多源大氣污染危害性分析及優先級防治技術研究

關鍵詞：多源大氣污染；優先級防治；揮發性有機物

中圖分類號：X51 文獻標志碼：A

前言

在日益復雜的城市與環境管理挑戰中，多源大氣污染已成為影響公眾健康、生態平衡及可持續發展的議題之一。隨著工業化進程的加速、交通流量的激增以及能源結構的多樣化，大氣污染物的來源不再局限于單一工業排放或自然過程，而是呈現出多元化、交織性的特征。這些污染源包括但不限于工業排放、汽車尾氣、農業活動、居民生活以及自然因素等，它們共同作用于大氣環境，形成了復雜的多源大氣污染格局。多源大氣污染由多種污染源共同作用，這些污染源包括工業排放、交通尾氣、農業活動以及生活垃圾等。這些污染源會產生大量污染物，對環境和人類健康構成嚴重威脅。這些污染物通過大氣化學反應形成二次污染物，進一步加劇空氣質量的惡化。為了應對這一問題，許多學者在國內外對多源大氣污染的危害性進行了深入研究，主要集中在污染源解析、污染物排放清單編制和污染特征分析等方面。

通過以往的研究成果，可以對不同污染源的貢獻、各種污染物的排放量及其變化趨勢有了更深入的了解。現基于以往取得的研究成果，對具有多源大氣污染特征的研究區域進行深入分析，研究優先級防治技術。以期通過此研究，期望能夠提高大氣污染治理的效果，實現可持續發展的目標。

1污染危害指數計算

選擇某多源大氣污染區域作為研究區域。該研究區域位于中國中西部地區，氣候屬于溫帶大陸性氣候。該區域山巒起伏，空氣流動性較差，容易出現空氣污染。同時，該區域還是一個工業發達的地區，擁有眾多的重工業企業和化工企業。此外，該區域的交通狀況也較為擁堵，車輛尾氣排放也是大氣污染的主要來源之一。因此該研究區域的大氣污染問題比較嚴重，具有復雜性和多元性等特點，需要采取優先級防治措施。

通過計算污染危害指數，可以客觀、科學地比較不同污染源的危害程度，有針對性地制定治理策略和措施，將有限的資源集中用于危害最嚴重的污染源，以最大程度地減少對植物、生態系統、生物多樣性和環境的危害。

其中，濃度反應系數和生態毒性系數是依據已有研究成果來取值的，取值情況如表1所示。其中，濃度反應系數為反應速率與濃度關系的比值。生態毒性系數為比較毒物毒性大小的統一標準方法和尺度，即參照數值或指標數值。

式（4）中，η酸雨發生概率；γ是指光化學煙霧發生概率。酸雨發生概率與光化學煙霧發生概率數據通過相關文獻獲取。

氮氧化物、揮發性有機物、顆粒污染物以及二氧化硫是大氣污染物的主要構成部分，對環境和人類健康具有較大的危害性。其中：氮氧化物（NO₂）主要來自燃燒過程，不僅對植物具有直接傷害作用，對環境和人類健康也會造成危害；顆粒污染物主要包括PM₁₀和PM_2.5，來源為交通尾氣、工業等，同時也包含自然形成的顆粒物。顆粒物不僅對植物的光合作用、氣孔調節等功能造成影響，還對人體呼吸系統和心血管系統有害，并導致大氣能見度降低；揮發性有機物（VOCs）來自燃燒過程、化學品生產和有機溶劑使用等多種活動。VOCs不僅對植物的光合作用和抗氧化能力造成影響，還是臭氧和細顆粒物的前體物質。

因此，結合植物污染指數、生態系統穩定性污染指數、生物多樣性污染指數和環境問題指數計算的氮氧化物、顆粒污染物、揮發性有機物和二氧化硫的污染危害指數，可表示為式（5）：

2多源大氣污染危害性分析

2.1顆粒物的大氣污染危害性分析

顆粒物表面可以吸附和吸收其他污染物，如有毒化學物質、重金屬和有機物等。這些污染物在顆粒物的攜帶下能夠長距離傳播，并對人類健康和環境造成危害。通過對顆粒物的大氣污染危害性分析，可以評估不同類型污染物與顆粒物的關聯性，準確判斷污染源的影響程度和潛在風險。計算各城市顆粒物的污染危害指數。計算結果見表2。

從表2的計算結果可以看出，12個城市的PM_2.5和PM₁₀的污染危害指數存在較大差異，并且普遍來說，PM_2.5的污染危害指數要高于PM₁₀。這可能是由于不同城市的空氣污染程度、人口規模、經濟水平、氣象條件等多種因素所致。

2.2二氧化硫、氮氧化物的大氣污染危害性分析

二氧化硫是大氣酸性的主要來源之一，在濕度高的條件下與其他大氣污染物一起形成酸雨。酸雨對環境與人體健康均會產生不利影響。氮氧化物可以通過光化學反應和滯留時間的累積導致臭氧生成。此外，氮氧化物還是細顆粒物（PM_2.5）的前體物質之一。臭氧和細顆粒物對人類健康、農作物和生態系統都具有危害性。對于研究區域的12個城市，通過計算各城市氮氧化物、二氧化硫的污染危害指數分析氮氧化物、二氧化硫的大氣污染危害性。計算結果見圖1、圖2。

分析圖1可知，12個城市的二氧化硫的污染危害指數普遍較高。二氧化硫的主要危害是對環境的直接影響。當二氧化硫排放進人大氣后，會與水分和氧氣發生反應，形成硫酸霧或硫酸顆粒物，并最終降落到地面。這些硫酸顆粒物會對土壤、水體和植被產生直接和間接的影響，損害生態系統的健康和功能。與顆粒物相比，二氧化硫污染危害指數相對較低。

分析圖2可知，不同城市的不同氮氧化物的污染危害指數存在較大差異。這可能與不同城市的空氣污染程度、人口規模、經濟水平、氣象條件等因素有關。在大多數城市中，四氧化二氮和五氧化二氮的污染危害指數較高。這是因為這兩種污染物危害較大，且在空氣中停留時間較長。

2.3揮發性有機物的大氣污染危害性分析

對于研究區域的12個城市，分析各種揮發性有機物的污染危害指數，即計算各城市的乙炔、苯、甲苯、二甲苯、丙烯腈、乙醛、丙酮、乙醇、正丙醇、正丁醇的污染危害指數。計算結果見圖3。

分析圖3可知，不同城市的不同氮氧化物，污染危害指數存在差異。在大多數城市中，苯、甲苯、二甲苯、丙烯腈、乙醇、正丙醇、正丁醇的污染危害指數較高。這是因為苯、甲苯、二甲苯等通常用于膠水、油漆、油墨等工業生產過程中。揮發性較大，容易釋放到大氣中，且具有較高的毒性。丙烯腈廣泛用于紡織品、合成纖維和橡膠制品的生產中，而乙醇、正丙醇、正丁醇常見于酒精類飲料和工業中。這些化合物具有較強的毒性與揮發性。因此，在多源大氣污染的防治中，應特別關注苯、甲苯、二甲苯、丙烯腈、乙醇、正丙醇、正丁醇等揮發性有機物的防治工作。

3優先級防治技術說明

綜合來看，由于揮發性有機物危害性最大，應作為優先級最高的防治對象。具體防治技術包括：源頭控制：限制或減少VOCs的排放，通過密閉操作等方式減少VOCs的產生。過程控制：通過吸附、吸收、冷凝、催化燃燒等方法對廢氣中的VOCs實施處理，以降低排放。末端治理：對于已經排放出來的VOCs，采取高效回收、燃燒等處理方法，降低對環境和人體健康的影響。

（1）氮氧化物：由于其危害性次之，應作為次優先級的防治對象。具體防治技術包括：源頭控制：推廣清潔能源，減少燃煤和燃油的使用。過程控制：實施燃燒技術的改進。末端治理：對于已經排放出來的氮氧化物，采取催化還原、吸附等方法實施處理。

（2）顆粒污染物：由于危害性較小，應作為中等優先級的防治對象。具體防治技術包括：源頭控制：加強工業排放控制，要求企業采取有效的措施減少顆粒污染物的排放。過程控制：實施城市綠化，利用植被吸收空氣中的顆粒物。末端治理：對于已經排放出來的顆粒物，采取高效過濾、靜電除塵等方法實施處理。

（3）二氧化硫：由于危害性最小，應作為較低優先級的防治對象。具體防治技術包括：源頭控制：限制或減少二氧化硫的排放，通過改進工藝流程、使用低硫燃料等方式減少二氧化硫的產生。過程控制：采取煙氣脫硫技術，如吸收、吸附、氧化等，降低二氧化硫的排放。末端治理：對于已經排放出來的二氧化硫，采取吸收、吸附等方法實施處理。

在顆粒污染物中，PM_2.5的危害大于PM₁₀。在氮氧化物中，四氧化二氮和五氧化二氮的危害更大。在揮發性有機物中，苯、甲苯、二甲苯、丙烯腈、乙醇、正丙醇、正丁醇的危害大于乙炔、乙醛、丙酮。依據以上試驗結論給出大氣污染物的細化優先級防治方案：對于顆粒污染物來說，PM_2.5的防治優先級更高，PM₁₀較低，因此對PM_2.5實施優先級防治：工業排放控制：對工業排放實施嚴格控制，要求企業采取有效的措施減少PM_2.5的排放。可以采取的措施包括改善燃燒技術、安裝高效除塵設備等；城市綠化：提高城市綠化，利用植被吸收空氣中的PM_2.5。可以通過增加城市綠化面積、種植吸塵植物等方式來實現；交通管制：實施交通管制，減少道路交通的PM_2.5排放。可以采取的措施包括限制高排放車輛進入市區、推廣公共交通等；個人防護：加強個人防護，避免長時間暴露在PM_2.5污染的環境中。可以采取的措施包括佩戴口罩、減少戶外活動等。對PM₁₀實施次級防治：城市道路灑水：定期對城市道路進行灑水，減少道路揚塵帶來的PM₁₀污染；施工揚塵控制：對施工場地實施揚塵控制，要求施工企業采取有效的措施減少揚塵帶來的PM₁₀污染。可以采取的措施包括覆蓋施工場地、定期灑水等；垃圾分類與處理：減少因垃圾處理不當導致的PM₁₀污染。可以采取的措施包括加強垃圾分類教育、推廣垃圾分類投放等。

在氮氧化物中，四氧化二氮和五氧化二氮的危害較大因此需要優先防治。以下是根據防治優先級為四氧化二氮和五氧化二氮制定的詳細防治方案：減少燃料燃燒：減少燃煤和燃油的使用，采用清潔能源，可以減少四氧化二氮和五氧化二氮的排放；改進燃燒技術：實現更完全的燃料燃燒，從而減少四氧化二氮和五氧化二氮的排放。工業改造：對于工業生產過程中產生的四氧化二氮和五氧化二氮，可以采取工業改造措施，如改進工藝流程、采用低氮催化劑等。其他氮氧化物的防治方案：尾氣處理：對于已經排放出來的尾氣中存在的其他氮氧化物，可以采取尾氣處理技術，如采用催化劑、吸附劑等，將它們轉化為無害物質。

在揮發性有機物中，苯、甲苯、二甲苯、丙烯腈、乙醇、正丙醇、正丁醇需要優先防治。以下是根據防治優先級為苯、甲苯、二甲苯、丙烯腈、乙醇、正丙醇、正丁醇制定的詳細防治方案：減少使用：減少以上化合物的使用，開發替代品或者尋找不含這些化合物的替代品；密閉存儲：對于必須存儲這些化合物的場所，應采取密閉措施，防止揮發到大氣中；廢氣處理：對于排放的廢氣，可以采取吸附、吸收、冷凝、催化燃燒等方法實施處理；生產工藝改進：采用更環保的生產工藝，減少生成。乙炔、乙醛、丙酮的次級防治方案：廢水處理：對于產生的廢水，可以采取生物降解等方法進行處理，以減少排放。

4結束語

為了提高大氣污染治理的效果，提出了多源大氣污染危害性分析及優先級防治技術。綜合考慮了植物污染指數、生態系統穩定性污染指數、生物多樣性污染指數和環境問題指數等多個因素，以全面反映不同污染源對植物健康等問題的影響，進而對于研究區域內的幾類主要污染物的污染危害指數展開計算。由此，從顆粒物的大氣污染危害性分析、二氧化硫、氮氧化物的大氣污染危害性分析、揮發性有機物的大氣污染危害性分析三方面完成多源大氣污染危害性分析。最后得出揮發性有機物危害性最大，應作為優先級最高的防治對象。通過源頭控制、過程控制和末端治理完成優先級防治，提高污染治理的效率和效果，為區域環境質量的持續改善和生態文明建設提供有力支撐。