《光化学污染》讲义

1、光化学污染讲义一、光化学烟雾简介一、光化学烟雾简介二、光化学烟雾组成及来源二、光化学烟雾组成及来源三、光化学烟雾的形成及特征三、光化学烟雾的形成及特征四、光化学烟雾的危害四、光化学烟雾的危害五、光化学污染案例五、光化学污染案例六、预防措施六、预防措施 七、中国现状七、中国现状光化学污染讲义一、光化学烟雾简介氮氧化物氮氧化物(NOx)(NOx)主要是指一氧化氮和二氧主要是指一氧化氮和二氧化氮。化氮。NONO和和NONO2 2都是对人体有害的气体。都是对人体有害的气体。氮氧化物和碳氢化合物氮氧化物和碳氢化合物(HC)(HC)在大气环境中在大气环境中受强烈的太阳紫外线照射后产生一种新的受强烈的太阳紫

2、外线照射后产生一种新的二次污染物二次污染物光化学烟雾，在这种复杂光化学烟雾，在这种复杂的光化学反应过程中，主要生成光化学氧的光化学反应过程中，主要生成光化学氧化剂化剂( (主要是臭氧主要是臭氧) )及其他多种复杂的化合及其他多种复杂的化合物，统称光化学烟雾。物，统称光化学烟雾。 光化学污染讲义经过研究表明，在经过研究表明，在60N60N（北纬）（北纬）60S60S（南纬）（南纬）之间的一些大城市，都可能发生光化学烟雾。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，反应生成节。随着光化学反应的不断

3、进行，反应生成物不断蓄积，光化学烟雾的浓度不断升高约物不断蓄积，光化学烟雾的浓度不断升高约3h4h3h4h后达到最大值。这种光化学烟雾可随气后达到最大值。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流飘移数百公里，使远离城市的农村庄稼也受到损害。受到损害。 光化学污染讲义二、光化学烟雾组成及来源光化学烟雾是由二氧光化学烟雾是由二氧化氮、一氧化氮、一化氮、一氧化氮、一氧化碳和碳氢化合物氧化碳和碳氢化合物等一次污染物及它们等一次污染物及它们在一定条件下反应产在一定条件下反应产生的二次污染物臭氧、生的二次污染物臭氧、过氧乙酰硝酸酯过氧乙酰硝酸酯PANPAN、醛等混合而成的。其醛等混合而

4、成的。其主要成分臭氧（约占主要成分臭氧（约占8585）、过氧乙酰硝）、过氧乙酰硝酸酯（约占酸酯（约占1010）、）、过氧苯酰硝酸酯、醛过氧苯酰硝酸酯、醛类等。类等。 光化学污染讲义1. 1.氮氧化合物的来源氮氧化合物的来源光化学烟雾的主要成分作光化学烟雾的主要成分作NONO和和NONO2 2，主要来自燃料的，主要来自燃料的燃烧、汽车的尾气、生产和使用硝酸的工厂尾气，燃燃烧、汽车的尾气、生产和使用硝酸的工厂尾气，燃煤发电厂等。煤发电厂等。光化学污染讲义2. 2.一氧化碳来源一氧化碳来源一氧化碳主要来自汽车尾气一氧化碳主要来自汽车尾气( (主要在汽油燃烧不充分主要在汽油燃烧不充分时时, ,如停车状

5、态开发动机如停车状态开发动机), ),燃煤，农垦烧荒燃煤，农垦烧荒, ,有机物燃有机物燃烧。烧。光化学污染讲义3. 3.臭氧来源臭氧来源臭氧臭氧(O(O3 3, ,又称作光化学氧化剂又称作光化学氧化剂) )主要来源主要来源: :从汽车和工厂从汽车和工厂释放出的氮氧化物在太阳光照射下与氧气反应生成。释放出的氮氧化物在太阳光照射下与氧气反应生成。光化学污染讲义三、光化学烟雾的形成三、光化学烟雾的形成及特征及特征2 2、气象条件、气象条件强烈光照（强烈光照（NONO2 2的光解需的光解需290-420nm290-420nm的光，因此，的光，因此，夏季比冬季可能性大，一天中中午前后光线最强时夏季比冬季

6、可能性大，一天中中午前后光线最强时出现出现“烟雾烟雾”的可能性大。）的可能性大。）低风速、低湿度、逆温天气。洛杉矶是每年低风速、低湿度、逆温天气。洛杉矶是每年5 5月月1010月（月（19431943年）。总之，天气晴朗、高温、低年）。总之，天气晴朗、高温、低湿和有逆温风力不大时。湿和有逆温风力不大时。1 1、污染源条件、污染源条件 ( (物质要素物质要素) )：氮氧化：氮氧化物（物（NOxNOx）和碳氢化）和碳氢化合物（合物（CxHyCxHy）等。）等。光化学污染讲义太阳辐射强度是一个主要条件，太阳辐射的强弱，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

7、面所成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、天气等条件的影响。地的纬度、海拔高度、季节、天气等条件的影响。经过研究表明经过研究表明, ,在北纬在北纬6060度南纬度南纬6060度之间的一些大度之间的一些大城市城市, ,都可能发生光化学烟雾。光化学烟雾主要发生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在阳光强烈的夏、秋季节。随着光化学反应的不断进行进

8、行, ,反应生成物不断蓄积反应生成物不断蓄积, ,光化学烟雾的浓度不断升光化学烟雾的浓度不断升高高, ,约约3h3h4h4h后达到最大值后达到最大值。3.地理条件地理条件光化学污染讲义4. 4. 形成过程形成过程 （1 1）NO2=NO+O（条件为光照）（条件为光照） O+O2=O3 2NO+O2=2NO2 （2 2）碳氢化合物被）碳氢化合物被HOHO、O O等自由基和臭氧氧化，导等自由基和臭氧氧化，导致醛、酮、醇、酸等产物致醛、酮、醇、酸等产物以及重要的中间产物以及重要的中间产物RORO2 2、HOHO2 2、RCORCO等自由基的生成。等自由基的生成。 （3 3）过氧自由基引起）过氧自由基

9、引起NONO向向NONO2 2的转化，并导的转化，并导致致O O3 3和和PANPAN等的生成。等的生成。 光化学污染讲义光化学烟雾的表现特征是烟雾弥漫，烟雾呈蓝色，光化学烟雾的表现特征是烟雾弥漫，烟雾呈蓝色，大气能见度降低。光化学烟雾一般发生在大气相对大气能见度降低。光化学烟雾一般发生在大气相对湿度较低、大气温度较低，气温为湿度较低、大气温度较低，气温为24243232的夏季的夏季晴天，污染高峰出现在中午或稍后。光化学烟晴天，污染高峰出现在中午或稍后。光化学烟 雾雾是一种循环过程，白天生成，傍晚消失。是一种循环过程，白天生成，傍晚消失。5.光化学烟雾特征光化学污染讲义四、光化学烟雾的危害四、

10、光化学烟雾的危害1.臭氧对人体的危害臭氧对人体的危害臭氧对人体的危害主要表现在刺激和破坏深部呼吸道臭氧对人体的危害主要表现在刺激和破坏深部呼吸道粘膜和组织，对眼睛也有刺激，其作用与二氧化氮类粘膜和组织，对眼睛也有刺激，其作用与二氧化氮类似。在低浓度长时间作用时，引起慢性呼吸道疾病及似。在低浓度长时间作用时，引起慢性呼吸道疾病及其它疾病。大气中臭氧浓度为其它疾病。大气中臭氧浓度为0.10.10.5ppm0.5ppm时引起鼻和时引起鼻和喉头粘膜的刺激和对眼睛的刺激。在喉头粘膜的刺激和对眼睛的刺激。在0.20.20.8ppm0.8ppm浓度浓度下接触两小时后会出现气管刺激症状，下接触两小时后会出现气

11、管刺激症状，1ppm1ppm以上引以上引起头疼、肺深部气道变窄，出现肺气肿，长时间接触起头疼、肺深部气道变窄，出现肺气肿，长时间接触会出现一系列中枢神经损害或引起肺水肿。此外，还会出现一系列中枢神经损害或引起肺水肿。此外，还能阻碍血液输氧的功能，造成组织缺氧现象；并有使能阻碍血液输氧的功能，造成组织缺氧现象；并有使视力迟钝、甲状腺功能受损、骨骼早期钙化等作用。视力迟钝、甲状腺功能受损、骨骼早期钙化等作用。光化学污染讲义2.2.过氧乙酰硝酸酯对人体的危害过氧乙酰硝酸酯对人体的危害 过氧乙酰硝酸酯（过氧乙酰硝酸酯（PANPAN）是一种极强的催泪剂，其）是一种极强的催泪剂，其催泪作用相当于甲醛的催泪

12、作用相当于甲醛的200200倍。过氧乙酰硝酸酯对人倍。过氧乙酰硝酸酯对人体的危害，特别是过氧苯酰酸酯、醛类、硝酸和硫体的危害，特别是过氧苯酰酸酯、醛类、硝酸和硫酸等，都有强烈刺激眼睛的作用，使人眼睛红肿、酸等，都有强烈刺激眼睛的作用，使人眼睛红肿、流泪，呼吸系统症状表现为喉疼、喘息、咳嗽、呼流泪，呼吸系统症状表现为喉疼、喘息、咳嗽、呼吸困难还能引起头痛、胸闷、疲劳感、皮肤潮红、吸困难还能引起头痛、胸闷、疲劳感、皮肤潮红、心功能障碍和肺功能衰竭等一系列症状。近来据报心功能障碍和肺功能衰竭等一系列症状。近来据报导，导，PANPAN和和PBNPBN还有致癌危险。还有致癌危险。光化学污染讲义3.3.光

13、化学污染对植物的危害光化学污染对植物的危害 植物受害是判断光化学烟雾污染程度的最敏感的指植物受害是判断光化学烟雾污染程度的最敏感的指标之一。植物受到臭氧的损害，开始时表皮褪色，标之一。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。出现红褐色斑点。PANPAN使叶子背面呈银灰色或古铜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。色，影响植物的生长，降低植物对病虫害的抵抗力。 光化学污染讲义对光化学烟雾敏感的植物包括许多农作物（棉花、对光化学烟雾敏感的植物包括许多农作物（棉花、烟草

14、、甜菜、莴苣、蕃茄和菠菜等），以及某些饲烟草、甜菜、莴苣、蕃茄和菠菜等），以及某些饲料作物，观赏植物（如菊花、蔷薇、兰花和牵牛花料作物，观赏植物（如菊花、蔷薇、兰花和牵牛花等）和多种树木。等）和多种树木。光化学污染讲义4.4.光化学污染对大气的能见度的影响光化学污染对大气的能见度的影响 光化学烟雾的重要特征之一是使大气的能见度降低，光化学烟雾的重要特征之一是使大气的能见度降低，视程缩短。这主要是由于污染物质在大气中形成的视程缩短。这主要是由于污染物质在大气中形成的光化学烟雾气溶胶所引起的。这种气溶胶颗粒大小光化学烟雾气溶胶所引起的。这种气溶胶颗粒大小一般多在一般多在0.30.31.0m1.0m

15、范围内。由于这样大小的颗粒实范围内。由于这样大小的颗粒实际上不易因重力作用而沉降，能较长时间悬浮于空际上不易因重力作用而沉降，能较长时间悬浮于空气中，长距离迁移；它们与人视觉能力的光波波长气中，长距离迁移；它们与人视觉能力的光波波长相一致，且能散射太阳光，从而明显地降低了大气相一致，且能散射太阳光，从而明显地降低了大气的能见度。因而妨害了汽车与飞机等交通工具的安的能见度。因而妨害了汽车与飞机等交通工具的安全运行，导致交通事故增多。全运行，导致交通事故增多。 光化学污染讲义光化学污染讲义5.光化学污染对建筑物及橡胶制品的危害光化学污染对建筑物及橡胶制品的危害 光化学烟雾会加速橡胶光化学烟雾会加速

16、橡胶制品的老化和龟裂，腐制品的老化和龟裂，腐蚀建筑物和衣物，缩短蚀建筑物和衣物，缩短其使用寿命。光化学烟其使用寿命。光化学烟雾还会促成酸雨形成，雾还会促成酸雨形成，并使染料、绘画褪色，并使染料、绘画褪色，橡胶制品老化，建筑物橡胶制品老化，建筑物和机器受腐蚀等。和机器受腐蚀等。光化学污染讲义五、光化学污染案例五、光化学污染案例19431943年，美国洛杉矶市年，美国洛杉矶市发生了世界上最早的光发生了世界上最早的光化学烟雾事件。这一事化学烟雾事件。这一事件是由于洛杉矶市拥有件是由于洛杉矶市拥有的的250250万辆汽车排气污万辆汽车排气污染造成的，这些汽车每染造成的，这些汽车每天消耗约天消耗约160

17、0t1600t汽油，向汽油，向大气排放大气排放10001000多吨碳氢多吨碳氢化合物和化合物和400400多吨氮氧多吨氮氧化物。这些气体受阳光化物。这些气体受阳光作用，酿成了危害人类作用，酿成了危害人类的光化学烟雾事件的光化学烟雾事件。 案例一案例一光化学污染讲义案例二案例二19711971年，日本东京发生了年，日本东京发生了较严重的光化学烟雾事件，较严重的光化学烟雾事件，使一些学生中毒昏倒。与使一些学生中毒昏倒。与此同时，日本的其他城市此同时，日本的其他城市也有类似的事件发生。此也有类似的事件发生。此后，日本一些大城市连续后，日本一些大城市连续不断出现光化学烟雾。日不断出现光化学烟雾。日本环

18、保部门经对东京几个本环保部门经对东京几个主要污染源排放的主要污主要污染源排放的主要污染物进行调查后发现，汽染物进行调查后发现，汽车排放的车排放的COCO、NOxNOx、HCHC三种污染物约占总排放量三种污染物约占总排放量的的80%80%。 光化学污染讲义案例三案例三19971997年夏季，拥有年夏季，拥有8080万万辆汽车的智利首都圣地辆汽车的智利首都圣地亚哥也发生光化学烟雾亚哥也发生光化学烟雾事件。由于光化学烟雾事件。由于光化学烟雾的作用，迫使政府对该的作用，迫使政府对该市实行紧急状态：学校市实行紧急状态：学校停课、工厂停工、影院停课、工厂停工、影院歇业，孩子、孕妇和老歇业，孩子、孕妇和老人

19、被劝告不要外出，使人被劝告不要外出，使智利首都圣地亚哥处于智利首都圣地亚哥处于“半瘫痪状态半瘫痪状态”。 光化学污染讲义光化学污染讲义六、预防措施六、预防措施 1. 1.控制污染源，减少氮氧化物和碳氢化合物污染源的控制污染源，减少氮氧化物和碳氢化合物污染源的排放排放 （1 1 ）改善能源结构。推广使用天然气和二次能源，）改善能源结构。推广使用天然气和二次能源，如煤气、液化石油气、电等，加强对太阳能、风能、如煤气、液化石油气、电等，加强对太阳能、风能、地热等清洁能源的利用。地热等清洁能源的利用。 光化学污染讲义（2 2）区域集中供热发展区域集中供暖供热，设立规）区域集中供热发展区域集中供暖供热，

20、设立规模较大的热电厂和供热站，取缔市区矮小烟囱。模较大的热电厂和供热站，取缔市区矮小烟囱。 （3 3）推广燃煤电厂烟气脱）推广燃煤电厂烟气脱N N技术。如选择性催化还技术。如选择性催化还原法（原法（SCRSCR）、非选择性催化还原法（）、非选择性催化还原法（SNCRSNCR）和吸）和吸收法、收法、离子体活化法离子体活化法。石灰石石膏湿法脱氮QQQQ型半干氨法锅炉型半干氨法锅炉烟气脱硫脱氮除尘一烟气脱硫脱氮除尘一体化装置体化装置 光化学污染讲义选择性催化还原法是以金选择性催化还原法是以金属铂的氧化物作为催化剂，属铂的氧化物作为催化剂，以氨、硫化氢和一氧化碳以氨、硫化氢和一氧化碳等作为还原剂，选择

21、最佳等作为还原剂，选择最佳脱硝反应温度，将烟气中脱硝反应温度，将烟气中的氮氧化物还原为的氮氧化物还原为N N2 2。非选择性催化还原法与选非选择性催化还原法与选择性催化还原法不同的是择性催化还原法不同的是非选择性控制一定的反应非选择性控制一定的反应温度，在将烟气中的氮氧温度，在将烟气中的氮氧化物还原为化物还原为N N2 2的同时，一的同时，一定量的还原剂还与烟气中定量的还原剂还与烟气中的过剩氧发生反应。的过剩氧发生反应。光化学污染讲义吸收法是利用特定的吸收剂吸收烟气中的吸收法是利用特定的吸收剂吸收烟气中的NO NO 。根据所使用的吸收剂，可分为碱吸收法（根据所使用的吸收剂，可分为碱吸收法（常常

22、用的吸收剂为氨水、氢氧化钠溶液和碳酸钠用的吸收剂为氨水、氢氧化钠溶液和碳酸钠溶液溶液），溶融盐吸收法和稀硝酸（或浓硫酸），溶融盐吸收法和稀硝酸（或浓硫酸）吸收法。吸收法。等离子体活化法的原理主要是利用高能辐射等离子体活化法的原理主要是利用高能辐射激发烟气的各种气体分子激发烟气的各种气体分子, ,使之产生自由电子使之产生自由电子和活性基团和活性基团, ,从而与从而与SOzSOz及及NONO反应达到脱硫脱反应达到脱硫脱氮目的。氮目的。光化学污染讲义2.减少机动车尾气的排放减少机动车尾气的排放 NONO和碳氢化合物的另一个重要来源是机动车尾气和碳氢化合物的另一个重要来源是机动车尾气的排放。当燃料在发

23、动机汽缸里进行燃烧时，由于的排放。当燃料在发动机汽缸里进行燃烧时，由于内燃机所用的燃料中含有碳、氢、氧之外的杂质，内燃机所用的燃料中含有碳、氢、氧之外的杂质，使得内燃机的燃烧不完全，排放的尾气中含有一定使得内燃机的燃烧不完全，排放的尾气中含有一定量的量的COCO、碳氢化合物、碳氢化合物、NONO、微粒物质和臭气（甲、微粒物质和臭气（甲醛、丙烯醛等）。碳氢化合物成分复杂，含有强致醛、丙烯醛等）。碳氢化合物成分复杂，含有强致癌物质。因此控制机动车尾气排放对于预防光化学癌物质。因此控制机动车尾气排放对于预防光化学烟雾有很大的积极作用。烟雾有很大的积极作用。 光化学污染讲义3.利用化学抑制剂利用化学抑

24、制剂 使用化学抑制剂目的是消除自由基，以抑制链式反使用化学抑制剂目的是消除自由基，以抑制链式反应的进行，从而控制光化学烟雾的形成。人们发现应的进行，从而控制光化学烟雾的形成。人们发现二乙基羟胺，苯胺，二苯胺，酚等对氢氧自由基有二乙基羟胺，苯胺，二苯胺，酚等对氢氧自由基有不同的抑制作用，尤其是二乙基羟胺（不同的抑制作用，尤其是二乙基羟胺（DEHADEHA）对）对光化学烟雾有较好的抑制作用。在大气中喷洒光化学烟雾有较好的抑制作用。在大气中喷洒0.05PPm0.05PPm的二乙基羟胺，能有效抑制光化学烟雾，利的二乙基羟胺，能有效抑制光化学烟雾，利于环保。但在使用的过程中，要注意抑制剂对人体于环保。但

25、在使用的过程中，要注意抑制剂对人体和动植物的毒害作用，并注意防止抑制剂产生二次和动植物的毒害作用，并注意防止抑制剂产生二次污染。污染。 光化学污染讲义4.植树造林植树造林 实验证明，树木实验证明，树木在一定浓度范围在一定浓度范围内，吸收各种有内，吸收各种有毒气体，使污染毒气体，使污染的空气得以净化。的空气得以净化。因此应大力提倡因此应大力提倡植树造林，绿化植树造林，绿化环境。环境。 5.设立检测点设立检测点为了及时了解光化学烟雾的情况，许多国家都很为了及时了解光化学烟雾的情况，许多国家都很重视监测工作。例如，洛杉矶市设有重视监测工作。例如，洛杉矶市设有1010个监测站，个监测站，经常监测光化学烟雾的污染状况。同时该市还制经常监测光化学烟雾的污染状况。同时该市还制定了光化学烟雾的三级警报标准，以便及时采取定了光化学烟雾的三级警报标准，以便及时采取有效的