大氣汙染
大氣圈包圍在地球之外,它是由空氣、少量水氣、粉塵和其他微量雜質組成的混合物。空氣的主要成分按體積比是氮為78.09%,氧為20.95%,氬為0.93%,CO2為0.03%。此外還有稀有氣體氦、氖、氪、氙和甲烷、氮的氧化物、硫的氧化物、氨、臭氧等共占0.1%。
大氣中的水氣主要來自水體、土壤和植物中水分的蒸發,大部分集中在低層大氣中,其含量隨地區、季節和氣象等因素而異。水氣是天氣現象和大氣化學汙染現象中的重要角色。大氣中的固體懸浮粒主要來自工業煙塵、火山噴塵和海浪飛逸帶出的鹽質等。
人類生活在大氣圈中,依靠空氣中的氧氣而生存。氧氣被吸進肺細胞後穿過細胞壁與血液中的血紅蛋白結合,由血液將氧輸送到全身,與身體中營養成分作用而釋放出人體活動必需的能量。一般成年人每天需要呼吸約10~12m3的空氣,它相當於一天進食量的10倍、飲水量的3倍。人可幾周不進食,幾天不喝水,但斷絕空氣幾分鍾生命就難以維持,這充分表明空氣對維持生命的重要性,而清潔的空氣則是人類健康的重要保證。但大氣中總是含有一些對人體有害的物質,如CO,NOx,SO2等,它們被視作大氣汙染物,現在能監測到的汙染物近百種,如表4-1所示。
燃料的燃燒是造成大氣汙染的主要原因。人類生活和工業、科學技術的現代化,使燃料用量大幅度上升,從而造成大氣的汙染日趨嚴重。隨著交通運輸業的發展,大都市中大量汽車的排氣也對環境造成了嚴重汙染。另外,大氣中還有來自工業生產的其他汙染物,石油工業和化學工業大規模地發展也增加了空氣中汙染物的種類和數量。在農業方麵,由於各種農藥的噴灑而造成的大氣汙染也是不可忽視的問題。大氣汙染對建築、樹木、道路、橋梁和工業設備等都有極大危害。對人體健康的危害也日益明顯,更大的威脅是通過呼吸道疾病削弱人的體質,會進一步引起心髒及其他器官的機能障礙而導致疾病甚至死亡。下麵就某些公認的綜合性大氣汙染現象,介紹其汙染源和對人類的危害。
一、汽車尾氣
汽車是近代重要的交通運輸工具,隨著汽車數量的激增,汽車尾氣造成的環境汙染也日益嚴重。汽車尾氣中的有害成分主要有CO,NOX,SO2,HC,顆粒物和臭氧等。
CO是汽油燃燒不完全的產物,其數量占尾氣成分的首位。化石燃料的不完全燃燒和高溫下存在的2CO+O22CO2的平衡,使得CO存在於所有實際燃燒器的尾氣之中。CO無色、無臭、無味,當被吸入人體後,極易與血紅蛋白結合,(其親合力比O2約大200~300倍),使血紅蛋白失去攜氧能力。CO濃度低時會使人慢性中毒,濃度高時則會導致窒息死亡。
氮的氧化物種類很多,但在大氣中有危害作用的,主要是NO和NO2,習慣上將這兩種化合物以NOX表示,稱為總氮氧化物。NOX是在氣缸點火的高溫瞬間由空氣中的氮與氧化合而成的。NOX對人體也有危害,它進入人體後,開始是刺激呼吸器官,然後逐漸侵入肺部,與細胞液中水分結合成亞硝酸和硝酸後產生強烈的刺激與腐蝕作用,引起肺水腫。NO2的毒性高於NO,NO2氣體呈紅棕色,有特殊刺激臭味。NO2既有害於人體健康,還會腐蝕建築物,並能導致形成酸雨和光化學煙霧,被列為大氣中的重要汙染物。
大氣中的烴類汙染物的定義並不嚴格,它是指各種烴類及其衍生物,品種極多,一般以HC表示(此處HC主要是指油箱及化油器的逸散和滴漏的燃料油和部分因燃燒不完全而生成的烴類及其各種衍生物)。汽車尾氣排放的未經燃燒的汽油和燃燒不完全而產生的多種烴類衍生物成分極其複雜,其中有飽和烴、不飽和烴、芳香烴以及這些烴類的含氧衍生物(如醛、酮等),不僅成分種類多,且組成變化也大。烴類汙染物對自然界的危害,主要是破壞了生態係統的正常循環,還是誘發產生光化學煙霧的成分。
直徑大於10μm(1μm=10-6m)的顆粒,能依靠其自身重力作用降落到地麵,稱為降塵。它們在空氣中停留時間短,不易被人吸入,故危害不大。直徑小於10μm的顆粒,在空氣中可較長時間飄遊,稱為飄塵。對人體健康危險性最大的是0.5~5μm的顆粒,這種飄塵可直接到達肺細胞而沉積在肺中,並可進入血液,導致呼吸道疾病,它們還可能和SO2,NO2等產生聯合作用,損害粘膜、肺細胞,引起支氣管和肺部炎症,部分病人最後會導致肺心病。
汽車尾氣中的顆粒物包括鉛化合物、碳顆粒和油霧等。鉛是大氣的重金屬汙染物中毒性較大的一種,鉛塵來自於汽油的抗爆添加劑,這是一種含鉛的有機化合物四乙基鉛[(C2H5)4Pb]。四乙基鉛的毒性比無機鉛化合物約大百倍,且鉛塵隨行車和風力擴散。它是引起急性精神性病症的劇毒物質,它可以在人體中不斷積累,當血液中鉛含量超過0.1mg時,可造成貧血等中毒症狀。現已使用無鉛汽油。
碳顆粒是燃料燃燒不完全的產物,而油霧通常是由於油箱及化油器的逸漏而造成的。
硫的氧化物是由燃料所含的硫經燃燒而形成的。低濃度的SO22(10μg·g-1)的危害主要是刺激上呼吸道,濃度較高(100μg·g-1以上)時會引起深部組織障礙,濃度更高(400μg·g-1以上)時會致人呼吸困難和死亡。特別是大氣塵粒與SO2的協同作用對人體健康的危害就更大。
二、光化學煙霧
大氣中的HC和NOX等為一次汙染物,在太陽光中紫外線照射下能發生化學反應,衍生種種二次汙染物。由一次汙染物和二次汙染物的混合物(氣體和顆粒物)所形成的煙霧汙染現象,稱為光化學煙霧。NOX是這種煙霧的主要成分,又因其1946年首次出現在美國洛杉磯,因此又叫洛杉磯型煙霧,以區別於煤煙煙霧(倫敦型煙霧)。