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55. 環境污染防治

章節編輯: Jerry Spiegel 和 Lucien Y. Maystre


 

目錄

表格和數字

環境污染防治
Jerry Spiegel 和 Lucien Y. Maystre

空氣污染管理
Dietrich Schwela 和 Berenice Goelzer

空氣污染:空氣污染物擴散建模
馬里恩·維希曼-菲比格

空氣質量監測
漢斯-烏爾里希·普費弗和彼得·布魯克曼

空氣污染控制
約翰·埃里亞斯

水污染控制
赫伯特·C·普魯爾

丹區污水再生利用項目:案例研究
亞歷山大·多納吉

廢物管理原則
呂西安·梅斯特

固體廢物管理和回收
Niels Jorn Hahn 和 Poul S. Lauridsen

案例研究:加拿大五大湖多媒體污染控制與預防
Thomas Tseng、Victor Shantora 和 Ian R. Smith

清潔生產技術
大衛·貝內特

單擊下面的鏈接以在文章上下文中查看表格。

1. 常見大氣污染物及其來源
2. 測量計劃參數
3. 無機氣體的手動測量程序
4. 無機氣體的自動測量程序
5. 懸浮顆粒物的測量程序
6. 遠距離測量程序
7. 色譜空氣質量測量程序
8. 德國的系統空氣質量監測
9. 選擇污染控制的步驟
10. 二氧化硫空氣質量標準
11. 苯的空氣質量標準
12. 最佳可用控制技術示例
13. 工業氣體:清潔方法
14. 工業過程的樣本排放率
15.  廢水處理操作和流程
16. 調查參數列表
17. 在恢復井調查的參數
18. 廢物來源
19. 物質選擇標準
20. 加拿大二噁英和呋喃排放量減少

人物

指向縮略圖以查看圖片標題,單擊以查看文章上下文中的圖片。

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星期三,三月09 2011 15:25

環境污染防治

在二十世紀的過程中,人們越來越認識到與人類活動相關的環境和公共衛生影響(在本章中討論 環境健康危害) 促進了減少污染影響的方法和技術的開發和應用。 在此背景下,政府採取了監管和其他政策措施(在本章中討論 環境政策) 以盡量減少負面影響並確保達到環境質量標準。

本章的目的是為控制和預防環境污染的方法提供指導。 將介紹消除對水、空氣或土地質量的負面影響所遵循的基本原則; 將考慮重點從控制轉向預防; 並將檢查針對個別環境媒體構建解決方案的局限性。 例如,僅通過不當的固體廢物管理實踐將這些污染物從煙氣中去除痕量金屬以保護空氣是不夠的。 需要集成的多媒體解決方案。

污染控制方法

快速工業化的環境後果導致土地、空氣和水資源場所被有毒物質和其他污染物污染的事件不計其數,威脅著人類和生態系統,帶來嚴重的健康風險。 更廣泛和更密集地使用材料和能源對地方、區域和全球生態系統的質量造成了累積壓力。

在共同努力限制污染的影響之前,環境管理幾乎沒有超出自由放任的容忍範圍,通過處理廢物來避免從短期角度設想的破壞性當地滋擾。 在損壞被確定為不可接受的情況下,例外地承認需要補救。 隨著工業活動步伐的加快和對累積效應的理解的加深,一個 污染控制 範式成為環境管理的主導方法。

兩個具體概念作為控制方法的基礎:

  • 同化能力 概念,它斷言存在特定水平的排放到環境中,不會導致不可接受的環境或人類健康影響
  • 控制原則 概念,假設可以通過控制污染物進入環境的方式、時間和速度來避免環境破壞

 

在污染控制方法下,保護環境的嘗試尤其依賴於將污染物與環境隔離並使用管端過濾器和洗滌器。 這些解決方案往往側重於特定介質的環境質量目標或排放限制,並且主要針對特定環境介質(空氣、水、土壤)中的點源排放。

應用污染控制技術

污染控制方法的應用已證明在控制污染問題方面相當有效 - 特別是那些具有地方特色的問題。 適當技術的應用基於對有關排放物的來源和性質、其與生態系統的相互作用和要解決的環境污染問題的系統分析,以及開發適當技術以減輕和監測污染影響.

在他們關於空氣污染控制的文章中,Dietrich Schwela 和 Berenice Goelzer 解釋了採用綜合方法評估和控制點源和非點源空氣污染的重要性和影響。 他們還強調了正在經歷快速工業化但沒有伴隨早期發展的強大污染控制部分的國家正在應對的挑戰和機遇。

Marion Wichman-Fiebig 解釋了用於模擬空氣污染物擴散以確定和表徵污染問題性質的方法。 這構成了理解要實施的控制和評估其有效性的基礎。 隨著對潛在影響的理解加深,對影響的認識已經從局部擴展到區域再到全球範圍。

Hans-Ulrich Pfeffer 和 Peter Bruckmann 介紹了用於監測空氣質量的設備和方法,以便評估潛在的污染問題並評估控制和預防干預措施的有效性。

John Elias 概述了可以應用的空氣污染控制類型以及在選擇合適的污染控制管理方案時必須解決的問題。

Herbert Preul 在一篇文章中闡述了水污染控制的挑戰,該文章解釋了地球天然水域可能受到點源、非點源和間歇源污染的原因; 調節水污染的基礎; 以及可用於確定控製程序的不同標準。 Preul 解釋了水體接收排放物的方式,並可以對其進行分析和評估以評估和管理風險。 最後,概述了應用於大規模廢水處理和水污染控制的技術。

一個案例研究提供了一個生動的例子,說明如何重複利用廢水——一個在尋找有效利用環境資源的方式方面具有相當重要意義的話題,尤其是在資源匱乏的情況下。 Alexander Donagi 總結了以色列 1.5 萬人口的城市污水處理和地下水補給所採用的方法。

綜合廢物管理

從污染控制的角度來看,廢物被視為生產過程中不需要的副產品,應予以控制,以確保土壤、水和空氣資源的污染不會超過可接受的水平。 Lucien Maystre 概述了在廢物管理中必須解決的問題,提供了與回收和污染預防日益重要的作用的概念聯繫。

為應對與不受限制的廢物管理相關的嚴重污染的廣泛證據,各國政府制定了收集、處理和處置的可接受做法標準,以確保環境保護。 特別注意通過衛生填埋、焚燒和危險廢物處理進行環境安全處置的標準。

為了避免與廢物處理相關的潛在環境負擔和成本,並促進更徹底地管理稀有資源,廢物最小化和回收越來越受到關注。 Niels Hahn 和 Poul Lauridsen 總結了將回收利用作為首選廢物管理策略所解決的問題,並考慮了這對工人接觸的潛在影響。

轉移重點到污染防治

管道末端減排存在將污染從一種介質轉移到另一種介質的風險,在這種情況下,它可能會導致同樣嚴重的環境問題,甚至最終成為同一介質的間接污染源。 雖然不像修復那麼昂貴,但管端減排可以顯著增加生產過程的成本,而不會產生任何價值。 它還通常與監管制度相關聯,監管制度增加了與強制合規相關的其他成本。

雖然污染控制方法在短期改善當地污染問題方面取得了相當大的成功,但它在解決區域(例如酸雨)或全球(例如臭氧消耗)水平上日益受到認可的累積問題方面效果較差.

以健康為導向的環境污染控制計劃的目的是通過將污染減少到盡可能低的水平來提高生活質量。 環境污染控制計劃和政策,其影響和重點因國家而異,涵蓋污染的所有方面(空氣、水、土地等),涉及工業發展、城市規劃、水資源開發和交通等領域的協調政策。

Thomas Tseng、Victor Shantora 和 Ian Smith 提供了一個案例研究示例,說明污染對承受多種壓力的脆弱生態系統——北美五大湖——產生的多媒體影響。 特別檢查了污染控制模型在處理通過環境消散的持久性毒素方面的有限有效性。 通過關註一個國家正在採用的方法及其對國際行動的影響,說明了預防和控制行動的影響。

隨著環境污染控制技術變得越來越複雜和昂貴,人們越來越關注將預防納入工業流程設計的方法——目的是消除有害環境影響,同時提高工業競爭力。 在污染預防方法、清潔技術和有毒物質使用減少的好處中,有可能消除工人暴露於健康風險的風險。

David Bennett 概述了污染預防為何成為首選策略,以及它與其他環境管理方法的關係。 這種方法對於實施向可持續發展的轉變至關重要,可持續發展自 1987 年聯合國貿易和發展委員會發布以來得到廣泛認可,並在 1992 年里約聯合國環境與發展會議 (UNCED) 會議上得到重申。

污染預防方法直接關注流程、實踐、材料和能源的使用,以避免或最大限度地減少源頭污染物和廢物的產生,而不是“附加”減排措施。 雖然企業承諾在追求污染預防的決策中起著關鍵作用(見 Bringer 和 Zoesel 環境政策), Bennett 提請注意減少生態系統和人類健康風險的社會效益——尤其是工人的健康。 他確定了可有效應用於評估採用這種方法的機會的原則。

 

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星期三,三月09 2011 15:30

空氣污染管理

空氣污染管理旨在消除空氣中的氣態污染物、懸浮顆粒物和物理物質,或在一定程度上減少到可接受的水平,這些物質在大氣中的存在會對人類健康造成不利影響(例如,刺激、呼吸系統疾病、發病率、癌症、超額死亡率)或福利(例如感官影響、能見度降低)的發病率或流行率增加、對動植物生命的有害影響、對社會具有經濟價值的材料的破壞以及對環境的破壞(例如,氣候變化)。 與放射性污染物有關的嚴重危害,以及控制和處置這些污染物所需的特殊程序,也值得特別注意。

有效管理室外和室內空氣污染的重要性怎麼強調都不為過。 除非有足夠的控制,否則現代世界污染源的倍增可能會對環境和人類造成無法彌補的破壞。

本文的目的是概述管理機動車和工業源環境空氣污染的可能方法。 然而,從一開始就需要強調室內空氣污染(特別是在發展中國家)可能比室外空氣污染髮揮更大的作用,因為觀察到室內空氣污染物濃度通常遠高於室外濃度。

除了考慮固定或移動源的排放外,空氣污染管理還包括考慮其他因素(例如地形和氣象、社區和政府參與等),所有這些都必須納入一個綜合計劃。 例如,氣象條件會極大地影響同一污染物排放產生的地面濃度。 空氣污染源可能分散在一個社區或一個地區,它們的影響可能會被多個主管部門感受到,或者它們的控制可能涉及多個主管部門。 此外,空氣污染不分國界,一個地區的排放物可能通過長距離傳輸對另一地區產生影響。

因此,空氣污染管理需要多學科方法以及私人和政府實體的共同努力。

空氣污染源

人為空氣污染(或排放源)的來源基本上有兩種類型:

  • 靜止的, 可細分為面源,如農業生產、採礦和採石,工業、點源和麵源,如化學品製造、非金屬礦物產品、基本金屬工業、發電和社區源(例如,家庭和建築物供暖、城市垃圾和污水污泥焚化爐、壁爐、烹飪設施、洗衣服務和清潔設備)
  • 移動, 包括任何形式的內燃機車輛(例如,輕型汽油動力汽車、輕型和重型柴油動力車輛、摩托車、飛機,包括車輛交通排放的氣體和顆粒物的線源)。

 

此外,還有自然污染源(例如,侵蝕區、火山、某些釋放大量花粉的植物、細菌、孢子和病毒的來源)。 本文不討論自然來源。

空氣污染物的種類

空氣污染物通常分為懸浮顆粒物(灰塵、煙霧、薄霧、煙霧)、氣態污染物(氣體和蒸汽)和氣味。 下面列出了一些常見污染物的例子:

懸浮顆粒物 (SPM、PM-10)包括柴油機尾氣、煤飛灰、礦物粉塵(例如煤、石棉、石灰石、水泥)、金屬粉塵和煙霧(例如鋅、銅、鐵、鉛)和酸霧(例如、硫酸)、氟化物、油漆顏料、農藥霧、炭黑和油煙。 懸浮顆粒污染物除了會引發呼吸道疾病、癌症、腐蝕、破壞植物生命等影響外,還可能構成公害(例如,污垢堆積)、干擾陽光(例如,由於空氣污染而形成煙霧和霾)光散射)並作為吸附化學物質反應的催化表面。

氣態污染物 包括硫化合物(例如,二氧化硫(SO2) 和三氧化硫 (SO3))、一氧化碳、氮化合物(如一氧化氮 (NO)、二氧化氮 (NO2)、氨)、有機化合物(例如碳氫化合物(HC)、揮發性有機化合物(VOC)、多環芳烴(PAH)、醛類)、鹵素化合物和鹵素衍生物(例如HF和HCl)、硫化氫、二硫化碳和硫醇(氣味)。

二次污染物可能由熱、化學或光化學反應形成。 例如,通過熱作用,二氧化硫可以氧化成三氧化硫,三氧化硫溶解在水中,形成硫酸霧(由錳和鐵的氧化物催化)。 氮氧化物與活性碳氫化合物之間的光化學反應可產生臭氧(O3)、甲醛和過氧乙酰硝酸酯(PAN); HCl與甲醛反應生成雙氯甲醚。

而一些 異味 已知是由特定化學試劑引起的,例如硫化氫 (H2S)、二硫化碳(CS2) 和硫醇(R-SH 或 R1-S-R2),其他很難在化學上定義。

表 1 列出了與某些工業空氣污染源相關的主要污染物示例(Economopoulos 1993)。

表 1. 常見大氣污染物及其來源

類別

資源

排放污染物

農業

露天焚燒

SPM、一氧化碳、揮發性有機化合物

採礦和
採石場

採煤

原油
和天然氣生產

有色金屬礦開採

石材採石

教育文憑,所以2,沒有x, 揮發性有機化合物

SO2

SPM, 鉛

SPM

生產製造

食品、飲料和煙草

紡織和皮革工業

木製品

紙製品、印刷

SPM、一氧化碳、揮發性有機化合物、氫氣2S

揮發性有機化合物

揮發性有機化合物

教育文憑,所以2, 一氧化碳, 揮發性有機化合物, H2S、R-SH

生產
化學品

鄰苯二甲酸酐

氯鹼

鹽酸

氫氟酸

硫酸

硝酸

磷酸

氧化鉛和顏料

碳酸鈉

電石

己二酸

烷基鉛

馬來酸酐和
對苯二甲酸

肥料和
農藥生產

硝酸銨

硫酸銨

合成樹脂,塑料
材料、纖維

油漆、清漆、漆

肥皂

炭黑和油墨

三硝基甲苯

教育文憑,所以2, 一氧化碳, 揮發性有機化合物

Cl2

鹽酸

氟化矽、氟化矽4

SO2,SO3

沒有x

文憑, 中文2

SPM, 鉛

教育文憑,所以2,沒有x, 一氧化碳, 揮發性有機化合物, NH3

文憑、新罕布什爾州3

SPM

文憑, 沒有x, 一氧化碳, 揮發性有機化合物

Pb

一氧化碳、揮發性有機化合物

文憑、新罕布什爾州3

文憑、新罕布什爾州3,HNO3

VOC

SPM、VOC、H2小號, CS2

揮發性有機化合物

SPM

教育文憑,所以2,沒有x, 一氧化碳, 揮發性有機化合物, H2S

教育文憑,所以2,沒有x,SO3,HNO3

煉油廠

其他產品
石油和煤炭

教育文憑,所以2,沒有x, 一氧化碳, 揮發性有機化合物

非金屬礦物
產品製造

玻璃製品

結構粘土產品

水泥、石灰和石膏

教育文憑,所以2,沒有x, 一氧化碳, 揮發性有機化合物, F

教育文憑,所以2,沒有x, 一氧化碳, 揮發性有機化合物, F2

教育文憑,所以2,沒有x,一氧化碳

基礎金屬工業

鐵和鋼

有色金屬行業

教育文憑,所以2,沒有x, 一氧化碳, 揮發性有機化合物, 鉛

教育文憑,所以2, 氟, 鉛

發電

電力、燃氣和蒸汽

教育文憑,所以2,沒有x, 一氧化碳, 揮發性有機化合物, SO3, 鉛

批發和
零售業

燃料儲存、加註作業

VOC

交通

 

教育文憑,所以2,沒有x, 一氧化碳, 揮發性有機化合物, 鉛

社區服務

市政焚化爐

教育文憑,所以2,沒有x, 一氧化碳, 揮發性有機化合物, 鉛

資料來源:Economopoulos 1993

清潔空氣實施計劃

空氣質量管理旨在通過規定可容忍的污染程度來保護環境質量,讓地方當局和污染者制定和實施行動以確保不會超過該污染程度。 這種方法中的立法示例是採用環境空氣質量標準,通常基於針對不同污染物的空氣質量指南(WHO 1987); 這些是目標區域(例如,社區特定地點的地面)可接受的最大污染物水平(或指標),可以是一級或二級標準。 初級標準(WHO 1980)是符合足夠安全裕度和保護公眾健康的最高水平,必須在特定時限內遵守; 次要標準是那些被認為對於防止除健康危害(主要是植被)以外已知或預期的不利影響所必需的標準,並且必須“在合理的時間內”遵守。 空氣質量標準是短期、中期或長期值,適用於每天 24 小時、每週 7 天,以及所有活體(包括兒童、老人和老年人等敏感亞群)的每月、每季或每年的暴露情況。生病)以及非生命體; 這與職業接觸的最大允許水平形成對比,職業接觸的最大允許水平適用於成年和假定健康的工人每週部分接觸(例如,每天 8 小時,每週 5 天)。

空氣質量管理的典型措施是源頭控制措施,例如,在車輛中強制使用催化轉化器或在焚化爐中執行排放標準、土地使用規劃和關閉工廠或在不利天氣條件下減少交通量. 最好的空氣質量管理強調空氣污染物排放應保持在最低水平; 這基本上是通過單一空氣污染源的排放標準來定義的,並且可以通過例如封閉系統和高效收集器等工業來源來實現。 排放標準是對從源排放的污染物的數量或濃度的限制。 此類立法要求為每個行業決定控制其排放的最佳方式(即確定排放標準)。

空氣污染管理的基本目標是製定清潔空氣實施計劃(或空氣污染減排計劃)(Schwela 和 Köth-Jahr 1994),其中包括以下要素:

  • 地形、氣象和社會經濟方面的區域描述
  • 排放清單
  • 與排放標準的比較
  • 空氣污染物濃度清單
  • 模擬空氣污染物濃度
  • 與空氣質量標準的比較
  • 對公眾健康和環境的影響清單
  • 因果分析
  • 控制措施
  • 控制措施的成本
  • 公共衛生成本和環境影響
  • 成本效益分析(控製成本與努力成本)
  • 交通和土地使用規劃
  • 執行計劃; 資源承諾
  • 對未來人口、交通、工業和燃料消耗的預測
  • 後續行動的策略。

 

下面將描述其中一些問題。

排放清單; 與排放標準的比較

排放清單是給定區域中源及其單獨排放的最完整列表,盡可能準確地估計所有排放點、線和區域(擴散)源。 當將這些排放量與為特定來源設定的排放標准進行比較時,如果不遵守排放標準,就會給出可能的控制措施的第一個提示。 排放清單還用於根據污染物排放量評估重要來源的優先列表,並指出不同來源的相對影響——例如,與工業或住宅來源相比的交通。 排放清單還可以估算那些難以進行環境濃度測量或執行起來成本太高的污染物的空氣污染物濃度。

空氣污染物濃度清單; 與空氣質量標準的比較

空氣污染物濃度清單以年度平均值、百分位數和這些數量的趨勢總結了環境空氣污染物的監測結果。 為此類清單測量的化合物包括:

  • 二氧化硫
  • 氮氧化物
  • 懸浮顆粒物
  • 一氧化碳
  • 臭氧
  • 重金屬(Pb、Cd、Ni、Cu、Fe、As、Be)
  • 多環芳烴:苯並(a)芘、苯並(e)芘、苯並(a)蒽、二苯並(啊)蒽、苯並志)苝, 冕
  • 揮發性有機化合物: n-己烷、苯、3-甲基己烷, n-庚烷、甲苯、辛烷、乙苯二甲苯 (o-,m-,p-), n-壬烷、異丙苯、丙苯、 n-2-/3-/4-乙基甲苯、1,2,4-/1,3,5-三甲基苯、三氯甲烷、1,1,1 三氯乙烷、四氯甲烷、三-/四氯乙烯。

 

將空氣污染物濃度與空氣質量標准或指南(如果存在)進行比較,可以指出必須進行因果分析的問題區域,以找出造成不合規情況的原因。 必須使用擴散建模來執行此因果分析(請參閱“空氣污染:空氣污染物擴散建模”)。 “空氣質量監測”中描述了當今環境空氣污染監測中使用的設備和程序。

模擬空氣污染物濃度; 與空氣質量標準的比較

從排放清單開始,由於經濟原因,無法在環境空氣中全部監測數千種化合物,使用擴散模型可以幫助估算更多“奇異”化合物的濃度。 在合適的擴散模型中使用合適的氣象參數,可以估算年平均值和百分位數,並與空氣質量標准或指南(如果存在)進行比較。

對公眾健康和環境的影響清單; 因果分析

另一個重要的信息來源是影響清單(Ministerium für Umwelt 1993),它包括給定區域的流行病學研究結果以及在生物和物質受體(例如植物、動物和建築)中觀察到的空氣污染影響的結果金屬和建築石材。 觀察到的歸因於空氣污染的影響必鬚根據造成特定影響的成分進行因果分析——例如,污染地區慢性支氣管炎患病率增加。 如果在因果分析(化合物-因果分析)中確定了一種或多種化合物,則必須進行第二次分析以找出負責的來源(來源-因果分析)。

控制措施; 控制措施成本

工業設施的控制措施包括充足、設計良好、安裝良好、運行有效和維護良好的空氣淨化設備,也稱為分離器或收集器。 分離器或收集器可以定義為“用於將以下任何一種或多種物質從懸浮或混合的氣體介質中分離出來的裝置:固體顆粒(過濾器和除塵器)、液體顆粒(過濾器和液滴分離器)和氣體(氣體淨化器)”。 空氣污染控制設備的基本類型(在“空氣污染控制”中進一步討論)如下:

  • 對於顆粒物:慣性分離器(例如旋風分離器); 織物過濾器(袋式除塵器); 靜電除塵器; 濕式收集器(洗滌器)
  • 對於氣態污染物:濕式收集器(洗滌器); 吸附單元(例如吸附床); 加力燃燒器,可以直接燃燒(熱焚化)或催化(催化燃燒)。

 

濕式收集器(洗滌器)可用於同時收集氣態污染物和顆粒物。 此外,某些類型的燃燒裝置可以燃燒可燃氣體和蒸汽以及某些可燃氣體。 根據流出物的類型,可以使用一種或多種收集器的組合。

可通過化學方法識別的氣味的控制依賴於對散發氣味的化學試劑的控制(例如,通過吸收、通過焚燒)。 然而,當氣味在化學上沒有定義或發現產生劑的含量極低時,可以使用其他技術,例如掩蔽(通過更強、更令人愉快和無害的試劑)或抵消(通過抵消或部分抵消的添加劑)中和令人討厭的氣味)。

應該記住,充分的操作和維護對於確保收集器的預期效率是必不可少的。 從專業知識和財務角度來看,這應該在規劃階段得到確保。 能源需求不容忽視。 在選擇空氣淨化設備時,不僅要考慮初始成本,還要考慮運營和維護成本。 在處理高毒污染物時,應確保高效,並有專門的維護和廢物處理程序。

工業設施的基本控制措施如下:

材料的替代. 示例:在某些工業過程中使用毒性較小的溶劑替代劇毒溶劑; 使用含硫量較低的燃料(例如,洗過的煤),因此產生較少的硫化合物等。

工業過程或設備的修改或變更. 示例:在鋼鐵行業,從原礦到球團燒結礦的轉變(以減少礦石處理過程中釋放的粉塵); 使用封閉系統而不是開放系統; 將燃料加熱系統改為蒸汽、熱水或電力系統; 在排氣口(燃燒過程)使用催化劑等。

工藝以及工廠佈局的修改也可能促進和/或改善污染物擴散和收集的條件。 例如,不同的工廠佈局可能有助於安裝局部排氣系統; 以較低速率執行的過程可能允許使用特定的收集器(有體積限制但在其他方面足夠)。 集中不同污水源的工藝改造與處理的污水量密切相關,一些空氣淨化設備的效率隨著污水中污染物濃度的增加而提高。 材料的替代和工藝的修改都可能有技術和/或經濟限制,這些都應該加以考慮。

充足的內務管理和存儲. 示例:食品和動物產品加工過程中的嚴格衛生; 避免露天存放化學品(例如,硫磺堆)或多塵材料(例如,沙子),或者,如果做不到這一點,用水噴灑鬆散顆粒堆(如果可能)或應用表面塗層(例如,潤濕劑,塑料)到成堆的可能釋放污染物的材料。

適當處置廢物. 示例:避免簡單地堆積化學廢物(例如聚合反應器產生的廢料),以及將污染物質(固體或液體)傾倒在水流中。 後一種做法不僅會造成水污染,還會造成空氣污染的二次來源,例如亞硫酸鹽法製漿廠的液體廢物會釋放出令人討厭的有氣味的氣態污染物。

保養. 示例:維護良好且調整良好的內燃機產生較少的一氧化碳和碳氫化合物。

工作實踐. 示例:在噴灑殺蟲劑時考慮氣象條件,尤其是風。

類比工作場所的適當做法,社區層面的良好做法可以有助於空氣污染控制——例如,改變機動車的使用(更多的集體交通、小型汽車等)和控制供暖設施(更好建築物的隔熱,以便需要更少的供暖、更好的燃料等)。

車輛排放控制措施充分有效 對現有車隊實施強制檢查和維護計劃,在新車中強制使用催化轉化器的計劃,積極用太陽能/電池驅動的汽車替代燃油驅動的汽車、道路交通管制以及交通和土地使用規劃概念。

機動車排放是通過控制車輛每英里行駛排放量 (VMT) 和控制 VMT 本身來控制的 (Walsh 1992)。 通過控制新車和在用車的車輛性能(硬件、維護),可以減少每 VMT 的排放量。 可通過降低鉛或硫含量來控制含鉛汽油的燃料成分,這也對減少車輛的 HC 排放具有有益作用。 降低柴油燃料中的硫含量作為降低柴油微粒排放的手段具有增加催化控制柴油微粒和有機 HC 排放的潛力的額外有益效果。

另一個減少車輛蒸發和加油排放的重要管理工具是控制汽油揮發性。 控制燃料揮發性可以大大降低車輛蒸發 HC 排放。 只要不增加燃料揮發性,在汽油中使用含氧添加劑可降低 HC 和 CO 排放。

減少 VMT 是通過控制策略控制車輛排放的另一種方法,例如

  • 使用更高效的交通方式
  • 增加每輛車的平均乘客人數
  • 分散擁擠的高峰交通負荷
  • 減少出行需求。

 

雖然這些方法促進了燃料節約,但它們尚未被普通民眾接受,政府也沒有認真嘗試實施它們。

除了替代電動汽車之外,所有這些解決機動車問題的技術和政治解決方案都越來越多地被汽車保有量的增長所抵消。 只有以適當的方式解決增長問題,才能解決車輛問題。

公共衛生成本和環境影響; 成本效益分析

估計公共衛生和環境影響的成本是清潔空氣實施計劃中最困難的部分,因為很難估計終生減少致殘疾病的價值、住院率和損失的工作時間。 然而,為了在公共衛生和環境影響方面平衡控制措施的成本與不採取此類措施的成本,這種估計以及與控制措施成本的比較是絕對必要的。

交通和土地利用規劃

污染問題與土地使用和交通密切相關,包括社區規劃、道路設計、交通管制和公共交通等問題; 對人口、地形和經濟的關注; 和社會關注(Venzia 1977)。 總的來說,由於土地利用和交通不當,快速增長的城市群存在嚴重的污染問題。 空氣污染控制的交通規劃包括交通控制、交通政策、公共交通和高速公路擁堵成本。 交通管制在公平、壓制以及社會和經濟破壞方面對公眾產生重要影響——特別是直接交通管制,例如機動車限制、汽油限制和機動車減排。 可以可靠地估計和核實直接控制導致的減排量。 間接交通管制,例如通過改善公共交通系統減少車輛行駛里程、交通流量改善法規、停車場法規、道路和汽油稅、汽車使用許可和對自願方法的激勵措施,主要基於過去的試驗和-錯誤經驗,並在嘗試制定可行的運輸計劃時包含許多不確定性。

涉及間接交通管制的國家行動計劃可能會影響有關高速公路、停車場和購物中心的交通和土地使用規劃。 對交通系統和受其影響的區域進行長期規劃將防止空氣質量顯著惡化並確保符合空氣質量標準。 公共交通一直被認為是城市空氣污染問題的潛在解決方案。 選擇一個公共交通系統為一個地區提供服務,以及高速公路使用和公共汽車或鐵路服務之間的不同模式劃分將最終改變土地使用模式。 有一個最佳的分割,可以最大限度地減少空氣污染; 然而,當考慮到非環境因素時,這可能是不可接受的。

汽車被稱為有史以來最大的經濟外部性發生器。 其中一些,如工作和流動性,是積極的,但消極的,如空氣污染、導致死亡和受傷的事故、財產損失、噪音、時間損失和惡化,得出的結論是交通不是城市化地區成本下降的行業。 高速公路擁堵成本是另一種外部性; 然而,損失的時間和擁堵成本很難確定。 如果工作旅行的旅行成本不包括擁堵成本,則無法獲得對競爭交通方式(例如公共交通)的真實評估。

空氣污染控制的土地使用規劃包括分區規範和性能標準、土地使用控制、住房和土地開發以及土地使用規劃政策。 土地利用分區是實現對人民、他們的財產和他們的經濟機會的保護的初步嘗試。 然而,空氣污染物無處不在,需要的不僅僅是工業區和住宅區的物理隔離來保護個人。 出於這個原因,最初基於美學或定性決定的性能標準被引入一些分區代碼,以試圖量化識別潛在問題的標準。

長期土地利用規劃必須確定環境同化能力的局限性。 然後,可以製定土地使用控制,以在所需的當地活動之間公平地分配容量。 土地使用控制包括審查新固定源的許可製度、工業區和住宅區之間的分區規定、地役權或購買土地的限制、受體位置控制、排放密度分區和排放分配規定。

旨在讓許多無力負擔房屋所有權的住房政策(例如稅收優惠和抵押貸款政策)刺激了城市擴張並間接阻礙了高密度住宅的開發。 這些政策現在已被證明是環境災難性的,因為沒有考慮同時開發高效的交通系統來滿足正在開發的眾多新社區的需求。 從這一發展中吸取的教訓是,應協調對環境有影響的項目,並在問題發生的層面上進行全面規劃,規模要大到足以包括整個系統。

必須在國家、省或州、地區和地方各級審查土地使用規劃,以充分確保對環境的長期保護。 政府計劃通常從發電廠選址、礦產開採地點、沿海分區和沙漠、山區或其他娛樂開發開始。 由於特定地區的多個地方政府無法充分解決區域環境問題,地區政府或機構應通過監督新建築和使用以及交通設施的空間佈局和位置來協調土地開發和密度模式。 土地使用和交通規劃必須與法規的執行相互關聯,以保持理想的空氣質量。 理想情況下,空氣污染控制應由進行土地利用規劃的同一區域機構進行規劃,因為與這兩個問題相關的重疊外部性。

執行計劃,資源承諾

清潔空氣實施計劃應始終包含一個執行計劃,說明如何執行控制措施。 這也意味著資源承諾,根據污染者付費原則,將說明污染者必須實施的措施以及政府將如何幫助污染者履行承諾。

對未來的預測

在預防計劃的意義上,清潔空氣實施計劃還應包括對人口、交通、工業和燃料消耗趨勢的估計,以評估對未來問題的反應。 這將通過在想像的問題發生之前就採取措施來避免未來的壓力。

後續策略

空氣質量管理後續策略包括有關如何實施未來清潔空氣實施計劃的計劃和政策。

環境影響評價的作用

環境影響評估 (EIA) 是負責機構就顯著影響人類環境質量的擬議行動的環境影響提供詳細聲明的過程 (Lee 1993)。 EIA 是一種預防工具,旨在在計劃或項目開發的早期階段考慮人類環境。

環境影響評估對於在經濟調整和結構調整框架內開發項目的國家尤為重要。 環境影響評估已成為許多發達國家的立法,現在越來越多地應用於發展中國家和經濟轉型國家。

考慮到不同環境媒介之間的相互作用,從綜合環境規劃和管理的意義上說,EIA 是綜合性的。 另一方面,環境影響評估將環境後果的估計納入規劃過程,從而成為可持續發展的工具。 EIA 在收集、分析和應用科學和技術數據時還結合了技術和參與屬性,同時考慮到質量控制和質量保證,並強調環境機構與可能受特定項目影響的公眾之間在許可程序之前進行協商的重要性. 清潔空氣實施計劃可被視為與空氣相關的環境影響評估程序的一部分。

 

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星期三,三月09 2011 15:34

空氣污染:空氣污染物擴散建模

空氣污染建模的目的是估計由工業生產過程、意外排放或交通等造成的室外污染物濃度。 空氣污染模型用於確定污染物的總濃度,以及找出異常高水平的原因。 對於規劃階段的項目,可提前估算對現有負擔的額外貢獻,並可優化排放條件。

圖 1. 全球環境監測系統/空氣污染管理

EPC020F1

根據為相關污染物定義的空氣質量標準,年平均值或短時峰值濃度值得關注。 通常必須在人們活躍的地方確定濃度 - 即在離地面約兩米高的地表附近。

影響污染物擴散的參數

影響污染物擴散的參數有兩類:源參數和氣象參數。 對於源參數,濃度與排放的污染物量成正比。 如果涉及粉塵,則必須知道顆粒直徑以確定材料的沉降和沈積 (VDI 1992)。 由於堆高越大,表面濃度越低,因此也必須知道該參數。 此外,濃度取決於廢氣的總量,以及它的溫度和速度。 如果廢氣的溫度超過周圍空氣的溫度,則氣體將受到熱浮力的影響。 其排氣速度可根據煙囪內徑和排氣量計算得出,會引起動力動量浮力。 經驗公式可用於描述這些特徵(VDI 1985;Venkatram 和 Wyngaard 1988)。 必須強調的是,造成熱動量浮力的不是所討論污染物的質量,而是總氣體的質量。

影響污染物擴散的氣象參數是風速和風向,以及垂直熱分層。 污染物濃度與風速的倒數成正比。 這主要是由於加速運輸。 此外,湍流混合隨著風速的增加而增加。 由於所謂的反轉(即溫度隨高度增加的情況)阻礙了湍流混合,在高度穩定的分層過程中觀察到最大表面濃度。 相反,對流情況會加強垂直混合,因此顯示出最低的濃度值。

空氣質量標準——例如,年度平均值或 98 個百分位數——通常基於統計數據。 因此,需要相關氣象參數的時間序列數據。 理想情況下,統計數據應基於十年的觀察。 如果只有較短的時間序列可用,則應確定它們在較長時期內是否具有代表性。 例如,這可以通過分析來自其他觀測站點的較長時間序列來完成。

所使用的氣象時間序列也必須代表所考慮的地點——也就是說,它必須反映當地特徵。 這對於基於分佈峰值分數(如 98 個百分位數)的空氣質量標準特別重要。 如果手頭沒有這樣的時間序列,可以使用氣象流量模型從其他數據中計算出一個時間序列,如下所述。

 


 

國際監測計劃

世界衛生組織 (WHO)、世界氣象組織 (WMO) 和聯合國環境規劃署 (UNEP) 等國際機構已製定監測和研究項目,以澄清空氣污染所涉及的問題,並促進採取措施防止公共衛生以及環境和氣候條件進一步惡化。

全球環境監測系統 GEMS/Air(WHO/UNEP 1993)由 WHO 和 UNEP 組織和讚助,並製定了一個綜合計劃來提供合理的空氣污染管理工具(見圖 55.1.[EPC01FE] 該計劃的核心是二氧化硫、懸浮顆粒物、鉛、氮氧化物、一氧化碳和臭氧等城市空氣污染物濃度的全球數據庫。然而,與該數據庫同樣重要的是提供管理工具,例如快速排放清單指南、程序用於擴散模型、人口暴露估計、控制措施和成本效益分析。在這方面,GEMS/Air 提供方法審查手冊(WHO/UNEP 1994、1995),對空氣質量進行全球評估,促進評估的審查和驗證, 作為數據/信息經紀人,製作支持空氣質量管理各個方面的技術文件,促進建立監測部門,進行和廣泛分發年度審查,並建立或確定區域合作中心和/或專家,以根據區域的需要協調和支持活動。 (WHO/UNEP 1992, 1993, 1995)

全球大氣監視網 (GAW) 計劃(Miller 和 Soudine 1994)提供有關大氣化學成分和相關物理特性及其趨勢的數據和其他信息,目的是了解不斷變化的大氣成分與全球氣候變化之間的關係和區域氣候、潛在有害物質在陸地、淡水和海洋生態系統中的遠距離大氣傳輸和沈積,以及全球大氣/海洋/生物圈系統中化學元素的自然循環,以及對其的人為影響。 GAW 計劃包括四個活動領域:全球臭氧觀測系統(GO3OS)、全球背景大氣成分監測,包括背景空氣污染監測網絡(BAPMoN); 大氣污染物在不同時間和空間尺度上在陸地和海洋上的擴散、輸送、化學轉化和沈降; 大氣和其他環境部分之間的污染物交換; 和綜合監控。 GAW 最重要的方面之一是建立質量保證科學活動中心,以監督 GAW 產生的數據的質量。


 

 

空氣污染建模的概念

如上所述,污染物的擴散取決於排放條件、運輸和湍流混合。 使用描述這些特徵的完整方程稱為歐拉色散建模 (Pielke 1984)。 通過這種方法,必須在虛擬空間網格上的每個點和不同的時間步長中確定所討論污染物的收益和損失。 由於該方法非常複雜,耗費計算機時間,通常無法常規處理。 但是,對於許多應用程序,可以使用以下假設對其進行簡化:

  • 排放條件不隨時間變化
  • 運輸途中氣象條件無變化
  • 風速超過 1 m/s。

 

在這種情況下,上述方程可以解析求解。 所得公式描述了具有高斯濃度分佈的羽流,即所謂的高斯羽流模型 (VDI 1992)。 分佈參數取決於氣象條件和下風距離以及煙囪高度。 它們必鬚根據經驗來確定(Venkatram 和 Wyngaard 1988)。 高斯煙團模型 (VDI 1994) 可以描述排放和/或氣象參數在時間和/或空間上變化相當大的情況。 在這種方法下,不同的煙團以固定的時間步長發出,每個煙團根據當前的氣象條件遵循自己的路徑。 在途中,每一團煙團都根據湍流混合而增長。 同樣,描述這種增長的參數必鬚根據經驗數據確定(Venkatram 和 Wyngaard 1988)。 然而,必須強調的是,為了實現這一目標,輸入參數必須在時間和/或空間上具有必要的分辨率。

關於意外釋放或單個案例研究,拉格朗日或粒子模型(VDI 指南 3945, 第 3 部分) 被推薦。 因此,概念是計算許多粒子的路徑,每個粒子代表固定數量的相關污染物。 各個路徑由平均風的傳輸和隨機擾動組成。 由於隨機部分,路徑並不完全一致,而是通過湍流描述混合物。 原則上,拉格朗日模型能夠考慮複雜的氣象條件——尤其是風和湍流; 通過下述流動模型計算的場可用於拉格朗日擴散建模。

複雜地形中的色散建模

如果必須在結構化地形中確定污染物濃度,則可能需要在建模中包括地形對污染物擴散的影響。 例如,此類影響是沿地形結構的運輸,或像海風或山風這樣的熱風系統,它們會在一天中改變風向。

如果這種影響發生在比模型區域大得多的範圍內,則可以使用反映當地特徵的氣象數據來考慮這種影響。 如果沒有此類數據,則可以使用相應的流動模型來獲得地形對流動的三維結構。 基於這些數據,擴散建模本身可以假設水平均勻性來執行,如上文在高斯羽流模型的情況下所述。 然而,在模型區域內風況變化較大的情況下,擴散建模本身必須考慮受地形結構影響的三維流動。 如上所述,這可以通過使用高斯粉撲或拉格朗日模型來完成。 另一種方法是執行更複雜的歐拉建模。

為了根據地形結構地形確定風向,可以使用質量一致或診斷流模型(Pielke 1984)。 使用這種方法,通過盡可能少地改變初始值並保持其質量一致來使流量適應地形。 由於這是一種可以快速得出結果的方法,如果沒有可用的觀測數據,它也可以用於計算某個站點的風統計數據。 為此,使用了地轉風統計數據(即來自 rawinsondes 的高空數據)。

然而,如果必須更詳細地考慮熱風系統,則必須使用所謂的預測模型。 根據模型區域的規模和陡度,流體靜力或更複雜的非流體靜力方法是合適的 (VDI 1981)。 這種類型的模型需要強大的計算機能力,以及豐富的應用經驗。 一般而言,這些模型無法根據年度平均值確定濃度。 相反,可以通過僅考慮一個風向以及導致最高表面濃度值的那些風速和分層參數來執行最壞情況研究。 如果這些最壞情況下的值沒有超過空氣質量標準,則沒有必要進行更詳細的研究。

圖 2. 模型區域的地形結構

EPC30F1A

圖 2、圖 3 和圖 4 展示了污染物的傳輸和分佈如何與地形和風氣​​候的影響相關,這些影響是從地表和地轉風頻率中得出的。

圖 3. 根據地轉頻率分佈確定的地表頻率分佈

EPC30F1B

圖 4. 根據異質風場的地轉頻率分佈計算的假設區域的年平均污染物濃度

EPC30F1C

低源情況下的擴散建模

考慮到由低源造成的空氣污染(即煙囪高度與建築物高度或道路交通排放的量級相當),必須考慮周圍建築物的影響。 道路交通排放物將被困在一定數量的街道峽谷中。 已經發現經驗公式可以描述這一點(Yamartino 和 Wiegand 1986)。

從位於建築物上的低煙囪排放的污染物將在建築物背風側的循環中被捕獲。 這種背風環流的範圍取決於建築物的高度和寬度,以及風速。 因此,在這種情況下,僅根據建築物的高度來描述污染物擴散的簡化方法通常是無效的。 背風環流的垂直和水平範圍已從風洞研究(Hosker 1985)中獲得,並且可以在質量一致性診斷模型中實施。 一旦確定了流場,就可以用它來計算排放污染物的傳輸和湍流混合。 這可以通過拉格朗日或歐拉分散建模來完成。

更詳細的研究——例如,關於意外釋放——只能通過使用非流體靜力學流動和擴散模型而不是診斷方法來進行。 由於這通常需要很高的計算機能力,因此建議在完整的統計建模之前採用上述最壞情況的方法。

 

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星期三,三月09 2011 15:40

空氣質量監測

空氣質量監測是指系統測量環境空氣污染物,以便能夠根據觀察到的影響得出的標準和指南評估易受傷害的受體(例如,人、動物、植物和藝術品)的暴露情況,和/或確定空氣污染的來源(原因分析)。

環境空氣污染物濃度受有害物質排放的空間或時間變化及其在空氣中擴散的動態影響。 因此,會出現顯著的每日和每年濃度變化。 幾乎不可能以統一的方式確定所有這些不同的空氣質量變化(用統計語言,空氣質量狀態的人口)。 因此,環境空氣污染物濃度測量總是具有隨機空間或時間樣本的特徵。

測量計劃

測量計劃的第一步是盡可能準確地制定測量目的。 空氣質量監測的重要問題和操作領域包括:

面積測量:

  • 一個區域暴露的代表性測定(一般空氣監測)
  • 計劃設施區域預先存在的污染的代表性測量(許可證,TA Luft(技術指導,空氣))
  • 霧霾預警(冬季霧霾、臭氧濃度高)
  • 在空氣污染熱點進行測量以估計受體的最大暴露量(EU-NO2 指導方針,根據德國聯邦排放控制法在街道峽谷中進行測量)
  • 檢查污染減排措施的結果和隨時間變化的趨勢
  • 篩選測量
  • 科學調查——例如,空氣污染的傳輸、化學轉化、校準擴散計算。

 

設施測量:

  • 回應投訴的措施
  • 查明排放源,原因分析
  • 火災和意外洩漏情況下的測量
  • 檢查減排措施是否成功
  • 監測工廠無組織排放。

 

測量計劃的目標是使用適當的測量和評估程序以足夠的確定性和盡可能低的費用回答特定問題。

表 1 列出了測量規劃中應使用的參數示例,該示例與規劃工業設施區域的空氣污染評估有關。 認識到正式要求因司法管轄區而異,應注意此處具體參考了德國工業設施的許可程序。

表 1 環境空氣污染濃度測量規劃參數(附應用實例)

參數

應用示例:許可程序
德國的工業設施

問題陳述

在許可程序中測量先前的污染; 代表性隨機探針測量

測量面積

圍繞半徑為實際煙囪高度 30 倍的位置(簡化)

評估標準(取決於地點和時間):要評估的特徵值
從測量數據中獲得

TA Luft(技術說明,空氣)的閾值限制 IW1(算術平均值)和 IW2(第 98 個百分位數); 根據 1 公里的測量值計算 I2(算術平均值)和 I98(第 1 個百分位數)2 (評估表面)與 IW1 和 IW2 進行比較

排序、選擇和密度
測量點

1km定期掃描2,導致測量點的“隨機”選擇

測量時間段

1年,至少6個月

測量高度

離地1.5至4米

測量頻率

每個評估區域對氣態污染物進行 52 (104) 次測量,具體取決於污染的高度

每次測量的持續時間

氣態污染物1/2小時,懸浮塵24小時,降塵1個月

測量時間

隨機選擇

測量對象

規劃設施排放的空氣污染

測量程序

國家標準測量程序(VDI指南)

測量結果必要的確定性

質量要求、質量控制、校準、維護

VDI 指南

記錄測量數據、驗證、存檔、評估

計算每個評估區域的數據量I1V和I2V

費用

取決於測量區域和目標

 

表1中的示例顯示了一個測量網絡的情況,該測量網絡應該盡可能具有代表性地監測特定區域的空氣質量,並與指定的空氣質量限值進行比較。 這種方法背後的想法是隨機選擇測量地點,以便平均覆蓋空氣質量不同的區域(例如,生活區、街道、工業區、公園、市中心、郊區)。 由於需要測量站點的數量,這種方法在大面積區域可能成本很高。

因此,測量網絡的另一個概念是從有代表性地選擇的測量站點開始的。 如果在最重要的位置進行不同空氣質量的測量,並且已知受保護物體在這些“微環境”中停留的時間長度,則可以確定暴露程度。 這種方法可以擴展到其他微環境(例如,室內房間、汽車)以估計總暴露量。 擴散建模或篩選測量有助於選擇正確的測量點。

第三種方法是在假定的最高暴露點進行測量(例如,對於 NO2 和街道峽谷中的苯)。 如果該站點符合評估標準,則很有可能所有其他站點也符合評估標準。 這種方法通過關注關鍵點,需要相對較少的測量點,但必須特別小心地選擇這些點。 這種特殊方法存在高估實際風險的風險。

測量時間段、測量數據的評估和測量頻率的參數基本上在評估標準(限制)的定義和結果確定性的期望水平中給出。 測量計劃中要考慮的閾值限制和外圍條件是相關的。 通過使用連續測量程序,可以實現時間上幾乎無縫的分辨率。 但這僅在監測峰值和/或煙霧警告時是必要的; 例如,為了監測年度平均值,不連續的測量就足夠了。

以下部分專門描述測量程序和質量控制的能力,作為測量計劃的另一個重要參數。

質量保證

測量環境空氣污染物濃度的成本可能很高,而且結果可能會影響具有嚴重經濟或生態影響的重大決策。 因此,質量保證措施是測量過程的一個組成部分。 這裡應該區分兩個領域。

面向程序的措施

每個完整的測量程序都包括幾個步驟:取樣、樣品製備和淨化; 分離、檢測(最後的分析步驟); 以及數據收集和評估。 在某些情況下,尤其是連續測量無機氣體時,可以省去某些步驟(例如,分離)。 在進行測量時應力求全面遵守程序。 應遵循以 DIN/ISO 標準、CEN 標准或 VDI 指南形式存在的標準化程序並因此得到全面記錄。

面向用戶的措施

如果用戶不採用適當的質量控制方法,僅使用標準化和經過驗證的環境空氣污染物濃度測量設備和程序並不能確保可接受的質量。 標準系列 DIN/EN/ISO 9000(質量管理和質量保證標準)、EN 45000(定義了測試實驗室的要求)和 ISO 指南 25(校準和測試實驗室能力的一般要求)對於用戶很重要-針對性措施,確保質量。

用戶質量控制措施的重要方麵包括:

  • 在良好實驗室規範 (GLP) 的意義上接受和實踐措施的內容
  • 正確維護測量設備,採取合格措施消除中斷並確保維修
  • 進行校準和定期檢查以確保正常運行
  • 進行實驗室間測試。

 

測量程序

無機氣體的測量程序

對於範圍廣泛的無機氣體,存在大量的測量程序。 我們將區分手動和自動方法。

手動程序

對於無機氣體的手動測量程序,要測量的物質通常在溶液或固體材料的採樣過程中被吸附。 在大多數情況下,在適當的顏色反應後進行光度測定。 一些手動測量程序作為參考程序具有特殊意義。 由於相對較高的人員成本,當替代的自動程序可用時,這些手動程序在今天的現場測量中很少被執行。 表 2 簡要概述了最重要的程序。

表 2. 無機氣體的手動測量程序

材料

程序

執行

留言

SO2

中醫程序

在四氯汞溶液(洗瓶)中吸收; 與甲醛和副玫瑰苯胺反應生成紅紫色磺酸; 光度測定

歐盟參考測量程序;
DL = 0.2 微克2;
s = 0.03 毫克/米3 在 0.5 毫克/立方米3

SO2

矽膠程序

濃H去除乾擾物質3PO4; 矽膠吸附; H 中的熱脫附2-stream 和減少到 H2; 對鉬藍的反應; 光度測定

DL = 0.3 微克2;
s = 0.03 毫克/米3 在 0.5 毫克/立方米3

沒有2

薩爾茨曼程序

在反應液中吸收同時形成紅色偶氮染料(洗瓶); 光度測定

用亞硝酸鈉校準;
DL = 3 微克/立方米3

O3

碘化鉀
步驟

從碘化鉀水溶液(洗瓶)中形成碘; 光度測定

DL = 20 微克/立方米3;
關係。 s = ± 3.5% 在 390 µg/m3

F -

銀珠程序;
變體 1

用粉塵預分離器取樣; F的富集 - 在碳酸鈉塗層的銀珠上; 用離子敏感的氟化鑭-電極鏈洗脫和測量

包含未確定部分的顆粒狀氟化物排放物

F -

銀珠程序;
變體 2

加熱膜過濾器取樣; F的富集 - 在碳酸鈉塗層的銀珠上; 通過電化學(變體 1)或光度法(茜素-絡合物)程序測定

由於氣態氟化物排放物在膜過濾器上的部分吸附而導致較低結果的危險;
DL = 0.5 微克/立方米3

Cl -

硫氰化汞
步驟

在0.1N氫氧化鈉溶液(洗瓶)中吸收; 與硫氰酸汞和Fe(III)離子反應生成硫氰酸鐵絡合物; 光度測定

DL = 9 微克/立方米3

Cl2

甲基橙程序

用甲基橙溶液(洗瓶)進行漂白反應; 光度測定

DL = 0.015 毫克/立方米3

NH3

靛酚程序

在稀 HXNUMX 中吸收2SO4 (撞擊器/洗瓶); 用苯酚和次氯酸鹽轉化為靛酚染料; 光度測定

DL = 3 微克/立方米3 (衝擊器); 部分的
包含化合物和胺

NH3

納氏程序

在稀 HXNUMX 中吸收2SO4 (撞擊器/洗瓶); 蒸餾與奈斯勒試劑反應,光度測定

DL = 2.5 微克/立方米3 (衝擊器); 部分的
包含化合物和胺

H2S

鉬藍
步驟

在用硫酸銀和硫酸氫鉀處理過的玻璃珠上以硫化銀的形式吸附(吸附管); 以硫化氫形式釋放並轉化為鉬藍; 光度測定

DL = 0.4 微克/立方米3

H2S

亞甲藍程序

在氫氧化鎘懸浮液中吸附形成CdS; 轉化為亞甲藍; 光度測定

DL = 0.3 微克/立方米3

DL = 檢測限; s = 標準差; 關係。 s = 相對 s。

一種主要與手動測量程序結合使用的特殊採樣變體是擴散分離管(擴散器)。 擴散技術旨在通過使用不同的擴散速率來分離氣相和顆粒相。 因此,它經常用於困難的分離問題(例如,氨和銨化合物;氮氧化物、硝酸和硝酸鹽;硫氧化物、硫酸和硫酸鹽或鹵化氫/鹵化物)。 在經典的擴散器技術中,測試空氣被吸入帶有特殊塗層的玻璃管,具體取決於要收集的材料。 剝蝕器技術在許多變體中得到了進一步發展,並且還實現了部分自動化。 它極大地擴展了差異化抽樣的可能性,但是,根據變體的不同,它可能非常費力,正確使用需要大量經驗。

自動化程序

市場上有許多不同的二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳和臭氧連續測量監測儀。 在大多數情況下,它們特別用於測量網絡。 表 3 收集了各個方法最重要的特徵。

表 3. 無機氣體的自動測量程序

材料

測量原理

留言

SO2

SO的電導反應2 與H2O2 在稀氫2SO4; 增加電導率的測量

使用選擇性過濾器排除乾擾(KHSO4/硝酸銀3)

SO2

紫外熒光; SO的激發2 具有紫外線輻射 (190–230 nm) 的分子; 熒光輻射測量

干擾,例如,碳氫化合物,
必須用適當的過濾系統消除

不,不2

化學發光; NO與O的反應32; 用光電倍增管檢測化學發光輻射

沒有2 只能間接測量; 使用轉化器減少 NO2 否; NO和NO的測量x
(=否+否2) 在不同的渠道

CO

非色散紅外吸收;
紅外吸收的測量
針對參考細胞的特定檢測器

參考:(a) 帶有 N 的單元格2; (b) 去除 CO 後的環境空氣; (c) 光學去除 CO 吸收(氣體過濾器相關性)

O3

紫外線吸收; 低壓汞燈作為輻射源(253.7 nm); 根據 Lambert-Beer 定律登記紫外線吸收; 檢測器:真空光電二極管、光敏閥

參考:去除臭氧後的環境空氣(例如,Cu/MnO2)

O3

化學發光; O的反應3 用乙烯制甲醛; 檢測化學發光輻射
光電倍增管

選擇性好; 需要乙烯作為反應氣

 

這裡應該強調的是,所有基於化學-物理原理的自動測量程序都必須使用(手動)參考程序進行校準。 由於測量網絡中的自動設備經常在沒有直接人工監督的情況下運行很長時間(例如,幾週),因此定期自動檢查它們的正確運行是必不可少的。 這通常使用可以通過多種方法(環境空氣的製備;加壓氣瓶;滲透;擴散;靜態和動態稀釋)產生的零氣和測試氣體來完成。

成塵空氣污染物及其成分的測量規程

在顆粒狀空氣污染物中,降塵和懸浮顆粒物 (SPM) 是有區別的。 降塵由較大的顆粒組成,由於它們的大小和厚度,這些顆粒會沉入地面。 SPM 包括以準穩定和準均勻的方式分散在大氣中並因此保持懸浮一段時間的粒子部分。

SPM中懸浮顆粒物和金屬化合物的測量

與測量氣態空氣污染物的情況一樣,可以區分 SPM 的連續和非連續測量程序。 通常,SPM 首先在玻璃纖維或膜過濾器上分離。 它遵循重量測定或輻射測定。 根據採樣的不同,可以區分根據顆粒大小測量總 SPM 的程序和測量細粉塵的分餾程序。

分級懸浮塵測量的優點和缺點在國際上存在爭議。 例如在德國,所有的閾限值和評估標準都是基於總懸浮顆粒物。 這意味著,在大多數情況下,只執行總 SPM 測量。 相反,在美國,所謂的 PM-10 程序(顆粒物 £ 10μm)非常普遍。 在此過程中,僅包含空氣動力學直徑最大為 10 μm 的顆粒(50% 的包含部分),這些顆粒可吸入並可進入肺部。 計劃將 PM-10 程序作為參考程序引入歐盟。 分餾 SPM 測量的成本遠高於測量總懸浮塵的成本,因為測量設備必須配備特殊的、構造昂貴的採樣頭,需要昂貴的維護費用。 表 4 包含有關最重要的 SPM 測量程序的詳細信息。

表 4. 懸浮顆粒物 (SPM) 的測量程序

程序

測量原理

留言

小型過濾裝置

非分級抽樣; 空氣流速 2.7–2.8 m3/H; 過濾器直徑 50 毫米; 重量分析

易於操作; 控制時鐘;
可使用 PM-10 操作的設備
預分離器

鋰電池設備

非分級抽樣; 空氣流速 15-16 m3/H; 過濾器直徑 120 毫米; 重量分析

分離大粉塵
數量; 有利於
粉塵成分分析;
控制時鐘

大容量採樣器

包含的顆粒高達約。 直徑 30 微米; 空氣流速約。 100米3/H; 過濾器直徑 257 毫米; 重量分析

分離大粉塵
數量,有利於
粉塵成分分析;
噪音水平相對較高

FH 62 我

連續輻射粉塵測量裝置; 非分級抽樣; 空氣流速 1 或 3 m3/H; 通過測量通過暴露過濾器(電離室)的 β 輻射(氪 85)的衰減,記錄在過濾器帶上分離的粉塵質量

通過單個過濾器的除塵進行重量校準; 設備也可與 PM-10 預分離器一起使用

BETA 粉塵計 F 703

連續輻射粉塵測量裝置; 非分級抽樣; 空氣流速 3 m3/H; 通過測量 β 輻射(碳 14)在通過暴露過濾器(蓋革米勒計數器管)時的衰減,記錄在過濾器帶上分離的粉塵質量

通過單個過濾器的除塵進行重量校準; 設備也可與 PM-10 預分離器一起使用

TEOM 1400

連續粉塵測量裝置; 非分級抽樣; 空氣流速 1 m3/H; 收集在過濾器上的粉塵,該過濾器是側流(3 升/分鐘)中自諧振振動系統的一部分; 通過增加過濾器上的灰塵負載來記錄頻率降低

頻率之間的關係
降低和粉塵質量必須
通過校準建立

 

 

 

最近,還開發了自動過濾器更換器,它可以容納更多的過濾器,並以一定的時間間隔一個接一個地向採樣器提供過濾器。 暴露的過濾器存儲在雜誌中。 過濾程序的檢測限在 5 到 10 μg/m 之間3 灰塵,作為一項規則。

最後,必須提到用於 SPM 測量的黑煙程序。 來自英國,已被納入歐盟SO指南2 和懸浮塵埃。 在此過程中,塗層濾光片的黑度在取樣後用反射光度計測量。 由此通過光度法獲得的黑煙值被轉換為重量單位(μg/m3) 在校準曲線的幫助下。 由於此校準函數在很大程度上取決於粉塵的成分,尤其是其煙灰含量,因此轉換為重量單位是有問題的。

如今,金屬化合物通常在懸浮塵埃進入樣品中進行常規測定。 通常,在過濾器上收集懸浮粉塵後,對分離出的粉塵進行化學溶解,因為最常見的最終分析步驟以水溶液中的金屬和類金屬化合物為前提。 在實踐中,迄今為止最重要的方法是原子吸收光譜法 (AAS) 和等離子體激發光譜法 (ICP-OES)。 確定懸浮塵埃中金屬化合物的其他程序是 X 射線熒光分析、極譜法和中子活化分析。 儘管在某些測量地點將金屬化合物作為外部空氣中 SPM 的一個組成部分進行測量已有十多年的歷史,但仍然存在重要的未解問題。 因此,通過分離過濾器上的懸浮灰塵進行的傳統採樣假設過濾器上的重金屬化合物已經完全分離。 然而,在質疑這一點的文獻中發現了早期的跡象。 結果非常不同。

另一個問題在於,在使用常規測量程序分析懸浮灰塵中的金屬化合物時,無法區分不同的化合物形式或各個元素的單一化合物。 雖然在許多情況下可以進行充分的總測定,但對於某些特別緻癌的金屬(As、Cd、Cr、Ni、Co、Be),需要進行更徹底的區分。 元素及其個別化合物的致癌作用通常存在很大差異(例如,氧化水平為 III 和 VI 的鉻化合物 - 只有氧化水平為 VI 的鉻化合物才具有致癌性)。 在這種情況下,需要對單個化合物進行特定測量(物種分析)。 儘管這個問題很重要,但在測量技術方面只進行了物種分析的初步嘗試。

降塵量和降塵量中金屬化合物的測量

兩種根本不同的方法用於收集降塵:

  • 在收集容器中取樣
  • 在粘合表面上取樣。

 

一種流行的測量降塵(沉積的灰塵)的程序是所謂的 Bergerhoff 程序。 在此過程中,整個大氣降水(幹沉降和濕沉降)在離地面約 30 至 2 米的容器中收集了 1.5±2.0 天(大量沉降)。 然後將收集容器帶到實驗室並進行準備(過濾、蒸發水、乾燥、稱重)。 結果是根據收集容器的表面積和以克/平方米和天為單位的暴露時間計算的 (g/m2d). 相對檢出限為0.035 g/m2d.

收集降塵的其他程序包括 Liesegang-Löbner 設備和收集粘箔上沉積灰塵的方法。

降塵的所有測量結果都是相對值,具體取決於所使用的設備,因為粉塵分離受設備的流動條件和其他參數的影響。 不同程序獲得的測量值差異可達 50%。

同樣重要的是沉積灰塵的成分,例如鉛、鎘和其他金屬化合物的含量。 用於此的分析程序與用於懸浮塵埃的分析程序基本相同。

測量粉塵形式的特殊材料

粉塵形式的特殊材料包括石棉和煙灰。 收集纖維作為空氣污染物非常重要,因為石棉已被列為已確認的致癌物質。 直徑 D ≤ 3μm 和長度 L ≥ 5μm 的纖維,其中 L:D ≥ 3,被認為是致癌的。 纖維材料的測量程序包括在顯微鏡下對過濾器上分離的纖維進行計數。 對於外部空氣測量,只能考慮電子顯微鏡程序。 纖維在鍍金多孔過濾器上分離。 在使用電子掃描顯微鏡進行評估之前,樣品會在過濾器上通過等離子焚燒去除有機物質。 纖維在過濾器表面的一部分進行計數,隨機選擇並按纖維的幾何形狀和類型分類。 借助能量色散 X 射線分析 (EDXA),可以根據元素組成區分石棉纖維、硫酸鈣纖維和其他無機纖維。 整個過程非常昂貴,需要非常小心才能獲得可靠的結果。

由於柴油機煙灰也被歸類為致癌物,因此柴油發動機排放的顆粒形式的煙灰已變得相關。 由於其成分多變且複雜,並且各種成分也從其他來源排放,因此沒有專門針對柴油煙灰的測量程序。 然而,為了具體說明環境空氣中的濃度,煤煙通常被定義為元素碳,作為總碳的一部分。 它是在取樣和提取步驟和/或熱解吸之後測量的。 通過在氧氣流中燃燒和庫侖滴定或過程中形成的二氧化碳的非色散紅外檢測來確定碳含量。

原則上,所謂的空氣濃度計和光電氣溶膠傳感器也用於測量煙塵。

測量濕沉積

雨、雪、霧和露水的濕沉降與乾沉降一起構成有害物質從空氣進入地面、水或植物表面的最重要途徑。

為了清楚地區分雨雪中的濕沉降(霧和露水存在特殊問題)與總沉降(體積沉降,見上文“降塵和金屬化合物的測量”部分)和乾沉降的測量,雨水收集器,其無雨時蓋上採集口(濕式採樣器),用於採樣。 雨水傳感器主要根據電導率變化原理工作,開始下雨時打開蓋子,雨停時再次關閉蓋子。

樣品通過漏斗轉移(開放區域約 500 cm2 和更多)進入一個黑暗的,如果可能的話絕緣收集容器(僅用於無機成分的玻璃或聚乙烯)。

一般來說,無需樣品製備即可分析收集水中的無機成分。 如果水明顯渾濁,則應將水離心或過濾。 電導率、pH值和重要陰離子(NO3 - ,SO4 2 - ,Cl - ) 和陽離子 (Ca2+,K+2+,娜+,NH4 + 等等)進行常規測量。 不穩定的痕量化合物和中間狀態,如 H2O2 或氫氧3 - 也被測量用於研究目的。

對於分析,使用通常適用於水溶液的程序,例如用於電導率的電導法、用於 pH 值的電極、用於陽離子的原子吸附光譜(參見上文“測量粉塵形式的特殊材料”部分)以及越來越多的離子交換色譜法陰離子電導檢測。

有機化合物可以用例如二氯甲烷從雨水中提取,或者用氬氣吹出並用 Tenax 管吸附(僅限高揮發性物質)。 然後對這些材料進行氣相色譜分析(參見下文“有機空氣污染物的測量程序”)。

幹沉降與環境空氣濃度直接相關。 然而,空氣中有害物質在雨中的濃度差異相對較小,因此測量濕沉降時,大網測量網絡就足夠了。 例子包括歐洲 EMEP 測量網絡,其中在大約 90 個站點收集硫酸根和硝酸根離子、某些陽離子和降水 pH 值的輸入。 北美也有廣泛的測量網絡。

光學長距離測量程序

鑑於目前描述的程序在一個點捕捉空氣污染,光學長距離測量程序以綜合方式測量幾公里的光路,或者它們確定空間分佈。 它們利用大氣中氣體在紫外、可見或紅外光譜範圍內的吸收特性,並基於朗伯-比爾定律,根據該定律,光程和濃度的乘積與測得的消光成正比。 如果測量裝置的發射器和接收器改變波長,則可以使用一台設備並行或順序測量多個組件。

實際上,表 5 中確定的測量系統發揮了最大的作用。

表 5. 長距離測量程序

程序

應用

優點缺點

傅里葉
改造
紅外線
光譜學 (FTIR)

紅外範圍(約 700–3,000 cm - 1), 數百米的光程。
監測漫射表面源(光柵),測量單個有機化合物

+ 多組分系統
+ dl 幾個 ppb
–昂貴

高頻差動式測試棒

吸收
光譜法 (DOAS)

數公里的光路; 措施2,沒有2, 苯, 硝酸3; 監測線性和表面源,用於測量網絡

+ 易於操作 
+ 成功的性能測試
+ 多組分系統
– 能見度差(egfog)條件下的高 dl

遠距離
激光吸收
光譜學(TDLAS)

研究區,在用於 OH 的低壓比色皿中-

+ 高靈敏度(對 ppt)
+ 測量不穩定的痕量化合物
- 高成本
– 難以處理

高頻差動式測試棒
吸收
激光雷達(錶盤)

監測表面源、大表面輻射測量

+ 空間測量
分配
+ 無法訪問的措施
地方(例如,煙氣路徑)
–昂貴
– 有限分量頻譜(SO2,O3,沒有2)

LIDAR = 光探測和測距; DIAL = 差分吸收激光雷達。

 

有機空氣污染物的測量程序

含有機成分的空氣污染的測量主要由於這類化合物的材料範圍而變得複雜。 在排放登記冊和擁堵地區的空氣質量計劃中,數百種具有截然不同的毒理學、化學和物理特性的單獨成分都包含在“有機空氣污染物”的總標題下。

特別是由於潛在影響的巨大差異,收集相關的單個成分越來越多地取代了以前使用的求和程序(例如,火焰離子化檢測器、總碳程序),其結果無法進行毒理學評估。 然而,FID 方法在使用短分離柱分離出光化學反應性不強的甲烷以及收集前體揮發性有機化合物 (VOC) 以形成光氧化劑方面具有一定的意義。

經常需要將有機化合物的複雜混合物分離成相關的單個組分,這使得測量它實際上成為應用色譜中的一項練習。 當有機化合物在熱和化學方面足夠穩定時,色譜程序是首選方法。 對於具有反應性官能團的有機材料,使用官能團的物理特性或化學反應進行檢測的單獨程序繼續佔有一席之地。

例子包括使用胺將醛轉化為腙,然後進行光度測量; 用2,4-二硝基苯肼衍生並分離形成的2,4-腙; 或形成偶氮染料 p-用於檢測酚類和甲酚類的硝基苯胺。

在色譜程序中,氣相色譜法 (GC) 和高壓液相色譜法 (HPLC) 最常用於分離通常很複雜的混合物。 對於氣相色譜,如今幾乎只使用直徑非常窄(約 0.2 至 0.3 mm,長約 30 至 100 m)的分離柱,即所謂的高分辨率毛細管柱 (HRGC)。 一系列檢測器可用於檢測分離柱後的各個組分,如上述的FID、ECD(電子捕獲檢測器,專門針對鹵素等親電子代用品)、PID(光電離檢測器,它是對芳烴和其他 p 電子系統特別敏感)和 NPD(專門用於氮和磷化合物的熱離子檢測器)。 HPLC 使用特殊的通流檢測器,例如,設計為 UV 光譜儀的通流比色皿。

特別有效但也特別昂貴的是使用質譜儀作為檢測器。 真正確定的鑑定,尤其是對於化合物的未知混合物,通常只能通過有機化合物的質譜才能實現。 常規檢測器色譜圖中包含的所謂保留時間(材料保留在色譜柱中的時間)的定性信息通過具有高檢測靈敏度的質量碎片圖對各個組分的特定檢測進行了補充。

在實際分析之前必須考慮抽樣。 採樣方法的選擇主要取決於揮發性,但也取決於預期的濃度範圍、極性和化學穩定性。 此外,對於非揮發性化合物,必須在濃度和沈積測量之間做出選擇。

表 6 概述了空氣監測中用於有機化合物活性富集和色譜分析的常用程序,以及應用示例。

表 6. 有機化合物常用色譜空氣質量測量程序概述(附應用示例)

材質組

濃度
範圍

取樣、製備

最後的分析步驟

碳氫化合物1-C9

微克/立方米3

氣鼠(快速採樣)、氣密注射器、毛細管柱前冷捕集(聚焦)、熱脫附

氣相色譜儀/FID

低沸點碳氫化合物,高度
揮發性鹵代烴

納克/米3–μg/m3

抽真空、鈍化的高級鋼瓶(也用於清潔空氣測量)
通過氣體迴路、冷捕集、熱解吸進行採樣調度

GC/FID/ECD/PID

有機化合物的沸點
範圍C6-C30 (60–350 ℃)

微克/立方米3

吸附在活性炭上,(a)用CS解吸2 (b) 用溶劑解吸 (c) 頂空分析

毛細管
氣相色譜儀/FID

有機化合物的沸點
範圍 20–300 ºC

納克/米3–μg/m3

在有機聚合物(例如 Tenax)或分子碳篩(carbopack)上吸附,在毛細管柱前使用冷捕集進行熱解吸(聚焦)或溶劑萃取

毛細管
GC/FID/ECD/MS

低沸改性
化合物(從 –120 ºC)

納克/米3–μg/m3

吸附在冷卻聚合物(例如熱梯度管)上,冷卻至 –120 ºC,使用 carbopack

毛細管
GC/FID/ECD/MS

高沸點有機化合物
部分附著在顆粒上
(特別是 PAH、PCB、PCDD/PCDF),
高采樣量

體重/米3–納克/米3

在過濾器(例如,小型過濾器裝置或大容量採樣器)上採樣,隨後使用聚氨酯濾芯對氣體部分進行採樣,過濾器和聚氨酯的溶劑解吸,各種純化和準備步驟,用於 PAH 也昇華

毛細管
氣相色譜-質譜聯用儀
(多氯二苯並對二噁英/多氯二苯並呋喃),
毛細管 GC-FID 或
質譜(多環芳烴),高效液相色譜
螢光
檢測器 (PAH)

高沸點有機化合物,
特別是PCDD、PCDF、PBDD、PBDF、
低採樣量

體重/米3–納克/米3

使用先前的過濾器(例如,玻璃纖維)或無機物吸附在有機聚合物(例如,聚氨酯泡沫圓柱體)上。 吸附。 (例如,矽膠),用溶劑萃取,各種純化和準備步驟,(包括多柱層析),衍生化氯酚

HRGC/ECD

高沸點有機化合物
綁定到粒子,例如組件
有機氣溶膠,沉積
樣本

納克/米3
ng-μg/g
氣霧劑
皮克-納克/米2 享受

在玻璃纖維過濾器(例如,高容量或低容量採樣器)上分離氣溶膠或在標準化表面上收集灰塵,用溶劑提取(也用於沉積剩餘的過濾水),各種純化和製備步驟

高分辨GC/MS
HPLC(用於多環芳烴)

GC = 氣相色譜; GCMS = GC/質譜; FID = 火焰離子化檢測器; HRGC/ECD = 高分辨率 GC/ECD; ECD = 電子捕獲檢測器; HPLC = 高效液相色譜法。 PID = 光電離檢測器。

 

從環境影響的角度來看,低揮發性有機化合物(例如二苯並二噁英和二苯並呋喃 (PCDD/PCDF)、多環芳烴 (PAH))的沉積測量越來越重要。 由於食物是人體攝入的主要來源,因此將氣載物質轉移到食用植物上具有重要意義。 然而,有證據表明通過顆粒沉積的材料轉移不如準氣態化合物的干沉積重要。

為了測量總沉降量,使用了標準化的降塵設備(例如 Bergerhoff 程序),該設備已通過變暗作為防止強光進入的保護措施進行了輕微修改。 現在正在系統地研究重要的技術測量問題,例如已經分離的顆粒的再懸浮、蒸發或可能的光解分解,以改進不太理想的有機化合物採樣程序。

嗅覺調查

嗅覺排放調查用於監測以量化氣味投訴並確定許可程序中的基線污染。 它們主要用於評估是否應將現有或預期的氣味歸類為顯著氣味。

原則上,可以區分三種方法:

  • 使用嗅覺計測量排放濃度(氣味單位數量)和隨後的擴散建模
  • 單個組分的測量(例如,NH3) 或化合物的混合物(例如,來自垃圾填埋場的氣體的氣相色譜法),如果這些足以表徵氣味
  • 通過檢查確定氣味。

 

第一種可能性將排放測量與建模相結合,嚴格來說,不能歸類為空氣質量監測。 在第三種方法中,人的鼻子被用作檢測器,與物理化學方法相比精度顯著降低。

檢查、測量計劃和結果評估的詳細信息包含在例如德國某些州的環境保護法規中。

篩選測量程序

簡化的測量程序有時用於預備研究(篩選)。 示例包括被動採樣器、試管和生物程序。 使用被動(擴散)採樣器,待測材料通過自由流動的過程收集,例如擴散、滲透或吸附在簡單形式的收集器(管、板)中,並在浸漬過濾器、網或其他吸附介質中富集。 因此不會發生所謂的主動採樣(通過泵吸入樣本空氣)。 根據確定的暴露時間分析確定的物質富集量,在收集時間和收集器幾何參數的幫助下,根據物理定律(例如,擴散)轉換為濃度單位。 該方法源於職業健康(個人採樣)和室內空氣測量領域,但越來越多地用於環境空氣污染物濃度測量。 可以在 Brown 1993 中找到概述。

檢測管常用於氣體的取樣和快速預備分析。 一定量的測試空氣通過裝有與測試目標相對應的吸附試劑的玻璃管吸入。 試管中的內容物會根據測試空氣中存在的待測物質的濃度而改變顏色。 小型試管通常用於工作場所監控領域或在發生火災等事故時用作快速程序。 由於檢測限通常太高且選擇性太有限,因此它們不用於常規環境空氣污染物濃度測量。 檢測器試管可用於各種濃度範圍內的多種材料。

在生物程序中,有兩種​​方法已被常規監測所接受。 通過標準化的地衣暴露程序,地衣的死亡率在 300 天的暴露時間內確定。 在另一個程序中,法國牧草暴露 14±1 天。 然後確定增長量。 這兩個程序都用作空氣污染物濃度影響的匯總測定。

空氣質量監測網絡

在世界各地,使用的空氣質量網絡種類繁多。 應區分由自動、計算機控制的測量站(測量容器)組成的測量網絡和虛擬測量網絡,後者僅以預設網格的形式定義各種空氣污染物濃度測量的測量位置。 上面討論了測量網絡的任務和概念。

連續監測網絡

連續運行的測量網絡以自動測量站為基礎,主要用於城市地區的空氣質量監測。 測量的是空氣污染物,例如二氧化硫 (SO2)、粉塵、一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)、一氧化碳 (CO)、臭氧 (O3), 在一定程度上還有碳氫化合物的總和 (游離甲烷, CnHm) 或單個有機成分(例如苯、甲苯、二甲苯)。 此外,根據需要,還包括風向、風速、氣溫、相對濕度、降水量、全球輻射或輻射平衡等氣象參數。

在測量站運行的測量設備通常由分析儀、校准單元以及控制和轉向電子設備組成,它監控整個測量設備並包含用於數據收集的標準化接口。 除了測量值之外,測量設備還提供所謂的錯誤狀態信號和運行狀態。 設備的校準由計算機定期自動檢查。

通常,測量站通過固定數據線、撥號連接或其他數據傳輸系統連接到計算機(過程計算機、工作站或 PC,取決於系統的範圍),在其中輸入、處理和處理測量結果顯示。 測量網絡計算機以及必要時受過專門培訓的人員持續監控是否超過了各種閾值限制。 以這種方式,可以隨時識別關鍵的空氣質量情況。 這非常重要,特別是對於監測冬季和夏季的嚴重煙霧情況(光氧化劑)和當前的公共信息。

用於隨機樣本測量的測量網絡

除了遙測測量網絡之外,其他用於監測空氣質量的測量系統也在不同程度上得到使用。 示例包括(有時是部分自動化的)測量網絡以確定:

  • 粉塵沉積及其成分
  • 懸浮塵埃 (SPM) 及其成分
  • 碳氫化合物和氯化碳氫化合物
  • 低揮發性有機物質(二噁英、呋喃、多氯聯苯)。

 

以這種方式測量的一系列物質已被歸類為致癌物,例如鎘化合物、多環芳烴或苯。 因此,監測它們尤為重要。

作為綜合計劃的示例,表 7 總結了在北萊茵-威斯特法倫州系統進行的空氣質量監測,該州擁有 18 萬居民,是德國人口最多的州。

表 7. 北萊茵-威斯特法倫州(德國)的系統空氣質量監測

連續測量
系統

部分自動化
測量系統

間斷測量
系統/多組分
測量

二氧化硫
一氧化氮
二氧化氮
一氧化碳
懸浮顆粒物
物質(SPM)
臭氧
碳氫化合物
風向
風速
氣溫
空氣壓力
相對濕度
輻射平衡
沉澱

SPM 組成:
領導






苯並[a]芘
苯並[e]芘
苯並[a]蒽
二苯並[]蒽
苯並[GHI)苝
冠烯

苯及其他
碳氫化合物
鹵代烴
灰塵沉積和
材料成分
煤煙
多氯聯苯
多鹵化
二苯並二噁英和
二苯並呋喃
(多氯二苯並對二噁英/多氯二苯並呋喃)

 

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星期三,三月09 2011 15:48

空氣污染控制

空氣污染管理

空氣污染控制系統經理的目標是確保空氣污染物濃度過高不會達到易受影響的目標。 目標可能包括人、植物、動物和材料。 在所有情況下,我們都應該關注這些群體中最敏感的群體。 空氣污染物可能包括氣體、蒸汽、氣溶膠,在某些情況下還包括生物危害物質。 一個設計良好的系統將防止目標接收有害濃度的污染物。

大多數空氣污染控制系統涉及多種控制技術的組合,通常是技術控制和行政控制的組合,在更大或更複雜的污染源中,可能有不止一種類型的技術控制。

理想情況下,將根據要解決的問題選擇適當的控件。

  • 排放什麼,濃度是多少?
  • 目標是什麼? 最容易受到攻擊的目標是什麼?
  • 可接受的短期接觸水平是多少?
  • 可接受的長期接觸水平是多少?
  • 必須選擇什麼樣的控制組合來確保不超過短期和長期暴露水平?

 

表 1 描述了此過程中的步驟。

 


表 1. 選擇污染控制的步驟

 

 

第一步:
確定
排放。

第一部分是確定將從堆棧中釋放的內容。
必須列出所有潛在的有害排放物。 第二部分是
估計每種材料的釋放量。 沒有這個
信息,經理無法開始設計控製程序。

第一步:
確定
目標群體。

應確定所有易受影響的目標。 這包括人、動物、植物和材料。 在每種情況下,必須確定每個組中最易受影響的成員。 例如,靠近排放異氰酸酯的工廠的哮喘患者。

第一步:
確定
可接受的
暴露水平。*

最敏感的目標群體必須有可接受的暴露水平
成立。 如果污染物是具有累積效應的物質,
例如致癌物,則必須設置長期暴露水平(每年一次)。 如果污染物具有短期影響,例如刺激物或敏化劑,則必須設置短期或峰值暴露水平。**

第一步:
選擇
控制。

第 1 步確定排放量,第 3 步確定可接受的排放量
暴露水平。 在此步驟中,檢查每種污染物以確保它
不超過可接受的水平。 如果超過可接受的水平,
必須添加額外的控件,並再次檢查曝光級別。 這個過程一直持續到所有暴露都達到或低於可接受的水平。 擴散模型可用於估計新工廠的暴露或測試現有設施的替代解決方案。

* 在步驟 3 中設置暴露水平時,必須記住這些暴露是總暴露,而不僅僅是來自植物的暴露。 一旦確定了可接受的水平,就可以減去背景水平和其他植物的貢獻,以確定植物在不超過可接受的暴露水平的情況下可以排放的最大量。 如果不這樣做,並且允許三種植物以最大量排放,則目標群體將暴露於可接受水平的三倍。

** 某些材料(如致癌物)沒有閾值,低於該閾值就不會發生有害影響。 因此,只要允許一些物質逃逸到環境中,就會對目標人群造成一定的風險。 在這種情況下,無法設置無影響級別(零除外)。 相反,必須建立可接受的風險水平。 通常將其設置在 1 至 100,000 名暴露人員中有 1,000,000 個不良結果的範圍內。


 

一些司法管轄區通過根據易感目標可以接收的污染物的最大濃度設定標準來完成一些工作。 使用此類標準,管理人員不必執行步驟 2 和 3,因為監管機構已經完成了這一步。 在該系統下,管理者必須只為每種污染物製定不受控制的排放標準(步驟 1),然後確定需要採取哪些控制措施才能達到標準(步驟 4)。

通過制定空氣質量標準,監管機構可以衡量個人暴露情況,從而確定是否有人暴露於潛在有害水平。 假設在這些條件下設定的標準足夠低,可以保護最易受影響的目標群體。 這並不總是一個安全的假設。 如表 2 所示,常見的空氣質量標準可能存在很大差異。 二氧化硫的空氣質量標準範圍為 30 至 140 微克/立方米3. 對於不太常見的管製材料,這種變化可能更大(1.2 至 1,718 μg/m3), 如表 3 所示的苯。 這並不奇怪,因為經濟學在標準制定中的作用與毒理學一樣大。 如果標准設置得不夠低以保護易感人群,那麼沒有人會得到很好的服務。 暴露人群有一種錯誤的自信感,可能會在不知不覺中處於危險之中。 排放者起初可能會覺得他們從寬鬆的標準中受益,但如果社區的影響要求公司重新設計他們的控制裝置或安裝新的控制裝置,成本可能會比第一次正確執行更高。

表 2. 通常受控的空氣污染物(二氧化硫)的空氣質量標準範圍

國家和地區

長期二氧化硫
空氣質量標準 (µg/m
3)

澳洲

50

Canada

30

芬蘭

40

德國

140

匈牙利

70

台灣

133

 

表 3. 較少受控制的空氣污染物(苯)的空氣質量標準範圍

市,州

24小時空氣質量標準
苯(μg/m
3)

康涅狄格

53.4

馬薩諸塞

1.2

密歇根州

2.4

北卡羅來納

2.1

內華達

254

紐約

1,718

費城

1,327

弗吉尼亞州

300

將水平標準化為 24 小時的平均時間以幫助進行比較。

(改編自 Calabrese 和 Kenyon 1991。)

 

有時,這種選擇空氣污染控制措施的逐步方法是短路的,監管機構和設計人員會直接採用“通用解決方案”。 其中一種方法是最佳可用控制技術 (BACT)。 假設通過在排放源上使用洗滌器、過濾器和良好工作實踐的最佳組合,可以實現足夠低的排放水平以保護最易受影響的目標群體。 通常,由此產生的排放水平將低於保護最易受影響目標所需的最低水平。 這樣應該消除所有不必要的暴露。 表 4 顯示了 BACT 的示例。

表 4. 最佳可用控制技術 (BACT) 的選定示例顯示了所使用的控制方法和估計的效率

過程

污染物

控制方式

預計效率

土壤修復

碳氫化合物

熱氧化器

99

牛皮漿廠
回收鍋爐

顆粒

靜電的
除塵器

99.68

氣相生產
矽膠

一氧化碳

良好做法

50

汽車塗裝

碳氫化合物

烤箱加力

90

電弧爐

顆粒

袋式除塵器

100

煉油廠,
催化裂化

可吸入顆粒物

旋風+文丘里
洗滌塔

93

醫用焚燒爐

氯化氫

濕式洗滌器+乾式
洗滌塔

97.5

燃煤鍋爐

二氧化硫

噴霧乾燥機 +
吸收

90

廢物處理
脫水和
焚化

顆粒

旋風分離器+冷凝器
+ 文丘里洗滌器 +
濕式洗滌器

95

瀝青廠

碳氫化合物

熱氧化器

99

 

BACT 本身並不能確保足夠的控制水平。 雖然這是基於氣體清潔控制和良好操作實踐的最佳控制系統,但如果來源是大型工廠,或者如果它位於敏感目標附近,BACT 可能不夠好。 應對最佳可用控制技術進行測試,以確保它確實足夠好。 應檢查由此產生的排放標準,以確定即使採用最好的氣體清潔控制,它們是否仍然有害。 如果排放標準仍然有害,則可能必須考慮其他基本控制措施,例如選擇更安全的工藝或材料,或搬遷到不太敏感的區域。

另一種繞過某些步驟的“通用解決方案”是源性能標準。 許多司法管轄區製定了不能超過的排放標準。 排放標準基於源頭排放。 通常這很有效,但像 BACT 一樣,它們可能不可靠。 水平應足夠低,以保持最大排放量足夠低,以保護易感目標人群免受典型排放物的影響。 然而,與最佳可用控制技術一樣,這可能不足以保護存在大量排放源或附近易感人群的每個人。 如果是這種情況,則必須使用其他程序來確保所有目標群體的安全。

BACT 和排放標準都有一個基本的錯誤。 他們假設如果工廠滿足某些標準,目標群體將自動受到保護。 這未必如此,但一旦這樣的製度通過成為法律,對目標的影響就變得次要於遵守法律。

BACT 和源排放標准或設計標準應用作控制的最低標準。 如果 BACT 或排放標準將保護易受影響的目標,則可以按預期使用它們,否則必須使用其他管理控制。

控制措施

控制可分為兩種基本類型的控制——技術控制和行政控制。 技術控制在這裡被定義為放置在排放源上的硬件,用於將氣流中的污染物減少到社區可接受的水平,並保護最敏感的目標。 此處將行政控制定義為其他控制措施。

技術控制

氣體清潔系統放置在源頭,在煙囪之前,以在將污染物釋放到環境之前從氣流中去除污染物。 表 5 簡要總結了不同類別的氣體淨化系統。

表 5. 去除工業過程排放物中有害氣體、蒸汽和微粒的氣體淨化方法

控制方式

包機成本結構範例

產品描述

效率

氣體/蒸氣

     

縮合

接觸冷凝器
表面冷凝器

蒸氣被冷卻並冷凝成液體。 這是低效的,被用作其他方法的預處理器

當濃度 >80 ppm 時為 2,000+%

吸收

濕式洗滌器(包裝
或板吸收器)

氣體或蒸汽被收集在液體中。

當濃度 <82 ppm 時為 95–100%
當濃度 >95 ppm 時為 99–100%

吸附


礬土
矽膠
分子濾網

氣體或蒸汽被收集在固體上。

當濃度 <90 ppm 時為 1,000+%
當濃度 >95 ppm 時為 1,000+%

焚化

喇叭褲
焚化爐
催化焚燒爐

將有機氣體或蒸汽加熱到高溫並在該溫度下保持一定時間,使其氧化
足夠的時間段。

不建議什麼時候
濃度 <2,000 ppm
當濃度 >80 ppm 時為 2,000+%

顆粒

     

慣性
分隔符

旋風分離器

載有顆粒的氣體被迫改變方向。 顆粒的慣性使它們與氣流分離。 這是低效的,用作
其他方法的預處理器。

70-90%

濕式洗滌器

文丘裡
濕式過濾器
托盤或篩網洗滌器

液滴(水)通過碰撞、攔截和擴散收集顆粒。 然後將液滴及其顆粒從氣流中分離出來。

對於 5 μm 顆粒,在 98.5 wg 時為 6.8%;
99.99+% 在 50 重量克
對於 1 μm 顆粒,在 45 wg 時為 6.8%; 99.95
在 50 重量

靜電的
除塵器

板線
平板
管狀的

電力用於將顆粒從氣流中移到收集板上

95 μm 顆粒為 99.5–0.2%
99.25 μm 顆粒為 99.9–10+%

關鍵詞

袋式除塵器

多孔織物可去除氣流中的微粒。 然後實際上在織物上形成的多孔塵餅
做過濾。

99.9 μm 顆粒為 0.2%
99.5 μm 顆粒為 10%

 

氣體淨化器是一個複雜系統的一部分,該系統由抽油煙機、管道系統、風扇、淨化器和煙囪組成。 每個部分的設計、性能和維護都會影響所有其他部分以及整個系統的性能。

應該注意的是,每種類型的清潔器的系統效率差異很大,這取決於其設計、能量輸入以及氣流和污染物的特性。 因此,表 5 中的樣本效率只是近似值。 表 5 展示了濕式洗滌器的效率變化。濕式洗滌器收集效率從 98.5 μm 顆粒的 5% 到 45 μm 顆粒的 1%,在相同的洗滌器壓降(6.8 英寸水柱(wg )). 對於相同大小的顆粒,1 μm,效率從 45 wg 時的 6.8% 到 99.95 wg 時的 50% 因此,氣體淨化器必須與所討論的特定氣流相匹配。 不建議使用通用設備。

廢物處理

在選擇和設計氣體淨化系統時,必須仔細考慮所收集材料的安全處置。 如表 6 所示,一些過程會產生大量污染物。 如果大部分污染物被氣體淨化設備收集,則可能存在危險廢物處理問題。

表 6. 選定工業過程的非受控排放率示例

工業源

排放率

100噸電爐

257 噸/年顆粒物

1,500 MM BTU/hr 油/氣輪機

444 磅/小時2

41.7噸/小時焚化爐

208 磅/小時x

100 卡車/天清漆

3,795 磅/周有機物

 

在某些情況下,廢物可能包含可以回收的有價值的產品,例如來自冶煉廠的重金屬或來自塗裝線的溶劑。 這些廢物可用作另一種工業過程的原料——例如,以硫酸形式收集的二氧化硫可用於製造肥料。

在廢物不能回收或再利用的地方,處置可能並不簡單。 體積不僅會成為問題,而且它們本身也可能存在危險。 例如,如果從鍋爐或冶煉廠捕獲的硫酸不能重複使用,則必須在處置前進一步處理以中和。

分散

分散可以降低污染物在目標處的濃度。 然而,必須記住,分散不會減少離開植物的物質總量。 高煙囪只會讓羽流在到達地面之前擴散和稀釋,而地面可能存在易感目標。 如果污染物主要是令人討厭的東西,例如氣味,擴散可能是可以接受的。 但是,如果物質具有持久性或累積性,例如重金屬,稀釋可能無法解決空氣污染問題。

應謹慎使用分散體。 必須考慮當地的氣象和地表條件。 例如,在較冷的氣候下,尤其是在積雪覆蓋的情況下,可能會經常出現逆溫現象,將污染物困在靠近地面的地方,從而導致意外的高暴露。 同樣,如果植物位於山谷中,羽狀物可能會在山谷上下移動,或者被周圍的山丘阻擋,因此它們不會像預期的那樣擴散和分散。

行政控制

除了技術系統之外,在空氣污染控制系統的總體設計中還必須考慮另一組控制措施。 在很大程度上,它們來自工業衛生的基本工具。

替代

控制工作場所環境危害的首選職業衛生方法之一是更換更安全的材料或工藝。 如果可以使用更安全的工藝或材料,並避免有害排放,控制的類型或功效就變得學術化了。 避免問題比嘗試糾正錯誤的第一個決定要好。 替代的例子包括使用更清潔的燃料、大容量存儲的蓋子和降低乾燥機的溫度。

這適用於次要採購以及工廠的主要設計標準。 如果只購買對環境無害的產品或工藝,則不會對室內或室外環境造成風險。 如果做出了錯誤的購買,該程序的其餘部分將包括嘗試補償第一個決定。 如果購買了低成本但危險的產品或工藝,則可能需要特殊的處理程序和設備以及特殊的處置方法。 結果,低成本物品的購買價格可能很低,但使用和處置它的價格卻很高。 從長遠來看,也許更安全但更昂貴的材料或工藝成本更低。

局部通風

對於無法通過替代更安全的材料或方法來避免的所有已識別問題,都需要進行控制。 排放從單個工地開始,而不是煙囪。 如果設計得當,從源頭捕獲和控制排放物的通風系統將有助於保護社區。 通風系統的通風罩和管道是整個空氣污染控制系統的一部分。

首選局部通風系統。 它不會稀釋污染物,並提供濃縮的氣流,在排放到環境中之前更容易清潔。 氣體淨化設備在淨化污染物濃度較高的空氣時效率更高。 例如,金屬熔爐澆口上方的捕集罩將防止污染物進入環境,並將煙霧輸送到氣體淨化系統。 在表 5 中可以看出,吸附式和吸附式清潔器的清潔效率隨著污染物濃度的增加而增加,並且不建議將冷凝式清潔器用於低濃度 (<2,000 ppm) 的污染物。

如果污染物沒有在源頭被捕獲並被允許通過窗戶和通風口逸出,它們就會成為不受控制的無組織排放物。 在某些情況下,這些不受控制的逃逸排放會對附近地區產生重大影響。

隔離

隔離——將工廠遠離易受影響的目標——當工程控製本身不充分時,可能是一種主要的控制方法。 當必須依賴最佳可用控制技術 (BACT) 時,這可能是實現可接受控制水平的唯一方法。 如果在應用最佳可用控制措施後,目標群體仍處於危險之中,則必須考慮尋找敏感人群不存在的替代地點。

如上所述,隔離是一種將單個植物與易感目標分開的方法。 另一個隔離系統是地方當局使用分區將行業類別與易受影響的目標分開。 一旦行業與目標人群分離,就不應允許這些人群搬遷到設施附近。 儘管這似乎是常識,但並沒有像應有的那樣經常使用。

工作程序

必須制定工作程序以確保正確和安全地使用設備,不會對工人或環境造成風險。 複雜的空氣污染系統必須妥善維護和運行才能按預期工作。 其中一個重要因素是員工培訓。 員工必須接受如何使用和維護設備的培訓,以減少或消除排放到工作場所或社區的有害物質的數量。 在某些情況下,BACT 依靠良好實踐來確保可接受的結果。

實時監控

基於實時監控的系統並不流行,也不常用。 在這種情況下,連續排放和氣象監測可以與擴散建模相結合,以預測下風暴露。 當預測的暴露接近可接受水平時,該信息將用於降低生產率和排放量。 這是一種低效的方法,但對於現有設施來說可能是一種可接受的臨時控制方法。

反過來,在可能存在污染物濃度過高的情況下,向公眾發出警告,以便公眾採取適當的行動。 例如,如果發出警告說大氣條件使得冶煉廠下風處的二氧化硫含量過高,那麼哮喘患者等易感人群就會知道不要外出。 同樣,在安裝永久控制之前,這可能是可接受的臨時控制。

實時大氣和氣象監測有時用於避免或減少可能存在多個來源的重大空氣污染事件。 當空氣污染水平可能超標變得明顯時,可能會限制個人使用汽車,並關閉主要的排放行業。

維護/家政服務

在所有情況下,控制的有效性取決於適當的維護; 設備必須按預期運行。 不僅必須按預期維護和使用空氣污染控制措施,而且必須維護和正確運行產生潛在排放物的過程。 工業過程的一個例子是溫度控制器出現故障的木屑乾燥機; 如果乾燥器在過高的溫度下運行,它會從乾燥的木材中釋放出更多的材料,並且可能是不同類型的材料。 氣體淨化器維護影響排放的一個例子是袋式除塵器維護不善,袋子破損,這會使微粒通過過濾器。

內務管理在控制總排放量方面也起著重要作用。 工廠內未迅速清除的灰塵可能會重新夾帶並對員工造成危害。 如果粉塵被帶出工廠,就會對社區造成危害。 廠區管理不善可能會給社區帶來重大風險。 未覆蓋的散裝材料、植物廢棄物或車輛揚起的灰塵會導致污染物隨風進入社區。 保持院子清潔,使用適當的容器或儲存地點,對於減少總排放量很重要。 如果要保護社區,系統不僅必須正確設計,還必須正確使用。

維護和內務管理不善的最壞例子是鉛粉輸送機損壞的鉛回收廠。 允許灰塵從輸送機中逸出,直到堆高到灰塵可以從堆上滑下並從破窗中滑出。 然後,當地的風將灰塵帶到了附近。

排放採樣設備

可以出於以下幾個原因進行源採樣:

  • 表徵排放。 要設計空氣污染控制系統,必須知道排放的是什麼。 不僅要知道氣體的體積,而且必須知道所排放物質的數量、特性,如果是顆粒物,還必須知道其尺寸分佈。 同樣的信息對於對一個社區的總排放量進行分類是必要的。
  • 測試設備效率。 購買空氣污染控制系統後,應對其進行測試以確保其發揮預期作用。
  • 作為控制系統的一部分。 當持續監測排放時,數據可用於微調空氣污染控制系統或工廠運營本身。
  • 確定合規性。 當監管標準包括排放限值時,排放抽樣可用於確定是否符合標準。

 

使用的取樣系統類型取決於取樣的原因、成本、技術可用性和員工培訓。

可見排放

如果希望降低空氣的污染能力、提高能見度或防止氣溶膠進入大氣,標準可基於可見排放。

可見排放物由小顆粒或有色氣體組成。 羽流越不透明,排放的物質就越多。 這種特徵在視覺上是顯而易見的,訓練有素的觀察員可以用來評估排放水平。 使用這種評估排放標準的方法有幾個優點:

  • 不需要昂貴的設備。
  • 一個人一天可以做很多觀察。
  • 工廠操作員可以以低成本快速評估過程變化的影響。
  • 無需耗時的來源測試即可引用違規者。
  • 可以定位有問題的排放,然後通過源測試確定實際排放,如以下部分所述。

 

提取取樣

一種更為嚴格的採樣方法要求從煙囪中取出氣流樣本並進行分析。 雖然這聽起來很簡單,但它並不能轉化為簡單的採樣方法。

樣本應等速收集,尤其是在收集微粒時。 等速採樣定義為通過以與材料在煙囪或管道中移動的速度相同的速度將樣品吸入採樣探頭進行採樣。 這是通過用皮託管測量氣流的速度然後調整採樣率使樣品以相同的速度進入探頭來完成的。 這在對顆粒物進行採樣時至關重要,因為較大、較重的顆粒不會隨著方向或速度的變化而變化。 結果,樣品中較大顆粒的濃度將不能代表氣流,樣品將不准確。

二氧化硫的採樣序列如圖 1 所示。這並不簡單,需要經過培訓的操作員來確保正確採集樣品。 如果要對二氧化硫以外的東西進行採樣,則可以移除撞擊器和冰浴並插入適當的收集裝置。

圖 1. 二氧化硫等速採樣序列圖

EPC050F2

抽取式採樣,尤其是等速採樣,可以非常準確且用途廣泛,並且有多種用途:

  • 這是一種公認的抽樣方法,具有充分的質量控制,因此可用於確定是否符合標準。
  • 該方法的潛在準確性使其適用於新控制設備的性能測試。
  • 由於可以在受控的實驗室條件下收集和分析許多組分的樣品,因此它可用於表徵氣流。

 

可以將簡化的自動採樣系統連接到連續氣體(電化學、紫外光度計或火焰離子化傳感器)或微粒(濁度計)分析儀,以連續監測排放。 這可以提供排放文件和空氣污染控制系統的瞬時運行狀態。

現場取樣

也可以在煙囪中對排放物進行採樣。 圖 2 是用於測量氣流中物質的簡單透射計的示意圖。 在這個例子中,一束光穿過堆疊投射到光電池上。 微粒或有色氣體會吸收或阻擋一些光。 材料越多,到達光電管的光就越少。 (見圖 2。)

圖 2. 用於測量煙囪中微粒的簡單透射計

EPC050F1

通過使用不同的光源和檢測器,例如紫外光 (UV),可以檢測對可見光透明的氣體。 這些設備可以針對特定氣體進行調整,因此可以測量廢物流中的氣體濃度。

An 現場 監測系統優於抽取式系統,因為它可以測量整個煙囪或管道的濃度,而抽取式方法僅測量樣品抽取點的濃度。 如果樣品氣流沒有充分混合,這會導致明顯的錯誤。 然而,提取法提供了更多的分析方法,因此也許可以用於更多的應用。

由於 現場 系統提供連續讀數,可用於記錄排放量或微調操作系統。

 

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星期三,三月09 2011 16:00

水污染控制

本文基於 Hespanhol 和 Helmer 在本章中提供的趨勢和發生的討論,旨在讓讀者了解當前可用的水污染控制技術 環境健康危害。 以下各節討論水污染問題的控制,首先在“地表水污染控制”標題下,然後在“地下水污染控制”標題下。

地表水污染控制

水污染的定義

水污染是指一定區域(如流域)的水文水體存在雜質或不潔淨的定性狀態。 它是由導致地球水資源利用減少的事件或過程引起的,尤其是與人類健康和環境影響相關的事件或過程。 污染過程強調因污染而失去純度,這進一步暗示了外部來源的入侵或接觸是原因。 受污染一詞適用於極低水平的水污染,就像它們最初的腐敗和腐爛一樣。 污穢是污染的結果,暗示著侵犯或褻瀆。

水文水域

地球的天然水域可被視為一個連續循環系統,如圖 1 所示,該圖提供了水文循環中水域的圖形說明,包括地表水和地下水。

圖 1. 水文循環

EPC060F1

作為水質的參考,蒸餾水(H2O)代表最高的純度狀態。 水文循環中的水可能被視為天然水,但並不純淨。 它們受到自然和人類活動的污染。 自然退化效應可能來自無數來源——動物群、植物群、火山爆發、雷擊引起的火災等等,從長期來看,這些被認為是科學目的的普遍背景水平。

人為污染通過疊加各種來源排放的廢物破壞了自然平衡。 污染物可能在任何時候被引入水文循環的水中。 例如:大氣降水(降雨)可能被空氣污染物污染; 地表水可能在流域的徑流過程中受到污染; 污水可能排入溪流和河流; 地下水可能因滲透和地下污染而受到污染。

 

 

圖 2 顯示了水文水域的分佈。 然後污染疊加在這些水域上,因此可能被視為不自然或不平衡的環境條件。 污染過程可能發生在水文循環的任何部分的水域中,在地球表面以流域徑流進入溪流和河流的形式更為明顯。 然而,地下水污染也對環境產生重大影響,將在地表水污染部分進行討論。

圖 2 降水量分佈

EPC060F2

流域水污染源

流域是地表水污染的發源地。 分水嶺被定義為地球表面的一個區域,水文水在該區域落下、積聚、使用、處理並最終排入溪流、河流或其他水體。 它由排水系統組成,最終徑流或收集在溪流或河流中。 大河流域通常被稱為流域。 圖 3 是區域流域水文循環的示意圖。 對於一個區域,各種水域的配置可以寫成一個簡單的方程,這是Viessman,Lewis和Knapp(1989)所寫的水文學基本方程; 典型單位是毫米/年:

P-R-G-E-T = ±S

其中:

P = 降水(即降雨、降雪、冰雹)

R = 徑流或流域地表流量

G =地下水

E =蒸發

T = 蒸騰

S = 表面存儲

圖 3. 區域水文循環

EPC060F3

降水被視為上述水文收支的初始形式。 術語徑流與溪流同義。 儲存是指收集水的水庫或滯留系統; 例如,河流上的人造水壩(攔河壩)形成了一個蓄水池。 地下水作為一個儲存系統收集起來,並可能從一個地方流到另一個地方; 它可能是與地表流相關的流入物或流出物。 蒸發是一種水面現象,蒸騰作用與生物群的傳播有關。

 

 

 

 

 

 

 

儘管流域的大小可能有很大差異,但某些用於水污染指定的排水系統在特徵上被歸類為城市或非城市(農業、農村、未開發)。 這些排水系統中發生的污染來自以下來源:

點源: 廢物在特定位置(例如下水道管道或某種類型的集中系統出口)排放到接收水體中。

非點(分散)源: 污染從流域的分散源進入受納水體; 未收集的降雨徑流水排入溪流是典型的。 非點源有時也稱為“分散”水域; 然而,分散一詞被認為更具描述性。

間歇性來源: 來自在某些情況下(例如超載條件下)放電的點或源; 強降雨徑流期間的合流下水道溢流是典型的。

溪流和河流中的水污染物

當上述來源的有害廢料排放到溪流或其他水體中時,它們就變成了上一節中已分類和描述的污染物。 進入水體的污染物或污染物可進一步分為:

  • 可降解(非保守)污染物:最終分解成無害物質或可通過處理方法去除的雜質; 即某些有機材料和化學品、生活污水、熱量、植物養分、大多數細菌和病毒、某些沉積物
  • 不可降解(保守)污染物:持續存在於水環境中且濃度不會降低的雜質,除非通過處理進行稀釋或去除; 即某些有機和無機化學品、鹽類、膠體懸浮液
  • 有害水生污染物: 複雜形式的有害廢物,包括有毒痕量金屬、某些無機和有機化合物
  • 放射性核素污染物:受到放射源影響的材料。

 

水污染防治條例

廣泛適用的水污染控制法規一般由國家政府機構頒布,國家、省、市、水區、保護區、環衛委員會等製定了更詳細的規定。 在國家和州(或省)層面,環境保護機構 (EPA) 和衛生部通常承擔此責任。 在下面的法規討論中,格式和某些部分遵循目前適用於美國俄亥俄州的水質標準示例。

水質使用指定

水污染治理的最終目標是實現水體污染物零排放; 然而,完全實現這一目標通常不符合成本效益。 首選方法是限制廢物處理排放,以合理保護人類健康和環境。 儘管這些標准在不同的管轄範圍內可能有很大差異,但特定水體的使用指定通常是基礎,如下文簡要說明。

供水包括:

  • 公共供水: 經過常規處理後適合人類消費的水域
  • 農業供應: 無需處理即可用於灌溉和牲畜澆水的水域
  • 工業/商業供應:適用於工業和商業用途的水,無論是否經過處理。

 

休閒活動包括:

  • 沐浴水域: 在某些季節適合游泳的水域,經批准的水質以及保護條件和設施
  • 主要聯繫人: 在某些季節適合進行全身接觸娛樂活動的水域,例如游泳、劃獨木舟和水下潛水,水質對公眾健康的威脅最小
  • 二次接觸:在某些季節適合部分身體接觸娛樂活動的水域,例如但不限於涉水,水質對公眾健康的威脅最小。

 

公共水資源被歸類為公園系統內的水體、濕地、野生動物區、野生、風景和休閒河流和公有湖泊,以及具有特殊休閒或生態意義的水域。

水生生物棲息地

典型名稱會因氣候而異,但與支持和維持某些水生生物(尤其是各種魚類)的水體條件有關。 例如,俄亥俄州環境保護局 (EPA) 法規中細分的溫帶氣候用途名稱如下所列,但沒有詳細說明:

  • 溫水
  • 有限的溫水
  • 特殊的溫水
  • 改良溫水
  • 季節性鮭魚
  • 冷水
  • 水資源有限。

 

水污染控制標準

天然水域和廢水的特徵在於它們的物理、化學和生物組成。 Metcalf 和 Eddy(1991 年)在教科書中報告了廢水及其來源的主要物理特性和化學和生物成分。 這些測定的分析方法在廣泛使用的題為 水和廢水檢驗的標準方法 美國公共衛生協會 (1995)。

每個指定的水體都應根據規定進行控制,這些規定可能包括基本的和更詳細的數字標準,如下面簡要討論的那樣。

基本免受污染。 在切實可行的範圍內,所有水體都應達到“五無污染”的基本標準:

  1. 不含因人類活動而進入水中的懸浮固體或其他物質,這些物質會沉澱形成腐爛或其他令人反感的污泥沉積物,或者會對水生生物產生不利影響
  2. 沒有漂浮的碎片、油、浮渣和其他因人類活動而進入水域的漂浮物質,其數量足以難看或導致退化
  3. 不含因人類活動而進入水域、產生顏色、氣味或其他足以造成滋擾的情況的物質
  4. 不含因人類活動而進入水域的物質,其濃度對人類、動物或水生生物有毒或有害,和/或在混合區迅速致死
  5. 不含因人類活動而進入水域的營養物質,其濃度會導致水草和藻類滋生滋生。

 

水質標準是控制水體中化學、生物和有毒成分的數值限制和指南。

當今使用的化合物超過 70,000 種,指定每種化合物的控制是不切實際的。 然而,化學品的標準可以在限制的基礎上建立,因為它們首先與三大類消費和接觸有關:

類1:保護人類健康的化學標準是首要關注的問題,應根據政府衛生機構、世界衛生組織和公認的衛生研究組織的建議制定。

類2:控制農業供水的化學標準應基於公認的科學研究和建議,這些研究和建議將防止作物灌溉和牲畜澆水對作物和牲畜造成不利影響。

類3:保護水生生物的化學標準應基於公認的關於這些物種對特定化學品的敏感性以及與人類食用魚類和海產品有關的科學研究。

廢水排放標準涉及對廢水排放物中存在的污染物成分的限制,並且是進一步的控制方法。 它們可能被設置為與水體的用水指定相關,並且與上述化學標準類別相關。

生物學標準基於支持水生生物所需的水體棲息地條件。

廢水和天然水域的有機物含量

有機物的總含量對於表徵廢水和天然水體的污染強度最為重要。 為此通常使用三種實驗室測試:

生化需氧量(BOD): 五天生化需氧量 (BOD5) 是最廣泛使用的參數; 該測試測量微生物在此期間在有機物的生化氧化過程中使用的溶解氧。

化學需氧量 (COD):該測試用於測量城市和工業廢物中含有對生物生命有毒化合物的有機物; 它是可被氧化的有機物的氧當量的量度。

總有機碳 (TOC):本試驗特別適用於水中有機物濃度低的情況; 它是衡量被氧化成二氧化碳的有機物的量度。

防降解政策規定

反退化政策法規是防止水污染擴散超出某些普遍條件的進一步方法。 例如,俄亥俄州環境保護局水質標準抗降解政策包括三層保護:

一級1:必須維護和保護現有用途。 不允許影響現有指定用途的進一步水質惡化。

一級2:接下來,必須維持比保護用途所需的水質更好的水質,除非根據 EPA 主任的決定,表明重要的經濟或社會發展需要較低的水質。

一級3: 最後,必須維護和保護水資源水域的質量。 他們現有的環境水質不會因任何被確定為有毒或乾擾任何指定用途的物質而退化。 如果增加的污染物負荷不會導致現有水質下降,則允許將其排放到水體中。

水污染排放混合區和廢物負荷分配模型

混合區是水體中允許經過處理或未經處理的廢水排放達到穩定條件的區域,如圖 4 所示的流動水流。 排放最初處於過渡狀態,從源濃度到接收水條件逐漸稀釋。 它不應被視為一個處理實體,並且可以用特定的限制來描述。

圖 4. 混合區

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通常,混合區不得:

  • 干擾水生物種的遷徙、生存、繁殖或生長
  • 包括產卵或育苗區
  • 包括公共供水取水口
  • 包括沐浴區
  • 佔溪流寬度的 1/2 以上
  • 構成溪流口橫截面積的1/2以上
  • 向下游延伸超過溪流寬度五倍的距離。

 

廢物負荷分配研究變得很重要,因為廢水排放的養分控製成本很高,以避免河流富營養化(定義見下文)。 這些研究通常使用計算機模型來模擬溪流中的水質條件,特別是關於影響溶解氧動態的營養物質,例如氮和磷的形式。 這種類型的傳統水質模型以美國 EPA 模型 QUAL2E 為代表,Brown 和 Barnwell (1987) 對此進行了描述。 Taylor (1995) 提出的一個更新的模型是全方位晝夜模型 (ODM),其中包括對根系植被對河流養分和溶解氧動態影響的模擬。

差異規定

所有水污染控制法規的完善程度有限,因此應包括允許根據某些條件進行判斷差異的條款,這些條件可能會阻止立即或完全遵守。

與水污染相關的風險評估和管理

上述水污染控制法規是世界範圍內政府為遵守水質標準和廢水排放限製而採用的典型方法。 一般來說,這些規定是根據健康因素和科學研究制定的; 如果對可能的影響存在一些不確定性,通常會應用安全係數。 實施其中某些法規可能不合理,而且對廣大公眾和私營企業而言成本過高。 因此,人們越來越關注如何更有效地分配資源以實現改善水質的目標。 正如前面在水文水的討論中指出的那樣,即使在天然存在的水中也不存在原始純度。

越來越多的技術方法鼓勵在製定水污染法規時評估和管理生態風險。 該概念基於對滿足標准或限制的生態效益和成本的分析。 Parkhurst(1995 年)提議應用水生生態風險評估來幫助設定水污染控制限值,特​​別適用於保護水生生物。 這種風險評估方法可用於估計化學濃度對廣泛的地表水污染條件的生態影響,包括:

  • 點源污染
  • 面源污染
  • 河道中現有的受污染沉積物
  • 與水體相關的危險廢物場地
  • 分析現有的水污染控制標準。

 

所提出的方法包括三個層次; 如圖 5 所示,它說明了該方法。

圖 5. 為連續分析層進行風險評估的方法。 Tier 1:篩選級別; 第 2 層:潛在重大風險的量化; 第 3 層:特定地點的風險量化

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湖泊和水庫的水污染

湖泊和水庫提供分水嶺流入量的容積儲存,與流動溪流中河段的快速流入和流出相比,可能具有較長的沖洗時間。 因此,它們特別關注某些成分的保留,尤其是營養物質,包括促進富營養化的氮和磷形式。 富營養化是一種自然老化過程,其中水含量變得有機豐富,導致藻類、水葫蘆等不受歡迎的水生生物佔優勢。 富營養化過程往往會減少水生生物,並對溶解氧產生有害影響。 Preul (1974) 在圖 6 中說明了營養的自然來源和文化來源都可能促進這一過程,該圖顯示了美國新罕布什爾州蘇納皮湖的營養來源和彙的示意圖。

圖 6. 新罕布什爾州(美國)蘇納皮湖的養分(氮和磷)源和彙的示意圖

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當然,可以對湖泊和水庫進行取樣和分析以確定它們的營養狀況。 分析研究通常從基本的營養平衡開始,例如:

(湖泊進水養分)=(湖泊出水養分)+(湖泊養分滯留)

這種基本平衡可以進一步擴展以包括圖 6 中所示的各種來源。

沖洗時間是湖泊系統相對保留方面的指示。 伊利湖等淺湖的沖洗時間相對較短,並且與嚴重的富營養化有關,因為淺湖通常更有利於水生植物的生長。 太浩湖和蘇必利爾湖等深湖的沖刷期很長,通常與富營養化程度最低的湖泊有關,因為到目前為止,它們還沒有超載,而且它們的極端深度不利於水生植物的廣泛生長除了在 epilimnion(上部區域)。 此類湖泊通常被歸類為貧營養湖泊,因為它們的養分含量相對較低,支持藻類等水生生物的生長極少。

比較 Pecor (1973) 報告的美國一些主要湖泊的沖刷時間是有意義的,使用以下計算基礎:

湖泊沖洗時間(LFT)=(湖泊蓄水量)/(湖泊出流量)

一些例子是:Wabesa 湖(密歇根州),LFT=0.30 年; 霍頓湖(密歇根州),1.4 年; 伊利湖,2.6 年; 蘇必利爾湖,191 年; 太浩湖,700 年。

儘管富營養化過程與養分含量之間的關係很複雜,但磷通常被認為是限制性養分。 基於完全混合的條件,Sawyer (1947) 報告說,如果氮值超過 0.3 mg/l 且磷值超過 0.01 mg/l,則容易發生藻華。 在分層的湖泊和水庫中,低水庫中溶解氧含量低是富營養化的早期跡象。 Vollenweider(1968 年,1969 年)根據養分負荷、平均深度和營養狀態,為許多湖泊制定了總磷和總氮的臨界負荷水平。 為了比較這方面的工作,Dillon (1974) 發表了對 Vollenweider 的營養預算模型和其他相關模型的批判性評論。 最近的計算機模型也可用於模擬隨溫度變化的氮/磷循環。

河口水污染

河口是河口和海岸之間的中間水道。 該通道由河口河段組成,河流從上游流入(淡水),從下游流出,流入不斷變化的海水(鹹水)尾水位。 河口不斷受到潮汐波動的影響,是水污染控制中遇到的最複雜的水體之一。 河口的主要特徵是鹽度變化、鹽楔或鹹水和淡水之間的界面,以及通常覆蓋泥灘和鹽沼的大面積淺水、渾水。 養分主要從流入的河流供應到河口,並與海水棲息地結合,提供生物群和海洋生物的多產生產。 特別需要的是從河口收穫的海鮮。

從水污染的角度來看,河口個別情況復雜,通常需要採用廣泛的實地研究和計算機建模進行特殊調查。 為進一步了解基本情況,讀者可參考 Reish 1979 年關於海洋和河口污染的文章; 以及 Reid 和 Wood 1976,關於內陸水域和河口的生態學。

海洋環境中的水污染

海洋可被視為最終的接收水或匯,因為河流攜帶的廢物最終排入海洋環境。 儘管海洋是巨大的鹹水體,具有看似無限的同化能力,但污染往往會破壞海岸線並進一步影響海洋生物。

海洋污染物的來源包括許多在陸地廢水環境中遇到的污染物,以及更多與海洋作業相關的污染物。 下面給出了一個有限的列表:

  • 生活污水及污泥、工業廢棄物、固體廢棄物、船舶廢棄物
  • 來自河流和土地徑流的漁業廢物、沉積物和養分
  • 石油洩漏、海上石油勘探和生產廢物、疏浚作業
  • 熱、放射性廢料、廢化學品、殺蟲劑和除草劑。

 

以上每一項都需要特殊的處理和控制方法。 通過海洋排放口排放的生活污水和污水污泥可能是海洋污染的主要來源。

關於這個主題的當前技術,讀者可以參考 Bishop(1983 年)關於海洋污染及其控制的書。

減少廢水排放污染的技術

大型廢水處理通常由市政當局、衛生區、工業、商業企業和各種污染控制委員會進行。 此處的目的是描述現代城市廢水處理方法,然後提供有關工業廢物處理和更先進方法的一些見解。

一般來說,所有的廢水處理過程都可以分為物理、化學或生物類型,並且可以使用其中的一種或多種來獲得所需的流出物產品。 這種分類分組最適合理解廢水處理方法,如表 1 所示。

表 1. 廢水處理操作和過程的一般分類

物理操作

化學過程

生物過程

流量測量
篩選/除砂
混合
絮凝
沉降
浮選
過濾
烘乾
蒸餾
離心分離
冷凍保存
反滲透

沉澱
中和
吸附
消毒
化學氧化
化學還原
焚化
離子交換
電滲析

有氧運動
厭氧作用
好氧-厭氧組合

 

現代廢水處理方法

此處的覆蓋範圍有限,旨在提供全球當前廢水處理實踐的概念性概述,而不是詳細的設計數據。 對於後者,讀者可以參考 Metcalf 和 Eddy 1991。

城市廢水以及一些工業/商業廢物的混合物在通常採用一級、二級和三級處理的系統中進行處理,如下所示:

一級處理系統: 預處理 ® 初級沉降 ® 消毒(氯化) ® 污水

二級處理系統: Pre-treat ® Primary settling ® Biological unit ® Second settling ® Disinfection (chlorination) ® 污水流

三級處理系統: 預處理 ® 初級沉降 ® 生物裝置 ® 第二沉降 ® 三級裝置 ® 消毒(氯化) ® 流出物

圖7進一步顯示了常規廢水處理系統的示意圖。 上述過程的概述如下。

圖 7 常規廢水處理示意圖

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初級處理

市政廢水(包括混有部分工業/商業廢水的生活污水)一級處理的基本目標是去除懸浮物並澄清廢水,使其適合生物處理。 經過篩選、除砂和粉碎等預處理後,初級沉澱的主要過程是將原廢水在大型沉澱池中沉澱長達數小時。 該過程去除了總懸浮固體的 50% 至 75%,這些懸浮固體作為底流污泥被收集起來用於單獨處理。 來自該過程的溢流流出物然後被引導用於二級處理。 在某些情況下,可以使用化學品來提高初級處理的程度。

二級處理

廢水中精細懸浮或溶解且未在初級過程中去除的有機物部分通過二級處理進行處理。 普遍接受的常用二級處理形式包括滴濾池、轉盤等生物接觸器、活性污泥、廢物穩定池、曝氣池系統和土地應用方法,包括濕地系統。 所有這些系統都將被認為採用某種形式的生物過程。 下面簡要討論這些過程中最常見的過程。

生物接觸器系統. 滴濾池是這種二次處理方法的最早形式之一,並且在一些改進的應用方法中仍被廣泛使用。 在這種處理中,來自初級水箱的流出物被均勻地施加到介質床上,例如岩石或合成塑料介質。 均勻分佈通常是通過根據所需工藝從在床上間歇地或連續地旋轉的穿孔管道中滴流液體來實現的。 根據有機物和水力負荷的速率,滴濾池可以去除高達 95% 的有機物含量,通常作為生化需氧量 (BOD) 進行分析。 還有許多其他更新的生物接觸器系統正在使用,它們可以提供相同範圍內的處理去除; 其中一些方法具有特殊優勢,特別適用於某些限制條件,如空間、氣候等。 需要注意的是,隨後的二沉池被認為是完成該過程的必要部分。 在二次沉澱中,一些所謂的腐殖質污泥作為底流排出,溢流作為二級出水排放。

活性污泥. 在這種生物過程的最常見形式中,經過初級處理的廢水流入活性污泥單元罐,其中包含以前存在的稱為活性污泥的生物懸浮液。 這種混合物被稱為混合液懸浮固體 (MLSS),接觸時間通常為數小時至 24 小時或更長時間,具體取決於所需的結果。 在此期間,混合物被高度充氣和攪動以促進需氧生物活性。 當過程結束時,一部分混合物 (MLSS) 被抽出並返回到流入物中以繼續生物活化過程。 在活性污泥單元之後提供二次沉降,目的是沉澱活性污泥懸浮液並將澄清的溢流作為流出物排放。 該工藝能夠去除高達約 95% 的進水 BOD。

三級處理

如果需要更高程度的污染物去除,可以提供第三級處理。 這種處理形式通常可能包括砂濾、穩定池、土地處置方法、濕地和其他可進一步穩定二級出水的系統。

污水消毒

通常需要消毒以將細菌和病原體減少到可接受的水平。 氯化、二氧化氯、臭氧和紫外線是最常用的工藝。

污水處理廠整體效率

廢水包括廣泛的成分,通常分為懸浮和溶解的固體、無機成分和有機成分。

處理系統的效率可以根據這些成分的去除百分比來衡量。 常用的測量參數有:

  • POINT: 生化需氧量,單位為 mg/l
  • COD: 化學需氧量,單位為 mg/l
  • TSS: 總懸浮固體,以 mg/l 為單位測量
  • TDS: 總溶解固體,以 mg/l 為單位測量
  • 氮形式: 包括硝酸鹽和氨,以 mg/l 為單位(硝酸鹽作為富營養化中的一種養分尤其值得關注)
  • 磷酸鹽: 以 mg/l 為單位(作為富營養化中的營養物也特別值得關注)
  • pH:酸度,以從 1(最酸)到 14(最鹼)的數字衡量
  • 大腸菌群計數: 以每 100 毫升中最可能的數字來衡量(埃希氏菌屬 和糞便大腸菌群是最常見的指標)。

 

工業廢水處理

工業廢物的種類

工業(非家庭)廢物數量眾多且成分差異很大; 它們可能呈強酸性或強鹼性,通常需要進行詳細的實驗室分析。 可能需要專門處理以使其在出院前無害。 毒性是工業廢水處理中的一個重要問題。

代表性的工業廢物包括:紙漿和造紙、屠宰場、啤酒廠、制革廠、食品加工、罐頭廠、化學品、石油、紡織、製糖、洗衣、肉類和家禽、餵豬、煉油等。 處理設計開發的第一步是工業廢物調查,它提供有關流量和廢物特徵變化的數據。 Eckenfelder (1989) 列出的不良廢物特徵可歸納如下:

  • 可溶性有機物導致溶解氧耗盡
  • 懸浮物
  • 微量有機物
  • 重金屬、氰化物和有毒有機物
  • 顏色和濁度
  • 氮磷
  • 耐生物降解的難熔物質
  • 油類和漂浮物
  • 揮發性物質。

 

美國環保署進一步定義了一份有毒有機和無機化學品清單,在授予排放許可方面有具體限制。 該列表包括 100 多種化合物,由於太長而無法在此處重印,但可以向 EPA 索取。

治療方法

工業垃圾的處理比生活垃圾的處理更專業; 然而,在適合生物還原的情況下,它們通常使用類似於先前描述的用於市政系統的方法(二級/三級生物處理方法)進行處理。

在有足夠土地面積的情況下,廢物穩定池是有機廢水處理的常用方法。 流通池通常根據細菌活性分為需氧、兼性或厭氧。 曝氣池通過擴散或機械曝氣系統供應氧氣。

圖 8 和圖 9 顯示了廢物穩定池的草圖。

圖 8. 雙池穩定池:橫截面圖

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圖 9. 充氣潟湖類型:示意圖

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污染預防和廢物最小化

當從源頭分析工廠內的工業廢物操作和過程時,通常可以對其進行控制,以防止大量污染排放。

再循環技術是污染防治計劃中的重要方法。 一個案例研究示例是 Preul (1981) 發布的皮革製革廢水排放回收計劃,其中包括鉻回收/再利用以及所有製革廢水的完全再循環,除緊急情況外不向任何流排放。 該系統的流程圖如圖 10 所示。

圖 10. 制革廢水排放回收系統流程圖

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對於這項技術的最新創新,讀者可以參考水環境聯合會 (Water Environment Federation) 出版的關於污染預防和廢物最小化的出版物 (1995)。

先進的廢水處理方法

許多先進的方法可用於更高程度地去除可能需要的污染成分。 一般清單包括:

過濾(沙子和多媒體)

化學沉澱

碳吸附

電滲析

蒸餾

硝化

藻類收穫

污水回收

微應變

氨汽提

反滲透

離子交換

土地申請

反硝化作用

濕地。

必鬚根據原廢水的質量和數量、接受水的要求,當然還有成本,來確定適用於任何情況的最合適的工藝。 如需進一步參考,請參閱 Metcalf 和 Eddy 1991,其中有一章是關於高級廢水處理的。

深度廢水處理案例研究

本章其他部分討論的丹區污水再生利用項目案例研究為污水處理和再生利用的創新方法提供了一個很好的例子。

熱氣污染

熱污染是工業廢物的一種形式,被定義為因排放人造設施的熱量而導致接收水體正常水溫的有害升高或降低。 產生主要廢熱的行業是化石燃料(石油、天然氣和煤炭)和核電站、鋼鐵廠、煉油廠、化工廠、紙漿和造紙廠、釀酒廠和洗衣廠。 特別值得關注的是為許多國家(例如,美國約 80%)供應能源的發電行業。

餘熱對受納水體的影響

對廢物同化能力的影響

  • 熱量會增加生物氧化。
  • 熱量會降低水中的氧飽和度,並降低自然复氧的速度。
  • 在一年中溫暖的月份,熱量的淨效應通常是有害的。
  • 冬季效應在較冷的氣候中可能是有益的,那裡的冰條件被打破,並為魚類和水生生物提供表面曝氣。

 

對水生生物的影響

許多物種都有溫度耐受極限,需要保護,特別是在受熱影響的溪流或水域。 例如,冷水流通常有最多種類的運動魚,如鱒魚和鮭魚,而溫暖水流通常支持粗魚種群,中等溫度水域中有某些種類,如梭子魚和鱸魚。

圖 11. 受水截面邊界處的熱交換

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受納水中的熱分析

圖 11 說明了受納水體邊界處自然熱交換的各種形式。 當熱量排放到河流等接收水域時,分析河流的熱補充能力非常重要。 河流的溫度分佈可以通過求解類似於計算溶解氧曲線的熱平衡來計算。 圖 12 說明了 A 點和 B 點之間的河段熱平衡的主要因素。每個因素都需要根據某些熱變量進行單獨計算。 與溶解氧平衡一樣,溫度平衡只是給定部分的溫度資產和負債的總和。 有關該主題的文獻中提供了其他更複雜的分析方法。 熱平衡計算的結果可用於確定熱排放限制和可能對水體的某些使用限制。

圖 12. 熱力增加的河流容量

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熱污染治理

控制熱污染的主要途徑有:

  • 提高電廠運行效率
  • 冷卻塔
  • 孤立的冷卻池
  • 考慮替代發電方法,例如水力發電。

 

如果物理條件在某些環境限制內有利,則應考慮將水力發電作為化石燃料或核能發電的替代方案。 在水力發電中,沒有熱量的處理,也沒有造成水污染的廢水排放。

地下水污染控制

地下水的重要性

由於世界上的供水廣泛地取自含水層,因此保護這些供水源是最重要的。 據估計,地球上 95% 以上的可用淡水供應都在地下; 根據 50 年美國地質調查局的數據,在美國,大約 1984% 的飲用水來自水井。 由於地下水污染和運動具有微妙和看不見的性質,因此有時對這種水退化形式的分析和控制的關注要少於地表水污染,而地表水污染要明顯得多。

圖 13. 水文循環和地下水污染源

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地下污染源

圖 13 顯示了疊加地下水污染源的水文循環。 地下污染潛在來源的完整清單非常廣泛; 然而,為了說明,最明顯的來源包括:

  • 工業廢物排放
  • 與含水層接觸的污染溪流
  • 採礦作業
  • 固廢及危廢處置
  • 地下儲罐,例如石油
  • 灌溉系統
  • 人工補給
  • 海水侵蝕
  • 溢出
  • 具有可滲透底部的污染池塘
  • 處置井
  • 化糞池瓦田和浸出坑
  • 鑽井不當
  • 農業經營
  • 道路除冰鹽。

 

地下污染中的特定污染物進一步分類為:

  • 不需要的化學成分(典型的,不完整的列表)——有機和無機(例如,氯化物、硫酸鹽、鐵、錳、鈉、鉀)
  • 總硬度和總溶解固體
  • 有毒成分(典型的,不完整的清單)——硝酸鹽、砷、鉻、鉛、氰化物、銅、酚類、溶解的汞
  • 不良的物理特性——味道、顏色和氣味
  • 殺蟲劑和除草劑 - 氯化碳氫化合物和其他
  • 放射性物質 - 各種形式的放射性
  • 生物 - 細菌、病毒、寄生蟲等
  • 酸(低 pH 值)或腐蝕性(高 pH 值)。

 

其中,地下水和地表水中的硝酸鹽尤其值得關注。 在地下水供應中,硝酸鹽會導致高鐵血紅蛋白血症(嬰兒發紺)。 正如 Preul(1991 年)所報告的那樣,它們進一步在地表水中造成有害的富營養化效應,並出現在廣泛的水資源中。 Preul (1964, 1967, 1972) 以及 Preul 和 Schroepfer (1968) 也報導了氮和其他污染物的地下運動。

地下域污染旅行

與水文循環中的地表水移動相比,地下水移動極其緩慢和微妙。 為了簡單了解理想穩流條件下普通地下水的移動,達西定律是評價低雷諾數下地下水移動的基本方法 (R):

V = K(dh/dl)

其中:

V = 含水層中地下水的流速,米/天

ķ = 含水層滲透係數

(dh/dl) = 代表運動驅動力的水力梯度。

在污染物向地下遷移時,普通地下水(H2O) 通常是攜帶流體,可以根據達西定律中的參數計算出以一定速率移動。 然而,污染物(例如有機或無機化學品)的移動速率或速度可能會因平流和流體動力分散過程而不同。 由於含水層介質內的反應,某些離子的移動速度比地下水的一般流速慢或快,因此它們可以歸類為“反應”或“非反應”。 反應一般有以下幾種形式:

  • 污染物與含水層和/或輸送液體之間的物理反應
  • 污染物與含水層和/或輸送液體之間的化學反應
  • 對污染物的生物學作用。

 

以下是典型的反應性和非反應性地下污染物:

  • 反應性污染物——鉻、銨離子、鈣、鈉、鐵等; 一般陽離子; 生物成分; 放射性成分
  • 非反應性污染物——氯化物、硝酸鹽、硫酸鹽等; 某些陰離子; 某些殺蟲劑和除草劑化學品。

 

乍一看,反應污染物似乎是最糟糕的類型,但情況可能並非總是如此,因為反應會滯留或延遲污染物傳播濃度,而非反應污染物傳播可能在很大程度上不受抑制。 現在可以買到某些“軟”的家用和農產品,它們在一段時間後會發生生物降解,因此避免了地下水污染的可能性。

含水層整治

防止地下污染顯然是最好的辦法; 然而,不受控制的受污染地下水狀況的存在通常在其發生後才為人所知,例如該地區水井用戶的投訴。 不幸的是,當問題被發現時,可能已經發生了嚴重的損壞並且需要補救。 修復可能需要進行廣泛的水文地質實地調查,並對水樣進行實驗室分析,以確定污染物濃度和移動羽流的範圍。 通常現有的水井可用於初始採樣,但嚴重的情況可能需要大量鑽孔和水樣。 然後可以分析這些數據以確定當前狀況並預測未來狀況。 地下水污染傳播分析是一個專業領域,通常需要使用計算機模型來更好地了解地下水動態並在各種約束條件下進行預測。 為此目的,文獻中提供了許多二維和三維計算機模型。 對於更詳細的分析方法,讀者可以參考 Freeze 和 Cherry (1987) 的書。

防止污染

保護地下水資源的首選方法是污染防治。 雖然飲用水標准通常適用於地下水供應的使用,但原水供應需要防止污染。 衛生部、自然資源機構和環境保護機構等政府實體通常負責此類活動。 地下水污染控制工作主要針對含水層的保護和污染的預防。

污染預防需要以分區和某些法規的形式進行土地使用控制。 法律可能適用於特定功能的預防,特別適用於點源或可能造成污染的行為。 土地利用分區控制是一種地下水保護工具,在市級或縣級政府中最為有效。 下文討論的含水層和井口保護計劃是污染預防的主要例子。

含水層保護計劃需要確定含水層及其補給區的邊界。 含水層可能是無限製或有限制的類型,因此需要由水文學家進行分析以做出此決定。 大多數主要含水層在發達國家通常是眾所周知的,但其他地區可能需要實地調查和水文地質分析。 防止含水層水質退化的方案的關鍵要素是控制含水層及其補給區的土地使用。

井口保護是一種更明確和有限的方法,適用於對特定井有貢獻的補給區。 美國聯邦政府於 1986 年通過了《安全飲用水法》(SDWA) (1984) 的修正案,現在要求為公共供水井建立特定的井口保護區。 井口保護區 (WHPA) 在 SDWA 中被定義為“水井或井場周圍的地表和地下區域,為公共供水系統供水,污染物很可能通過該區域移向並到達此類水井或水井場地。” 正如 US EPA (1987) 所述,WHPA 計劃的主要目標是根據選定的標準、油井作業和水文地質考慮劃定油井保護區。

 

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星期三,三月09 2011 16:30

丹區污水再生利用項目:案例研究

構思與設計

丹區城市污水再生利用項目是世界同類項目中規模最大的。 它由丹區都會區的城市廢水處理和地下水補給設施組成,丹區都會區是一個以以色列特拉維夫為中心的八個城市綜合體,居民總數約為 1.5 萬。 該項目旨在收集、處理和處置城市廢水。 回收的廢水在地下含水層中經過相對較長的滯留期後,被泵送用於不受限制的農業用途,灌溉乾旱的內蓋夫(以色列南部)。 該項目的總體方案如圖 1 所示。該項目成立於 1960 年代,並一直在不斷發展壯大。 目前,該系統收集並處理了約 110 x 106 m3 每年。 幾年內,在最後階段,系統將處理 150 到 170 x 106 m3 每年。

圖 1. 丹區污水再生利用廠:佈置圖

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眾所周知,污水處理廠會造成大量的環境和職業健康問題。 丹區項目是一個具有國家重要性的獨特系統,它將國家利益與大量節約水資源、高處理效率和生產廉價水相結合,不會造成過度的職業危害。

在系統的整個設計、安裝和日常運行過程中,都仔細考慮了水衛生和職業衛生問題。 已採取所有必要的預防措施,以確保再生廢水實際上與普通飲用水一樣安全,以防人們不小心飲用或吞下它。 同樣,已適當注意將可能影響廢水處理廠本身的工人或從事處置和農業使用的其他工人的事故或其他生物、化學或物理危害的任何潛在接觸減少到最低限度的問題的再生水。

在項目的第一階段,廢水通過兼性氧化池系統進行生物處理,並通過石灰-鎂工藝進行再循環和額外的化學處理,然後將高 pH 值的廢水滯留在“拋光池”中。 部分處理過的污水通過 Soreq 擴散盆地補給到區域地下水含水層。

在第二階段,輸送到處理廠的廢水通過具有硝化-反硝化作用的活性污泥法進行機械生物處理。 二級污水通過擴展盆地 Yavneh 1 和 Yavneh 2 補給地下水。

完整的系統由許多相互補充的不同元素組成:

  • 廢水處理廠系統,包括處理大部分廢物的活性污泥廠(生物機械廠)和主要用於處理過量污水流的氧化和拋光池系統
  • 一個用於處理過的污水的地下水補給系統,它由位於兩個不同地點(Yavneh 和 Soreq)的散佈盆地組成,間歇性地被淹沒; 被吸收的廢水通過土壤的非飽和區和含水層的一部分,並創建一個專門用於補充廢水處理和季節性儲存的特殊區域,稱為 SAT(土壤含水層處理)
  • 圍繞補給盆地的觀察井網絡(總共 53 口井),可以監測處理過程的效率
  • 圍繞補給點的恢復井網絡(74 年共有 1993 口活躍井)
  • 一個特殊的和獨立的再生水輸送幹線,用於內蓋夫農​​業區的無限制灌溉; 這條幹線被稱為“第三內蓋夫線”,它補充了內蓋夫的供水系統,內蓋夫包括另外兩條主要的淡水供應幹線
  • 污水氯化裝置,目前包括三個氯化站點(未來將增加兩個)
  • 輸送系統沿線的六個可操作水庫,用於調節沿系統泵送和消耗的水量
  • 一個污水分配系統,由 13 個主要壓力區組成,沿著污水總管,將處理過的水供應給消費者
  • 完善的監控系統,監督和控制項目的完整運行。

 

回收系統說明

回收系統的總體方案如圖 1 所示,流程圖如圖 2 所示。該系統由以下部分組成:廢水處理廠、水補給場、回收井、輸送和分配系統、氯化設置和綜合監控系統。

圖 2 丹區項目流程圖

EPC065F2

污水處理廠

丹區都市區污水處理廠接收區內300個市的生活垃圾,也處理區內110個城市的部分工業廢棄物。 該工廠位於 Rishon-Lezion 沙丘內,主要採用活性污泥法對廢物進行二級處理。 一些廢物,主要是在高峰流量排放期間,在另一個佔地 10 英畝的舊氧化池系統中進行處理。 這兩個系統目前可以處理大約 XNUMX x XNUMX6 m3 每年。

充值領域

處理廠的廢水被泵送到位於區域沙丘內的三個不同地點,在那裡它們散佈在沙子上並向下滲透到地下含水層中進行臨時儲存和額外的時間依賴性處理。 其中兩個擴散池用於機械生物處理廠廢水的補給。 它們是 Yavneh 1(60 英畝,位於工廠以南 7 公里)和 Yavneh 2(45 英畝,位於工廠以南 10 公里); 第三個水池用於補充氧化池污水和生物機械處理廠的一定部分的混合物,以便將污水質量提高到必要水平。 這是 Soreq 遺址,面積約 60 英畝,位於池塘的東邊。

回收井

在補給點周圍有觀察井網絡,通過這些觀察井重新抽取補給水。 74 年作業的 1993 口井在整個項目期間並非全部都處於活動狀態。 1993 年,共從該系統的水井中回收了約 95 萬立方米的水,並泵入了內蓋夫第三線。

輸送和分配系統

從各個回收井抽取的水被收集到第三線的輸送和分配系統中。 輸送系統由三部分組成,總長度為 87 公里,直徑範圍為 48 至 70 英寸。 沿著輸送系統建造了六個不同的可操作水庫,它們“漂浮”在主線上,以調節系統的水流。 這些水庫的作業容積從 10,000 m3 到 100,000 m3.

1993 年,第三線系統中的水通過 13 個主要壓力區系統供應給客戶。 許多用水戶(主要是農場)與這些壓力區相連。

加氯系統

在三線進行的氯化處理的目的是“破壞人際關係”,這意味著消除三線水中人類來源的微生物存在的任何可能性。 在整個監測過程中發現,再生水在蓄水池停留期間,糞便微生物明顯增加。 因此,決定沿線增加更多的氯化點,到 1993 年,三個獨立的氯化點開始正常運行。 在不久的將來,系統將增加兩個加氯點。 餘氯範圍在 0.4 和 1.0 毫克/升游離氯之間。 這種方法在系統的各個點都保持低濃度的游離氯,而不是在管線開始時使用單一的大劑量游離氯,確保打破人際關係,同時使魚能夠在水庫中生活. 此外,如果污染物從初始氯化點下游的某個點進入系統,這種氯化方法將對輸送和分配系統下游部分的水進行消毒。

監控系統

內蓋夫第三線填海系統的運行取決於監測裝置的日常運作,該監測裝置由專業和獨立的科學實體監督和控制。 該機構是位於以色列海法的以色列理工學院以色列理工學院研發研究所。

建立獨立的監測系統一直是以色列衛生部的強制性要求,以色列衛生部是根據以色列公共衛生條例的地方法定機構。 建立此監控設置的需要源於以下事實:

  1. 這個廢水回收項目是世界上最大的項目。
  2. 它包含一些尚未試驗過的非常規元素。
  3. 再生水將用於農作物的無限灌溉。

 

因此,監測系統的主要作用是確保系統供水的化學和衛生質量,並就水質的任何變化發出警告。 此外,監測裝置正在對整個丹區填海工程進行跟進,還調查某些方面,例如工廠的日常運作和水的化學生物質量。 為了確定三線水對無限灌溉的適應性,不僅從衛生方面而且從農業的角度來看,這是必要的。

初步監測佈局由 Mekoroth Water Co. 設計和準備,Mekoroth Water Co. 是以色列的主要供水商,也是 Dan Region 項目的運營商。 一個專門任命的指導委員會定期審查監測方案,並根據日常運作中積累的經驗對其進行修改。 監測程序涉及三線系統沿線的各個採樣點、各種調查參數和採樣頻率。 初步計劃涉及系統的各個部分,即回收井、輸送管線、水庫、有限數量的消費者連接以及工廠附近存在的飲用水井。 三線監測計劃中包含的參數列表見表 1。

表 1. 調查參數列表

Ag

銀色

微克/升

Al

微克/升

ALG

藻類

號/100毫升

ALKM

鹼度以碳酸鈣計3

毫克/升

As

微克/升

B

毫克/升

Ba

微克/升

POINT

生化需氧量

毫克/升

Br

溴化物

毫克/升

Ca

毫克/升

Cd

微克/升

Cl

氯化物

毫克/升

CLDE

氯需求量

毫克/升

CLRL

嗜綠細胞

微克/升

CN

氰化物

微克/升

Co

微克/升

柯爾

顏色(鉑鈷)

 

COD

化學需氧量

毫克/升

Cr

微克/升

Cu

微克/升

DO

溶解氧為 O2

毫克/升

商務部

溶解有機碳

毫克/升

DS10

105 ºC 時的溶解固體

毫克/升

DS55

550 ºC 時的溶解固體

毫克/升

EC

電導率

微米歐姆/厘米

ENTR

腸球菌

號/100毫升

F -

氟化物

毫克/升

整箱貨車

糞大腸菌群

號/100毫升

Fe

微克/升

硬度如碳酸鈣3

毫克/升

HCO3 -

碳酸氫鹽作為 HCO3 -

毫克/升

Hg

水星

微克/升

K

毫克/升

Li

微克/升

工商管理碩士

洗滌劑

微克/升

Mg

毫克/升

Mn

微克/升

Mo

微克/升

Na

毫克/升

NH4 +

氨作為 NH4 +

毫克/升

Ni

微克/升

NKJT

凱氏定氮總量

毫克/升

沒有2

亞硝酸鹽作為NO2 -

毫克/升

沒有3

硝酸鹽作為NO3 -

毫克/升

氣味

氣味閾值氣味數

 

OG

油和油脂

微克/升

Pb

領導

微克/升

苯酚

酚類

微克/升

PHFD

現場測量的 pH 值

 

PO4

磷酸鹽作為PO4 - 2

毫克/升

PTOT

總磷 P

毫克/升

RSCL

殘留游離氯

毫克/升

特區

鈉吸附率

 

Se

微克/升

Si

二氧化矽作為H2二氧化矽3

毫克/升

Sn

微克/升

SO4

硫酸鹽

毫克/升

Sr

微克/升

SS10

100 ºC 時的懸浮固體

毫克/升

SS55

550 ºC 時的懸浮固體

毫克/升

STRP

鏈球菌

號/100毫升

T

溫度

ºC

總成本

總大腸菌群

號/100毫升

總TB

細菌總數

號/100毫升

TS10

105 ºC 時的總固體

毫克/升

TS55

550 ºC 時的總固體

毫克/升

渦輪

NTU

UV

紫外線(在 254 nm 處吸收)(/cm x 10)

 

Zn

微克/升

 

回收井監測

回收井的採樣程序基於對一些“指標參數”的雙月或三個月測量(表 2)。 當採樣井中的氯化物濃度超過該井初始氯化物水平的 15% 以上時,這被解釋為地下含水層水中回收廢水的份額“顯著”增加,該井被轉移到下一個類別的抽樣。 在這裡,每三個月確定一次 23 個“特徵參數”。 在一些水井中,每年進行一次完整的水質調查,包括 54 個不同的參數。

表 2. 回收井調查的各種參數

A組

B組

C組

指標參數

特性參數

完整測試參數

1.氯化物
2. 導電性
3.洗滌劑
4.紫外線吸收
5、溶解氧

A組和:
6.溫度
7. 酸鹼度
8. 濁度
9.溶解固體
10.溶解有機碳
11. 鹼度
12.硬度
13.鈣
14.鎂
15. 鈉
16.鉀
17. 硝酸鹽
18. 亞硝酸鹽
19。 氨
20、凱氏總氮
21、總磷
22. 硫酸鹽
23. 硼

A+B組和:
24. 懸浮物
25.腸道病毒
26.細菌總數
27. 大腸菌群
28. 大腸桿菌
29.糞便鏈球菌
30.鋅
31.鋁
32.砷
33.鐵
34. 鋇
35.銀
36. 汞
37.鉻
38. 鋰
39. 鉬
40.錳
41.銅
42. 鎳
43.硒
44. 鍶
45.鉛
46.氟化物
47. 氰化物
48.鎘
49.鈷
50.苯酚
51. 礦物油
52.目錄
53. 氣味
54。 顏色

 

輸送系統監控

輸送系統的長度為 87 公里,在廢水管線沿線的七個中心點進行監控。 在這些點上,每月對 16 個不同的參數進行一次採樣。 它們是:PHFD、DO、T、EC、SS10, 不銹鋼55, 紫外線, TURB, NO3 +、PTOT、ALKM、DOC、TOTB、TCOL、FCOL 和 ENTR。 預計不會沿系統發生變化的參數僅在兩個採樣點進行測量 - 在傳輸線的起點和終點。 它們是:Cl、K、Na、Ca、Mg、HARD、B、DS、SO4 - 2,NH4 +,沒有2 - 和工商管理碩士。 在這兩個採樣點,每年一次,對各種重金屬進行採樣(Zn、Sr、Sn、Se、Pb、Ni、Mo、Mn、Li、Hg、Fe、Cu、Cr、Co、Cd、Ba、As、鋁、銀)。

水庫監測

三線水庫的監測設置主要基於對數量有限的參數的檢查,這些參數作為水庫生物發育的指標,並用於精確定位外部污染物的進入。 每月對五個水庫進行一次採樣,用於:PHFD、T、DO、總 SS、揮發性 SS、DOC、CLRL、RSCL、TCOL、FCOL、STRP 和 ALG。 在這五個水庫中,還對 Si 進行了採樣,每兩個月一次。 所有這些參數也在另一個水庫 Zohar B 以每年六次的頻率進行採樣。

總結

丹區填海工程為以色列內蓋夫的無限制灌溉提供優質再生水。

一期工程從1970年開始部分運行,1977年開始全面運行。1970年至1993年,共向兼性氧化池輸送原污水373億立方米(MCM),總水量為243 MCM 在 1974 年至 1993 年期間從含水層中抽出並供應到該國南部。 部分水流失了,主要是由於池塘的蒸發和滲漏。 1993 年,這些損失約佔輸送到第一階段工廠的原污水的 6.9%(Kanarek 1994)。

該項目第二階段的機械生物處理廠自 1987 年開始運行。在 1987-1993 年運行期間,共向機械生物處理廠輸送了 478 MCM 的原污水。 1993 年,大約 103 MCM 的水(95 MCM 再生水加 8 MCM 飲用水)通過該系統輸送,並用於 Negev 的無限灌溉。

回收井水代表地下含水層水質。 由於污水滲入其中,含水層的水質一直在變化。 對於那些不受土壤-含水層處理 (SAT) 過程影響的參數,含水層水質接近出水水質,而受土壤層通道影響的參數(例如,濁度、懸浮固體、氨、溶解有機碳等)顯示出相當低的值。 值得注意的是含水層水中的氯化物含量在最近四年內增加了 15% 至 26%,恢復井水質的變化就是證明。 這種變化表明含水層的水不斷被氯化物含量高得多的廢水所取代。

三線系統的六個水庫的水質受到開放水庫內發生的生物和化學變化的影響。 由於藻類的光合作用和大氣中氧氣的溶解,氧含量增加。 由於居住在水庫附近的各種水生動物的隨機污染,各種細菌的濃度也增加了。

沿系統向客戶供應的水質取決於回收井和水庫的水質。 系統水的強制氯化構成了防止將水錯誤用作飲用水的額外保障。 三線水質數據與以色列衛生部關於無限期農業用水水質要求的比較表明,大部分時間水質完全滿足要求。

總之,可以說第三線廢水回收和利用系統是一個成功的環境和以色列國家項目。 它解決了丹區污水的衛生處理問題,同時使全國水平衡增加了約5%。 在像以色列這樣乾旱的國家,供水特別是農業用水非常有限,這是一項真正的貢獻。

1993 年再生水的回灌運行和維護成本約為每立方米 3 美分3 ( 0.093 NIS /米3).

該系統自 1960 年代後期以來一直在以色列衛生部和 Mekoroth 的職業安全與衛生部門的嚴格監督下運行。 目前還沒有任何報告稱,由於這個複雜而全面的系統的運作而導致任何職業病。

 

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星期三,三月09 2011 17:00

廢物管理原則

環保意識正在導致廢物管理實踐的快速轉變。 在更詳細地檢查用於廢物管理和殘留物處理的方法之前,有必要對這一變化進行解釋。

廢物管理的現代原則基於生物圈和人類圈之間的齒輪連接範例。 將這兩個領域聯繫起來的全球模型(圖 1)基於以下假設:從環境中提取的所有材料最終都直接(來自生產部門)或間接(來自回收部門)成為廢物,同時牢記所有消費廢物流回該回收部門進行回收和/或處置。

圖 1. 廢物管理原則的全球模型

EPC070F1

從這個角度來看,回收必須被廣泛定義:從整個物體的回收(可回收物),到物體的某些備件(例如汽車,計算機)的回收,再到新材料的生產(例如紙和紙板、錫罐)或類似物品的生產(回收、降級循環等)。 從長遠來看,這個模型可以被視為一個穩態系統,其中貨物在幾天或通常幾年後最終變成廢物。

 

 

 

 

 

從模型中扣除

如果明確定義了各種流程,則可以從該模型中得出一些主要推論。 出於此模型的目的:

  • Po=每年從環境(生物圈、水文圈或岩石圈)中提取的材料輸入量。 在穩定狀態下,這個投入等於每年最終處理的廢物量。
  • P = P 的商品年產量o.
  • C = 人類圈的年度商品流量。
  • R = 通過回收轉化為商品的廢物年流量。 (在穩定狀態下:C=R+ P)
  • p = 生產效率,以 P/P 比率衡量o.
  • 如果 r=回收效率,以 R/C 的比率衡量,則關係為:C/Po=p(1-r)。
  • 如果 C/Po=C*; 那麼 C* 是商品與從自然界中提取的材料的比率。

 

換言之, C* 是衡量環境與人類圈之間聯繫的嚙合程度的指標。 它與生產和回收部門的效率有關。 之間的關係 C*, pr,這是一個效用函數,可以繪製成圖 2,它顯示了之間的明確權衡 pr, 對於選定的值 C*.

圖 2. 說明生產回收權衡的效用函數

EPC070F2

過去,工業是沿著提高生產效率的路線發展的, p. 目前,在 1990 世紀 XNUMX 年代後期,通過擴散到大氣、水體或土壤中(不受控制的傾倒)或在密閉堆放場掩埋廢物的廢物處理價格飛速上漲,這是由於日益嚴格的環保標準。 在這些條件下,提高回收效率(換句話說,增加 r). 這種趨勢將在未來幾十年持續存在。

為了提高回收效率,必須滿足一個重要條件:要回收的廢物(換句話說,第二代原材料)必須盡可能“純淨”(即不含不需要的元素,這些元素會排除回收)。 這只有通過在源頭實施家庭、商業和工業廢物“不混合”的普遍政策才能實現。 這通常被錯誤地稱為源頭排序。 排序就是分開; 但我們的想法恰恰是不必將各種類別的廢物存放在不同的容器或地方,直到它們被收集起來。 現代廢物管理的範例是在源頭不混合廢物,以提高回收效率,從而實現更好的從環境中提取的每種材料的貨物比例。

廢物管理措施

廢物可根據其產生情況分為三大類:

  1. 來自初級生產部門(採礦、林業、農業、畜牧業、漁業)
  2. 來自生產和轉化行業(食品、設備、各類產品)
  3. 來自消費部門(家庭、企業、交通、貿易、建築、服務等)。

 

廢物也可以通過立法法令分類:

  • 城市垃圾和來自企業的混合垃圾可能會被聚合為城市垃圾,因為兩者都包含相同類別的垃圾且體積小(蔬菜、紙張、金屬、玻璃、塑料等),儘管比例不同。
  • 大件城市垃圾(家具、設備、車輛、建築和拆除垃圾,惰性材料除​​外)
  • 受特殊立法約束的廢物(例如,危險的、傳染性的、放射性的)。

 

城市和普通商業垃圾的管理:

這些垃圾由卡車收集,可以運輸(直接或通過公路到公路、公路到鐵路或公路到水路的中轉站和長途運輸方式)到垃圾填埋場,或到處理廠進行材料處理回收(機械分類、堆肥、生物甲烷化),或用於能量回收(電網或窯爐焚化爐、熱解)。

處理廠產生的殘留物比例較小,可能比原始廢物對環境的危害更大。 例如,焚化爐產生的飛灰含有非常高的重金屬和復雜的化學成分。 這些殘留物通常被立法歸類為危險廢物,需要適當的管理。 處理廠不同於垃圾填埋場,因為它們是有輸入和輸出的“開放系統”,而垃圾填埋場本質上是“匯”(如果忽略了少量值得進一步處理的滲濾液和沼氣的生產,沼氣可能是可利用的資源來源)大型垃圾填埋場的能源)。

工業和家用設備:

目前的趨勢,也有商業貢獻,是廢物部門(例如,汽車、計算機、機器)的生產者負責回收。 殘留物要么是危險廢物,要么類似於企業的普通廢物。

建築垃圾:

垃圾填埋場價格上漲促使人們更好地分類此類垃圾。 從大量惰性材料中分離出危險和可燃廢物,使後者的處理速度遠低於混合廢物。

特殊廢棄物:

化學危險廢物必須通過中和、礦化、不溶解處理或惰性處理,然後才能存放在特殊的垃圾填埋場。 傳染性廢物最好在特殊的焚化爐中焚燒。 放射性廢物受非常嚴格的立法約束。

殘留物管理

無法回收、降級循環、再利用或焚燒以產生能源的生產和消費廢物最終必須得到處理。 應根據“以可接受的價格提供最佳技術”的原則,降低這些殘留物對環境的毒性。 經過這種處理後,殘留物應存放在不會污染水體和生態系統並不會擴散到大氣、海洋或湖泊和溪流中的地點。

廢物沉積物通常通過多層隔離(使用粘土、土工織物、塑料箔等)、所有外來水的導流和防水覆蓋層的組合來確定年代。 永久性存款需要監控數十年。 對存放地的土地使用限制也必須長期控制。 在大多數情況下,滲濾液或氣體的受控排水系統是必要的。

廢物處理產生的生化穩定性和化學惰性更高的殘留物對其最終處置的要求不那麼嚴格,這使得在廢物產生區域內為它們找到存放地點變得更容易。 因此,可以避免總是喚醒 NIMBY(不在我家後院)反應的廢物或其殘留物的出口。

 

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星期三,三月09 2011 17:04

固體廢物管理和回收

固體廢物傳統上被描述為殘餘產品,這代表了必須訴諸處置的成本。

廢物管理包括對人類健康和安全以及環境的一系列複雜潛在影響。 儘管危害的類型可能相似,但應針對三種不同類型的操作區分影響:

  • 廢物生產者的處理和儲存
  • 收運
  • 分類、處理和處置。

 

人們應該牢記,健康和安全危害會在廢物最初產生的地方出現——在工廠或消費者那裡。 因此,廢物產生者的廢物儲存——尤其是當廢物在源頭被分離時——可能對附近的環境造成有害影響。 本文將側重於了解固體廢物管理實踐和定位與廢物收集、運輸、加工和處置行業相關的職業健康和安全風險的框架。

為什麼要進行固體廢物管理?

當社會結構從低密度和廣泛人口的農業向城市、高密度人口轉變時,固體廢物管理變得必要和相關。 此外,工業化引入了大量大自然不能或只能非常緩慢地分解或消化的產品。 因此,某些工業產品含有的物質,由於低降解性甚至有毒特性,可能在自然界中積累到對人類未來使用自然資源——即飲用水、農業土壤、空氣等——構成威脅的水平.

固體廢物管理的目標是防止對自然環境的污染。

固體廢物管理系統應基於技術研究和總體規劃程序,包括:

  • 廢物成分和數量的研究和估計
  • 採集技術研究
  • 處理和處置設施研究
  • 自然環境污染防治研究
  • 職業健康安全標準研究
  • 可行性研究。

 

這些研究必須包括保護自然環境和職業健康與安全方面,同時考慮到可持續發展的可能性。 由於一次解決所有問題的可能性很小,因此在規劃階段注意建立優先級列表很有幫助,這一點很重要。 解決環境和職業危害的第一步是識別危害的存在。

廢物管理原則

廢物管理涉及復雜而廣泛的職業健康與安全關係。 廢物管理是一種“逆向”生產過程; “產品”是去除多餘的材料。 最初的目的只是簡單地收集材料,再利用材料中有價值的部分,並在最近的未用於農業目的、建築物等的地點處理剩餘的材料。 許多國家仍然如此。

廢物的來源可以通過現代社會中的不同功能來描述(見表 1)。

表 1. 廢物來源

活動

廢物說明

行業

產品殘留
默認產品

批發

默認產品

零售

運輸包裝
默認產品
有機物(來自食品加工)
食物垃圾

消費者

運輸包裝
零售包裝(紙、玻璃、金屬、塑料等)
餐廚垃圾(有機物)
危險廢物(化學品、油)
大件垃圾(舊家具)等
花園垃圾

建築和拆除

混凝土、磚塊、鐵、土壤等。

基礎設施活動

公園垃圾
街道清潔垃圾
能源生產中的熟料、灰燼和煙道氣
污水污泥
醫院垃圾

廢物處理

來自分揀設施的拒絕
來自的熟料、灰燼和煙道氣清潔產品
焚化

 

每種類型的廢物都以其來源或成為廢物之前的產品類型為特徵。 因此,基本上它的健康和安全危害應該被限制在廢物產生者處理該產品的範圍內。 在任何情況下,廢物的儲存都可能產生新的和更強的危害因素(儲存期間的化學和/或生物活動)。

固體廢物管理可分為以下階段:

  • 根據材料特性在源頭分離成特定的廢物部分
  • 臨時儲存在垃圾箱、袋子、容器或散裝的廢物生產者處
  • 車輛收運:
    • 手動、馬隊、機動等
    • 開放式平台、封閉式車體、壓實裝置等
  • 中轉站:壓實並重新裝載到更大的運輸單元
  • 回收和/或廢物處理設施
  • 廢物處理:
    • 手動或機械分類成不同的材料部分以進行回收
    • 將預分類的廢物碎片加工成二次原料
    • 新(原料)材料加工
    • 用於減少體積和/或能量回收的焚燒
    • 厭氧消化有機物以生產土壤改良劑、肥料和能源(沼氣)
    • 用於生產土壤改良劑和肥料的有機物堆肥
  • 廢物處理:
    • 垃圾填埋場,其設計和位置應防止污染水(垃圾滲濾液)遷移,尤其是進入飲用水資源(地下水資源、水井和河流)。

廢物的回收可以發生在廢物系統的任何階段,而在廢物系統的每個階段,都可能產生特殊的職業健康和安全危害。

在低收入社會和非工業國家,回收固體廢物是廢物收集者的基本收入。 通常,不會對這些區域的健康和安全隱患提出任何問題。

在高度工業化的國家,有一個明顯的趨勢,那就是更加關注所產生的大量廢物的回收利用。 重要的原因超出了廢物的直接市場價值,包括缺乏適當的處理設施以及公眾日益意識到消費與保護自然環境之間的不平衡。 因此,廢物收集和清理已更名為回收,以提升公眾心目中的活動,導致對廢物行業工作條件的認識急劇增加。

今天,工業化國家的職業健康和安全當局正在關注工作條件,這些條件在幾年前以不言而喻的方式被忽視,例如:

  • 舉重不當和每個工作日處理的材料過多
  • 不適當地接觸未知成分的灰塵
  • 微生物(細菌、真菌)和內毒素的不被注意的影響
  • 不注意接觸有毒化學品。

 

回收

回收或打撈這個詞涵蓋了材料或能源的再利用(用於同一目的)和回收/回收。

實施回收的原因可能因國家和地方條件而異,回收論據中的關鍵思想可能是:

  • 在當局製定高環境標準時對危險廢物進行無害化處理
  • 低收入地區的資源回收
  • 在垃圾填埋場占主導地位的地區減少體積
  • 在垃圾轉化為能源可以替代化石燃料(煤炭、天然氣、原油等)進行能源生產的地區進行能源回收。

 

如前所述,回收可以發生在廢物系統的任何階段,但回收可以設計為防止廢物“誕生”。 當產品設計用於回收和最終使用後重新購買的系統時,例如通過在飲料容器(玻璃瓶等)上存入押金,就是這種情況。

因此,回收可能比僅僅實施回收或從廢物流中回收材料更進一步。

在大多數情況下,材料的回收意味著將廢料分離或分類成具有最低細度的部分,作為使用廢料作為原始或初級原材料的替代品的先決條件。

分類可以由廢物生產者進行(源頭分離),也可以在收集後進行,這意味著在中央分類廠進行分離。

來源分離

按照當今的技術,源頭分離將產生“設計”用於處理的部分廢物。 一定程度的來源分離是不可避免的,因為只有通過巨大的(經濟的)努力才能將廢物部分的一些混合物再次分離成可用的材料部分。 源頭分離的設計必須始終考慮最終的回收類型。

來源分類系統的目標應該是避免不同廢物部分的混合或污染,這可能成為易於回收的障礙。

與散裝收集相比,收集源頭分類的廢物碎片通常會導致更明顯的職業健康和安全危害。 這是由於特定廢物部分的濃度 - 例如,有毒物質。 在處理或重新裝載材料時,對易降解的有機物進行分類可能會導致大量接觸有害真菌、細菌、內毒素等。

中央分揀

中央分類可以通過機械或人工方法完成。

一般認為,沒有通過當今已知技術進行源頭分離的機械分類應該僅用於垃圾衍生燃料 (RDF) 的生產。 可接受的工作條件的先決條件是機械設備的整體外殼和在必須進行服務和維護時使用個人“太空服”。

由於難以達到適當的分選效率,採用今天的技術,採用現有技術的具有優先源分離的機械中央分選尚未成功。 當分揀出的廢物碎片的特徵變得更加明確,並且當這些特徵在國家或國際範圍內變得有效時,可以預期將開發出新的適當且有效的技術。 這些新技術的成功將與謹慎考慮獲得可接受的工作條件密切相關。

手動集中分揀應意味著事先進行源頭分離,以避免職業健康和安全危害(灰塵、細菌、有毒物質等)。 人工分類應僅限於有限數量的廢物部分“質量”,以避免在源頭出現可預見的分類錯誤,並促進工廠接收區的簡易控制設施。 隨著廢物成分的定義變得更加明確,將有可能開發出越來越多的自動分類程序設備,以最大限度地減少人類直接接觸有毒物質。

為什麼回收?

重要的是要注意,回收不是一種應獨立於其他廢物管理實踐看待的廢物處理方法。 為了補充回收,有必要使用妥善管理的垃圾填埋場,也許還有更傳統的廢物處理設施,如焚燒廠和堆肥設施。

回收應結合以下方面進行評估

  • 原材料和能源的本地供應
  • 被替代的是什麼——可再生(即紙張/樹木)資源或不可再生(即石油)資源。

 

只要石油和煤炭被用作能源,例如,焚燒垃圾和垃圾衍生燃料並回收能源,將構成基於能源回收的可行垃圾管理方案。 然而,通過這種方法最大限度地減少廢物量必須以符合極其嚴格的環境標準的最終沉積物結束,這可能非常昂貴。

 

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面臨的挑戰

五大湖是加拿大和美國的共享資源(見圖 1)。 這五個大湖包含世界地表水的 18% 以上。 該流域居住著三分之一的加拿大人(約 8.5 萬)和九分之一的美國人(27.5 萬)。 該盆地是兩國的工業中心地帶——美國工業基地的五分之一和加拿大工業基地的二分之一。 五大湖流域周圍的經濟活動每年產生約 1 萬億美元的財富。 隨著時間的推移,不斷增加的人口和工業活動對湖泊造成了各種壓力,直到本世紀中葉兩國認識到需要採取一致行動保護五大湖。

圖 1. 五大湖流域:聖勞倫斯河

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響應

自 1950 年代以來,兩國都制定了國內和雙邊計劃來解決嚴重的污染問題,並應對更微妙的水質問題。 由於這些行動,五大湖水域比本世紀中葉明顯清潔,重金屬和有機化學物質的含量減少,魚類和水鳥的污染物水平顯著下降。 加拿大和美國在恢復和保護五大湖方面取得的成功為雙邊資源管理合作提供了典範,但挑戰依然存在。

透視案例研究

然而,持久性有毒物質造成的威脅在本質上是長期的,它們的管理需要多媒體、全面的源頭方法。 為了實現從五大湖中徹底消除持久性有毒物質的長期目標,該流域的環境主管部門、行業和其他利益相關者面臨著制定新方法和計劃的挑戰。 本案例研究報告的目的是簡要總結加拿大的污染控制計劃和 1995 年取得的進展,並概述管理五大湖中持久性有毒物質的舉措。 此處不討論類似的美國倡議和計劃。 感興趣的讀者應聯繫位於芝加哥的美國環境保護署五大湖國家計劃辦公室,了解有關保護五大湖的聯邦和州計劃的信息。

1970 年代至 1980 年代

公認的在 1960 年代影響伊利湖的一個重大問題是養分富集或富營養化。 確定的雙邊行動需求促使加拿大和美國於 1972 年簽署了第一份大湖水質協議 (GLWQA)。該協議概述了減少主要來自洗衣洗滌劑和市政污水的磷負荷的減排目標。 為響應這一承諾,加拿大和安大略制定了控制點源的立法和計劃。 1972年至1987年間,加拿大和安大略省在五大湖流域的污水處理廠建設和升級改造投資超過2億美元。

圖 2. 工業減排進展

EPC100F2

1972 年 GLWQA 還確定需要減少工業和其他來源(如洩漏)向湖泊中排放的有毒化學品。 在加拿大,1970 年代針對主要工業部門(紙漿和造紙、金屬採礦、石油精煉等)的常規污染物頒布的聯邦排放物(管道末端)法規提供了國家基線標準,而安大略省也制定了類似的排放物準則為包括五大湖在內的當地需求量身定制。 工業和市政當局為滿足這些聯邦和安大略省的排放要求而採取的行動產生了令人印象深刻的結果; 例如,從 70 年到 1975 年,從點源到伊利湖的磷負荷減少了 1989%,自 90 年代初以來,安大略七家煉油廠的常規污染物排放量減少了 1970%。 圖 2 顯示了紙漿和造紙以及鋼鐵行業類似的負荷減少趨勢。

到 1970 世紀 1978 年代中期,五大湖魚類和野生動物體內有毒化學物質濃度升高的證據、一些食魚鳥類的繁殖異常以及許多物種的種群數量下降都牽涉到持久性生物蓄積性有毒物質,這成為兩國保護的新重點努力。 加拿大和美國於 XNUMX 年簽署了第二份五大湖水質協議,其中兩國承諾“恢復和維護五大湖生態系統水域的化學、物理和生物完整性”。 一項關鍵挑戰是“禁止排放有毒物質並實質上消除任何或所有持久性有毒物質的排放”的政策。 呼籲實質上消除是必要的,因為持久性有毒化學物質可能會在食物鏈中集中和積累,對生態系統造成嚴重和不可逆轉的損害,而不持久的化學物質需要保持在低於立即造成傷害的水平。

除了對點源進行更嚴格的控制外,加拿大和安大略還制定和/或加強了對殺蟲劑、商業化學品、危險廢物和非點源污染(如垃圾場和焚化爐)的控制。 政府舉措變得更加以多媒體為導向,化學品“從生到死”或“責任關懷”的概念成為政府和行業的新環境管理理念。 聯邦害蟲控制產品法(DDT、艾氏劑、滅蟻靈、毒殺芬、氯丹)禁止使用多種持久性有毒殺蟲劑,環境污染物法用於 (1) 禁止持久性有毒物質(CFC、CFC、 PPB、PCB、PPT、滅蟻靈、鉛)和 (2) 以限制特定工業操作(汞、氯乙烯、石棉)的化學物質排放。

到 1980 年代初期,這些計劃和措施的結果以及美國的類似努力開始產生反彈的跡象。 五大湖沉積物、魚類和野生動物中的污染物水平在下降,環境的改善包括白頭海雕返回加拿大伊利湖岸、鸕鶿數量增加 200 倍、喬治亞灣魚鷹復甦和普通燕鷗在多倫多港區的重建——過去它們都受到持久性有毒物質水平的影響,它們的恢復說明了迄今為止這種方法的成功。

圖 3. 銀鷗卵中的滅蟻靈

EPC100F3

到 1980 世紀 3 年代中期,魚類、野生動物和沈積物中某些持久性有毒物質濃度降低的趨勢趨於平穩(見圖 XNUMX 中的銀鷗卵中的滅蟻靈)。 科學家得出的結論是:

  1. 雖然現有的水污染和污染物控制計劃很有幫助,但它們不足以進一步降低污染物濃度。
  2. 需要針對持久性有毒物質的非點源採取額外措施,包括受污染的沉積物、污染物的遠程大氣輸入、廢棄的垃圾場等。
  3. 一些污染物可以以微小的濃度存在於生態系統中,並可以在食物鏈中長期生物積累。
  4. 處理持久性有毒物質的最有效和最有效的方法是從源頭上防止或消除它們的產生,而不是從根本上消除它們的釋放。

 

人們普遍認為,需要進一步加強和推廣通過對源頭應用零排放理念和大湖區水質管理的生態系統方法來實現環境中的虛擬消除。

為重申其對持久性有毒物質基本消除目標的承諾,加拿大和美國於 1978 年 1987 月通過一項議定書修訂了 1987 年協定(美國和加拿大,XNUMX 年)。 該議定書指定了五大湖周圍有益用途受損的關注區域,並要求為指定區域的點源和非點源製定和實施補救行動計劃 (RAP)。 該協議還規定,全湖管理計劃 (LAMP) 將用作解決全湖有益用途損害和協調控制影響每個五大湖的持久性有毒物質的主要框架。 此外,該議定書還包括新的附件,用於針對空氣傳播源、受污染的沉積物和傾倒場、外來物種的洩漏和控制制定計劃和措施。

1990s

隨著 1987 年協議的簽署,隨著對持久性有毒物質威脅的擔憂增加,五大湖兩岸的環境利益團體大力推動虛擬消除的目標。 根據 1909 年邊界水域條約成立的雙邊諮詢機構國際聯合委員會 (IJC) 也大力提倡虛擬消除方法。 IJC 兩國工作組在 1993 年推薦了虛擬消除戰略(見圖 4)。 到 1990 年代中期,IJC 和各方正試圖確定實施該戰略的過程,包括對社會經濟影響的考慮。

圖 4. 從五大湖中虛擬消除持久性有毒物質的決策過程

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加拿大和安大略省政府採取了多種方式來控製或減少持久性有毒物質的釋放。 重要的計劃和舉措簡要總結如下。

加拿大環境保護法 (CEPA)

1989 年,加拿大環境部將其法律授權合併並精簡為單一法規。 CEPA 賦予聯邦政府在化學品整個生命週期內的全面權力(例如,信息收集、法規制定、執法)。 根據 CEPA,新物質通報條例規定了新化學品的篩選程序,因此無法充分控制的持久性有毒物質將被禁止在加拿大進口、製造或使用。 優先物質清單(PSL I)評估計劃的第一階段於 1994 年完成; 根據 CEPA 的定義,在評估的 25 種物質中有 44 種被發現有毒,並且根據戰略選擇流程 (SOP) 啟動了針對這些有毒化學品的管理策略的製定; 到 56 年,將在 PSL 計劃的第二階段提名和評估另外 2000 種優先物質。國家污染物排放清單 (NPRI) 於 1994 年實施,以強制符合報告標準的工業和其他設施每年報告其排放178 種特定物質向空氣、水和土地的排放及其在廢物中的轉移。 該清單以美國的有毒物質排放清單 (TRI) 為模型,為確定污染預防和減排計劃的優先順序提供了一個重要的數據庫。

加拿大-安大略協定 (COA)

1994 年,加拿大和安大略制定了協調行動的戰略框架,以恢復、保護和保存五大湖生態系統,重點是到 13 年減少 2000 種一級持久性有毒物質的使用、產生或釋放(加拿大和安大略 1994 年)。 COA 還針對 26 種優先有毒物質(II 級)的額外清單進行大幅削減。 針對一級物質,COA 將: (1) 確認五種禁用農藥(艾氏劑、滴滴涕、氯丹、滅蟻靈、毒殺芬)的零排放; (2)爭取90%的高放多氯聯苯退役,銷毀50%的存貯多氯聯苯,加快銷毀存貯的低放多氯聯苯; (3) 尋求將其餘七種一級物質(苯並 (a) 芘、六氯苯、烷基鉛、八氯苯乙烯、PCDD(二噁英)、PCDF(呋喃)和汞)的排放量減少 90%。

COA 方法是在可行的情況下尋求數量減少,並要求來源採用污染預防和其他手段來實現 COA 目標。 安大略聯邦工作人員已經啟動了 XNUMX 個項目,以減少/消除一級和二級物質。

有毒物質管理政策

認識到預防和預防方法的必要性,加拿大環境部於 1995 年 1995 月宣布了一項國家有毒物質管理政策,作為加拿大有效管理有毒物質的框架(加拿大環境部 5a)。 該政策採用雙軌方法(見圖 XNUMX),承認管理行動必須適應化學品的特性; 那是:

  • 從環境中幾乎消除主要是人為的、持久性的、生物蓄積性的和有毒的物質(第一軌道)
  • 對所有其他受關注物質實施全生命週期(從生到死)管理(軌道 II)。

 

圖 5. 有毒物質管理政策下管理目標的選擇

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一套以科學為基礎的標準(Environment Canada 1995b)(見表 1)將用於將關注的物質分為兩個軌道。 如果為任一軌道確定的物質在現有計劃下未得到充分控制,則將在多方利益相關者戰略選擇流程下確定其他措施。 該政策與五大湖水質協議一致,將通過確定其最終環境目標來指導和製定一些國內計劃,但實現最終目標的方式和步伐將因化學品和來源而異。 此外,加拿大在持久性有毒物質問題上的立場也將在國際討論中以該政策為框架。

表 1. Track 1 有毒物質管理政策的物質選擇標準

堅持

 

生物蓄積

毒性

主要是人為的

Medium

半衰期

     

空運

沉澱

≥2天
≥182天
≥365天
≥182天

BAF≥5,000
or
BCP≥5,000
or
日誌Kow ≥5.0

CEPA毒性
or
CEPA毒性
當量

濃度
主要在環境中
人類活動的結果

 

氯行動計劃

1994 年 1994 月,加拿大環境部 (Environment Canada 1) 宣布了在有毒物質管理政策範圍內管理氯化物質的綜合方法。 該方法將通過一個由五部分組成的行動計劃來修剪氯使用樹,該計劃將 (2) 針對關鍵用途和產品採取行動,(3) 提高對氯及其對健康和環境影響的科學認識,(4 ) 詳細說明社會經濟影響,(5) 改善公眾獲取信息的機會,以及 (45) 促進針對氯化物質的國際行動。 近年來,加拿大的氯用量已經減少,例如自 1988 年以來紙漿和造紙行業減少了 XNUMX%。氯氣行動計劃的實施將加速這一減少趨勢。

五大湖污染防治倡議

五大湖流域已經實施了強有力的污染防治計劃。 自 1991 年 1995 月以來,加拿大環境部和安大略省環境與能源部一直與工業界和其他利益相關者合作制定和實施污染預防項目,這與廢物處理或產生後減少污染形成對比。 在 96/50 年,6 多個項目將涵蓋商業化學品、危險廢物管理、聯邦設施、工業、市政當局和蘇必利爾湖流域。 圖 15 概述了這些項目,它們分為兩大類:計劃整合或自願協議。 該圖還顯示了計劃與之前討論的其他計劃(NPRI、RAP、LAMP)的聯繫,以及與加拿大環境部在綠色技術和清潔流程以及培訓、信息和通信方面密切合作的一些機構。 汽車製造商最近開展了 2.24 個試點項目,從而減少或消除了克萊斯勒、福特和通用汽車在安大略省的汽車製造過程中產生的 XNUMX 萬公斤目標物質,污染防治項目可以產生令人矚目的成果。

圖 6. 五大湖污染防治

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加速減少/消除有毒物質 (ARET)

ARET 是 1994 年發起的一項多方利益相關者合作倡議,旨在最終消除 14 種優先有毒物質,中期目標(到 2000 年)將 90 種危害較小的有毒物質減少/消除 50% 並減少排放量 (87%) (ARET 秘書處 1995)。 截至 1995 年,已有 200 多家公司和政府機構參與了這項自願倡議。 與 10,300 年基準年相比,他們共同減排了 1988 噸,並承諾到 8,500 年再減排 2000 噸。

雙邊和國際戰略

除了上述國內舉措外,加拿大和美國目前正在製定一項雙邊戰略,以協調機構行動並為五大湖流域的持久性有毒物質制定共同目標。 將採用類似於加拿大-安大略省 I 級和 II 級物質協議以及類似的美國清單的目標。 將製定和實施聯合項目,以促進信息交流和機構對多氯聯苯和汞等優先化學品的行動。 通過採取上述積極的虛擬消除方法,加拿大將能夠在促進針對持久性有毒物質的國際行動方面發揮領導作用。 1995 年 XNUMX 月,加拿大在溫哥華主辦了一次聯合國會議,將全球對話的重點放在持久性有機污染物 (POP) 上,並探索減少全球排放的污染預防方法。 加拿大還是聯合國歐洲經濟委員會 (UNECE) 工作組的共同主席,負責根據《遠距離越境空氣污染公約》制定持久性有機污染物議定書。

一個例子——二噁英和呋喃

十多年來,多氯二苯並二噁英和呋喃被認為是加拿大環境和五大湖區關注的一組持久性有毒物質。 表 2 總結了聯邦行動和迄今為止實現的排放減少,說明了導致這些有毒物質顯著減少的計劃和舉措的組合。 儘管取得了這些令人矚目的成果,但二噁英和呋喃仍將是有毒物質管理政策、氯氣行動計劃、加拿大安大略協議和上述兩國戰略的優先事項,因為實際上消除需要進一步減少。

表 2. 加拿大二噁英和呋喃排放量減少總結

排放源

減少量

報告期

加拿大政府倡議

漂白牛皮紙製漿廠廢水

82%

1989-94

CEPA消泡劑、木屑和
二噁英/呋喃法規

2,4,5-T—農藥

100%

1985

根據 PCPA 禁止使用

2,4-D—農藥

100%

1987-90

二噁英含量和大量使用
受 PCPA 限制

五氯酚
— 木材防腐

— 木材保護劑


6.7%

100%


1987-90

1987-90


PCPA 的規定

根據 PCPA 禁止使用

印刷電路板

23%

1984-93

CCME PCB行動計劃

焚化
- 城市生活垃圾
— 危險 +
生物醫學廢物


80%

80%


1989-93

1990-95


CCME運營/
排放準則
CCME運營/
排放準則

CCME:加拿大環境部長理事會; CEPA:加拿大環境保護法; PCPA:害蟲控制產品法。

總結

自 1970 年代初以來,由於加拿大和美國政府和利益相關者採取的污染控制行動,五大湖的水質有了顯著改善。 本案例研究報告總結了加拿大在處理嚴重污染和常規污染物方面所做的努力和取得的成功。 它還概述了一種新方法(有毒物質管理政策、氯氣行動計劃、污染預防、自願行動、利益相關者協商等)的演變,以處理五大湖中持久性有毒物質的更為棘手的問題。 簡要描述了為實現虛擬消除目標而實施的綜合計劃(COA、NPRI、SOP、PSL 等)。 加拿大方法的詳細信息包含在列出的參考文獻中。

 

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內容

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