大气的组成及主要污染物H2S

大气的组成&主要污染物(H2S)主要内容一、大气的主要成分二、大气层结构三、大气中的主要污染物——含硫化合物(H2S)一、大气的主要成分大气主要由氮、氧和几种惰性气体组成，它们约占大气总量的99.9%以上。除气体外，大气中还悬浮着大量固体和液体颗粒。按照停留时间的长短，大气组分可分为三类：准永久气体：N2、He、Ne、Ar、Kr、Xe；可变组分：CO2、CH4、H2、N2O、O3、O2强可变组分：H2O、CO、NO、NH3、SO2、H2S、碳氢化合物(HC)、颗粒物可变组分和强可变组分可变组分和强可变组分在大气中停留时间短，有可能参与平流层或对流层中的化学变化，它们在大气中的时空分布受地域的影响，在不同地区或高度，其分布往往有很大的不同。如冶炼厂、电厂所在地上空的大气中含烟尘、SO2、NOX等强可变组分较多；在化工区周围的大气中含有较多的无机或有机物质；当这些物质在大气中达到一定浓度时，就有可能产生局部的大气污染。大气各成分及其作用大气组成主要成分干洁空气主要成分N2生物体的基本成分O2维持生物活动的必要物质次要成分CO2植物光合作用的原料；对地面保温O3吸收紫外线，使地球上的生物免遭过量紫外线的伤害水成云致雨的必要条件；对地面保温固体杂质成云致雨的必要条件（凝结核）空气作用没有空气就没有生命①空气是生命的支柱，它为人类及动物提供呼吸所需要的O2。一般成年人每天吸入大约13kg(10m3)的空气。②为植物的光合作用提供CO2，合成碳水化合物，提供人类和动物的食物。③大气中的氮通过不同形式的固氮作用以及一系列复杂的生物化学反应，转变为生命不可缺少的氨基酸。空气作用④大气在以太阳为能源的庞大的蒸馏室中起冷凝器的作用，形成降雨，从而把水从海洋输送到陆地，为陆地生物提供了必要的生活条件。⑤大气还吸收来自外层空间的宇宙射线和来自太阳的大部分电磁辐射，滤掉了紫外辐射，使地球上的生物免受其伤害。二、大气层结构根据温度随海拔高度的变化分为对流层、平流层、中间层、热层、散逸层。大气层次海拔高度/Km温度/℃对流层0~(10~16)15~-56平流层(10~16)~50-56~-2中间层50~80-2~-92热层80~800-92~1200对流层(troposphere)对流层是大气的底层，其平均厚度为12km。温度：15~-56℃。海拔升高100m，温度降低0.6℃。对流层内大气的重要热源是来自地面的长波辐射。大气中绝大多数天气现象都发生在对流层中。这一层内含有全部大气质量3/4的大气和几乎所有的水汽，加之空气的运动会造成风、雨、雷电和冷暖转变等复杂的天气现象，对天气分析和预报具有重要意义。从污染源排放出的污染物几乎都直接进入对流层，因而这些污染物的迁移转化过程也主要发生在这一层内。对流层顶层在对流层顶部有一层叫做对流层顶层的气体。这一层气体温度特别低，水分子到达这一层后会迅速转化为冰，从而阻止了水分子进入平流层。H2O→H•+HO•（hv）平流层（stratosphere）高度：17～50km。温度：-56~-2℃。在35km以下的低层，随高度的增加气温保持不变或稍有上升。从35km开始，气温随高度增加而升高。到平流层顶时，温度可接近0℃。平流层内水汽和尘埃都很少，几乎没有云、雨等天气现象出现。大气透明度也很好，现代超高速飞机多在平流层底部飞行，既平稳又安全。然而飞机排放出来的废物可破坏臭氧层，因而成了人们关注的全球性的问题。中间层（mesosphere）高度：50～80km温度：-2~-92℃。气温随高度的增加而降低。顶部可达-92℃左右。垂直温度分布特征与对流层相似。由于层内热源仅靠其下部的平流层提供，因而下热上冷，故空气垂直运动相当强烈。热层（thermsphere）高度：80-500km。温度：-92~1200℃。温度随高度的增加而迅速上升。该层内空气极稀薄，在太阳紫外线和宇宙射线的辐射下，空气处于高度电离状态，因而热层也可称为电离层。可以反射无线电波，因此它又被人类利用进行远距离无线电通信。三、大气中主要污染物含硫化合物含氮化合物含碳化合物含卤化合物含硫污染物大气中的含硫化合物主要包括：COS、CS2、(CH3)2S、H2S、SO2、SO3、H2SO4、MSO4、MSO3等。硫化氢硫化氢是一种无机化合物，化学式为H2S。正常情况下是一种无色、易燃的酸性气体，浓度低时带恶臭，气味如臭蛋；浓度高时反而没有气味（因为高浓度的硫化氢可以麻痹嗅觉神经）。硫化氢是一种剧毒物质，吸入少量高浓度硫化氢可于短时间内致命。低浓度的硫化氢对眼、呼吸系统及中枢神经都有影响。化学性质不稳定性：H2S→H2+S（加热）酸性：H2S水溶液叫氢硫酸，是二元弱酸还原性：S为-2价，具有较强的还原性，很容易被SO2，Cl2，O2等氧化。化学性质可燃性：2H2S+3O2→2H2O+2SO2（O2过量）点燃2H2S+O2→2H2O+2S（O2不足）点燃沉淀反应：实验室中用于去除硫化氢气体的反应CuSO4+H2S→CuS↓+H2SO4氧化性：2Na+H2S→Na2S+H2↑CuSO4危险性与空气混合能形成爆炸性混合物，遇明火、高热能引起燃烧爆炸，爆炸极限为4.3~45.5%。与浓硫酸、发烟硫酸或其它强氧化剂剧烈反应，发生爆炸。H2S比空气重，能在较低处扩散到相当远的地方，遇明火会引起回燃。天然来源许多天然来源都可以向环境中排放含硫化合物，如火山喷射、海水浪花和生物活动等。硫化氢自然存在于原油、天然气、火山气体和温泉之中。原油中存在少量的硫化氢；但天然气可以包含高达90%的硫化氢。它也可以在细菌分解有机物的过程中产生。人体释放出的屁也含有及小量（少于屁成分的1%）的硫化氢。人为来源采矿、深井开掘；从矿石中特别是硫化矿提炼铜、镍、钴、铅等；煤的低温焦化，含硫石油的开采和提炼；人造纤维、制革和硫化染料的制造；含硫橡胶加热，荧光粉和某些有机磷农药的生产；有机或无机化合物的分解或腐败的场所，如下水道、污水沟、垃圾堆及粪池。通风不良的场所，如沉箱、纸浆发酵池、蓄水池、酒窖、隧道、矿内水坑。煤矿中H2S的成因1生物降解2微生物硫酸盐还原（BSR）3热化学分解4硫酸盐热化学还原5岩浆成因煤矿中H2S的成因1生物降解生物降解是在腐败作用主导下形成硫化氢的过程。腐败作用是在含硫有机物质形成之后，由于环境发生变化，发生含硫有机物质的腐败分解，从而释放出硫化氢。这种方式出现在煤化作用早期，生成的硫化氢规模和含量不会很大，也难以聚集。煤矿中H2S的成因2微生物硫酸盐还原（BSR）微生物硫酸盐还原菌利用各种有机质或烃类来还原硫酸盐，在异化作用下直接形成硫化氢。该过程是硫化氢生物化学成因的主要作用类型，由于这种异化还原作用是在严格的厌氧环境中进行的，有利于所生成的硫化氢的保存和聚集，但形成的硫化氢丰度一般不超过2%，在地层深层难以发生。煤矿中H2S的成因3热化学分解指煤中含硫有机化合物在热力作用下，含硫杂环断裂形成硫化氢，又称为裂解型硫化氢。这种方式形成的硫化氢浓度一般小于1%。4硫酸盐热化学还原主要是指硫酸盐与有机物或烃类发生作用，将硫酸盐矿物还原生成H2S和CO2。它是生成含量较高硫化氢的天然气的主要形式，反应发生温度一般大于150℃。MSO4+烃类→H2S+CO2SR3R4R1R2nSHH煤矿中H2S的成因5岩浆成因由于地球内部硫元素的丰度远高于地壳，岩浆活动使地球深部的岩石熔融并产生含硫化氢的挥发成分，所以岩浆中常常含有硫化氢。而硫化氢的含量主要取决于岩浆的成分、气体运移条件等，因此岩浆中硫化氢的含量极不稳定，而且也只有在特定的运移和储集条件下才能在煤层中聚集下来。H2S中毒机制H2S具有脂溶性，易渗透生物膜。H2S对皮肤有刺激作用，经皮肤吸收甚少。H2S主要经呼吸道吸收中毒。一旦吸入迅速分布于脑、肝、肾、胰腺等组织，且对缺氧最敏感的中枢神经系统首先受到影响。H2S在体内代谢有三种途径：即氧化、甲基化与金属离子或双巯基团的蛋白质反应，氧化及甲基化代谢过程具有解毒作用，与金属离子或双巯基团的蛋白质反应，主要是与酶的碱金属离子结合，抑制细胞色素氧化酶的活性而产生毒性作用。微量的H2S在体内易被氧化，一般无蓄积性。H2S中毒机制高浓度H2S吸入后，在体内不能及时氧化和甲基化，则引起急性中毒。由于H2S与色素蛋白中金属离子有很强的亲和力，尤易与氧化型细胞色素氧化酶中的二硫键结合，影响细胞的生物氧化过程，阻断细胞内的呼吸并作用于血红蛋白产生硫化血红蛋白，导致细胞窒息，组织缺氧。H2S全身的毒性作用主要是由于抑制细胞色素氧化酶活性所致。H2S的毒性作用与浓度有关浓度mg/m3接触时间毒性反应0.035嗅觉阈(人开始嗅到臭味)0.4明显嗅出4~7中等强度难闻臭味30~40嗅觉疲劳70~1501-2h出现眼及呼吸道刺激症状3001h可引起严重反应——眼和呼吸道粘膜强烈刺激症状，并引起神经系统抑制76015-60min可能引起生命危险，发生肺水肿、支气管炎及肺炎1000数秒钟很快引起急性中毒，出现明显的全身症状。开始呼吸加快，接着呼吸麻痹而死亡1400立即昏迷并呼吸麻痹而死亡，除非立即人工呼吸急救生殖毒性H2S事故易发场所1.加工含硫产品的化工(石化)生产过程中易发生硫化氢中毒事故。2009年11月7日，南京龙溪化工有限公司在停产检修增白剂车间3号硫化釜过程中，发生硫化氢中毒事故，导致2名机修工和1名操作工中毒身亡。2.天然气管道安装工程中易发生硫化氢中毒。2007年7月7日，中国第八冶金建设安装工程有限公司兰州分公司承接的兰州天然气管道安装工程施工时，1人中毒昏倒，随后4人因盲目施救也昏倒，导致3人死亡、2人中毒受伤。H2S事故易发场所3.有机物发酵腐败场所，如制糖、造纸、制革等行业易发中毒事故。2011年8月14日，浙江富阳某纸业公司一名工人在清理浆池时硫化氢中毒而掉入池中，在浆池口2名工人在没采取任何防护措施的情况下，便下浆池救人，随即也昏倒，最后造成两名工人身亡。4.污水管道、污水泵站、炼油池、发酵池、垃圾堆放场、粪池等清淤、维修作业也会发生中毒事故。2010年5月4日，杭州华兴印染有限公司一清理工在清理池底污泥时因硫化氢中毒而昏倒，其他人员在未采取有效防护措施的情况下，贸然入池救人，导致事故扩大。共造成3人死亡，4人轻度中毒。H2S事故易发场所5.咸菜、咸鱼腌制过程中也会致人硫化氢中毒。2011年6月6日，云南省罗平县一酱菜厂发生硫化氢中毒事故，造成4人死亡，2人中毒。6.捕捞业鱼舱内海产品腐败会产生硫化氢，也易致人中毒。2010年5月3日，温岭渔船在海域生产作业，一渔民下鱼舱搬鱼，由于硫化氢中毒昏倒，紧随其后的4位渔民下舱营救，也相继昏倒。事故造成5名渔民不同程度中毒。环境标准根据GB14554-93《恶臭污染物排放标准》控制项目单位一级二级三级硫化氢mg/m30.030.060.32恶臭污染物厂界标准值H2S——生物学活性研究发现含硫氨基酸代谢产生的H2S对神经系统，特别是海马的功能具有调节作用，并可调节消化道和血管的平滑肌的张力。在生理情况下，硫化氢在心脏组织也可以内源性地生成，并作为心功能的调节剂，由KATP通道途径介导，在缺血或者缺氧时保护心功能不受损。目前人们认为硫化氢是一种气体信号分子，具有重要的生物学活性，对于心血管等多种疾病的发生发展都有重要的病理生理作用。