基础化学：大气污染物种类与主要来源

据不完全统计，目前人们注意到的或已经对环境和人类产生危害的大气污染物约有100种左右。其中影响范围广、对人类环境威胁较大、具有普遍性的污染物有颗粒物、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、碳氢化合物及光化学氧化剂等。

1.颗粒物

颗粒物即颗粒污染物，是指大气中粒径不同的固体、液体和气溶胶体。粒径大于10μm的固体颗粒由于重力作用，能在较短时间内沉降到地面，称为降尘。粒径小于10μm的固体颗粒能长期地飘浮在大气中，称为飘尘。粉尘的主要来源是固体物质的破碎、分级、研磨等机械过程或土壤、岩石风化等自然过程以及燃料燃烧所形成的飞灰。目前大气质量评价中常用到一个重要污染指标总悬浮颗粒物（TSP），它是指分散在大气中的各种颗粒物的总称，数值上等于飘尘与降尘之和。

2.含硫化合物

硫常以二氧化硫（SO2）和硫化氢（H2S）的形式进入大气，也有一部分以亚硫酸（H2SO3）及硫酸（盐）微粒形式进入大气，人类活动排放硫的主要形式是二氧化硫。天然源排入大气的硫化氢，也很快氧化为二氧化硫，成为大气中二氧化硫的另一个源。

SO2是一种无色有刺激性气味的不可燃性气体，刺激眼睛、损伤器官、引发呼吸道疾病，甚至威胁生命。是一种分布广、危害大的大气污染物。SO2和飘尘具有协同效应，两者结合起来对人体危害作用增加3～4倍。

SO2在大气中不稳定，在相对湿度较大且有催化剂存在时，发生催化氧化，转化为SO3，进而生成毒性比SO2大10倍的硫酸（H2SO4）或硫酸盐。故SO2是酸雨形成的主要因素之一。

3.碳氧化合物

碳氧化合物主要是CO和CO2。CO2是大气中的正常组成成分，CO则是大气中排量极大的污染物。全世界CO年排放量约为2.10×108t，为大气污染物排放量之首。CO是无色、无味的有毒气体，主要来源于燃料的不完全燃烧和汽车尾气。CO化学性质稳定，可以在大气中停留较长时间。一般城市空气中的CO水平对植物和微生物影响不大，对人类却是有害物质。因为一氧化碳与血红蛋白的结合能力比氧与血红蛋白的结合能力大500倍，当CO进入血液后，先与血红蛋白作用生成羧基血红素能使血液携氧能力降低而引起缺氧，使人窒息。

图3-2-1　煤、石油等化石燃料燃烧

CO2主要来源于生物呼吸和矿物燃料的燃烧，对人体无毒。在大气污染问题中，CO2之所以引起人们普遍关注，原因在于它和甲烷一样能引起温室效应，使全球气温逐渐升高、气候发生变化。

4.氮氧化物

氮氧化合物是NO、N2O、NO2、N2O4、N2O5等的总称，其中主要的是NO、N2O、NO2。N2O是生物固氮的副产物，主要是自然源。故通常所说的氮氧化物，多指NO和NO2的混合物，用NOx表示。

全球年排放氮氧化物总量约为109t，其中95%来自于土壤和海洋中有机物的分解；人为源主要是化石燃料的燃烧过程，如飞机、汽车、内燃机以及硝酸工业、氮肥厂、有色及黑色金属冶炼厂等。

NO毒性与一氧化碳类似，可使人窒息。NO进入大气后被氧化成NO2。NO2的毒性约为NO的5倍。它既是形成酸雨的主要物质，又是光化学烟雾的引发剂和消耗臭氧的重要因子。

图3-2-2　汽车尾气

5.碳氢化合物(www.xing528.com)

碳氢化合物包括烷烃、烯烃和芳香烃等复杂多样的含碳和氢的化合物。大气中碳氢化合物主要是甲烷，约占70%左右。大部分的碳氢化合物来源于植物的分解，人类排放的量虽然小，却很重要。碳氢化合物的人为来源主要是石油燃料的不充分燃烧过程和蒸发过程，其中汽车尾气占有相当的比重。

目前，虽未发现城市中的碳氢化合物浓度对人体健康的直接影响，但已证实它是形成光化学烟雾的主要成分。碳氢化合物中的多环芳烃化合物3，4-苯并（α）芘具有致癌作用，已引起人们的密切关注。另外，甲烷也具有温室效应，且效应比同量的二氧化碳大20倍。

6.含卤素化合物

大气中含卤素的化合物主要是卤代烃以及其他含氯、溴、氟的化合物。大气中卤代烃包括卤代脂肪烃和卤代芳香烃。如有机氯农药DDT、六六六以及多氯联苯（PCB）等以气溶胶形式存在。含氟废气主要是指含氟化氢（HF）和四氟化硅（SiF4）的废气。主要来源于钢铁工业、磷肥工业和氟塑料生产等过程。氟化氢是无色有强烈刺激性和腐蚀性的有毒气体，极易溶于水，还能溶于醇和醚。氟化氢对人的呼吸器官和眼结膜有强烈的刺激性，长期吸入低浓度的HF会引起慢性中毒。在氟污染区，大气中的氟化物被植物吸收而在其体内积累，再通过食物链进入人体，产生危害，最典型的是“斑釉齿症”和使骨骼中钙的代谢紊乱“氟沉着症”。

7.光化学烟雾（洛杉矶烟雾）

汽车、工厂等排入大气中的氮氧化物、碳氢化合物等一次污染物，在太阳紫外线的作用下发生光化学反应，生成浅蓝色的混合物（一次污染物和二次污染物）称为光化学烟雾。光化学烟雾的表观特征是烟雾弥漫，大气能见度低。一般发生在大气相对湿度较低、气温为24～32℃的夏季晴天。光化学烟雾最早在美国的洛杉矶发现，以后陆续出现在世界的其他地区。一般多发生在中纬度（亚热带）汽车高度集中的城市，如蒙特利尔、渥太华、悉尼、东京等。20世纪70年代我国兰州西固石油化工区也出现了光化学烟雾。光化学烟雾成分很复杂，主要成分是臭氧（O3）、过氧乙酰硝酸酯（PAN）、大气自由基以及醛、酮等光化学氧化剂。夏季中午前后光线强时，是光化学烟雾形成可能性最大的时段。天空晴朗、高温低湿和有逆温层存在，或地形条件，利于使污染物在地面积聚的情况都易于形成光化学烟雾。

光化学烟雾的危害非常大。烟雾中的甲醛、丙烯醛、PAN、O3等可刺激人眼和上呼吸道，诱发各种炎症。臭氧浓度超过嗅觉阈值（0.01～0.015ppm）时，会导致人哮喘。臭氧还能伤害植物，使叶片上出现褐色斑点。PAN则能使叶背面呈银灰色或古铜色，影响植物的生长，降低抵抗害虫的能力。此外，PAN和O3还会使橡胶制品老化、染料退色，对油漆、涂料、纤维、尼龙制品等造成损害。

8.酸雨

环境科学中将pH＜5.6的雨、雪等大气降水统称为酸雨。由于人类活动的影响，使大量SO2和NOx等酸性氧化物进入大气中，并经过一系列化学作用转化成硫酸和硝酸，随雨水降落到地面，形成酸雨。天然降水中由于溶解了CO2而会呈现弱酸性，但一般pH值不低于5.6。故一般认为是大气中的污染物使降水pH值达到5.6以下的，所以酸雨是大气污染的结果。

图3-2-3　酸雨对雕像的腐蚀

图3-2-4　酸雨对森林的破坏

9.室内装修污染

一般而言，甲醛（HCHO）、放射性核素等都会造成室内装修污染。装修在使居室变得舒适与美观的同时，也给室内环境造成了污染，这一问题早在20世纪70年代就引起世人的关注。世界卫生组织将由室内污染引起的一系列人体损害症状称为“不良建筑物综合征”。各国对污染的性质和危害做了大量研究和探讨，除了早已为人们所熟知的甲醛污染以外，还有油漆、涂料、地板革、壁纸、胶合板、塑料等释放出的挥发性有机化合物；花岗岩、大理石砖、瓷砖等装修建材释放的放射性核素；天然石料和陶瓷制品析出的氟化物、硫化物和铅、镍、铬、钴等金属物质等等，这些都会对我们的身体造成伤害。

图3-2-5　室内装修材料