Univ. of Arizona (credits)
一個常見的問題是為什麼二氧化氮 (NO 2 )、二氧化硫 (SO 2 ) 和一氧化碳 (CO) 濃度總是如此低,測量它們有用嗎?
為了強調監測這些物質的重要性,本文將說明這些污染物從何而來以及它們如何影響我們的健康和環境。
為了簡單起見,本文將只關注 NO2。
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什麼是二氧化氮(NO 2 )?
NO 2是一種紅棕色氣體,所有內燃機都會排放。內燃機排放出兩種主要的氮基化合物:NO 2和一氧化氮 (NO)。這兩種污染物統稱為NO x或氮氧化物。
總結一下:
- NO2: Nitrogen Dioxyde
- NO: Nitric Dioxyde
- NOx: Oxides of Nitrogen = {NO2+NO}
NO 2生命週期
在排放點(即排氣管),NO x的比例約為90% NO 和10% NO 2 (1)。
在大氣中且存在揮發性有機化合物 (VOC) 的情況下幾個小時後,NO 會轉化為 NO 2 。此反應可能發生幾秒鐘到幾小時 (2)。
NO 2進一步與空氣中的其他物質發生反應,形成硝酸、顆粒物和稱為 PAN(過氧酰基硝酸鹽)的物質。
另外,在陽光下,NO 2可以轉化回 NO 並產生臭氧 (O 3 ) 作為副污染物。由於 NO 2可能產生這些「二次」污染物,因此監測和調節 NO 2非常重要。
NO 2對我有何影響?
短期和長期暴露於 NO 2與呼吸系統疾病的風險增加有關。氣喘患者、幼兒和老年人對其影響較敏感 (1)。
大氣中NO 2的存在造成的二次污染物也有其自身的不利影響。 PAN 具有刺激性,硝酸會導致酸雨,顆粒物和 O3 會導致呼吸問題。
誰以及什麼在排放氮氧化物?
如前所述,氮氧化物排放來自內燃機。但這些引擎中發生的是化石燃料中的碳氫化合物與空氣(80% 是氮氣)的高溫反應。 NO x排放也有自然來源,例如野火、雷擊,但大氣中絕大多數 NO 2是由人類活動造成的。
有許多不同的行業會排放氮氧化物。圖(2)顯示了2014年測量的美國NOx排放源。 「移動源」 ,即道路車輛、船舶、飛機、農用車輛等,無疑是最大的貢獻者。在美國和歐洲,道路車輛是NO x (1) (3)「移動源」的主要類型。
在道路車輛是 NO x主要來源的地區,高峰交通時段的 NO 2濃度通常較高,例如下面的 NO 2 AQI 所示的工作日下午 5 點左右。一些額外的有趣的註釋:
- 白天臭氧 (O 3 ) 濃度增加,而 NO 2濃度減少。這是因為 NO 2在陽光下會轉化為 NO x 。
- 下午 6 點後,由於沒有陽光將 NO 2轉化回 NO,NO 2濃度逐漸增加。
Figure 3 Example of AQI in London
然而,在中國,2013 年進行的一項研究發現,工業排放源是最大的氮氧化物排放源(佔總量的 34%)(4)。這就是為什麼 NO 2濃度和尖峰時段交通沒有很強的關聯。
為什麼NO 2濃度這麼低?
NO 2 AQI 通常處於「良好」範圍內並以綠色顯示。但由於 NO 2會轉化為其他污染物,而這些污染物有其自身的負面影響,因此大氣中的 NO 2仍會對我們的健康和環境產生負面影響。如果您想更詳細地了解我們大氣中的氮氧化物,請閱讀下面的這些文件。
參考文獻和進一步閱讀
2. Cheremisinoff, Paul N and Young, Richard Alan. Air Pollution Control and Design Handbook. s.l. : M Dekker, 1977. pp. 672-673. Vol. 2.
3. Urban Air Quality in Europe. Boulter, P G, Borken-Kleefeld, J and Ntziachristos, L. [ed.] M Vianna. Berlin Heidelberg : Springer-Verlag, 2013, Handbook of Environmental Chemistry, Vol. 26, pp. 31-54.
4. NOx emissions in China: historical trends and future perspectives. Zhao, B, et al. 13, 2013, Atmospheric Chemistry and Physics, pp. 9869-9897.