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摘要：本文对大气中的二氧化硫和颗粒物污染的来源，危害和污染特性以及相互作用之后的危害做了综述，旨在为未来相关课题研究提供方向。
中图分类号： TE991 文献标识码： A
Sulfur dioxide air pollution and particulate matter pollution research
（1.Heilongjiang provincial environmental monitoring center station, Heilongjiang, Harbin150056; 2. Northeast Forestry University，Heilongjiang, Harbin 150040）
Abstract: It was summarized that the sources, hazards, properties and the hazards after their interactions of sulfur dioxide and particulate matter pollution in the atmospheric, which was designed to provide future direction for related research.
1前言
清潔的空气是人类赖以生存的环境要素之一。在通常情况下，每人每日平均吸入10 m3～12m3的空气，在60 m2～90m2的肺泡面积上进行气体交换，吸收生命所必需的氧气，以维持人体正常生理活动[1]。科学界最终确定，在伦敦型烟雾中，导致疾病和死亡的元凶是二氧化硫和颗粒物，二氧化硫与颗粒物协同作用使它们的危害性大大增加。因此研究二者相互作用的规律对污染的防治有很大的现实意义[2]。
1.1 空气中的二氧化硫污染状况
1.1.1二氧化硫的来源及物理性质
大气中二氧化硫的人为源主要是含硫煤炭和石油等燃料的燃烧。此外， 有色金属冶炼厂、硫酸厂等也排放出相当数量的二氧化硫气体。二氧化硫另外一个主要发生源就是天然污染源。人为和天然污染源每年排放至大气中的二氧化硫达2.5×108 t之多，人为源约占总排放量的41%。
二氧化硫的物理性质：二氧化硫又称亚硫酸酐，为无色气体，有刺激性气味。分子量为64.06，沸点－10℃，熔点－76.1℃，对空气的相对密度2.26。易溶于水，生成亚硫酸，在0℃时，1L水可以溶解79.8L SO2,20℃时,1L水可以溶解39.4LSO2。SO2也可溶于乙醚和乙醇。
1.1.2二氧化硫的危害
独立作用时的危害：二氧化硫为刺激性气体，具有腐蚀作用，能刺激眼结膜和鼻炎等粘膜，在与水结合成亚硫酸（还有少部分形成硫酸）后，刺激作用增强。由于不断的刺激呼吸道粘膜，削弱和破坏了呼吸道的防御功能，降低了机体的免疫力，从而产生一系列功能受损害的反应，并增加了机体对病毒、病菌的易感性，产生各种呼吸系统疾病。长期呼吸SO2使呼吸道阻力增大，引起呼吸道炎症，使呼吸受到阻碍，以及由于肺泡本身受SO2的破坏，可引起肺气肿和呼吸麻痹等疾病，400ppm～500ppm时可危及生命[3]。SO2还是引起酸雨和伦敦型烟雾的主要原因。SO2对树木、谷物及蔬菜可造成损害，并能引起动物疾病甚至死亡[4]。此外，SO2对雕塑、桥梁、建筑物等也造成腐蚀[5,6]。
二氧化硫与其他物质相互作用时产生的危害：SO2可以与其他物质发生相互作用。空气中含有各种微粒，由于颗粒物的吸附，SO2可进入呼吸道深部，从而使深部呼吸道受害。所以，SO2对深部呼吸道的危害程度取决于大气中颗粒物的粒径和浓度大小。直径0.5μm～5μm的颗粒物危害最大[7,8]。
1.2大气颗粒物污染
1.2.1大气颗粒物的来源及表面性质
大气颗粒物的来源可分为天然源和人为源。直接由污染源排放出来的称为一次颗粒物。大气中某些污染组分之间，或这些组分与大气成分之间发生反应而产生的颗粒物，称为二次颗粒物。天然源包括地面扬尘，海浪溅出的浪沫，火山喷发所释放出来的火山灰，森林火灾的燃烧物，宇宙陨星尘以及植物的花粉、孢子等。人为来源主要是燃料燃烧过程中形成的煤烟、飞灰等各种工业生产过程所排放出的原料或产品微粒，汽车排放出来的含铅化合物，以及矿物燃料燃烧所排放出来的SO2在一定条件下转化成的硫酸盐粒子等。
大气颗粒物的表面性质：大气颗粒物具有非常巨大的表面积，因此具有鲜明的表面特性。大气颗粒物有三种重要的表面性质，即成核作用，粘合和吸着。
如果气体或蒸汽溶解在微粒中，这种现象称为吸收。若吸附在颗粒物表面上，则称为吸着。吸着分为物理吸附和化学吸附。如果吸附分子与固体表面分子间的作用力是范德华力，则为物理吸附；涉及特殊的化学相互作用即吸附分子于颗粒物表面分子间形成化学键的吸着，称为化学吸附作用[9,10]。
1.2.2颗粒物的危害
大气中的颗粒物本身含有多种有害物质,它同时也是其他污染物的载体,所以对人体的危害也是多方面的。
首先,颗粒物可以刺激和腐蚀肺泡壁,长期作用可以破坏呼吸道的防御机能,导致人罹患慢性支气管炎、肺气肿、支气管哮喘等疾病。
其次,颗粒物一方面可以造成人体免疫机能下降,研究发现,长期暴露在颗粒物污染环境下的小学生的免疫功能受到明显的抑制;另一方面,颗粒物还可以增加机体对细菌的敏感性,导致肺对感染的抵抗力下降。例如,长期居住在颗粒物污染严重地区的居民,其呼吸道疾病的患病率和咳嗽、咯痰、气急等症状的发生率增加。颗粒物的粒径越小,其免疫和肺部毒性越大。
再次,颗粒物能吸收和散射太阳辐射,从而降低地面紫外线的强度,而紫外线具有杀菌和抗佝偻病的作用,因此在颗粒物污染严重的地区,儿童佝偻病的发生率增加,通过空气传播的传染病(例如扁桃腺炎、感冒)的发病率也会增加。
最后,降落在皮肤或眼内的颗粒物,可以引起皮脂腺和汗腺的阻塞,导致皮肤炎症和结膜炎等疾病。
大气颗粒物的成分非常复杂,可含有多种致癌物或促癌物。研究发现,颗粒物的粒径越小,致癌性越大,致癌活性的差异主要与颗粒物中的有机物,特别是苯并(ａ)芘的含量密切相关。流行病学研究也发现,城市颗粒物中的多环芳烃与居民肺癌的发病率和死亡率成正相关。
美国对20余座大城市颗粒物质和这些城市居民死亡率的关系进行过研究,结果发现,人群死亡率的增长和大气中可吸入颗粒物的含量成正比。1m3空气中的10μg颗粒物含量每增加10μg,人群的死亡率就增加0.5%。从1987年到1994年,因为颗粒物污染,洛杉矶大约每天死亡148人,纽约每天死亡190.9人,芝加哥每天死亡113.9人[11]。
1.3二氧化硫的转化机制及其与大气颗粒物的作用规律探讨
大气中的二氧化硫主要有以下几种转化机制：
(1)二氧化硫的气相转化：大气中SO2的转化首先是SO2 氧化成SO3，然后被水吸收而生成硫酸，从而形成酸雨或硫酸烟雾。硫酸与大气中的NH4+等阳离子结合生成硫酸盐气溶胶。
(2)二氧化硫的液相转化：大气中存在着少量的水和和颗粒物。SO2可以溶于大气中的水，也可被大气颗粒物所吸附，并溶于颗粒物表面所吸附的水中。于是SO2便可发生液相反应。主要包括水的吸收，O3、H2O2等的氧化作用，金属离子作用下的催化氧化。
大气颗粒物中的SO2，在发生物理吸附时，主要存在SO2与H2O的溶解平衡；在发生化学吸附时，因为颗粒物中有金属离子等起催化作用的成分，若SO2与颗粒物的结合位点恰好在催化剂的活性中心，则SO2会在催化剂的作用下发生催化氧化。
由于采暖燃煤，哈尔滨市最主要的大气污染物便是SO2和颗粒物。这种污染现状极大的威胁着人们的健康和生命[15]。而根据历史经验，大气中SO2和颗粒物共同作用可以加重污染，造成极为严重的危害。在冬季零下数十摄氏度时，大气颗粒物中的水以冰晶形式存在。这种情况下，其中SO2的含量和稳定性必存在一定的特殊性。
目前，国内外的研究大都关于有机物在大气颗粒物中的含量和稳定性，而针对SO2的研究与颗粒物相互作用的研究几乎是一片空白。可见，日后此类相关课题的研究应该收到越来越多的关注。
参考文献
奚旦立，孙裕生，刘秀英编. 环境监测．北京：高等教育出版社．1996.104
朱泮民主编.环境生物学.郑州：黄河水利出版社.2001.145～148
沈德富.二氧化硫对人体健康影响的探讨.交通环境,1994.第2-3期:19～23
孙建伟，朱友林.二氧化硫对植物的影响及植物的自我修复.江西植保,2004 (6):64 ～67
孔繁翔主编.环境生物学.北京:高等教育出版社.2000
何丽.二氧化硫及其酸雨(雾)对人体的危害. 湖北气象,1999(1):42～44
廖正元,黄春彦.生活中的化学可吸入颗粒物及其危害. 化学教育,2004(4):1～2
中图分类号： TE991 文献标识码： A
Sulfur dioxide air pollution and particulate matter pollution research
（1.Heilongjiang provincial environmental monitoring center station, Heilongjiang, Harbin150056; 2. Northeast Forestry University，Heilongjiang, Harbin 150040）
Abstract: It was summarized that the sources, hazards, properties and the hazards after their interactions of sulfur dioxide and particulate matter pollution in the atmospheric, which was designed to provide future direction for related research.
1前言
清潔的空气是人类赖以生存的环境要素之一。在通常情况下，每人每日平均吸入10 m3～12m3的空气，在60 m2～90m2的肺泡面积上进行气体交换，吸收生命所必需的氧气，以维持人体正常生理活动[1]。科学界最终确定，在伦敦型烟雾中，导致疾病和死亡的元凶是二氧化硫和颗粒物，二氧化硫与颗粒物协同作用使它们的危害性大大增加。因此研究二者相互作用的规律对污染的防治有很大的现实意义[2]。
1.1 空气中的二氧化硫污染状况
1.1.1二氧化硫的来源及物理性质
大气中二氧化硫的人为源主要是含硫煤炭和石油等燃料的燃烧。此外， 有色金属冶炼厂、硫酸厂等也排放出相当数量的二氧化硫气体。二氧化硫另外一个主要发生源就是天然污染源。人为和天然污染源每年排放至大气中的二氧化硫达2.5×108 t之多，人为源约占总排放量的41%。
二氧化硫的物理性质：二氧化硫又称亚硫酸酐，为无色气体，有刺激性气味。分子量为64.06，沸点－10℃，熔点－76.1℃，对空气的相对密度2.26。易溶于水，生成亚硫酸，在0℃时，1L水可以溶解79.8L SO2,20℃时,1L水可以溶解39.4LSO2。SO2也可溶于乙醚和乙醇。
1.1.2二氧化硫的危害
独立作用时的危害：二氧化硫为刺激性气体，具有腐蚀作用，能刺激眼结膜和鼻炎等粘膜，在与水结合成亚硫酸（还有少部分形成硫酸）后，刺激作用增强。由于不断的刺激呼吸道粘膜，削弱和破坏了呼吸道的防御功能，降低了机体的免疫力，从而产生一系列功能受损害的反应，并增加了机体对病毒、病菌的易感性，产生各种呼吸系统疾病。长期呼吸SO2使呼吸道阻力增大，引起呼吸道炎症，使呼吸受到阻碍，以及由于肺泡本身受SO2的破坏，可引起肺气肿和呼吸麻痹等疾病，400ppm～500ppm时可危及生命[3]。SO2还是引起酸雨和伦敦型烟雾的主要原因。SO2对树木、谷物及蔬菜可造成损害，并能引起动物疾病甚至死亡[4]。此外，SO2对雕塑、桥梁、建筑物等也造成腐蚀[5,6]。
二氧化硫与其他物质相互作用时产生的危害：SO2可以与其他物质发生相互作用。空气中含有各种微粒，由于颗粒物的吸附，SO2可进入呼吸道深部，从而使深部呼吸道受害。所以，SO2对深部呼吸道的危害程度取决于大气中颗粒物的粒径和浓度大小。直径0.5μm～5μm的颗粒物危害最大[7,8]。
1.2大气颗粒物污染
1.2.1大气颗粒物的来源及表面性质
大气颗粒物的来源可分为天然源和人为源。直接由污染源排放出来的称为一次颗粒物。大气中某些污染组分之间，或这些组分与大气成分之间发生反应而产生的颗粒物，称为二次颗粒物。天然源包括地面扬尘，海浪溅出的浪沫，火山喷发所释放出来的火山灰，森林火灾的燃烧物，宇宙陨星尘以及植物的花粉、孢子等。人为来源主要是燃料燃烧过程中形成的煤烟、飞灰等各种工业生产过程所排放出的原料或产品微粒，汽车排放出来的含铅化合物，以及矿物燃料燃烧所排放出来的SO2在一定条件下转化成的硫酸盐粒子等。
大气颗粒物的表面性质：大气颗粒物具有非常巨大的表面积，因此具有鲜明的表面特性。大气颗粒物有三种重要的表面性质，即成核作用，粘合和吸着。
如果气体或蒸汽溶解在微粒中，这种现象称为吸收。若吸附在颗粒物表面上，则称为吸着。吸着分为物理吸附和化学吸附。如果吸附分子与固体表面分子间的作用力是范德华力，则为物理吸附；涉及特殊的化学相互作用即吸附分子于颗粒物表面分子间形成化学键的吸着，称为化学吸附作用[9,10]。
1.2.2颗粒物的危害
大气中的颗粒物本身含有多种有害物质,它同时也是其他污染物的载体,所以对人体的危害也是多方面的。
首先,颗粒物可以刺激和腐蚀肺泡壁,长期作用可以破坏呼吸道的防御机能,导致人罹患慢性支气管炎、肺气肿、支气管哮喘等疾病。
其次,颗粒物一方面可以造成人体免疫机能下降,研究发现,长期暴露在颗粒物污染环境下的小学生的免疫功能受到明显的抑制;另一方面,颗粒物还可以增加机体对细菌的敏感性,导致肺对感染的抵抗力下降。例如,长期居住在颗粒物污染严重地区的居民,其呼吸道疾病的患病率和咳嗽、咯痰、气急等症状的发生率增加。颗粒物的粒径越小,其免疫和肺部毒性越大。
再次,颗粒物能吸收和散射太阳辐射,从而降低地面紫外线的强度,而紫外线具有杀菌和抗佝偻病的作用,因此在颗粒物污染严重的地区,儿童佝偻病的发生率增加,通过空气传播的传染病(例如扁桃腺炎、感冒)的发病率也会增加。
最后,降落在皮肤或眼内的颗粒物,可以引起皮脂腺和汗腺的阻塞,导致皮肤炎症和结膜炎等疾病。
大气颗粒物的成分非常复杂,可含有多种致癌物或促癌物。研究发现,颗粒物的粒径越小,致癌性越大,致癌活性的差异主要与颗粒物中的有机物,特别是苯并(ａ)芘的含量密切相关。流行病学研究也发现,城市颗粒物中的多环芳烃与居民肺癌的发病率和死亡率成正相关。
美国对20余座大城市颗粒物质和这些城市居民死亡率的关系进行过研究,结果发现,人群死亡率的增长和大气中可吸入颗粒物的含量成正比。1m3空气中的10μg颗粒物含量每增加10μg,人群的死亡率就增加0.5%。从1987年到1994年,因为颗粒物污染,洛杉矶大约每天死亡148人,纽约每天死亡190.9人,芝加哥每天死亡113.9人[11]。
1.3二氧化硫的转化机制及其与大气颗粒物的作用规律探讨
大气中的二氧化硫主要有以下几种转化机制：
(1)二氧化硫的气相转化：大气中SO2的转化首先是SO2 氧化成SO3，然后被水吸收而生成硫酸，从而形成酸雨或硫酸烟雾。硫酸与大气中的NH4+等阳离子结合生成硫酸盐气溶胶。
(2)二氧化硫的液相转化：大气中存在着少量的水和和颗粒物。SO2可以溶于大气中的水，也可被大气颗粒物所吸附，并溶于颗粒物表面所吸附的水中。于是SO2便可发生液相反应。主要包括水的吸收，O3、H2O2等的氧化作用，金属离子作用下的催化氧化。
大气颗粒物中的SO2，在发生物理吸附时，主要存在SO2与H2O的溶解平衡；在发生化学吸附时，因为颗粒物中有金属离子等起催化作用的成分，若SO2与颗粒物的结合位点恰好在催化剂的活性中心，则SO2会在催化剂的作用下发生催化氧化。
由于采暖燃煤，哈尔滨市最主要的大气污染物便是SO2和颗粒物。这种污染现状极大的威胁着人们的健康和生命[15]。而根据历史经验，大气中SO2和颗粒物共同作用可以加重污染，造成极为严重的危害。在冬季零下数十摄氏度时，大气颗粒物中的水以冰晶形式存在。这种情况下，其中SO2的含量和稳定性必存在一定的特殊性。
目前，国内外的研究大都关于有机物在大气颗粒物中的含量和稳定性，而针对SO2的研究与颗粒物相互作用的研究几乎是一片空白。可见，日后此类相关课题的研究应该收到越来越多的关注。
参考文献
奚旦立，孙裕生，刘秀英编. 环境监测．北京：高等教育出版社．1996.104
朱泮民主编.环境生物学.郑州：黄河水利出版社.2001.145～148
沈德富.二氧化硫对人体健康影响的探讨.交通环境,1994.第2-3期:19～23
孙建伟，朱友林.二氧化硫对植物的影响及植物的自我修复.江西植保,2004 (6):64 ～67
孔繁翔主编.环境生物学.北京:高等教育出版社.2000
何丽.二氧化硫及其酸雨(雾)对人体的危害. 湖北气象,1999(1):42～44
廖正元,黄春彦.生活中的化学可吸入颗粒物及其危害. 化学教育,2004(4):1～2