氮氧化物污染

一、 氮氧化物的种类及理化性质：

氮氧化物包括多种化合物，如一氧化二氮（N2O）、一氧化氮 （N0）、二氧化氮（NO2）、三氧化二氮 （N203）、四氧化二氮（N204）和五氧化二氮（N205）等。除二氧化氮以外，其他氮氧化物均极不稳定，遇光、湿或热变成二氧化氮及一氧化氮，一氧化氮又变为二氧化氮。因此，职业环境中接触的是几种气体混合物常称为硝烟 （气），主要为一氧化氮和二氧化氮，并以二氧化氮为主。氮氧化物都具有不同程度的毒性。

氮氧化物（NOx）主要是一氧化氮 （NO）和二氧化氮（NO2），它们在大气中的含量和存在的时间达到对人、动物、植物以及其他物质产生有害影响的程度，就形成污染。大气中还有其他形态的氮氧化物，如氧化亚氮（N2O）和三氧化二氮（N2O3）等。

NO在大气中能与臭氧很快地反应形成NO2。NO直接与氧作用生成NO2的速率主要取决于NO的浓度和环境温度。在20℃以下、NO浓度为10毫克/米

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的条件下，10％的NO氧化为NO2需1、5小时，50％的NO氧化为NO2需要10、75小时。在NO浓度为2毫克/米3的条件下，10％的NO氧化为NO2需8小时以上。可见空气中NO含量很低时，它能在空气中存留较长时间。NO也可与 NO2反应生成三氧化二氮（N2O3），但形成的量很少，对大气质量没有多大影响。NO2是低层大气中最重要的光吸收分子，可以吸收太阳辐射的可见光和紫外光。它吸收了波长小于 400纤米的紫外光，被分解成NO和氧原子，尤其是在波长为300～370纤米的光照射下，90％以上的NO2分子可分解；由于NO2中氧原子和NO之间化学键的键能（73卡/摩尔）大于波长为400纤米的光子能量，因此NO2受到波长大于420纤米的可见光照射，不发生分解。大气中绝大部分的NOx最终转化为硝酸盐微粒，并通过湿沉降或干沉降等过程而从大气中消失。N2O是隋性气体，在大气中可存留很长时间。它进入平流层大气中后，可与臭氧发生反应而分解。

除五氧化二氮为固体外，其余均为气体。分子式NOx。其中四氧化二氮是二氧化氮二聚体，常与二氧化氮混合存在构成一种平衡态混合物。一氧化氮和二氧化氮的混合物，又称硝气（硝烟）。相对密度：一氧化氮接近空气，一氧化二氮、二氧化氮比空气略重。熔点：五氧化二氮为30℃，其余均为零下。均微溶于水，水溶液呈不同程度酸性。一氧化氮、二氧化氮水中分解生成硝酸和氧化氮。一氧化二氮300℃以上才有强氧化作用，其余有不同程度氧化性，特别是五氧化二氮，

在-10℃以上分解放出氧气和硝气。氮氧化物系非可燃性物质，但均能助燃，如一氧化二氮（N2O）、二氧化氮和五氧化二氮遇高温或可燃性物质能引起爆炸。

一氧化氮 （NO）为无色气体，分子量30、01，熔点-163、6℃，沸点-151、5℃，蒸气压101、3lkPa（-151、7℃）。溶于乙醇、二硫化碳，微溶于水和硫酸，水中溶解度4、7% （20℃）。性质不稳定，在空气中易氧化成二氧化氮 （2NO+O2→2NO2）。一氧化氮结合血红蛋白的能力比一氧化碳还强，更容易造成人体缺氧。不过，人们也发现了它在生物学方面的独特作用。一氧化氮分子作为一种传递神经信息的 信使分子 ，在使血管扩张，免疫，增强记忆力等方面有着及其重要的作用。

二氧化氮 （NO2）在21、1℃温度时为红棕色刺鼻气体；在21、1℃以下时呈暗褐色液体。在-11℃以下温度时为无色固体，加压液体为四氧化二氮。分子量46、01，熔点-11、2℃，沸点 21、2℃，蒸气压101、3lkPa（2l℃），溶于碱、二硫化碳和氯仿，微溶于水。性质较稳定。二氧化氮溶于水时生成硝酸和一氧化氮。工业上利用这一原理制取硝酸。二氧化氮能使多种织物褪色，损坏多种织物和尼龙制品，对金属和非金属材料也有腐蚀作用。

氮氧化物（NOX）种类很多，造成大气污染的主要是一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2），因此环境学中的氮氧化物一般就指这二者的总称。 二、 氮氧化物的来源

大气中氮氧化物有N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4和N2O5，总起来用NOx表示。其中污染大气的主要是NO和NO2。NO毒性不太大，但进入大气后可被缓慢地氧化成NO2，当大气中有O3等强氧化剂存在时，或在催化剂作用下，其氧化速度会加快。

大气中的NOx来源主要有两方面：一方面是由自然界中的固氮菌、雷电等自然过程所产生，每年全球约产生5亿吨，另一方面是由人类活动所产生，每年全球产生量超过5000万吨。在人类活动产生的NOx中，由各种炉窑、机动车和柴油机等燃料高温燃烧产生的约占90%以上，其次是硝酸生产、硝化过程、炸药生产及金属表面的硝酸处理等过程。从燃烧系统中排出的NOx95%以上是NO，其余主要为NO2。由于在环境中NO最终将转化为NO2，因此，估算的NOx排放量都按NO2计。人类活动产生的氮氧化物主要包括以下几个方面：

1）火力发电：空气中的氮氧化物，最大的来源是火力发电。据统计，2005年，我国氮氧化物排放总量超过1900万吨，其中火力发电是最大来源，燃煤电厂排放700万吨，其次是工业和交通运输部门，分别贡献了23％和20％。

2）机动车尾气：氮氧化物更重要的来源是机动车排放的尾气。也就是说，当汽车行驶时，内燃机燃烧过程的1600℃高温和富氧条件生成了氮氧化物。据统计，2008年，我国机动车保有量达到1.699亿辆。在北京、上海、广州等机动车保有量位于前40名的城市中，约50%的氮氧化物污染来自于机动车尾气的排放；深圳市机动车排放的氮氧化物占到了全市排放量的56.4％。而在民用车辆里，其中大型客车和重型货车排放的氮氧化物约占机动车排放氮氧化物总量的70%。

3）采暖燃烧的锅炉：采暖燃烧的锅炉也是氮氧化物的一大来源。 据统计，在冬季采暖季节，北京大气中的氮氧化物浓度是夏天的10倍，当然，冬季排放的氮氧化物并没有比夏天多10倍，但由于夏天大气氧化性能好，能将氮氧化物快速转化掉。因此，冬季大气的氮氧化物污染问题显得更严重。

4）其它：氮氧化物天然排放的NOx,主要来自土壤和海洋中有机物的分解，属于自然界的氮循环过程。 人为活动排放的NO，大部分来自化石燃料的燃烧过程，如汽车、飞机、内燃机及工业窑炉的燃烧过程；也来自生产、使用硝酸的过程，如氮肥厂、有机中间体厂、有色及黑色金属冶炼厂等。据80年代初估计，全世界每年由于人类活动向大气排放的NOx约5300万吨。NOx对环境的损害作用极大，它既是形成酸雨的主要物质之一，也是形成大气中光化学烟雾的重要物质和消耗O3的一个重要因子。

中国在1980年至2000年的20年间，GDP的年增长率为9.7%，NOX排放年增长率为4.6%。这20年的NOX排放量见下图1。 1412108642019801985199019952000?¨Mt￡?￡·áNOx??ê·?Y图1 1980-2000年NOX排放量统计图 NO2的毒性约为NO的5倍。当NO2参与大气中的光化学反应，形成光化学烟雾后，其毒性更强。大气中的NOx对人和动植物都有一定的危害。NO还会导致中枢神经受损，引起痉挛和麻痹。高浓度NO中毒时，迅速导致肺部充血和水肿，甚至窒息死亡。

NOx与碳氢化合物混合时，在阳光照射下发生光化学反应生成光化学烟雾。光化学烟雾的成分是光化学氧化剂，它最明显的危害作用是刺激人的眼睛，发生红烟病。此外，对人的鼻、咽、喉、气管和肺部等呼吸器官也有明显的刺激作用，从而增大呼吸阻力。光化学烟雾对植物的损害十分严重，严重时使作物减产，树木枯死。

就全球来看，空气中的氮氧化物主要来源于天然源，但城市大气中的氮氧化物大多来自于燃料燃烧，即人为源，如汽车等流动源，工业窑炉等固定源。 据计算，各种燃料燃烧产生的氮氧化物量为：

1吨天然气，6、35公斤 1吨石油，9、1-12、3公斤 1吨煤，8-9公斤

而以汽油、柴油为燃料的汽车，尾气中氮氧化物的浓度相当高。在非采暖期，北京市一半以上的氮氧化物来自机动车排放。

氮氧化物与空气中的水结合最终会转化成硝酸和硝酸盐，随着降水和降尘从空气中去除。硝酸是酸雨的原因之一；它与其它污染物在一定条件下能产生光化学烟雾污染。

北京市目前从防止机动车尾气污染入手，防治措施有强制安装机外净化器；严格控制新车污染；推广使用清洁燃料等等。

室内空气中的氮氧化物污染主要来自室外空气污染。

在国家”十二五环保规划”中，氮氧化物将成为继二氧化硫之后的实行总量控制的污染物。对于总量控制消减主要来源于电厂的烟气脱硝、燃煤锅炉的烟气脱硝、机动车尾气治理等方面。对于氮氧化物的严格控制标志着中国已经从单纯控制酸雨的二氧化硫向全面控制酸性气体排放的方向走出了新的一步。 三、 氮氧化物的防治与治理

控制氮氧化物废气排放的技术措施主要分两大类：一类是源头控制，低NOx燃烧技术，其特征是通过各种技术手段，控制燃烧过程中产生NOx的生成反应；另一类是尾部控制，即烟气脱硝，其特征是把已生成的NOx通过某种手段还原