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

* 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

表 3. 較少受控制的空氣污染物（苯）的空氣質量標準範圍

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

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

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

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

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

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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