本文介绍了SO3气溶胶(硫酸雾)对人体健康和空气能见度的危害，并指出SO3排放问题目前没有得到足够的重视，提出在对SO2和NOx进行减排的同时，也要重视对SO3的减排的建议。
1. 前言
对酸雨和环境酸化的问题，公众的注意力主要集中在二氧化硫(SO2)和氮氧化物(NOx)上，鲜有关于三氧化硫(SO3)对其影响的讨论。实际上，SO3比SO2的毒性高十多倍，且具有强腐蚀性。1998年，美国健康与公共事业服务部估算约60,000名美国工人受SO3的危害。另外，印度和牙买加也有报道受SO3形成的酸雾影响导致人员死亡[1]。此外，SO3的排放导致了可见烟羽的形成，降低了空气能见度。因此，SO3对人体健康和空气能见度的影响应予以高度重视，在对SO2和NOx进行减排的同时，也要重视对SO3的减排。常规的烟气脱硫工艺(如石灰石湿法)可有效地脱除烟气中的SO2，但对SO3的脱除率却很低。
2. SO3的性质及对人体健康的危害
一旦SO3气体暴露在空气当中，会迅速吸收空气中的水分(H2O)，而产生白色的硫酸(H2SO4)烟雾(美国健康与公共事业服务部1998)，所以SO3一直以硫酸气溶胶的形式(直径一般为0.4-1.2μm)存在于大气环境中。该硫酸气溶胶的沉降速度在0.0-0.008米/秒之间[2]，其代表值一般取0.001米/秒。SO3气体暴露在空气当中，也会与金属氧化物发生激烈的反应，所以SO3被称为硫酸酐和酸性氧化物。
与空气类似，在呼吸道里，SO3也会立即转变成硫酸，因此，SO3在呼吸道里的副作用应与硫酸的一样。因为呼吸道较潮湿，所以，当硫酸液滴进入呼吸道后，会迅速长大，随进入呼吸道深度的增加，其尺寸也不断增大。如此，使得最初的细小硫酸液滴比同等大小的惰性颗粒具有较大的穿透到肺里的可能性[3]。任何一项硫酸对身体健康危害的观察都表明：酸比其盐类的影响更大，所以硫酸气溶胶的毒性取决于气溶胶中氢离子的含量。氢离子渗透到组织的过程中，呼吸道粘液起了一个屏障的作用。健康人体呼吸道内粘液的pH值一般在7.4-8.2之间，而气喘病患者呼吸道内粘液的pH较低，在5.3-7.6之间。体外试验研究表明，当人体呼吸道内粘液的pH值降低到低于7.4时，粘液的粘度增大，而使粘膜纤毛清除率下降。因此，SO3暴露引起人体pH值的变化，将对身体健康产生负面影响。研究表明，大鼠对硫酸烟雾的一小时的半数致死浓度LC50(致死浓度，死亡50%)为347ppmv，该浓度的硫酸烟雾下会产生80%的游离SO3[4]。
2.1. 美国Gen. James M Gavin电厂案例
美国在燃煤SO3污染方面有许多相关的报道。例如，美国电力下属的Gen. James M Gavin电厂有两台1300MW机组，燃用东部烟煤，含硫量约为3%。在1994～1995年，这两台机组采用湿法烟气脱硫工艺来控制SO2的排放。在2001年夏天，一台机组安装了SCR脱硝装置后，烟气中的部分SO2经过SCR催化剂后氧化为SO3，经过湿法脱硫系统后形成气溶胶，造成烟囱外排烟气中的SO3气溶胶量大大增加，大量的SO3气溶胶无法及时扩散，积聚在电厂附近的Cheshire小镇上空，导致了小镇上居民出现严重的喉咙痛、眼痛和呼吸困难等病症[5]。
2.2. 四日市哮喘事件案例
1959年，巨大、复杂的炼油厂、石化厂以及发电厂在日本四日市开始运营。不久后，该地区的动植物开始死亡。1961年，当地医生上报：这些工厂附近Isozu区居民的支气管哮喘、肺气肿、支气管炎和其它呼吸系统疾病的发病率在急剧上升[6]。受污染区域被确诊为患哮喘疾病的人数共1231人，因哮喘疾病而死亡的人数达到31人。
四日市Isozu区发生哮喘疾病时，记录的SO3/SO2值很高。燃烧含硫量很高的重油排放的烟气中，SO3/SO2的测值一般在0.03-0.05之间。Isozu区SO3/SO2的记录值来自47个测点，平均为0.48(大气环境中SO3和SO2的平均浓度分别为130μg/m3和270μg/m3)。SO3/SO2比值如此高的原因有如下几点：Isozu区，氧化钛烧结厂的烟气(400–500°C)安装的湿式静电除尘器和洗涤塔能将SO3浓度降低到20ppmv，SO2浓度降低到240ppmv。因为采用洗涤的方式无法有效捕捉烟气中SO3形成的酸雾，所以采用洗涤法脱除SO2的效率约90%，而SO3的脱除效率却低于30%。当时除尘器发生故障，烟气直接通过洗涤塔，所以，氧化钛烧结厂烟气中的SO2可大部分被脱除，但SO3无法被有效脱除。此外，烟气经过洗涤后，温度下降到75°C，结果：1300ppmv(435mg/m3)高浓度的SO3烟气以75°C的低温从20米的低烟囱排放进入大气。烟气的扩散速率随烟温、烟囱高度、风速及烟气的排放速率的升高而增大。四日市哮喘疾病发生时，烟气中高浓度的SO3没有充分扩散，而是降落在Isozu居民区，并与大气中水蒸汽反应形成硫酸雾。该酸雾通过改变细胞内外的pH值，而产生很强的毒性。因此，引起四日市哮喘疾病的主要原因是SO3，而不是SO2。
3. SO3对空气能见度的危害
众所周知，SO3是二次PM2.5，排放SO3导致可见烟羽“蓝烟/黄烟”的形成，降低了空气能见度。
还是美国电力下属的Gen. James M Gavin电厂，在总容量为2600MW的两个机组上安装了SCR装置和无GGH的烟气脱硫后，烟囱排烟由原来几乎看不到、不明显的烟羽，改变为较浓厚、明显的蓝色烟羽，对电厂的景观产生严重的影响。随着越来越多的SCR装置和湿法FGD装置的投运，我国部分电厂也出现了类似的现象，如利港电厂、龙山电厂、韶关电厂、常熟第二电厂等在建设无GGH的脱硫装置后，烟囱排烟的烟羽则出现了明显的黄色或蓝色烟羽，降低了周边的空气能见度。
烟囱排烟出现可见烟羽的主要原因是：(1)SO3是二次PM2.5，烟囱排出的烟气中含有硫酸的气溶胶;(2)排出烟气中亚微米颗粒粉尘的存在，使得H2SO4以亚微米颗粒粉尘作为凝结中心，加强了凝结过程;(3)硫酸气溶胶的粒径非常小，对光线产生散射;由于颗粒的尺寸和可见光的波长接近，因此属于瑞利散射，瑞利散射的特点是：散射光的强度与波长的四次方成反比，因此短波的蓝色光线散射要比长波的红色光线强许多，最终使得烟囱在阳光照射的反射侧，排烟的烟羽呈现蓝色，而在烟羽的另一侧(透射侧)呈现黄褐色。
图1 烟囱排放的酸性烟羽(注：本文经授权发布，转载请注明来源!)
图2 蓝烟(注：本文经授权发布，转载请注明来源!)
图3 黄烟(注：本文经授权发布，转载请注明来源!)
1. 结束语
SO3气溶胶严重危害人体健康，且SO3气溶胶是二次PM2.5，会导致可见烟羽“蓝烟/黄烟”的形成，降低空气能见度，但SO3排放问题目前没有得到足够的重视。为了解决这些问题，不仅要有针对SO2和NOx的有效防治措施，还要有针对SO3的减排办法。
参考文献
[1] Dilawari, J.B., S. Singh, and others. 1984. Corrosive acid ingestion in man—a clinical and edoscopic study. Gut 25:119–136
[2] Eliassen, A. 1980. A review of long range transport modeling. Applied Meteorology 19:231–240.
[3] Carabine, M., and J. Maddik. 1976. The growth of sulfuric acid aerosol particles when contacted with water vapor. Atmospheric Environment 10:735–742
[4] Vernot, E., J. MacEwen, and others. 1977. Acute toxicity abd skin corrosion data for some prganic and inorganic compounds and aqueous solution. Toxicology&Applied Pharmacy 42:417–423
[5] Shiaw Tseng. Impacts of SCR and FGD on Mercury and SO3 Emissions From Coal-fired Power Plants
[6] Kasuga, H. 1989. Health effects of air pollution. Pages 95–114 in H. Nishimura (ed.), How to conquer air pollution—a Japanese experience. Elsevier, Amsterdam
