光化学烟雾的形成_危害及防治

地质灾害与环境保护

JournalofGeologicalHazardsandEnvironmentPreservation

Vol.14,　No.3September2003

文章编号:　1006-4362(2003)03-0036-03

光化学烟雾的形成、危害及防治

单志强,陈建华

(广西大学资源与环境学院,南宁　530004)

摘要:　光化学烟雾是大气污染的一种,它不仅危害人们的健康,而且严重威胁着生态系统的平衡。本

文从光化学烟雾的形成机理、日变化曲线、危害及对其的防治对策等方面进行阐述,以便大家能够对光化学烟雾有一个完整、系统的认识。

关键词:　光化学烟雾;大气污染

中图分类号:　X131.1　　文献标识码:　A

1　概述

继美国洛杉矶发生光化学烟雾之后,世界各地不断出现,如东京、大阪、伦敦等,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1600t汽油,向大气排放超过1000t碳氢化合物和400t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。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。据报道,广西南宁近期出现了光化学烟雾,在各主要街道,人们感到眼睛刺痛、喉咙发痒、气味难闻。一层淡蓝色的烟雾在空中弥漫……

——光化学烟雾,在这种复杂的光化学反应过程中,主要生成光化学氧化剂(主要是O3)及其他多种复杂的化合物,在阳光照射下发生光化学反应而产生二次污染物,这种由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,称为光化学烟雾。

3　光化学烟雾的形成机理

光化学烟雾的形成主要是因为在大气中发生了一系列复杂的反应,生成出一些二次污染物,如O3、醛、PAN、H2O2等。

光化学烟雾是一个链反应,其中关键性的反应可以简单地分成三组:

(1)NO2的光解导致O3的生成。

链引发反应主要是NO2的光解。反应如下:NO2+hv→NO+OO+O2+M→O3+MO3+NO→O2+NO2

(2)(HC)化合物氧化生成了具有活性的自由基,如HO、HO2、RO2等。

在光化学反应中,自由基反应占很重要的地位,自由基的引发反应主要是由NO2和醛光解引起的:

NO2+hv→NO+ORCHO+hv→RCO+H

2　光化学烟雾的概念

含有氮氧化物和碳氢化物(HC)等一次污染物的大气,氮氧化物(NOx)主要是指NO和NO2。NO和NO2都是对人体有害的气体。在大气环境中受强烈的太阳紫外线照射后产生一种新的二次污染物　　收稿日期:　2003-03-24

第14卷　第3期单志强、陈建华:光化学烟雾的形成、危害及防治

　　　37

碳氢化合物的存在是自由基转化和增殖的根本原因:

RH+O→R+HORH+HO→R+H2O

+O2→HO2H

R+O2→RO2

RCO+O2→[RC(O)O2]

其中R为烷基,RO2为过氧烷基,RCO为酰基,[RC(O)O2]为过氧酰基。

(3)通过以上途径生成的

HO2、RO2、

[RC(O)O2]均可将NO氧化成NO2:

NO+HO2→NO2+HONO+RO2→NO2+RORO+O2→HO2+RCHO

NO+RC(O)O2→NO2+RC(O)O

RC(O)O→R+CO2

其中RO为烷氧基,RCHO为醛。

将上述反应综合起来可以得到如图1所示的反应链:

图1　反应链示意图

Fig.1　Thesketchforfreegroupofphotochemicalfog

4　光化学烟雾的日变化曲线

光化学烟雾在白天生成,傍晚消失。污染高峰出

现在中午或稍后。图2显示了污染区大气NO、NO2、烃、醛及O3从早至晚的日变化曲线。

。由此可知NO2、O3和醛是在日光照射下由大气光h

化学反应而产生的,属于二次污染物。

5　光化学烟雾的危害

5.1　对人类健康的危害

光化学烟雾在不利于扩散的气象条件时,烟雾会积聚不散,使人眼和呼吸道受刺激或诱发各种呼吸道炎症,危害人体健康。对人体最突出的危害是刺激眼睛和上呼吸道粘膜,引起眼睛红肿和喉炎,这与醛类等二次污染物有关。它的另一些危害与臭氧有

3

关。当大气中臭氧浓度达到200～300μg/m时,会引发哮喘发作导致上呼吸道疾患恶化,使视觉敏感度和视力降低;浓度在400～1600μg/m时,只要接触两小时就会出现气管刺激症状,引起胸骨下疼痛和肺通透性降低,使肌体缺氧;浓度再高,就会出现头痛,并使肺部气道变窄,出现肺气肿等。5.2　对大气的危害

气溶胶,光化学烟雾等可以降低大气的能见度,

3

图2　光化学烟雾日变化曲线

Fig.2　Dailyvariationcurveofphotochemicalfog

减弱阳光强度,从而影响植物的光合作用,给其生长带来不利影响。

5.3　对植物的危害

对植物的危害是大气污染影响生物界的最初表现。大气污染可使植物的叶、花及果实生长迟缓,产量减少,质量变差,甚至助长病虫害的发展和蔓延。从图2可以看出,烃和NO的最大值发生在早晨交通繁忙时刻,这时NO2浓度较低。随着太阳辐射的增强,NO2、O3的浓度迅速增大,中午时已达到较高浓度,它们的峰值通常比NO峰值晚出现4～5

　　　38

地质灾害与环境保护2003年　

5.4　对生活条件的危害

大气中的烟雾会污染街道、庭院,使居室及室内的设备、衣服等被腐蚀受损。

5.5　对建筑物的危害

光化学烟雾中的各种氧化物会腐蚀建筑材料和设备器材。

自由基的形成,主要是控制反应活性高的有机物的排放,能够控制光化学烟雾的形成和发展。此外,向大气中散发阻化剂,也可以有效地控制自由基的形成。

参考文献

[1]　戴树桂.环境化学[M].高等教育出版社,1995.9.

[2]　蒋展鹏,祝万鹏.环境工程监测[M].清华大学出版社,1998.5.[3]　杨承义.环境保护[M].1994.7.

[4]　张远航,邵可声,等.中国城市光化学烟雾污染研究[J].北京大

学学报(自然科学版),1998,34:2-3.

[5]　周鲁,伏开社.Gear算法模拟光化学烟雾形成反应[J].四川联

合大学学报,1997,1(2).

[6]　唐孝炎,等.大气环境化学[M].北京:高等教育出版社,1990.

6　光化学烟雾的防治

(1)控制氮氧化物、碳氢化物、一氧化碳的排放,尤其是前两种污染物,机动车的尾气控制是关键,一辆两冲程的麾托车的污染量是一辆轿车的4

倍,所以在一些麾托车较多的城市更要采取有效的措施,比如安装尾气净化装置、改善燃料的性能等。

(2)控制光化学烟雾形成过程中起链接作用的

FORMATION、HARMAND

PREVENTIONOFPHOTOCHEMICALFOG

SHANZhi-qiang,CHENJian-hua

(DepartmentofResourceandEnvironment,GuangxiUniversity,Nanning,　530004,China)

Abstract:　Thephotochemicalfogisonekindoftheatmospherepollution.Itendangersnotonlypeople'shealthbutalsothebalanceoftheecosystem.Thepaperfocusesontheformationofphotochemicalfog,itsharm,andcountermeasuretotreatthephotochemicalfog.

Keywords:　photochemicalfog;atmospherepollution

作者简介:　单志强(1977—　),男,硕士,主要从事光催化降解废水纳米新材料方向的研究。