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含氣態污染物廢氣
來源:東莞廢氣處理 發布時間:2023-04-28 點擊數:

 氣態污染物種類很多,主要有五大類:以SO2為主的含硫化合物、以NO和NO?為主 的含氮化合物、碳的氧化物、炷類化合物及含鹵素化合物。

1.含硫化合物

 大氣污染物中的含硫化合物包括硫化氫(H2S)、二氧化硫(SO2)、三氧化硫(SO3)、 硫酸(H2SO4)、亞硫酸鹽(SO曠)、硫酸鹽(SO廠)和有機硫氣溶膠。其中最主要的污染 物為SO2、H2S. H2SO4和硫酸鹽,S02和SO3總稱為硫的氧化物,以so,表示。

 S02的主要天然源是微生物活動產生的H2S,進入大氣的H2S都會迅速轉變為S02, 反應式為 H2 S+—O2 » SO2 + H2O

 含硫化合物的其他天然源有:火山爆發,排出物主要是S02和H2S,也有少量的S03 和SO廠;海水的浪花把海水中SO廠帶入大氣,估計約有90%又返回海洋,10%落在陸 地;沼澤地、土壤和沉積物中的微生物作用產生的H2S。

 SO2的人為源主要是含硫的煤、石油等燃料燃燒及金屬礦冶煉過程中產生的。煤、石油 燃燒時硫的反應為

S+ c)2 SO2

2SO2 +c)2 2SO3

燃燒產物主要是SO2,約占98%, SOs只占2%左右。

2.含氮化合物

 大氣中以氣態存在的含氮化合物主要有氨(NH3)及氮的氧化物,包括氧化亞氮 (N2O). 一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO?)、四氧化二氮(N2O4)、三氧化二氮(N2O3) 及五氧化二氮(N2O5)等。其中對環境有影響的污染物主要是NO和NO2,通常統稱為氮 氧化物(NOJ。 NO和NO?是對流層中危害最大的兩種氮的氧化物。NO的天然來源有閃電、森林或草 原火災、大氣中氨的氧化及土壤中微生物的硝化作用等。NO的人為源主要來自化石燃料的 燃燒(如汽車、飛機及內燃機的燃燒過程),也來自硝酸及使用硝酸等的生產過程,氮肥廠、 有機中間體廠、炸藥廠、有色及黑色金屬冶煉廠的某些生產過程等。 氨在大氣中不是重要的污染氣體,主要來自天然源,它是有機廢物中的氨基酸被細菌分 解的產物。氨的人為源主要是煤的燃燒和化工生產過程中產生的,在大氣中的停留時間估計 為1?2周。在許多氣體污染物的反應和轉化中,氨起著重要的作用。它可以和硫酸、硝酸 及鹽酸作用生成錢鹽,在大氣氣溶膠中占有一定比例。

3.碳的氧化物

 一氧化碳(CO)是低層大氣中最重要的污染物之一。co的來源有天然源和人為源。 理論上,來自天然源的co排放量約為人為源的25倍。CO可能天然源有:火山爆發、天然 氣、森林火災、森林中放出的砧烯的氧化物、海洋生物的作用、葉綠素的分解、上層大氣中 甲烷(CHQ的光化學氧化和CO2的光解等。CO的主要人為源是化石燃料的燃燒以及煉鐵 廠、石灰窯、磚瓦廠、化肥廠的生產過程。在城市地區人為排放的CO大大超過天然源,而 汽車尾氣則是其主要來源。大氣中CO的濃度直接和汽車的密度有關,在大城市工作日的早 晨和傍晚交通最繁忙,CO的峰值也在此時出現。汽車排放CO的數量還取決于車速,車速 越高,CO排放量越低,因此,在車輛繁忙的十字路口,co濃度常常更高。co在大氣中的 滯留時間平均為2?3年,它可以擴散到平流層。

 二氧化碳(CO2)是動植物生命循環的基本要素,通常它不被看做是大氣的污染物。在 自然界它主要來自海洋的釋放、動物的呼吸、植物體的燃燒和生物體腐爛分解過程等。大氣 中的CO2受兩個因素制約:一是植物的光合作用,每年春夏兩季光合作用強烈,大氣中的 CO2濃度下降,秋冬兩季作物收獲,光合作用減弱,同時植物枯死腐敗數量增加,大氣中 CO2濃度增加,如此循環;二是CO2溶于海水,以碳酸氫鹽或碳酸鹽的形式貯存于海洋中, 實際上海洋對大氣中的CO2起調節作用,保持大氣中CO2的平衡。CO2性質穩定,在大氣 中的滯留時間約5?10年。就整個大氣而言,長期以來CO2濃度是保持平衡的。但近幾十 年來,由于人類使用礦物燃料的數量激增、自然森林遭到大量破壞,全球CO2濃度平均每 年增高0.2%,已超出自然界能“消化”的限度。CO?無毒,雖然CO2增加對人沒有明顯 的危害,因此一般不被看作大氣污染物,但其對人類生存環境的影響,尤其對氣候的影響是 不容低估的,最主要的即“溫室效應”。

 大氣中CO2和水蒸氣能允許太陽輻射(近紫外和可見光區)通過而被地球吸收,但是 它們卻能強烈吸收從地面向大氣再輻射的紅外線能量,使能量不能向太空逸散,而保持地球 表面空氣有較高的溫度,造成“溫室效應”。溫室效應的結果,使南北兩極的冰將加快融化, 海平面升高,風、云層、降雨、海洋潮流的混合形式都可能發生變化,這一切將帶來嚴重環 境問題。現已知除CO2外,20、CH-氯氟坯等15?30種氣體都具有溫室效應的性質。

4.含鹵素化合物

 存在大氣中的含鹵素化合物很多,在廢氣治理中接觸較多的主要有氟化氫(HF)、氯化 氫(HC1)等。

5.怪類化合物(HC)

 繪類化合物(即表卜1中的含碳化合物)統稱炷類,是指由碳和氫兩種原子組成的各種 化合物。為便于討論,把含有0、N等原子的炷類衍生物也包括在內。姪類化合物主要來自 天然源。其中量最大的為甲烷(CHQ,其次是植物排出的菇烯類化合物,這些物質排放量 雖大,但分散在廣闊的大自然中,對環境并未構成直接危害。不過隨大氣中CH4濃度增加, 會強化溫室效應。姪類化合物的人為源主要來自燃料不完全燃燒和溶劑的蒸發等過程,其中 汽車尾氣是產生炷類化合物的主要污染源,濃度約在2. 5~1200mL/m3。 在汽車發動時,未完全獗燒的汽油在高溫高壓下經化學反應會產生百余種桂類化合物。 典型的汽車尾氣成分主要有:烷姪(甲烷為主)、烯姪(乙烯為主)、芳香姪(甲苯為主)和 醛類(甲醛為主)。

在大氣污染中較重要的坯類化合物有四類:烷繪、烯繪、芳香繪、含氧桂。

 (1) 烷桂 又稱飽和桂,通式C„H2„+2o炷類中CH4所占數量最大,但它化學活性小, 故討論炷類污染物時提到的城市地區總姪類化合物濃度,是指扣除CH4的濃度或稱非甲烷 桂類的濃度。其他重要的烷繪有乙烷、丙烷和丁烷。

 (2) 烯桂是不飽和繪,通式為C„H2„o因為分子中含有雙鍵,故烯繪比烷繪活潑得 多,容易發生加成反應,其中最重要的是乙烯、丙烯和丁烯。乙烯對植物有害,并能通過光 化學反應生成乙醛,刺激眼睛。烯姪是形成光化學煙霧的主要成分之一。

 (3) 芳香燒 分子中含有苯環一類的姪。最簡單的芳姪是苯及其同系物甲苯、乙苯等。 兩個或兩個以上苯環共有兩個相鄰的碳原子者,稱為多環芳炷(簡稱PAH),如苯并M 茁。芳香桂的取代反應和其他反應介于烷桂和烯姪之間。在城市的大氣中已鑒定出對動物有 致癌性的多環芳桂,如苯并[幻花、苯并[刃螢蔥和苯并LH螢蔥等。

 (4) 含氧炷 主要是醛、酮兩類,汽車尾氣中的含氧燒約占尾氣中炷化合物(HC)的 1.5%。大氣中含氧繪的最重要來源可能是大氣中繪的氧化分解。環境中的醛主要是甲醛。

 表面上在城市中炷類對人類健康未造成明顯的直接危害,但在污染物的大氣中它們是形 成危害人類健康的光化學煙霧的主要成分。在NO、CO和H2O的污染大氣中,受太陽輻射 作用,可能引起NO的氧化,并生成臭氧(03)。當體系中存在一些HC時,能加速氧化過 程。HC (主要是烷燒、烯燒、芳香桂和醛等)和氧化劑(主要是HO、O和03)反應,除 生成一系列有機產物如烷桂、烯桂、醛、酮、醇、酸和水等外,還生成了重要的中間產 物一各自的自由基,如烷基R、酰基RCO、烷氧基RO、過氧烷基ROO (包括H2O).過 0 0 Z Z 氧酰基RC—00和竣基RC 等,這些自由基和大氣中的02、N0和N02反應并相互 \ 0 作用,促使N0轉化為N02,進而形成二次污染物03、醛類和過氧乙酰硝酸酯 0 Z (CHsC—0—0—N02 , PAN)等。這些是形成光化學煙霧的主要成分。

6.二口惡英

 二噁英是多氯代二苯并二噁英(PCDDs)和多氯代二苯并咲喃(PCDFs)的總稱,通 常用“PCDD/Fs”表示。由于氯原子取代的位置和數量的不同,PCDD/Fs共有210種異構 體(75種PCDDs和135種PCDFs)。二噁英是一種無色針狀晶體,是非常穩定的化合物, 沒有極性,極難溶于水和酸堿,可溶于大部分有機溶劑,具有高熔點和高沸點,分解溫度大 于700°C ,高速降解溫度大于1300°C;具有脂溶性和高親脂性。 二噁英的生成機理相當復雜,已有研究認為主要有三種途徑:①由前驅體化合物(氯 源)通過氯化、縮合、氧化等有機化合反應生成;②碳、氫、氧和氮等元素通過基元反應生 成二噁英,稱之為“從頭合成”;③由熱分解反應合成(即“高溫合成”),含有苯環結構的 高分子化合物經加熱分解可大量生成二噁英。 無論二噁英以哪種方式生成,必須具備四個基本條件:①必須有含苯環結構的化合物 (二噁英母體)存在;②必須有氯源;③必須有合適的生成溫度(350°C左右為最佳生成溫 度);④必須有催化劑(如銅、鐵等金屬元素)存在。

7.污染大氣的放射性物質

 自20世紀40年代開始,放射性塵埃引起的大氣污染日益為人們所關注。這主要是核武 器試驗和核電站事故所造成的。核爆炸(尤其是大氣層里的核爆炸)后,形成高溫(上百萬 攝氏度)火球,使其中存在的裂變產物、彈體物質以及卷進火球的塵土等變為蒸氣。隨著火 球膨脹和上升,因與空氣混合和熱輻射損失,溫度逐漸降低,蒸氣便凝結成微粒附著在其他 塵粒上形成所謂放射性沉降物(塵埃),主要放射性同位素為裂變產物,其次是核爆炸時放 出的中子所造成的灰塵放射性物質。 核爆炸后進入大氣層的放射性物質,沿大氣環流運行,并受重力和風的合力影響,以合 力的方向運行直至沉降到地面。于爆炸后數小時至數十小時首先沉降于爆炸點附近地區,這 種局部沉降物可占裂變產物總量的50%?80%,若遇降水則還會增加。存在于對流層空氣 中直徑小于5卩111的粒子,則要幾天到幾個月,平均儲留期約為30天,沉降影響的范圍可波 及本半球的大部分地區,在核爆炸的緯度內從西向東繞地球運行,直到被這些細小粒子由于 相互凝聚(凝結在霧滴上)、靜電作用、直接沖撞作用、擴散作用和風力等以惰性方式沉降 到地面,或被降水攜帶至地面,這種所謂對流層沉降物中裂變產物約占總裂變產物的25% (與爆炸高度有關)。一些更細小的微粒能進入到平流層,并隨高空的大氣環流流動,然后再 慢慢沉降到地球表面,即所謂全球性沉降。 在這些沉降物中,人們最關心的是產額高、半衰期長、攝取量大和能長期存留于人體內 的放射性同位素,主要有鍶89、鍶90、銫137、碘131、碳14、钚239、鋇140和鈰140以 及钚239等。

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