空气污染及控制

空氣污染及控制莊煒志99.04.132空氣空氣按其成份可概括分為三部份：乾潔的空氣：主要成份：氮、氧、氬與二氧化碳氣體約佔全部乾潔空氣之99.96％次要成份：氖、氦、氪與甲烷乾潔空氣的平均分子量為28.966，在標準狀態下（273°K,1atm)，其密度為1.293kg／m3。水汽：0.02~6％懸浮微粒：主要是空氣塵埃及懸浮在空氣中之其它雜質。目前低層大氣*的組成氣體體積百分比(%)氮N278.08氧O220.94氬Ar0.934二氧化碳CO20.035氖Ne0.00182氦He0.00052甲烷CH40.00015氪Kr0.00011氫H20.00005氮氧化物N2O0.00005氙Xe0.000009*乾燥且乾淨空氣的平均組成3空氣污染空氣污染：存在於戶外大氣中一種或多種之污染物或其結合物，其數量及延時(持續時間)足以構成或有傾向傷害人類、動植物之生命、財產，或不合理地干擾人們享用舒適之生活，利用財物與經營事業者。空氣污染：是一種『不良的空氣品質狀態』，當污染物質超過大氣涵容能力時造成污染，對人體健康及自然生態有不良影響。4空氣污染來源依以污染發生型態區分自然污染源：如火山爆發及森林火災等。人為污染源：如鍋爐用油燃燒、汽車排放污染物等。依污染源排放型態區分點源：污染物由一固定排放口排出者，如：煙囪、工廠通風口。線源：道路上移動之交通工具之污染源，如：公路、鐵路面源：污染源面積大或為逸散者，如：塗料及溶劑使用及露天燃燒等。依法規分類移動污染源：指因本身動力而改變位置之污染源，如：汽(機)車、火車、船舶、航空器等。固定污染源：指前項所稱移動污染源以外之污染源，如：工廠、營建工程等。5空氣污染物空氣污染防制法定義：「空氣中足以直接或間接妨害健康或生活環境之物質」1.氣狀污染物：SOx、CO、NOx、CxHy、HCl、CS2、CmHnXx、CFCs。2.粒狀污染物：懸浮微粒、金屬燻煙及其化合物、煙霧（黑煙及油煙）、酸霧、落塵、石綿。3.衍生性污染物：光化學霧及光化學性高氧化物（O3、PAN）。4.毒性物質︰氟化物、Cl2、NH3、H2S、HCHO、含重金屬之氣體、VCM、CBs、HCN、Dioxins、致癌性多環芳香烴、致癌揮發性有機物、石綿及含石綿之物質及硫酸、硝酸、磷酸、鹽酸氣5.惡臭物質：氨氣、硫化氫、硫化甲基類、硫醇類、甲基胺類。6.有機溶劑蒸氣。7.塑、橡膠蒸氣。8.其他公告物質。6氣態污染物之分類一次污染物指直接從污染源排至空氣中之原始污染物質硫氧化物（SOx）、氮氧化物（NOx）與碳氫化物（HC）等。二次污染物指由一次污染物與空氣中已有組份或數種一次污染物間，經由化學或光化學反應，而生成與一次污染物不同之新污染物質。硫酸煙霧（Sulfuroussmog）及光化學煙霧（Photochemicalsmog）、臭氧（O3）等。空氣污染物（續）7懸浮微粒（PM10）問題污染源(如營建工程)直接排放的粒狀物質，約佔70%~90%。由硫氧化物、氮氧化物等污染物，在大氣反應生成細微粒物質（二次氣膠），如硫酸鹽及硝酸鹽等，約佔懸浮微粒10%~30%。來自境外的長程傳輸氣膠。能見度問題細懸浮微粒具有削減光線強度的特性，在其濃度偏高而且不利擴散的時候，即易產生能見度不佳情況在台灣南部地區的冬季尤其容易發生。空氣污染物的問題8沙塵暴問題大陸西北乾燥的黃土高原及戈壁沙漠的沙塵暴，最常發生在春季，尤其每年3至5月間，強風吹起沙塵，部分進入對流層高空向東傳送，通常大陸沙塵隨著冷鋒移動影響周圍地區。沙塵暴使空氣變得混濁，能見度大為減小的一種災害性天氣現象。酸雨問題工業及電廠大量燃燒，排出許多硫氧化物及氮氧化物，遇上水氣後就形成酸性物質而隨著雨降至地面，即謂酸雨。台灣西半部部份地區有酸雨現象，其量測的酸鹼值範圍在4.5~5.6之間(酸鹼值在5以下界定為酸雨)花東地區則較為良好，多無酸雨現象。空氣污染物的問題（續）9臭氧問題臭氧主要為碳氫化合物及氮氧化物經光化學反應所形成之二次污染物。臭氧超過空氣品質標準地區多發生於大都會周邊及較偏遠地區，以南台灣地區（高雄縣市及屏東縣）最為嚴重。在南部地區以秋冬季節較高，北部地區則以夏季測值較高。…空氣污染物的問題（續）10空氣污染物的影響空氣污染對植物及作物的影響影響植物的生長，使植物葉子組織破壞，而導致枯黃、掉葉、捲葉等病症；此外，也會造成湖泊及土壤的酸化現象，終至破壞整個生態系統。1.懸浮微粒會使葉面佈滿灰塵，影響植物的光合作用。2.臭氧、二氧化氮及二氧化硫會形成酸雨而傷害葉片，使得葉面產生斑點，影響樹木生長速率。3.紫外線照射則會造成植物生長緩慢，果實變小。4.硫氧化物造成水稻壞疽黑斑。5.臭氧使煙草葉面產生白點變色。11空氣污染物的影響（續）空氣污染物對健康的影響空氣污染的形式有很多種，而且對人體器官的影響也不完全相同，它在無形、無聲、無息中，逐漸侵蝕我們的肺部、黏膜、神經系統等。1.一氧化碳會破壞血液中紅血球攜帶氧氣的功能。2.苯可引起血癌的發生。3.懸浮微粒會影響呼吸道系統並引發氣喘病的發生。4.鉛及氮氧化物都會損害紅血球、肝、腎、神經及智力。5.酸雨會刺激皮膚及眼睛。6.紫外線照射則會導致皮膚癌及白內障病等病變。12歷史上最嚴重的空氣污染事件英國倫敦煙霧倫敦的煙霧主要是由硫氧化物引起的。倫敦煙霧事件發生在1952年冬季，低溫潮濕的雲霧覆蓋倫敦，而成千上萬煙囪照樣排放大量廢氣，導致硫氧化物凝結在煙塵上形成酸霧，造成了4000多人的死亡，因而被稱為「殺人煙霧」。美國洛杉磯光化學煙霧洛杉磯則是由臭氧引起的光化煙霧。洛杉磯煙霧事件出現於1951年，主要係因為汽車排放大量的氮氧化物及一氧化碳，加上當地陽光強烈照射，車輛廢氣在陽光作用下，產生光化學反應，形成以臭氧為主的光化煙霧。這種煙霧使人眼睛紅腫、喉嚨疼痛、呼吸困難、視力減退及手足痙癵等危害。空氣污染物的影響（續）13空氣污染的擴散與氣象之關係14大氣層的結構大氣層的結構是指氣象之垂直分佈情況，如氣溫、氣壓、大氣密度及大氣成份的垂直分佈等。根據氣溫在地球表面方向上的分佈，可將大氣分為五層，即對流層、平流層、中問層、暖層與散逸層。15對流層對流層是大氣層最低的一層。由於對流程度在熱帶要比寒帶強烈，故下墊面算起之對流層的厚度，將隨緯度增加而降低，一般熱帶約16~17km，溫帶約10~12km，兩極附近只有8~9km。對流層主要的特徵是：對流層薄，但卻集中大氣質量之3/4及大部分的水汽，主要的大氣現象均發生在這層中，天氣變化最複雜，對人類活動影響最大的一層氣溫隨高度增加降低，平均每升高100m降溫約0.65℃空氣具有強烈的對流運動，主要由於下墊面受熱不均所造成溫度與濕度的水平分佈不均勻，在熱帶海上空，空氣較溫暖潮濕，在高緯度內陸上空，空氣較寒冷乾燥，因此經常生空氣的水平運動。16大氣邊界層（或摩擦層）對流層的下層，厚度約為1~2km，氣流受地面阻滯及摩擦的影響很大。受地面冷熱的直接影響，氣溫的日夜變化很明顯，特別是近地層，晝夜可相差十幾乃至幾十度。由於氣流運動受地面摩際的影響，故風速隨高度的增高而增大。在這一層中，大氣上下有規則的對流與無規則的湍流運動均較盛行，加上水汽充足，將直接影響污染物的傳輸、擴散與轉化。近地層從地面至100m左右的一層。在近地層中，垂直方向之熱量與動量的交換甚微，所以上下溫差大（可達1~2℃）。自由大氣在近地層以上，氣流受地面摩擦的影愈來愈小。17平流層平流層從對流層頂至50~60km稱為平流層。主要特點有從對流層頂至35~40km左右的一層，氣溫幾乎不隨高度變化稱為同溫層從此以上至平流層頂，氣溫隨高度增高而增高，稱為逆溫層。機乎沒有空氣對流運動，空氣垂直混合微弱。18中間層從平流層頂至85km稱為中間層。主要特點是氣溫隨高度增高而降低，因之空氣具有強烈的對流運動，垂直混合明顯。19暖層從中間層頂至800km為暖層。主要特點在強烈的太陽紫外線及宇宙射線作用下，再度出現溫度隨高度上升而增高的現象。暖層空氣處於高度的電離狀態，存著大量的離子及電子，故又稱電離層。20散逸層暖層以上之大氣層統稱為散逸層。它是大氣的外層，氣溫很高，空氣極為稀薄，空氣粒子的運動速度很高，可擺脫地球引力而散逸至太空中。21名稱溫度空氣對流程度自然現象散逸層隨高度增加而遞減空氣更為稀薄只受到微小的地心吸力，是地球大氣向星際空間過渡的層次。暖層隨高度增加而遞增空氣稀薄大氣處於電離狀態，能反射無線電波。氧原子能吸收波長小於0.175微米的紫外線中間層隨高度加而遞減相當強烈缺少氧原子，臭氧很少平流層隨高度增加而遞增空氣上熱下冷，不易形成對流，空氣稀薄平靜，含水氣少，天氣晴朗，能見度好最適宜飛機高空飛行。大氣中的臭氧主要分佈於此，能大量吸收波長大於0.175微米的有害紫外線。現有臭氧空洞對流層隨高度增加而遞減顯著緊貼地面。風、雪、雲、雨等天氣現象都發生在這一層。氣象複雜多變，與人類關係最為密切，平均每升高100m降溫約0.65℃大地22氣象之特性氣溫、氣壓、濕度、風向、風速、雲況與能見度等。氣象觀測23氣流運動與熱導效應海陸風(Sea-landbreeze)因海洋與陸地受熱不均造成海陸溫差而在海濱附近形成日夜變化的風。從海上吹向陸地的風，稱為海風。從陸地吹向海洋的風，稱為陸風。海陸風的強度和海陸溫差大小有關，白天海陸溫差較大，夜間海陸溫差較小，所以海風比陸風強。海陸風示意圖來源：臺灣大百科全書24氣流運動與熱導效應(續)山谷風(Mountain-valleywind)來自山頂之風稱為山風來自山谷之風稱為谷風白天斜坡的地表因為太陽照射而增溫，使得與地表接觸的空氣也隨之增溫，比周遭同一高度的空氣溫度高、密度小，使空氣沿斜坡向上流動，形成谷風。夜間由於斜坡地表長波輻射冷卻，使得與地表接觸的空氣比谷中同一高度上的空氣降溫較快。由於空氣變冷，密度變大的空氣沿著斜坡下滑到谷底，造成山風。由於白天山、谷之間的溫差常大於夜間，所以谷風的風速常會大於山風。山谷風示意圖來源：臺灣大百科全書25大氣穩定度與氣象特性26氣旋與反氣旋氣旋(cyclone)低氣壓四周的空氣易向中心流入，因而發生氣流的旋轉，故名氣旋。氣旋區的空氣不斷上升，水汽遇冷凝結，易於成雲致雨，天氣多變之區。反氣旋(anticyclone)高氣壓中心的空氣向外流動，和氣旋的運轉適相反，故稱反氣旋。反氣旋區的空氣多下沈，使其密度和溫度均增加，成為天氣穩定晴朗之區。27乾絕熱傾率當一乾燥氣團上升時，由於環境氣壓減低而使氣團體積膨脹，在膨脹的過程會消耗一部份的熱量（內能），而使該氣團溫度降低，因氣團上升而冷卻的速率稱之為乾絕熱傾率（Dryadiabaticlapserate)所謂絕熱係指上升氣團溫度降低與周圍空氣的溫度無關理想絕熱氣團約每上升100公尺，溫度降低1℃28優勢傾率（Prevailinglapserate)係指實際溫度與高程關係圖中的溫度傾率，大氣溫度與高程之關係可能成反比（即高程越高，大氣溫度越低），亦有可能成正比（即高程越高，溫度越高，此為較反常的現象）當優勢傾率與乾絕熱傾率完全相同時，稱當時大氣屬中性穩定（Neutralstability)。當大氣溫度傾率大於1℃/100m時，稱為超絕熱傾率（Superadiabaticllapserate)，這時大氣屬不穩定狀態，會出現很強的垂直空氣流動及紊流現象當大氣溫度傾率低於1℃/100m時，稱為次絕熱傾率（Sub-adiabaticlapserate)，這時大氣屬於穩定狀態，污染物較不易擴散。29溫層逆轉（Temperatureinversion)當大氣溫度隨高度而上升，亦即暖空氣在冷空氣上方，形成溫度反常現象，稱為溫層逆轉（Temperatureinversion)，將使地面污染物垂直擴散困難重重溫層逆轉形成的因素有：1沉降性逆溫（subsidenc