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光化学烟雾摘要：环境问题是当今世界共同面临的社会问题，主要包括环境污染和生态污染，研究表明，光化学污染引起的环境污染尤为严重。光化学烟雾的主要伤害是眼睛和黏膜受到刺激、头痛、呼吸障碍【1】。本文概述了光化学烟雾的形成、危害、防治措施。关键词：光化学烟雾 危害 防治措施1 光化学烟雾概念光化学烟雾是由各种燃烧设备，特别是汽车排出废气中的碳氢化合物和氮氧化物等一次污染物，在空气中经太阳光（紫外光）照射后，各种污染物之间发生相应反应，生成臭氧、醛类、过氧乙酰硝酸脂等二次污染物，它们在大气中是一种具有刺激性的浅蓝色烟雾（其中有气体污染物，也有气溶胶），称为光化学烟雾。2 光化学烟雾事件1955年洛杉矶发生了一场严重的光化学烟雾污染 事件，使当地65岁以上近400人死亡，一般人的眼睛，鼻子，喉咙，气管，和肺部的粘膜都受到刺激，出现红肿，流泪，喉痛，胸痛和呼吸衰竭乃至思维紊乱，肺水肿等现象，家畜也同时患病，橡胶制品老化，汽车和飞机的正常运行都严重受阻，郊区的玉米、蜜柑、烟草、葡萄等作物与林木受到不同程度的危害，仅葡萄一项就减产30%，65000公顷的松林约62%受害，29%干枯。光化学烟雾是由汽车、工厂等污染源排入大气的碳氢化合物（HC）和氮氧化物（NOx）等一次污染物，在阳光的作用下发生化学反应，生成臭氧(O3)、醛、 酮、酸、过氧乙酰硝酸酯（PAN）等二次污染物，参与光化学反应过程的一次污染物和二次污染物的混合物所形成的烟雾污染现象叫做光化学烟雾。光化学烟雾的成分非常复杂，但是对动物、植物和材料有害的是臭氧、PAN和丙烯醛、甲醛等二次污染物。人和动物受到主要伤害是眼睛和粘膜受刺激、头痛、呼吸障碍、慢性呼吸道疾病恶化、儿童肺功能异常等。植物受到臭氧的损害，开始时表皮褪色，呈蜡质状，经过一段时间后色素发生变化，叶片上出现红褐色斑点。PAN使叶子背面呈银灰色或古铜色，影响植物的生长，降低植物对病虫害的抵抗力。臭氧、PAN等还能造成橡胶制品的老化、脆裂，使染料褪色，并损害油漆涂料、纺织纤维和塑料制品等。20世纪40年代，在美国加利福尼亚州洛杉矶首先发现了光化学烟雾。1951年A.J.哈根最先指出臭氧(O3)是氮氧化物、碳氢化合物和空气的混合物通过光化学反应生成的。以后F. W. 温特发现臭氧与不饱和烃（如汽车废气中的烃类）的化学反应产物跟洛杉矶烟雾有相同的伤害效应。形成臭氧的活性有机物和氮氧化物的主要来源是汽车排放的尾气。 通过对光化学烟雾形成的模拟实验，已经初步明确在碳氢化合物和氮氧化物的相互作用方面主要有以下过程：1、污染空气中NO2的光解是光化学烟雾形成的起始反应。2、碳氢化合物被HO、O等自由基和臭氧氧化，导致醛、酮、醇、酸等产物以及重要的中间产物RO2、HO2、RCO等自由基的生成。3、过氧自由基引起NO向NO2的转化，并导致O3和PAN等的生成。光化学反应中生成的臭氧、醛、酮、醇、PAN等统称为光化学氧化剂，以臭氧为代表，所以光化学烟雾污染的标志是臭氧浓度的升高。光化学烟雾与大气物理 光化学烟雾的形成及其浓度，除直接决定于汽车排气中污染物的数量和浓度以外，还受太阳辐射强度、气象以及地理等条件的影响。太阳辐射强度是一个主要条件， 太阳辐射的强弱，主要取决于太阳的高度，即太阳辐射线与地面所成的投射角以及大气透明度等。因此，光化学烟雾的浓度，除受太阳辐射强度的日变化影响外，还 受该地的纬度、海拔高度、季节、天气和大气污染状况等条件的影响。光化学烟雾是一种循环过程，白天生成，傍晚消失。污染区大气的实测表明，一次污染物CH 和一氧化氮的最大值出现在早晨交通繁忙时刻，随着NO浓度的下降，NO2浓度增大，O3和醛类等二次污染物随着阳光增强和NO2、HC浓度降低而积聚起 来。它们的峰值一般要比NO峰值的出现要晚4-5小时。二次污染物PAN浓度随时间的变化与臭氧和醛类相似。城市和城郊的光化学氧化剂浓度通常高于乡村， 但近年来发现许多乡村地区光化学氧化剂的浓度增高，有时甚至超过城市。这是因为光化学氧化剂的生成不仅包括光化学氧化过程，而且还包括一次污染物的扩散输 送过程，是两个过程的结果。因此光化学氧化剂的污染不只是城市的问题，而且是区域性的污染问题。短距离运输可造成O3的最大浓度出现在污染源的下风向，中 尺度运输可使臭氧扩散到上百公里的下风向，如果同大气高压系统相结合可传输几百公里。经过研究表明，在60( N(北纬)60( S(南纬)之间的一些大城市，都可能发生光化学烟雾。光化学烟雾主要发生在阳光强烈的夏、秋季节。随着光化学反应的不断进行，反应生成物不断蓄积，光化学 烟雾的浓度不断升高，约3 h4 h后达到最大值。这种光化学烟雾可随气流飘移数百公里，使远离城市的农村庄稼也受到损害。1943年，美国洛杉矶市发生了世界上最早的光化学烟雾事件，此后，在北美、日 本、澳大利亚和欧洲部分地区也先后出现这种烟雾。经过反复的调查研究，直到1958年才发现，这一事件是由于洛杉矶市拥有的250万辆汽车排气污染造成 的，这些汽车每天消耗约1600 t汽油，向大气排放1000多吨碳氢化合物和400多吨氮氧化物，这些气体受阳光作用，酿成了危害人类的光化学烟雾事件。1970年，美国加利福尼亚州发生光化学烟雾事件，农作物损失达2500多万美元。1971年，日本东京发生了较严重的光化学烟雾事件，使一些学生中毒昏倒。同一天，日本的其他城市也有类似的事件发生。此后，日本一些大城市连续不断出现 光化学烟雾。日本环保部门经对东京几个主要污染源排放的主要污染物进行调查后发现，汽车排放的CO、NOx、HC三种污染物约占总排放量的80%。目前，由于我国内地汽车油耗量高，污染控制水平低，已造成汽车污染日益严重。部分大城市交通干道的NOx和CO严重超过国家标准，汽车污染已成为主要的空 气污染物;一些城市臭氧浓度严重超标，已具有发生光化学烟雾污染的潜在危险。据国家环境保护局一九九六年环境质量通报：我国大城市氮氧化物污染逐渐加重。1996年度污染较严重的城市分别为：广州、北京、上海、鞍山、武汉、郑州、沈阳、兰州、大连、杭州。从总体上看，氮氧 化物污染突出表现在人口100万以上的大城市或特大城市。3 光化学烟雾的主要危害光化学烟雾不仅影响了人体健康，而且对植物也有较强的损害作用。同时还降低了大气的能见度。3.1 光化学烟雾对人体健康的影响光化学烟雾最明显的危害是对人眼的刺激作用。出现眼流泪、发红（俗称红眼病）。据资料统计，美国加里福尼亚洲由于光化学烟雾的作用，曾使该州3/4的人发生了红眼病。日本东京1970年发生的光化学污染时期有20000人患了红眼病。除眼外，对鼻、咽、气管和肺均有明显的刺激作用。对老人、儿童和病弱者尤为严重。1952年洛杉矶事件发生时，两天内就使65岁以上的老人死亡400余人。若大气中臭氧浓度达到0.1ppm-0.5ppm时，会引起哮喘发作，导致上呼吸道疾病恶化，使视觉敏感度和视力降低。受害严重者，呼吸困难、胸痛、头晕、发烧、呕吐、以致血压下降、昏迷不醒。长期慢性伤害，可引起肺机能衰退、支气管炎、甚至发展成肺癌等。3.2 对植物的伤害光化学烟雾能使植物叶片受害变黄以致枯死。据资料统计，仅加里福尼亚州 1959年由于光化学污染引起的农作物减产损失已达800万美元。使大片树木枯死，葡萄减产60%以上，柑桔也严重减产。对光化学烟雾敏感的植物还有棉花、烟草、甜菜、莴苣、番茄、菠菜、某些花卉和多种树木。3.3 降低大气能见度光化学烟雾的重要特征之一是降低了大气的能见度，缩短了视程。这主要是污染物质在大气中形成了光化学烟雾气溶胶，这种气溶胶的颗粒大小为0.3um-1.0um，它们不易沉降，与可见光波长相一致，对光散射影响很大，从而明显的降低了能见度。由于光化学烟雾气溶胶引起大气浑浊，能见度降低，因此防碍了汽车、飞机的正常运行，使交通事故猛增。4 光化学烟雾的主要污染源4.1 交通工具排气近20多年来，我国城市大气污染情况比较严重，机动车已经成为我国城市大气污染的主要来源。这主要有以下几方面的原因：(1)近年来，随着我国经济的持续高速增长和城市化进程的逐步加快，城市居民的交通需求在近二十年内迅速增长，汽车产量和城市机动车保有量大幅增加，机动车污染物排放对城市环境空气质量的污染日趋严重；(2)机动车排放在大气污染中的比重不断增加，尤其是在一些经济发展迅速的大城市，表现得更为明显；(3)我国机动车主要集中在大中城市，这些区域建筑物高、道路狭窄、交通繁忙、拥堵严重，污染物不易扩散，加重了城市大气污染。如汽车、火车、飞机等交通工具排出含有CO，NOx和碳氢化合物（HC）等污染物的尾气。特别是机动车尾气向大气排放CO，HC，NOx及固体颗粒物等。我国主要大城市机动车数量大幅度增长，机动车尾气已成为形成光化学烟雾的一个重要来源。据资料表明，北京、上海等大城市机动车排放的污染物已占大气污染负荷的60%以上，其中，排放的CO对大气污染的分担率达80%，NOx达到40%。这说明我国大城市的大气污染正由第一代煤烟型污染向第二代汽车型污染转变。1985年全国机动车保有量仅有300万辆，1990年为500万辆，1997年增至1300万辆。预计到2010年将达到4500万辆，排出的NOx将达到228万吨2。由此可知，机动车尾气排出大量的CO，HC，NOx等有害物质，在强阳光照射下，极易在城市发生光化学烟雾事件。4.2工业企业排气由火力发电厂、钢铁厂、冶炼厂、炼焦厂、石油化工厂、氮肥厂等工矿企业在生产过程中所排放的CO2，CO,NOx和煤烟粉尘等，都是引发光化学烟雾的重要污染源。4.3 家庭炉灶与取暖设备排气家庭用的炉灶与取暖设备数量大、分布广、排放高度低、多排气于居住区，是低空大气污染源之一。5 光化学烟雾的防治对策5.1 改进技术，降低汽车尾气NOx，HC 的排放量汽车尾气是NOx，HC化合物最主要的排放源。改进技术控制汽车尾气是避免光化学烟雾的形成，保证空气环境质量的有效措施。5.1.1 安装尾气净化装置主要是在排气系统中安装热反应器，催化反应器和向排气门处喷入新鲜空气的办法来减少尾气污染物的排放量（目前，我国生产的部分汽车已经安装尾气净化装置）。5.1.2 改良燃料即改变汽油成份或者使用代作燃料代替汽油，来降低汽车尾气污染。资料表明，天然气燃料燃烧与无铅汽油相比CO 和HC 的排放量均可降低60%以上；甲醇燃料与汽油相比CO 和HC 的排放量也可降低37%和56%；燃氢汽车排放的NOx不到汽油车的10%；可见改良燃料是控制汽车污染的一条有效措施。近年来，我国虽然严格了排放标准(2004年我国全面推行欧2标准)，降低了单车污染物的排放，但随着机动车保有量的迅速增加，03污染仍十分严重。张远航等学者应用欧拉模式对北京和广州市光化学烟雾污染进行预测，预测结果表明：北京未来20年内光化学烟雾污染与机动车排放量的变化密切相关，全市和市区03日均浓度增长率分别为45128和48127；广州市若机动车排放量增加1倍，03最大浓度和平均浓度将增加0.6l倍，其中市区03平均浓度增加最快。由此说明机动车数量的增长，必然导致城市地区03污染更加严重，若不采取措施降低机动车污染物的排放量，必将使城区大气环境质量恶化，更多的城市将面临光化学烟雾污染的威胁。5.2改善能源结构推广型煤及洗选煤的生产和使用，以减少煤尘和SO2的排放量。发展区域集中供暖供热，设立大的热电站和供热站，以代替分散的锅炉，安装高效除尘设备和采用高烟囱排放以改善城市环境质量；依据法规，严格限制炼油厂，石油化工厂以及氮肥厂等化工厂的废气排放，加强生产管理，减少生产过程中的跑、冒、滴、漏。5.3 加强监测，及时报警采取预防措施光化学烟雾是有前兆的，可通过监测发出警报，采取措施加以避免。当氧化剂浓度达到0.5ppm时，接近危险水平，应禁止垃圾燃烧，减少其它燃烧，减少汽车行驶；当氧化剂浓度达到1.0ppm时，开始危害健康的水平，应严格禁止汽车行驶，其余措施同上；当氧化剂浓度达到1.5ppm时，严重危害健康的水平，除完全采用上述措施外，还应采取其它紧急措施，如关停工厂等。6 总结世界卫生组织何H0)和美国、日本等许多国家已经把臭氧和光化学氧化剂的水平作为判断大气环境质量的指标之一，并据以发布光化学烟雾的警报。城市空气