如果长期生活在大气污染严重的城市，就会导致因缺乏阳光而生长发育不好或产量不高。

第二，大气降水量增加。研究表明，微粒中的很多组分具有水汽凝结核的作用，因此，当大气中有其他降水条件与之配合时，就会出现降水天气。如果大气降水过量，可能会引发泥石流、滑坡等地质灾害。研究表明，在大工业城市的下风地区，降水量更多。

第三，下酸雨的概率增大。酸雨属于空气污染，一年中会下很多次雨，有的是酸雨，有的不是酸雨。酸雨主要是由人为因素造成的，是人们向大气中排放大量的酸性物质后，呈气状或颗粒状，随自然界的降水下落形成的。酸雨可导致土壤酸化，破坏土壤营养成分，使大片森林植被和农作物产量减低甚至完全毁坏；导致非金属建筑材料表面硬化，水泥溶解；导致纸类、纺织类、皮革制品类等腐蚀破碎；导致金属的防锈涂料变质而降低保护作用，还会腐蚀、污染建筑物。

第四，大气温度升高。随着城镇化速度的加快，城市建筑群密集，工业生产、交通运输等产生的热量相对密集，柏油路面、水泥路面增多，而它们吸热快且热容量小的特点也是形成部分地区温度升高的原因之一，因此，近地面空气的温度比四周郊区要高一些。这种现象在气象学中称为“热岛效应”。

第五，对全球气候的影响。近年来，越来越多的人开始关注全球气候变化和气候变暖的问题。经研究发现，二氧化碳是引起气候变化的最重要因素之一。从化工厂及各种废气管道排出的二氧化碳，约一半会留在空气里，大气能使短波辐射到达地面，但来自地面的长波辐射却易被大气中的二氧化碳吸收，这样就提升了近地面层空气温度，这称为“温室效应”。经粗略估算，如果大气中二氧化碳的含量增大25%，近地面空气温度可以升高0.5℃～2℃；如果增大100%，近地面空气温度可以升高1.5℃～6℃。有专家认为，如果大气中的二氧化碳含量按现在的速度增加下去，地球的温度会持续升高，甚至会打乱全球数百万人的生活，乃至破坏生态平衡。