星期三,三月09 2011 15:30

空氣污染管理

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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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