大气污染与大气化学

大气污染与大气化学一大气污染物及污染源1.大气污染的发生由于自然和人为的原因，尤其是在一定的局部空间范围内，大气的某些成分可以明显地增加或减少。通常所说的大气污染，是指某些有害物质排放到大气中，其数量、浓度和存留时间都超过了环境所能允许的极限。即超过了空气的稀释、扩散和净化能力，使大气质量恶化，给该地区的人体、动植物以及其他物品带来直接或间接的不良影响。或者说大气污染是指由于天然或人为的原因使得大气中的一些物质的含量远远超过其正常本底含量，因而对人体、动植物及其他物品产生不良影响的大气状况。2.大气污染源污染源自然源人工源火山爆发森林火灾尘土飞扬固定源移动源工厂企业排放气农业污染排放源家庭炉灶排放源交通工具3.主要大气污染物1)、固体颗粒：固体颗粒是指大气中的来自燃料燃烧的烟尘、工厂排出的粉尘及风自地面吹起的尘埃等物质。烟尘中含有由碳、氢、氧、硫等元素组成的复杂的有机化合物，其中许多是致癌物质。粉尘虽然本身是固体颗粒，但因颗粒细小，比表面积大，在自然状态下总是粘附多种气体、液体，所以其成分既有金属、非金属天机化合物，又有有机化合物。粉尘（dust）烟（fume）飞灰（flyash）黑烟（smoke）雾（fog）煤烟尘（soot）总悬浮微粒（TSP）固体颗粒污染物对大气的污染，不仅使空气变得混浊，相应地减少到达地球表面的太阳辐射量，对农业生产及地面生态系统产生一系列的不良影响，而且能随呼吸作用进入人体或直接到达肺部产生沉淀，或随血液送往全身，或使固体颗粒表面吸附的致癌作用很强的芳香族化合物等有毒物质对人体产生直接危害。美国科学家进行的一项大规模调查表明，死于肺癌的城市居民中，有多达五分之一的人是受空气中的微小污染颗粒所害，而这些微粒主要来源于汽车废气。科学家主要研究了空气中直径2.5微米以下的颗粒污染物对健康的危害。这些细小的微粒能够深入肺部并沉积下来，导致疾病。研究表明，每立方米空气中这种微粒的含量上升10微克，长期肺癌死亡率就上升8％，效果与长期被动吸烟相似。调查表明，美国洛杉矶市的空气中每立方米2.5微米以下颗粒含量是20微克，纽约16微克，都超过了美国环保局1997年设置的安全上限--15微克。英国伦敦某些繁忙街道的含量达到32微克。发展中国家大城市的污染情况更为严重，一些发展中国家的大都市空气中，每立方米微粒含量为300微克，其中大多数是直径2.5微米以下的颗粒。矽肺是尘肺中危害性最大的一种类型,起因于工人经年累月吸入含有大量二氧化硅的粉尘。吸入的游离二氧化硅粉尘在肺内巨噬细胞吞噬变为尘细胞,然后进入淋巴循环,被淋巴结过滤,尘细胞受二氧化硅毒性作用逐渐纤维化和胶原化,造成淋巴结的肿大和硬化。尘细胞的聚集还是形成矽结节的基础,大量矽结节可以融合成大的团块。与此同时,肺泡间隔明显增厚，纤维组织增生，肺弹性减退，还可出现代偿性肺气肿,甚至形成肺大泡。此病的主要症状是咳嗽、吐痰,少数病人可痰中带血。半数以上的病人感胸疼,如针刺样;阴雨及气候多变时疼痛更明显。同时有胸闷、气憋、头昏、乏力、心悸、食欲减退等症状。二期矽肺三期矽肺2)、二氧化硫：大气的二氧化硫污染主要来自煤炭和石油的燃烧，石油炼制和有色金属冶炼及硫酸化工生产等。而二氧化硫的天然来源主要是生物活动产生的硫化氢的氧化。据估计20世纪60年代后期全世界每年排放到大气中的二氧化硫有1.46亿，其中有70％来源于煤的燃烧，16％来源于重油的燃烧，其余部分来自矿石冶炼、硫酸制备等工业企业。就工厂类别而论，以电厂的排放量最大，约占总排放量的一半左右。二氧化硫是一种有毒气体，患有心脏病和呼吸道疾病的人对这种气体最为敏感，就是正常人在二氧化硫浓度过高的地方呆得太久也会生病。二氧化硫是一种无色、有刺激气味的气体。空气中二氧化硫的浓度只有1ppm时，我们就会感至胸部有一种被压迫的不适感；当浓度达到8ppm时，人就会感到呼吸困难；当浓度达到10ppm时，咽喉纤毛就会排出粘液。1989年，研究人员对北京的两个居民区作了大气污染与死亡率的相关值研究。研究结果表明，大气中二氧化硫的浓度每增加1倍，总死亡率增加11%3）氮氧化物：大气中氮氧化物的主要来源一是含氮有机化合物燃烧，使燃料中有机态氮转变为氮氧化物气体。二是在燃料燃烧过程中温度高于1000℃时．大气中的氮被氧化成一氧化氮。产生氮氧化物的污染源有汽车等交通工具排气、火力发电站和其它工业的燃料燃烧以及硝酸、氮肥、炸药的工业生产过程。氮氧化物的天然来源主要是土壤中氮素的挥发与逸散。氮氧化物进人大气后被雾、水汽吸收，可形成气溶胶态的硝酸、亚硝酸或亚硝酸盐。当氮氧化物与另外一种有毒物质(碳氢化合物)共存于大气时，经阳光中的紫外线照射，发生光化学反应，能够生成光化学烟雾。光化学烟雾是一种含有臭氧、醛类、过氧乙酰基硝酸酯等强氧化剂的二次污染物，毒性很大，所以氮氧化物形成光化学烟雾后危害程度增加。1943年，美国洛杉矶市发生了世界上最早的光化学烟雾事件。此后，对洛杉矶烟雾经过反复的调查研究，直到1958年才发现是由于洛杉矶市拥有250万辆汽车排放的尾气污染而造成。这些汽车每天消耗约1600吨汽油，向大气排放1000多吨碳氢化合物(HC)、400多吨氮氧化物(NOX)。这些气体受阳光作用，酿成了危害人类健康的光化学烟雾事件。1970年美国加利福尼亚洲发生大规模的光化学烟雾事件，农作物的损失达到2500多万美元。4）碳氧化物大气中碳的氧化物主要包括一氧化碳和二氧化碳两种气体。二氧化碳是大气的正常成分，但其浓度增加会给环境带来多种影响。一氧化碳则是排放量很大的污染物，是一种无色、无味、无嗅的窒息性气体，即通常所说的能引起人体中毒的“煤气”。它产生于含碳化合物不完全的燃烧过程，主要来源于燃料燃烧、汽车排出的废气以及其它加工业。据估计全世界每年排放到大气中的一氧化碳为2.2亿吨左右，其中80％是由汽车排出的。汽油在汽车发动机中燃烧产生大量一氧化碳作为废气排出，因此在大城市交通路口汽车来往频繁的地方，空气中的一氧化碳浓度可能很高，有时高达50ppm，远远大于其1ppm左右的天然本底值。空气中一氧化碳含量达10ppm时就会使人中毒，浓度达1％时人在两分钟内即死亡。一氧化碳排入大气后，由于扩散和氧化等原因，虽然有可能会给人体造成不适的感觉，但一般不会达到窒息的浓度。经医学验证，当空气中一氧化碳浓度达到35ppm，就会对儿童智商造成损害。一氧化碳经呼吸道吸入后，立即与血红蛋白结合形成碳氧血红蛋白。因此，体内易造成碳氧血红蛋的蓄积，导致低氧血症，使组织持续缺氧。脑是人体内耗氧量最高的器官，也是对缺氧反应最敏感、最先受累的器官，长期接触低浓度的一氧化碳，即可出现头痛、头晕、乏力、心烦、急躁、记忆力减退等症状。特别是儿童，长期生活在一氧化碳达到有害浓度的环境中，大脑细胞的新陈代谢直接受到抑制，因而影响大脑的发育，结果使智商明显降低。5）其它污染物，除了上述大气污染物外，较为常见的无机气体污染物有硫化氢、氯化氢、氨、氯气等。随着有机合成工业和石油化学工业的发展，进人大气的有机化合物气体越来越多，目前较常见的苯、酚、酮、醛、芘、苯并芘、过氧硝基酰、芳香胺、氯化烃等。这些污染物一般具有恶臭气味，对人体感官有刺激作用，有的被认为有致病、致畸和致突变作用。4大气污染的危害空气是地球表面一切有生命的物质赖以生存的基本条件。如果没有空气，人类的生存及其社会活动就无法维持下去，植物的光合作用不能进行，其它生物也不复存在。所以，当大气遭受污染之后，其成分、性质都发生了改变，这势必会对人体健康、动植物生长生活以及生态平衡乃至各种器物的存放产生有害的影响。1）、大气污染对人体的危害一个成年人每天大约在呼吸两万多次。吸入的新鲜空气量达15～20m3；空气是人类生存不可离开的东西，而大气污染后，人们吸入空气又很难有别的选择，所以大气污染与人体健康有着极为密切的关系。大气对人体的危害直接危害间接危害急性中毒慢性中毒致癌作用影响太阳辐射和小气候降低大气能见度影响居民卫生生活条件损坏物品2）、大气污染对气候的影响大气污染除能直接危及人体健康，影响人类赖以生存的空气、食品和植物外，还对气候产生某种程度的影响。气候的改变，必然会对人类、人类的衣食住行条件乃至整个生物界产生巨大作用。①二氧化碳对气候的影响：二氧化碳是大气的自然成分，它对辐射的选择吸收性能在地球能量平衡中起着重要作用。地球上煤炭、石油和天然气的燃烧每年有大量的二氧化碳被释放到大气中，这些人类活动产生的二氧化碳一部分为海水溶解，一部分为生物所吸收，但还有约50％左右留在大气里，使得大气中的二氧化碳浓度不断上升。自世界工业革命以来，每年排放到大气中的二氧化碳由19世纪仍年代的0.9亿t增加到了本世纪80年代的50亿t，空气中二氧化碳含量由0.027％猛增到了0.035％；按未来工业发展的速度预测，到2050年二氧化碳年排放量可达200亿吨，空气中二氧化碳浓度将增大到0.0531％。大气中二氧化碳对来自太阳的短波辐射并无拦截作用，因而地面可以获得大量太阳辐射能量，但是它能吸收地面向太空发射的长波幅射，使近地表大气温度升高。随着大气中二氧化碳浓度增加，地球表面入射能量和逸散能量平衡发生改变，导致低空大气温度升高的现象被称作“温室效应”。据估计如果大气中二氧化碳浓度每年增加0.001‰～0.002‰，到21世纪末就将上升3℃，那时将有可能引起南北两极冰山融化，海面上升，造成大面积陆地被淹、世界许多海滨名城受到危害的后果。目前世界上大约有1/3人口生活在沿海60km的范围，如果那种情况真的发生，我国长江三角洲平原、珠江三角洲平原、越南红河三角洲平原等世界上许多人丁兴旺的鱼米之乡将被海浪殃及。美国能源部发表的一份报告说，2000年美国的二氧化碳排放量比上一年上升了3.1％，涨幅是20世纪90年代中期以来最大的。报告说，2000年美国通过燃烧化石燃料（石油、煤炭和天然气）排放的二氧化碳为15.83亿吨，比1999年增长了4700万吨。其中，来自各类机动车尾气的二氧化碳占总排放量的33％。报告认为排放量大幅上升的主要原因在于全国更多使用化石燃料；此外，去年美国冬季气温偏低导致化石燃料使用量增加，部分地区干旱影响水力发电也促使电厂化石燃料使用量增加。与1990年相比，2000年美国燃烧化石燃料释放的二氧化碳的增幅是16％。2000.３月，美国总统布什表示不支持限制温室气体排放的《京都议定书》。②固体颗粒对气候的影响，在大气中呈气溶胶状态存在的火山爆发喷出的尘埃、海水飞溅进入大气的盐分微粒、人类活动排入大气的粉尘与烟尘以及由于风力作用吹入大气的尘暴，这些都能够改变大气中能量辐射传输的变化。这些颗粒不仅拦截和反射太阳辐射，使到达地面的辐射量减少，还能起水汽凝结核作用，引起低空云量增加、降水量增多和雾天气发生的频率增大，这样的天气过程对地面起着冷却作用。另一方面，固体颗粒以及云、雾等小水滴吸收太阳短波辐射并拦截地面长波辐射，使近地层大气温度上升，这与由此引起的射至地面的太阳辐射减弱，一起构成了能量的重新分配，其总的效果是日照减少．气温下降。又有人将这种现象称作“冷化效应”。③酸雨对环境的危害：自本世纪30年代以来世界许多地方开始发现所降雨、雪变酸，到50年代北欧和美国东北部部分地区雨、雪的pH值平均值竟低于3～4，这样的pH小于5.6的降水被称为“酸雨”。目前受酸雨危害的范围还在不断扩大，不仅有欧洲、北美及其它工业发达国家和地区，而且发展中国家酸雨发展的趋势也正在日益增强。另一方面酸雨的酸度也在不断增加，欧洲雨水的酸度每年增加10％左右，许多国家降水pH值已达4.0～4.5，在北美部分地区pH值3～4的酸雨已司空见惯，美国的15个州降雨平均PH值低于4.8，西弗吉尼亚州甚至低于1.5，这是最严重的记录。近年来我国也多有酸雨发生，尤以长江以南一些大城市周围较为常见。重庆市1982年5月至7月就降有4次酸雨，pH值为3.6～4.6，受害农田面积达数万亩。而贵阳市降水的pH值一般在3.8～4.5之间，最低为3.44，这已同世界上著名的