氮氧化物污染
第二节 氮氧化物污染
氮氧化物（NOx）主要是一氧化氮（NO）与二氧化氮（NO2），它们在大气中的含量与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）与三氧化二氮（N2O3）等。
二氧化氮在大气中能和臭氧很快地反应形成二氧化氮。二氧化氮直接和氧作用生成二氧化氮的速率主要取决于二氧化氮的浓度与环境温度。在20℃以下、二氧化氮浓度为10毫克/立方米的条件下，10%的二氧化氮氧化为二氧化氮需1．5小时，50%的二氧化氮氧化为二氧化氮需要10．75小时。在二氧化氮浓度为2毫克/立方米的条件下，10%的二氧化氮氧化为二氧化氮需8小时以上。可见空气中二氧化氮含量很低时，它能在空气中存留较长时间。
二氧化氮也可和二氧化氮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。二氧化氮是低层大气中最重要的光吸收分子，能够吸收太阳辐射的可见光与紫外光。它吸收了波长小于400纳米的紫外光，被分解成二氧化氮与氧原子，尤其是在波长为300～370纳米的光照射下，90%以上的二氧化氮分子可分解；由于二氧化氮中氧原子与二氧化氮之间化学键的键能（73卡/摩尔）大于波长为400纳米的光子能量，因此二氧化氮受到波长大于420纳米的可见光照射，不发生分解。大气中绝大部分的氮氧化物最终转化为硝酸盐微粒，并经过湿沉降或干沉降等过程而从大气中消失。一氧化二氮是惰性气体，在大气中可存留很长时间。它进入平流层大气中后，可和臭氧发生反应而分解。
一、形成
大气中氮氧化物的含量主要取决于自然界氮循环过程，这一过程每年向大气释放NO约4．30×108吨左右，约占总排放量的90%，人类活动排放的NO仅占10%。大气中NO的本底浓度为0．5～12微克/立方米，在大气中的“寿命”约为几天。二氧化氮主要由NO氧化而来，每年产生约5．68×108吨。人类活动排放的氮氧化物主要来自各种燃烧过程，其中以工业窑炉与汽车排放的为最多。
燃料燃烧时氮氧化物有两个生成途径：
（1）空气中的氮在高温下被氧化生成的，这样生成的氮氧化物称为热致氮氧化物，其生成量是火焰结构与温度的函数。温度越高，燃烧区氧的浓度越大，氮氧化物的生成量也就越大。燃煤发电厂废气中NO含量为400～24000毫克/立方米。
（2）燃料中各种氮化物被分解氧化生成的氮氧化物，称为燃料氮氧化物。矿物燃料中所含的有机氮化合物，如石油中的吡啶（C5H5N）、哌啶（C5H11N）、喹啉（C9H7N）与煤中的链状与环状含氮化合物，C－N键能一般为60～150卡/摩尔，燃烧过程中易被氧化为氮氧化物。
以汽油与柴油为燃料的各种机动车辆，特别是汽车，排出的废气中含有大量的氮氧化物。废气中的氮氧化物含量同汽车的运行速度有关，在空档与减速时，氮氧化物为10～100毫克/立方米；定速时约6000毫克/立方米；加速时可达8000～12000毫克/立方米。一氧化二氮主要由土壤与水体中的硝酸盐通过微生物的反硝化作用而产生。
二、危害与防治
氮氧化物经过呼吸进入人体肺的深部，可引起支气管炎或肺气肿（见氮氧化物污染对健康的影响）。氮氧化物还能与大气中其他污染物发生光化学反应形成光化学烟雾污染。一氧化二氮在大气中通过氧化转变成硝酸，是造成酸雨的原因之一。一氧化二氮还可使平流层中臭氧减少，从而使到达地球的紫外线辐射量增加。
氮氧化物污染和采用矿物燃料作能源相关。汽车的用量与日俱增，并高度集中于大城市，致使氮氧化物成为世界各大城市主要的大气污染物之一。由于氮氧化物的治理难度较大，在今后相当长一段时间内，氮氧化物的污染情况估计不会有大的改善。关于人类活动而产生的氮氧化物污染的防治，见氮氧化物治理。
三、对土壤的污染
中国《大气环境质量标准》规定氮氧化物（换算成二氧化氮）的环境标准分为三级：一级标准规定日平均最大浓度限值为0．05毫克/立方米，任何一次测定值不许超过0．10毫克/立方米，适用于自然保护区、风景区、名胜古迹与疗养区；二级标准规定日平均最大浓度限值为0．10毫克/立方米，任何一次测定值不许超过0．15毫克/立方米，适用于城市规划中的居民区、商业、交通居民混合区、文化区与农村；三级标准规定日平均最大浓度限值为0．15毫克/立方米，任何一次测定值不许超过0．30毫克/立方米，适用于大气污染严重的城镇、工业区以及城市交通枢纽、干线等。