SO3氣溶膠(硫酸霧)對人體健康和空氣能見度的危害

2020-12-06 北極星環保網

北極星大氣網訊:本文介紹了SO3氣溶膠(硫酸霧)對人體健康和空氣能見度的危害，並指出SO3排放問題目前沒有得到足夠的重視，提出在對SO2和NOx進行減排的同時，也要重視對SO3的減排的建議。

1. 前言

對酸雨和環境酸化的問題，公眾的注意力主要集中在二氧化硫(SO2)和氮氧化物(NOx)上，鮮有關於三氧化硫(SO3)對其影響的討論。實際上，SO3比SO2的毒性高十多倍，且具有強腐蝕性。1998年，美國健康與公共事業服務部估算約60,000名美國工人受SO3的危害。另外，印度和牙買加也有報導受SO3形成的酸霧影響導致人員死亡[1]。此外，SO3的排放導致了可見煙羽的形成，降低了空氣能見度。因此，SO3對人體健康和空氣能見度的影響應予以高度重視，在對SO2和NOx進行減排的同時，也要重視對SO3的減排。常規的煙氣脫硫工藝(如石灰石溼法)可有效地脫除煙氣中的SO2，但對SO3的脫除率卻很低。

2. SO3的性質及對人體健康的危害

一旦SO3氣體暴露在空氣當中，會迅速吸收空氣中的水分(H2O)，而產生白色的硫酸(H2SO4)煙霧(美國健康與公共事業服務部1998)，所以SO3一直以硫酸氣溶膠的形式(直徑一般為0.4-1.2μm)存在於大氣環境中。該硫酸氣溶膠的沉降速度在0.0-0.008米/秒之間[2]，其代表值一般取0.001米/秒。SO3氣體暴露在空氣當中，也會與金屬氧化物發生激烈的反應，所以SO3被稱為硫酸酐和酸性氧化物。

與空氣類似，在呼吸道裡，SO3也會立即轉變成硫酸，因此，SO3在呼吸道裡的副作用應與硫酸的一樣。因為呼吸道較潮溼，所以，當硫酸液滴進入呼吸道後，會迅速長大，隨進入呼吸道深度的增加，其尺寸也不斷增大。如此，使得最初的細小硫酸液滴比同等大小的惰性顆粒具有較大的穿透到肺裡的可能性[3]。任何一項硫酸對身體健康危害的觀察都表明：酸比其鹽類的影響更大，所以硫酸氣溶膠的毒性取決於氣溶膠中氫離子的含量。氫離子滲透到組織的過程中，呼吸道粘液起了一個屏障的作用。健康人體呼吸道內粘液的pH值一般在7.4-8.2之間，而氣喘病患者呼吸道內粘液的pH較低，在5.3-7.6之間。體外試驗研究表明，當人體呼吸道內粘液的pH值降低到低於7.4時，粘液的粘度增大，而使黏膜纖毛清除率下降。因此，SO3暴露引起人體pH值的變化，將對身體健康產生負面影響。研究表明，大鼠對硫酸煙霧的一小時的半數致死濃度LC50(致死濃度，死亡50%)為347ppmv，該濃度的硫酸煙霧下會產生80%的游離SO3[4]。

2.1. 美國Gen. James M Gavin電廠案例

美國在燃煤SO3汙染方面有許多相關的報導。例如，美國電力下屬的Gen. James M Gavin電廠有兩臺1300MW機組，燃用東部煙煤，含硫量約為3%。在1994～1995年，這兩臺機組採用溼法煙氣脫硫工藝來控制SO2的排放。在2001年夏天，一臺機組安裝了SCR脫硝裝置後，煙氣中的部分SO2經過SCR催化劑後氧化為SO3，經過溼法脫硫系統後形成氣溶膠，造成煙囪外排煙氣中的SO3氣溶膠量大大增加，大量的SO3氣溶膠無法及時擴散，積聚在電廠附近的Cheshire小鎮上空，導致了小鎮上居民出現嚴重的喉嚨痛、眼痛和呼吸困難等病症[5]。

2.2. 四日市哮喘事件案例

1959年，巨大、複雜的煉油廠、石化廠以及發電廠在日本四日市開始運營。不久後，該地區的動植物開始死亡。1961年，當地醫生上報：這些工廠附近Isozu區居民的支氣管哮喘、肺氣腫、支氣管炎和其它呼吸系統疾病的發病率在急劇上升[6]。受汙染區域被確診為患哮喘疾病的人數共1231人，因哮喘疾病而死亡的人數達到31人。

四日市Isozu區發生哮喘疾病時，記錄的SO3/SO2值很高。燃燒含硫量很高的重油排放的煙氣中，SO3/SO2的測值一般在0.03-0.05之間。Isozu區SO3/SO2的記錄值來自47個測點，平均為0.48(大氣環境中SO3和SO2的平均濃度分別為130μg/m3和270μg/m3)。SO3/SO2比值如此高的原因有如下幾點：Isozu區，氧化鈦燒結廠的煙氣(400–500°C)安裝的溼式靜電除塵器和洗滌塔能將SO3濃度降低到20ppmv，SO2濃度降低到240ppmv。因為採用洗滌的方式無法有效捕捉煙氣中SO3形成的酸霧，所以採用洗滌法脫除SO2的效率約90%，而SO3的脫除效率卻低於30%。當時除塵器發生故障，煙氣直接通過洗滌塔，所以，氧化鈦燒結廠煙氣中的SO2可大部分被脫除，但SO3無法被有效脫除。此外，煙氣經過洗滌後，溫度下降到75°C，結果：1300ppmv(435mg/m3)高濃度的SO3煙氣以75°C的低溫從20米的低煙囪排放進入大氣。煙氣的擴散速率隨煙溫、煙囪高度、風速及煙氣的排放速率的升高而增大。四日市哮喘疾病發生時，煙氣中高濃度的SO3沒有充分擴散，而是降落在Isozu居民區，並與大氣中水蒸汽反應形成硫酸霧。該酸霧通過改變細胞內外的pH值，而產生很強的毒性。因此，引起四日市哮喘疾病的主要原因是SO3，而不是SO2。

3. SO3對空氣能見度的危害

眾所周知，SO3是二次PM2.5，排放SO3導致可見煙羽「藍煙/黃煙」的形成，降低了空氣能見度。

還是美國電力下屬的Gen. James M Gavin電廠，在總容量為2600MW的兩個機組上安裝了SCR裝置和無GGH的煙氣脫硫後，煙囪排煙由原來幾乎看不到、不明顯的煙羽，改變為較濃厚、明顯的藍色煙羽，對電廠的景觀產生嚴重的影響。隨著越來越多的SCR裝置和溼法FGD裝置的投運，我國部分電廠也出現了類似的現象，如利港電廠、龍山電廠、韶關電廠、常熟第二電廠等在建設無GGH的脫硫裝置後，煙囪排煙的煙羽則出現了明顯的黃色或藍色煙羽，降低了周邊的空氣能見度。

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