浅谈空气污染化学

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1、淺談空氣污染化學台大化學系張哲政教授第四屆高中生台大化學營八十九年七月七日　張哲政教授實驗室空氣污染的故事十三世紀中葉，諾丁罕城堡(NottinghamCastle)因為年久失修，英王亨利三世任命韋伐瑟(RobertleVavasser)為城堡整修工程的總工程師。整修工程進行數年之後，韋伐瑟意外身亡，亨利三世因此遣派波休爾(Pershore)修道院院長和華頓(WilliamdeWalton)公爵前往了解這件工程的進度狀況。他們銜命前往調查數次，發現這個城堡整修的工程設計非常拙劣，而且進度嚴重落後。雖然城堡外觀已經有所改善，但城堡內的通風工程的需求

2、，卻被完全忽略了。整修工程因此持續進行著，但是直到西元一二五七年夏天，皇后依琳娜(Eleanor)前來諾丁罕城堡渡假時，仍然因為城堡內燃燒煤炭的廢氣惡臭，難以忍受，導致身體不適，而不得不另搬遷到特伯利城堡(TutburyCastle)調養身體。這是英國史上，有關空氣污染的最早期文獻記錄之一。空氣污染是一種危害人體健康或生活的環境污染，其他環境污染包括水污染、土壤污染、熱污染和噪音污染。這些污染，都是起因於自然界中，某一些物種或能量，在某一時間和某一地區，存在的濃度超過某一界限值，導致對人類、其他生物或其他人類生存有關的物質，造成傷害。依此而言，空

3、氣污染在宇宙形成的過程中，應該是一種相對的概念。宇宙早期的原始生物細胞，必須生存在一個缺氧的氣體環境中，若將它放置於現今無污染的空氣環境裡，這些原始細胞可能便無法生成或持續生存而演化。工業煙霧的歷史危害人類正常生活的空氣污染，在十三世紀時，便已逐漸產生。在十三世紀之前，人們大都使用木材，做為冬天禦寒的燃料。一般商家，像糕餅店、製磚房及金屬精煉廠，所消耗的燃料雖多，但比起居民對燃料的總需求，仍是少了許多。事實上，當時的工業，廠房常座落於森林中，以便就地取材，因此所產生的空氣污染，對大多數人的生活而言，影響有限。但是，到了石灰工業興起後，情況便有些不

4、同。石灰(CaO)乃是在窯爐中，藉著高溫加熱石灰石(CaCO3)，使石灰石裂解，導致二氧化碳脫離而生成。CaCO3→CaO+CO2傳統上，石灰窯爐用橡木的柴枝做為燃料。但是到了十三世紀初期，多數石灰窯逐漸改用煤炭為燃料，而且將窯廠建在水道或海岸旁，方便煤炭的運輸。但是水道便利的地區，一般大都匯聚居民。幸好當時並沒有產生明顯的社會問題。一直到十七世紀，空氣污染才演變成為嚴重的社會問題。這時候，由於城市的擴張及農地的開墾，造成林區逐漸外移，遠離城市。在運輸成本逐漸提升下，各種工業也逐漸改用煤炭為燃料，使得都市空氣污染的情形，愈來愈嚴重。當時，城市內常

5、常迷漫灰色煙霧，倫敦城市甚至在1952年，發生約4000人在五天之內，由於市內空氣極度污濁而喪生的事件（見表一）。表一1930年代以後主要的工業煙霧災害地點時間期間死亡人數MeuseValley，Liege，比利時1930年12月三天60Donora，Pa，美國1948年8月五天20London，英國1952年12月1956年1月1957年12月1962年12月五天五天三天五天40001000700-800700NewYork，美國1963年1~2月1966年11月十五天三天200-400168到了十七世紀中葉，英國的一些文學家及科學家，像伊佛朗

6、(JohnEvelyn)和蓋伯利(JohnGadbury)，開始寫文章，呼籲政府重視倫敦城內，空氣污染的社會公害問題。他們採用培根(FrancisBacon)的實驗科學的精神，對空氣污染做長期觀察，並仔細記錄研究，結果發現倫敦居民死亡率的高低，與城市煙霧迷漫的時期相當有關，而且城市煙霧所造成的能見度愈差時，老年人的死亡率特別高。伊佛朗身為英國皇家學會的會員，因此寫了一本有關空氣污染的書，書名是Fumifugium，嚴厲批評工業資本家的冷酷和短視，並且對城市空氣污染的相關議題，包括都市計劃、建築物的維護和造林技術等，提出許多建言。灰色煙霧的化學燃燒

7、煤炭所排放的廢氣，容易在氣候寒冷而潮濕的早晨，產生濃厚的灰色煙霧，籠罩整個城市。這個現象，在倫敦、芝加哥、匹茲堡及中國大陸和東歐的一些工業都市中，特別顯著。廢氣中，除了灰煙及固體微粒外，二氧化硫(SO2)是最重要的空氣污染物。空氣中的二氧化硫，有三分之二來自於以石油或煤炭為燃料的火力發電廠。一般石油和煤炭中，都含有少量的硫(0.5%到5%)；煤炭中的硫，多數以硫化物(如黃鐵礦FeS2)或硫醇類(-SH)存在。當這些燃料燃燒時，其中的硫便與空氣中的氧起化學反應，產生二氧化硫。以硫含量為5%的煤炭為例，一個壹千百萬瓦特的火力發電廠，每天將產生高達六百

8、噸的二氧化硫。其他二氧化硫的污染源，還包括硫礦的金屬精鍊廠、硫酸工廠以及石油煉製廠。由於二氧化硫本身存在於燃燒石油或煤炭的工業廢氣中，而