（-）顆粒污染物（大氣氣溶膠）
大氣氣溶膠是一個極為復雜的體系，它們對環境和人類影響很大，其影響不僅取決于顆 粒物的大小，也和顆粒物的濃度和化學組成密切相關。

1. 大氣氣溶膠的粒徑

大氣氣溶膠的粒徑一般在0. l~100Mm之間，粒徑的分布一般符合對數正態分布。粒徑的不 同，主要和來源有關：粒徑＜0.05閃!!的，主要是來源于燃燒過程產生的一次氣溶膠和氣體分子 通過化學反應轉化形成的二次氣溶膠；粒徑0.05?2閃!!之間的，主要是來源于燃燒過程產生的蒸 氣冷凝凝聚，以及各種氣體通過化學轉化形成的二次氣溶膠，例如煙霧和大部分硫酸鹽；粒徑〉 2閃11的，主要是來源于機械過程產生的一次粒子、海水濺沫、風沙和火山灰等。
空氣中飄浮的污染物質粒徑可參見圖-14。

1. 大氣氣溶膠的結構

大氣氣溶膠表面常有一層液膜，中心有一個不溶于水的核，許多過渡金屬的化合物可能 存在于核的表面。核的四周被水溶液包圍，其中溶解物有可溶性無機物和有機物。在水溶液 表面上又常有一層有機物的膜，有機物的極性一端向著中心核方向。氣溶膠可以通過吸附、 吸收、溶解等過程包容大量雜質，并在其中進行復雜的化學反應。氣體污染物和顆粒物之間 相互作用是形成氣溶膠的重要環節，大氣中的各種污染物都是在此界面上進行反應形成各種 形態的氣溶膠。

1. 大氣氣溶膠的種類

氣溶膠的組成十分復雜，有的含有四五十種元素，主要是硫酸鹽、硝酸鹽等（約占 50%?80%),還有有機化合物及多種微量元素的氧化物和鹽類，按其主要成分可作如下 分類。

1. 硫酸鹽氣溶膠 主要來自SO2的化學轉化。so2在大氣中通過均相和非均相反應 形成SO3, so3與水蒸氣反應生成H2so4o硫酸的蒸氣比非常低，特別在有水的條件下更 是如此。在氣相中H2SO4的飽和濃度為4Mg/m3,因此在所有大氣條件下都會凝結生成硫 酸或硫酸鹽氣溶膠。大氣中的無機污染物最終大部分都將轉化為硫酸鹽氣溶膠，在平流層中 最大的氣溶膠就是硫酸鹽氣溶膠。硫酸鹽氣溶膠形成的途徑主要有光化學氧化、自由基氧 化、液相氧化或吸附氧化等。
2. 硝酸鹽氣溶膠 硝酸在氣相中的飽和濃度可達1. 2X108Mg/m3,因此凝結態硝酸在 大氣中幾乎不存在，其氣溶膠常以NaNCh、NH4NO3或NO工吸附在顆粒物上的形式存在。 硝酸鹽氣溶膠形成途徑主要有：NO’氧化為NO2、N2O3、N2O5等；高價氮氧化物與水蒸 氣作用形成HNO3和HNO2 一類揮發性酸而存在于氣相中；在氣相中反應形成硝酸鹽氣溶 膠，桂類化合物的存在對硝酸鹽氣溶膠的形成有較大的作用。
3. 有機物氣溶膠 其形成途徑尚不太清楚，一般認為有。3-烯炷、Ch-環烯炷和 HO"自由基各類反應體系。由燃燒進入大氣的炷類化合物在大氣中常參與光化學反應 和自由基反應，被光化學氧化劑直接氧化，或顆粒物吸附后而再氧化，最后形成凝聚 態過氧化物或聚合物，其中含氧的有醛、醇、有機酸等，含硫的有硫醸、硫醇類化合 物，含氮的如pan、PPN (過氧丙酰硝酸酯)、PBN (過氧苯甲酰基硝酸酯)等氣 溶膠。
4. 微量元素已發現的大氣氣溶膠中存在的微量元素有幾十種，其中金屬元素的 含量相當可觀。顆粒物中金屬元素的含量與其來源有關。存在于飛灰中的金屬元素濃 度比氣溶膠顆粒中的濃度大得多，而城市氣溶膠中微量元素的濃度一般又比非城市的 約大一個數量級。
5. 大氣氣溶膠的化學組成

大氣氣溶膠的化學組成十分復雜，不僅與其來源有關，也與粒徑大小密切相關。其中含 有幾十種金屬元素，如存在于粗粒子中的有Si、Fe、Al、Sc、Na、Ca、Mg、Cl、V、Ti 等，存在于細粒子中的有Br、Zn、Se、Ni、Cd、Cu、Pb等。此外還含有多種無機及有機 化合物。
按它們的含量次序排列，大致為硫酸鹽、溶于苯的有機物、硝酸鹽、鐵、錢及少量的其 他元素。硫酸鹽中主要是硫酸鍍，也包括少量硫酸。有機物中脂肪姪多于芳香桂。
按粒子的粒徑分，化學組分有很大的差別。

1. 粒徑V2. 5pm的細粒子 它們是由高溫或化學過程產生的蒸氣凝結而成，或是氣 體通過化學反應而產生，或是人類活動直接產生的粒子，主要有SO廠、C (炭黑)、有機 物、NH才、H+和 Er、Zn、As、Se、Ni、Cd、Mn、Cu、Sn、Cd、V、Sb、Pb 以及 N0「、 CL等；
2. 粒徑＞2.5#m的粗粒子 主要來自機械作用產生的粉塵以及風沙、海鹽和火山噴 發等，通常含有Fe、Ca、Ti、Mg、K、Na、Si、V、Al、Sc、PO汀、C (花粉和抱子)以 及 NO,、CL 等。

值得注意的是由各種燃燒產生的煙氣中的典型致癌物質苯并［刃琵，其在不同煙氣中 的含量參見表1-35 0
香煙煙霧是微細的顆粒物的聚集體，吸煙者吸入ImL香煙煙霧就要吸入50億個顆 粒物。
表1-35不同煙氣中苯并［a］花的濃度

1. 二氧化硫(SO2)

S02是含硫大氣污染物中最重要的一種。SO2是無色、有刺激性臭味的有毒氣體，不可 燃，易液化，氣體密度2. 927kg/m3,沸點一10°C,熔點一72. 7°C ,蒸氣壓155. 4kPa (1165. 4mmHg, 0°C),溶于水，水中溶解度為11. 5g/L, 一部分與水化合成亞硫酸。
S02進入大氣后第一步氧化成SO3,然后SO3溶于水滴中形成硫酸，當大氣中存在 NH+或金屬離子M2+時，則轉化為(NHQ2SO4或MSCU氣溶膠。這些轉化中關鍵的一步 是SO2轉化為SO3o大氣中SO2的化學反應很復雜，受許多因素的影響，包括溫度、濕度、 光強度、大氣傳輸和顆粒物表面特征等。so2轉化為SO3的途徑歸納起來有兩種。

1. 催化氧化

在清潔的空氣中so2氧化轉化為SO3的速度非常緩慢：
2SO2+O2 — 2SO3
但若在大氣中存在某些過渡金屬離子，則SO2的氧化速度為在清潔空氣中的10-100 倍，其反應與有催化劑時SO2在水溶液中的氧化相類似：
2SO2+2H2O+O2 鰹込 2H2SO4
反應中，起催化劑作用的過渡金屬離子(如Fe3+、Mn2+、Cu2+和C°2+等)以微粒形 式懸浮于空氣中，當濃度很高時，這些微粒成為凝聚核或水合成液滴，SO2和02被這些液 態氣溶膠吸收，并在液相中發生反應。
影響SO2催化氧化的主要因素如下。

1. 催化劑的種類不同催化劑的催化效率次序為：

MnSO4 > MnCl2 > CuSO4 > NaCl
幾種氯化物的催化效率次序為：
MnCl2 >CuCl2 >FeCl2 >CaCl2
結果表明，猛鹽催化效率最高，而硫酸鹽比氯化物好。

1. 液滴酸度 當液滴的酸度較高時，能降低SO2的溶解度，SO2的氧化顯著變慢。 然而大氣中存在NH3時，則能大大加快SO2的氧化過程。
2. 相對濕度提高能增加轉化率。
3. 光化學氧化

(1)直接光氧化 在低層大氣中，SO2經光化學過程生成激發態so2分子。在波長 290nm以上，SO?有兩個吸收譜帶，第一個是最大值在384nm的弱吸收，此吸收使SO2轉 變為第一激發態(三重態，用吧。2表示)：
SO2 + 屁' ' 3SC)2 (340?400nm)
第二個是最大值294nm的強吸收，此吸收使SO?轉變為第二激發態(單重態，用】SC)2 表 7K ):
SO2 ~\~hv - 1SO2 (290?340nm)
單重態能量較高，進一步將衰變到能量較低的三重態，反應如下：
1SO2+M— so2+m— 3SO2+M
式中，M可以是體系中的N2、02、CO和CH4等其他分子。
大氣中SO2光氧化機制，主要基于兩個激發態（】S02和3SO2）與體系中其他分子M 反應，首先是吧。2被其他大分子淬滅而返回到基態SO2:
3so2+mso2+m
若M為O2時，反應為：

1. SC）2 +。2  *• SO3 + O

這步反應可能是so2光氧化為so3的最重要的一步。
在清潔空氣中，SO2的光化學氧化轉化速率約為0.1%/h。相對濕度增加，可加快轉 化。在存在HC和NO’的污染空氣中，S02的光化學氧化速率顯著提高。
（2）間接光氧化 其氧化機制為：在日光作用下，HC-NO2反應體系產生的自由基如 OH、HO?和RO?等，或者產生的強氧化劑。3和H2O2等，能將S02迅速氧化成SO3,進 而形成硫酸和硫酸鹽。自由基的氧化反應為：

so2+oh 旦 hoso2+m
SO2 + HO2 —> SO3 +OH 或 SO2 HO2
so2+ro2 > S03+RO 或 so2 ro2
hoso2自由基能進一步反應： hoso2+oh— H2SO4

強氧化劑o3和H2O2能較快地被云霧或雨滴吸收，它的存在，使so2氧化速度明顯加 快。SO2的間接光氧化的轉化速率比直接光氧化快得多，可高達（5?10）%/h。
大氣中SO2氧化轉為S03, SO3遇水立即形成H2SO4,硫酸與水結合成為硫酸霧，如 果存在氨或其他金屬離子，最終將轉化為硫酸鹽，在大氣中即生成硫酸鹽氣溶膠。
世界上的多次煙霧事件，如英國倫敦、比利時馬斯河谷等地煙霧事件都和SO2有關， 主要是當時的氣象條件一一逆溫和霧，使空氣中的SO2經久不散，濃度增大，以致使患病 及死亡人數急劇增加。
so2是大氣中數量最大的有害成分，也是造成全球大范圍酸雨的主要原因。

1. 氮氧化物

氮氧化物中，NO和NO2是兩種最重要的大氣污染物。
NO為無色氣體、淡藍色液體或藍白色固體，熔點一163.6°C,沸點一151.8°C,密度 1- 3402kg/m3,在空氣中容易被O3和光化學作用氧化成NO2。
NO2為黃色液體或棕紅色氣體，熔點一11.2°C,沸點21.2°C,相對密度1.4494 （液 體，20°C）,能溶于水生成硝酸和亞硝酸，具有腐蝕性。

1. 光化學煙霧

由石化燃料燃燒和汽車尾氣排出的NO’、桂類和太陽紫外線是形成光化學煙霧的三個 要素。在強烈的陽光照射下，引發了存于大氣中的烯桂類化合物和氮氧化物之間的光化學反 應。地勢低洼、逆溫條件都容易促使光化學煙霧形成。形成光化學煙霧可能的反應如下： 2NO+O2 2NO2

NO2+/1V— NO+O
0 + 02 O3
CH3 CH =CH2 +O2 —> CH3 CHO+ HCHO
r-CH3CH 0 + CH2O2 CH3CH=CH2+O3—> CH3—CH一CH2 —

1. I —HCHO + CH3CHO2 o o

\ /
o
CH2O2 —CO+H2O
CH3CHO2+O2 — CH3CHO+O3
pH2 + CO
HCHO + Ap—
•十 HCO
說0+02 ― CO+HO2 ?

H ? +O2 —» HO2 ?
HO2 ? +NO— NO2 + HO?
CH3CHO+HO  CH3CO+H2O
0
II
CH3CO+O2 ―> CH3C—o—o
o o
II II
ch3co—o? +no2 —> ch3c—o—o—no2

當no2和o3的濃度比較大時，還可能發生下列反應：

NO2+O3  NO3 • +02
CH3CHO+NO3 CH3CO +H NO3
NO2+NO3 N2O5
N2 O5 + H2 O —*■ 2HNO3

實際的光化學過程很復雜，可能會產生烷基、酰基、烷氧基、過氧烷基、過氧酰基自由 基及其他物質。
NOX形成光化學煙霧的大氣主要特征是有二次污染物——光化學氧化劑的生成。主要 的氧化劑是臭氧（。3）,還包含過氧化氫（H2O2）、有機過氧化合物（ROOR'）、有機氫過 氧化合物（ROOH）和過氧乙酰硝酸酯（PAN）、過氧丙酰硝酸酯（PPN）、過氧丁酰硝酸 酯（PEN）、過氧苯甲酰硝酸酯（PBZN）等。此外還有醛類和甲醛、丙烯醛等。
由NO’和燒類產生的光化學煙霧（通常稱洛杉磯型煙霧）和主要由SO2和煙塵引起的 煙霧（通常稱倫敦型煙霧）的主要區別見表1-36o

3. 一氧化碳（CO）
一氧化碳為無色無臭氣體，極毒，不易液化和固化，微溶于水，20°C時溶解度為 0. 04g/Lo 熔點一 199°C,沸點一 191. 5°C,蒸氣壓 30& 636kPa （- 180°C）, 2. 185MPa （-150°C）；相對密度0.96716 （空氣= 1）。CO易燃，在空氣中呈藍色火焰。CO是煤氣的 主要成分。
CO在室溫時較穩定，400?700°C或稍低溫度時，在催化劑作用下發生歧化反應，生成 碳和CO2o在高溫下為極好的還原劑，可將金屬氧化物還原為金屬，如煉鐵。CO能與許多 金屬或非金屬反應，如與氯氣反應生成極毒的光氣（COC12）。
CO的人為源是焦化廠，煤氣發生站、煉鐵廠、石灰窯、磚瓦廠、化肥廠的生產過程及 汽車尾氣。
表1-36倫敦型煙霧和洛杉磯型煙霧的比較

CO也是由人類活動引入大氣的污染物之一，co的問題出現在局部高濃度情況下。例 如由汽車內燃機排出的co,其濃度最高水平往往在擁擠的市區，尤其是早晚上下班汽車高 峰時出現，此時大氣中CO的含量可高達（50?100）mL/rn3。市區CO含量與行駛車輛的密 度呈正相關，與風速呈負相關關系。在偏遠地區CO的平均濃度要低得多。汽車排氣中的 CO主要是由于混合氣中的02不足，汽油中的C不能與足夠的氧化合而產生的。因此排氣 中的CO濃度主要取決于混合氣的空氣和燃料之比，即空燃比。
燃煤時生成CO和CO2的主要反應有：
c+o2>co
2C+OZ >2CO
C+CO2 — 2CO
2CO+O2 2CO2
燃燒過程還可能發生下列反應：
C+2HZO— CO2+2H2
C+H2OCO+H2
3C+4H2O4H2+2CO+CO2
C+2H2 — CH4
哪種反應為主，取決于燃燒時的溫度、壓力、氣體成分和燃料種類等條件。

（四）含氛化合物
大氣中常遇到的含氟化合物主要有氟化氫、氟里昂、含氟農藥和除莠劑等，它們在工農 業生產中使用較多。當含氟化合物在大氣中的殘留濃度超過允許濃度時，對植物和動物生 命，以致氣候都會產生顯著影響。

1. 無機氟化物

無機氟化物在空氣中普遍存在，一般濃度很低，但在污染源附近常有較高的濃度，可能 會造成局部污染。排入大氣的氣態氟化物有F2、HF、SiF4和硅氟酸（H2SF6）,主要來自 制鋁廠、磷肥廠、冰晶石廠、過磷酸鹽廠、玻璃廠等的生產過程。當生產所用的原料中含有 氟的礦物質如螢石（CaF2）和冰晶石（3NaF?AIF3 ）時，在高溫下會產生一種或多種揮發 ，性含氟的化合物排放到大氣中。若存在硅酸鹽化合物，則會形成SiF4排放大氣，SiF4進一

步水解，生成氟化氫(HF), HF可進一步反應生成CaF2
2CaF2+3SiO2 —* SiF4 +2CaSiO3
SiF4+2H2O^SiO2+4HF
2HF+CaO(CaCO3)—> CaF2 +H2O(CO2)
磷酸鹽生產過程中，常常產生的HF、SF4、H2SiF6等排入大氣。

1. 氟化氫(HF)為無色氣體，在19. 54°C以下為無色液體，極易揮發，在空氣中發 煙，有毒、刺激眼睛，腐蝕皮膚；熔點一83. 1°C,沸點19.54°C,蒸氣壓47. 86kPa (0°C), 103.01kPa (20°C)。無水氟化氫為酸性物質。
2. 四氟化硅 無色非燃燒氣體，劇毒，有類似氯化氫的窒息氣味，熔點一90.2°C,沸 點一86°C,在潮濕空氣中水解生成硅酸和氫氟酸，同時生成濃煙。
3. 有機氟化物

含氟空氣污染物中對大氣損害最大的是氟里昂系列(氯氟燒，CFC),最常見的有氟里 昂-口 (CFC-11)和氟里昂12 (CFC-12),它們均為無色、無毒、不燃的氣體，無腐蝕性。 氯氟燒的物理常數見表1-37,它們主要用作致冷劑、氣溶膠推進劑和發泡劑。
表1-37氯氟畑的物理常數

注：lmmHg=133. 3224Pa, latm= 101325Pao

氯氟姪的化學性質穩定，它們通過不同途徑釋放進入大氣層，并且完全能擴散進入平流 層，在紫外線照射下進行光分解，釋放出氯原子：
CF2C12+Av 一> CF2C1+C12
CFClz +hv —> CFC12 + C1
所形成的cf2ci. cfci2可進一步分解，釋放出氯原子。氯原子具有極高的活性，很快 成為破壞03的“殺手”，其反應為：
C1 + O3  ? C1O+O2
C1O+O— Cl+O2
O+O3 *■ O2 +02

氯原子和03反應生成氯氧化物和氧分子，這種氯氧化物又能與氧原子反應生成活潑氯 原子。這樣，一旦產生出氯原子即可降解大量03分子。
伍)鉛
鉛是銀灰色的軟金屬，在自然界中以硫化鉛、碳酸鉛、硫酸鉛等形式存在。在空氣中鉛 及其化合物以氣溶膠即鉛塵和鉛煙形式存在。鉛不溶于水，溶于硝酸和熱的濃硫酸，熔點 327. 5°C,沸點1740°C,相對密度11.3437。四乙基鉛：(C2H5)4Pb］為無色油狀液體，有 香味，溶于苯、乙醇、乙瞇和石油醵，不溶于水，凝固點一136. 8°C,沸點200°C (分解)， 閃點93. 33°CO鉛污染主要來自印刷廠、蓄電池廠、有色金屬冶煉廠、塑料助劑廠的生產 過程。