有害气体及其来源

　　室内环境污染主要物质的种类、来源及危害

　　室内环境污染主要物质的种类环境质量受到多方面的影响和污染，大致可分为三大类。a:物理性污染，包括噪声、光辐射、电磁辐射、放射性污染等，主要来源于室外以及室内的电器设备。b:化学性污染，建筑装饰材料及家具制品中释放的具有挥发性的化合物达几十种，其中以甲醛、苯、氡、氨等四大室内有害气体的危害尤为严重。c:生物性污染，主要有螨虫、白蚁及其它细菌等，主要来自地毯、毛毯、木制品及结构主体等。

　　主要来源及危害由装修不当造成的甲醛、氨气、氡气、苯、放射性物质等是目前室内环境污染物的主要来源。

　　a:氡气的来源及危害。氡气是一种由花岗岩、水泥、矿渣、砌块、石膏类建材中析出的放射性物质。主要来源于以天然石材为主的无机材料(花岗石、大理石、石膏、水泥、砂等)和矿渣及工业废渣综合利用后的产品(煤矸石砖、粉煤灰制品)。

　　氡气很容易随着人的呼吸进入肺部，伤害人体呼吸器官，严重的可导致肺癌；天然石材中的射线会损坏人体造血功能，导致白血病的发生。

　　b:甲醛的来源及危害。甲醛是一种有机化合物，无色易溶、具有强烈刺激性气味。该物质主要来源于室内装饰的胶合板、细木工板、中密度纤维板和刨花板等板材以及用人造板、劣制木材胶水制作的木制家具。其它各类装饰材料，如某些化纤地毯、油漆、墙纸、塑料泡沫、涂料及一些有机材料也含有一定量的甲醛，其释放周期为3~l5年。

　　甲醛对眼、粘膜和呼吸道有刺激作用，易引起肺炎、肺水肿、女性经期紊乱、新生儿畸形，严重的可导致鼻癌。

　　c:苯的来源及危害。苯是一种无色透明、具有特殊芳香气味的液体，密度比水小，不溶于水，常作有机溶剂。苯系物存在于油漆、胶、涂料及腻子中，其释放周期为2~3周。

　　苯的含量超过一定浓度时，可在短时间内使人头痛、胸闷、恶心、呕吐，严重的可使人中毒死亡，同时苯亦可引起白细胞减少，破坏人的免疫系统，严重者可导致白血病和心血管疾病。

　　d:氨的来源及危害。氨为无色、具强烈刺激、挥发性的碱性气体，比空气轻，溶解度高。主要在我国北方地区，许多建筑商用氨作为防冻剂加入水泥中进行冬季施工。随着环境湿度、温度的变化，从墙体中释放出来，造成室内空气中氨浓度升高，另外，家具及木饰面涂饰时所用的添加剂和增白剂，也易挥发出氨气。氨的释放周期为7~l0天。

　　氨对人体的上呼吸道、皮肤组织、感官系统有强烈的刺激和腐蚀作用，减弱了人体对疾病的抵抗力。轻者可引起头晕、头痛、流泪，重者可通过三叉神经末梢引起心脏停搏和呼吸停止。

　　e:其他放射性物质。如杜鹃红、杜鹃绿、印度红、红瓒麻等天然性花岗石的放射性较高，对人体内的造血器官、神经系统、消化系统均会造成损伤。

　　室内环境污染主要物质的种类环境质量受到多方面的影响和污染，大致可分为三大类。a:物理性污染，包括噪声、光辐射、电磁辐射、放射性污染等，主要来源于室外以及室内的电器设备。b:化学性污染，建筑装饰材料及家具制品中释放的具有挥发性的化合物达几十种，其中以甲醛、苯、氡、氨等四大室内有害气体的危害尤为严重。c:生物性污染，主要有螨虫、白蚁及其它细菌等，主要来自地毯、毛毯、木制品及结构主体等。

　　主要来源及危害由装修不当造成的甲醛、氨气、氡气、苯、放射性物质等是目前室内环境污染物的主要来源。

　　a:氡气的来源及危害。氡气是一种由花岗岩、水泥、矿渣、砌块、石膏类建材中析出的放射性物质。主要来源于以天然石材为主的无机材料(花岗石、大理石、石膏、水泥、砂等)和矿渣及工业废渣综合利用后的产品(煤矸石砖、粉煤灰制品)。

　　氡气很容易随着人的呼吸进入肺部，伤害人体呼吸器官，严重的可导致肺癌；天然石材中的射线会损坏人体造血功能，导致白血病的发生。

　　b:甲醛的来源及危害。甲醛是一种有机化合物，无色易溶、具有强烈刺激性气味。该物质主要来源于室内装饰的胶合板、细木工板、中密度纤维板和刨花板等板材以及用人造板、劣制木材胶水制作的木制家具。其它各类装饰材料，如某些化纤地毯、油漆、墙纸、塑料泡沫、涂料及一些有机材料也含有一定量的甲醛，其释放周期为3~l5年。

　　甲醛对眼、粘膜和呼吸道有刺激作用，易引起肺炎、肺水肿、女性经期紊乱、新生儿畸形，严重的可导致鼻癌。

　　c:苯的来源及危害。苯是一种无色透明、具有特殊芳香气味的液体，密度比水小，不溶于水，常作有机溶剂。苯系物存在于油漆、胶、涂料及腻子中，其释放周期为2~3周。

　　苯的含量超过一定浓度时，可在短时间内使人头痛、胸闷、恶心、呕吐，严重的可使人中毒死亡，同时苯亦可引起白细胞减少，破坏人的免疫系统，严重者可导致白血病和心血管疾病。

　　d:氨的来源及危害。氨为无色、具强烈刺激、挥发性的碱性气体，比空气轻，溶解度高。主要在我国北方地区，许多建筑商用氨作为防冻剂加入水泥中进行冬季施工。随着环境湿度、温度的变化，从墙体中释放出来，造成室内空气中氨浓度升高，另外，家具及木饰面涂饰时所用的添加剂和增白剂，也易挥发出氨气。氨的释放周期为7~l0天。

　　氨对人体的上呼吸道、皮肤组织、感官系统有强烈的刺激和腐蚀作用，减弱了人体对疾病的抵抗力。轻者可引起头晕、头痛、流泪，重者可通过三叉神经末梢引起心脏停搏和呼吸停止。

　　e:其他放射性物质。如杜鹃红、杜鹃绿、印度红、红瓒麻等天然性花岗石的放射性较高，对人体内的造血器官、神经系统、消化系统均会造成损伤。 .

由人类在生产和生活活动中向大气排出的、或使大气产生的有害气体有数十种之多。按它们的形成过程可分为一次污染物和二次污染物。前者是指直接从污染源排放出来的有害物质，如二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、碳氢化合物等；后者是指由一次污染物在大气中经化学反应后形成的新的污染物，常见的二次污染物有臭氧、过氧化乙酰硝酸脂（PAN）、硫酸及硫酸盐气溶胶、硝酸及硝酸盐气溶胶，以及一些活性中间物（又称自由基），如过氧化氢基（HO₂）、氢氧基（OH）、过氧化氮基和氧原子等。按它们的来源可概括为四个方面：①燃料（煤、石油、天然气等）的燃烧是向大气排放大量有害气体的重要发生源，火力发电厂、钢铁厂、焦化厂、石油化工厂和有大型锅炉的工厂、用煤量大的工矿企业以及家庭日常生活用的炉灶都是有害气体的发生源；②工业生产过程中有大量有害气体排放到大气中，如石油化工企业、冶金企业以及电镀、喷漆、印刷、塑料、制药等行业排放出来的含有大量酸气（如氯化氢、硫酸、硫化氢、硫氧化物、氮氧化物等），有机废气（如苯、甲苯、甲醇、丙酮及其他碳氢化合物等）和重金属（如铅、锌、汞、镉等），以及在生产和使用制冷剂、发泡剂和溶剂等的过程中排放出来的氟氯氢类物质，也是导致某些地区特别是某些城市的空气污染的物质来源；③交通运输过程中交通工具排放的尾气也是造成大气污染的主要来源；④在地下采矿和掘进施工过程中也会产生有害气体，如硫化氢、二氧化硫、甲烷、氡（岩石中普遍存在着铀，铀的衰变不断产生氡气，可进入采空区）。

按有害气体的排放方式可以分为：①固定源，如工厂的排烟或排气；②移动源，如运行中的汽车。按有害气体排放源的空间分布可以分为：①面源，如许多低矮烟囱集合构成一个区域性的污染源；②线源，如交通繁忙的街道；③点源，如烟囱排放，等等。

目前已受到人们普遍重视的主要有害气体有一氧化碳、硫氧化物、氮氧化物、碳氢化合物、臭氧等。下面介绍常见的有害气体的来源、分布等方面的特征。

6.1.1 碳的氧化物

碳的氧化物在大气中主要包括CO和CO₂。CO₂是大气中的正常组分，而CO则是大气中很普遍的排放量极大的污染物。

6.1.1.1 一氧化碳

燃料的不完全燃烧，排放CO到大气中，是大气中CO污染物的主要来源。燃料在氧气不足时的不完全燃烧，反应式如下：

环境地质与工程

由于CO分子中碳氧之间的化学键是三键的，因此CO氧化为CO₂的速度很慢，尤其是在空气不足的燃烧过程中，仅少量的CO可氧化为 CO₂，而大量的CO停留在烟气中，并进入到大气中。另外，在高温时CO₂可分解产生CO和原子氧，所以燃料燃烧是大气中CO的主要来源。在城市大气中，80%的CO是由汽车排放出来的（据统计，我国目前汽车CO年排放量已接近10⁷ t），家庭炉灶、工业燃煤锅炉、煤气加工等工业生产过程也排放出大量的CO。

CO的分布特点可以以城市汽车排放为例加以说明。城市空气中的CO 浓度是随着空间和时间而变化的。一般来说，在交通干线和交叉道口，CO浓度高；在上下班交通高峰时间CO浓度较高。在道路周围CO的分布是极不均匀的。例如北京市某街道横穿道路的直线上不同测点的CO浓度，在几百米的范围内变化了近10倍。又如北京市前门大街CO小时平均浓度和小时交通流量（车流密度），自6时至20时车流密度有两个峰值，在路中心的CO浓度也随时间呈双峰型变化，在远离路中心的自行车道和人行道上也有双峰型变化，但变化的幅度显著减弱。此外，气象因素对CO浓度也有影响，在早晨CO浓度相对较高，其原因是在早晨大气处于较稳定状态，风速小，CO不易扩散，所以有时候上午CO浓度高峰比交通流量高峰有所提前（周洪昌，1995）。

另一方面，虽然有CO不断向空气中排放，但空气中的CO污染水平不会持续升高，否则人类就会中毒，这说明必然存在某些自然净化CO的过程，只是其机理人们迄今为止还不完全了解。CO可在大气中停留几个月的时间，可转化为CO₂，但其速度很慢，可为某些物体的表面所吸附和氧化，或为植物、动物利用而消失，土壤也能消除一部分CO。

CO是一种无色、无臭、无味的气体，是有害于人体健康的一种气体。人呼吸CO后，会引起缺氧，有头痛等症状，使呼吸困难，引起心脏过度疲劳和血液循环困难而死亡。常有CO中毒引起死亡的报道，如燃烧煤气的热水器安装的地方不通风，废气与水汽混合后很易使人中毒死亡。

6.1.1.2 二氧化碳

CO₂的来源既有天然来源（如海洋脱气、甲烷转化、动植物呼吸），也有人为来源。CO₂的人为来源主要是矿物燃料的燃烧和森林的毁坏。据估计，由矿物燃料燃烧排放到大气中的CO₂，19世纪60年代平均每年约5.4×10⁸ t，20世纪初为41×10⁸ t，到1970年增加到154×10⁸ t，这几乎相当于大气中CO₂总量的0.6%。另据研究，在过去10a中大气中的CO₂的增加量仅占其总排放量的48%，其余部分分别为海洋和陆地所吸收。

CO₂是一种无毒的气体，对人体没有显著的危害作用。在大气污染问题中，CO₂之所以引起人们的普遍关注，是因为它是一种温室气体，通过温室效应引起全球性环境的演变。CO₂在大气中可以停留50～200a，这意味着今天排入到大气中的CO₂会影响到未来几个世纪的CO₂浓度。

6.1.2 氮的氧化物

氮氧化物（NO_x）种类很多，是NO、NO₂、N₂O、NO₃、N₂O₄、N₂O₅等的总称。造成大气污染的NO_x主要是NO和NO₂。

大气中NO_x主要来源于燃料的燃烧。燃料源可分为流动燃烧源和固定燃烧源。城市大气中NO_x一般有2/3来自汽车等流动源的排放。燃烧过程产生的NO_x主要是NO，达90%以上，只有很少一部分被氧化为NO₂。

燃料燃烧生成的NO_x可分为两种情形：①燃料型NO_x，指燃料中含有氮的化合物在燃烧过程中氧化成NO_x；②温度型NO_x，指燃烧时空气中的N₂在高温（大于2100℃）下氧化生成NO_x。燃烧过程中，NO_x的形成反应如下

环境地质与工程

即燃烧过程产生的高温使氧分子热裂解为氧原子，氧原子和空气中的氮分子反应生成NO和氮原子，氮原子又和氧分子反应生成NO和氧原子。此外，氮原子可与火焰中的OH自由基反应生成NO和氢原子。

据计算，燃烧1 t天然气可产生6.35 kg的NO_x，1 t石油产生12.3 kg或 9.1 kg（视燃烧装置的条件而定）的NO_x，1 t煤产生8～9 kg的NO_x。

一般情况下空气中的NO对人体无危害，但当它转变为NO₂时，就具有腐蚀性和生理刺激作用。大气中的NO_x最终可转化为亚硝酸，溶于降雨后形成酸雨。此外，NO₂还能降低远方物体的亮度和反差，又是形成光化学烟雾的主要因素之一。

6.1.3 硫的氧化物

硫氧化物（SO_x）主要是指SO₂和SO₃。

大气中的SO₂主要来自含硫燃料的燃烧过程。通常煤的含硫量为0.5%～6%，石油的含硫量为0.5%～3%。硫在燃料中可以无机硫化物或有机硫化物的形式存在。无机硫绝大部分以硫化矿物的形式存在，在燃烧时生成SO₂，例如

环境地质与工程

有机硫包括硫醇、硫醚等，在燃烧过程中先形成H₂S，如硫醇的燃烧：

环境地质与工程

然后H₂S再被氧化为SO₂：

环境地质与工程

全世界每年排入大气中的SO₂大约有1.5×10⁸ t，其中约2/3来自煤的燃烧，1/5来自石油的燃烧。

在开采硫矿床时产生的有害气体为SO₂和H₂S。H₂S是一种无色的气体，具有臭鸡蛋和微甜味，当空气中含量为0.0001%～0.0002%时，可以明显地感到它的臭味，具有毒性，能使人体血液中毒，并对眼膜和呼吸系统有强烈的刺激作用。

SO₂在大气中是不稳定的，可发生一系列化学反应，通常被氧化形成SO₃，而SO₃再与水分子结合生成硫酸分子，或发生反应生成硫酸盐。硫酸和硫酸盐可导致酸雨，造成较大的危害。SO₂具有较大的腐蚀性，对金属有腐蚀作用，可使一些物品的强度降低以至毁坏。SO₂还能刺激人的呼吸系统，对人体健康产生影响，当空气中SO₂浓度年平均值大于0.04×10^-6、日平均值大于0.11×10^-6时，即对人体产生危害。

6.1.4 碳氢化合物

人类活动产生的碳氢化合物（HC）主要来源于燃料的燃烧和有机化合物的蒸发，如汽油的燃烧、溶剂的蒸发、石油的蒸发和运输损耗、废物提炼等。在大气污染研究中通常把HC区分为甲烷和非甲烷烃两类。

甲烷在大多数光化学反应中是惰性的，不会引起光化学烟雾的危害，是一种无害的烃。

非甲烷烃种类很多，且是有害的，是形成光化学烟雾的前提物。如乙烯对植物有害，还会产生甲醛而刺激眼睛。

城市上空空气中的HC对人体健康没有危害，但能导致有害的光化学烟雾。经证明，在上午6∶00～9∶00的3 h内排出的浓度达0.3×10^-6的碳氢化合物（甲烷除外），在2～4h后就能产生光化学氧化剂，其浓度在1h内保持0.1×10^-6，从而引起危害。

在开采地下煤矿时产生的有害气体主要是甲烷。甲烷是一种无色、无味、无嗅的气体，本身虽无毒性，但其比重比空气轻一半、且渗透性很强，容易向采空区聚集，当其浓度较高时，空气中的含氧量就会相应降低，使人窒息。甲烷不助燃，但遇火能燃烧，当浓度在5%～16%之间时，遇火能爆炸。

6.1.5 含卤素化合物

大气中以气态存在的含卤素化合物可分为以下三类。

6.1.5.1 卤代烃

包括卤代脂肪烃和卤代芳烃，例如有机氯农药DDT、六六六、多氯联苯等。

卤代烃的人为来源：①三氯甲烷（CHCl₃）、氯乙烷（CH₃CCl₂）、四氯化碳（CCl₄）、氯乙烯（C₂H₃Cl）、氯氟甲烷（CFM）等是重要的化学溶剂，也是有机合成工业的重要原料和中间体，它们在生产和使用过程中因挥发而进入大气；② 氯氟烃类或氟里昂类（CFC_S）化合物，其中最重要的是一氟三氯甲烷（CFC-11）和二氟二氯甲烷（CFC-12），目前广泛用作制冷剂、气溶胶喷雾剂、电子工业的溶剂、制造塑料的泡沫发生剂和消防灭火剂等。

6.1.5.2 其他含氯化合物

氯气（Cl₂）和氯化氢（HCl），来源于一些化工厂。

6.1.5.3 氟化物

氟化氢（HF）、氟化硅（SiF₄）、氟硅酸（H₂SiF₆）、氟（F₂）等。氟化物主要来源于使用萤石、冰晶石、磷矿石和氟化氢的企业，如炼铝厂、磷肥厂、炼钢厂、玻璃厂、火箭燃料厂等。

含卤素化合物的危害是多种多样的。其中氟里昂类物质进入大气后，会导致臭氧层的破坏；氯化氢可形成盐酸，也是构成酸雨的成分。