光化學污染

光化學煙霧主要是由于汽車尾氣和工業廢氣排放造成的,汽車尾氣中的烯烴類碳氫化合物和二氧化氮(NO2)被排放到大氣中后,在強烈的陽光紫外線照射下,會吸收太陽光所具有的能量。這些物質的分子在吸收了太陽光的能量后,會變得不穩定起來,原有的化學鏈遭到破壞,形成新的物質。這種化學反應被稱為光化學反應,其產物就是含劇毒的光化學煙霧。
光化學污染是出現在以汽油作動力燃料之后的一種新型污染物,約1944年左右出現在美國第三大城市洛杉磯。自20世紀50年代以來,光化學污染在世界各地不斷出現,已成為一個世界性的問題,引起了人們的關注。在交通車輛高度發展的地區,在排放氮氫化物和碳氫化合物的工廠比較集中的工業區,都有必要警戒光化學污染問題。
洛杉磯光化學煙霧光化學煙霧的組成
光化學煙霧是由二氧化氮、一氧化氮、一氧化碳和碳氫化合物等一次污染物及它們在一定條件下反應產生的二次污染物——臭氧、過氧乙酰硝酸酯PAN、醛等混合而成的。其主要成分是臭氧、醛類、過氧乙酰基硝酸酯、烷基硝酸鹽、酮等一系列氧化劑。氮氧化合物的來源
光化學煙霧的主要成分作NO和NO2,主要來自燃料的燃燒、汽車的尾氣、生產和使用硝酸的工廠尾氣,燃煤發電廠等。一氧化碳來源
一氧化碳主要來汽車尾氣(主要在汽油燃燒不充分時,如停車狀態開發動機),燃煤,農墾燒荒,有機物燃燒。臭氧來源
臭氧(O3,又稱作光化學氧化劑)主要來源:從汽車和工廠釋放出的氮氧化物在太陽光照射下與氧氣反應生成。 那為什么會產生光化學煙霧呢?原來光化學煙霧的產生與汽車尾氣排放有著直接關系,一般發生在濕度低、氣溫在24-32℃度的夏季晴天的中午或午后。汽車尾氣產生的主要污染物一氧化碳、碳氫化合物(用HC表示)、氮氧化物(用NOx表示)和鉛化合物。如遇到在強日照和低溫度逆溫氣象條件,排放到大氣中的碳氫化合物和氮氧化物(稱它們為一次污染物)在陽光輻射下發生光化學反應產生臭氧、醛類、過氧乙酸硝酸酯等二次污染物,它們與一次污染物混合,即形成光化學煙霧。
物質要素:氮氧化物(NOx)和碳氫化合物(CxHy)等。
2、氣象條件
①強烈光照(NO2的光解需290-420nm的光,因此,夏季比冬季可能性大,一天中中午前后光線最強時出現“煙霧”的可能性大。)
②低風速、低濕度、逆溫天氣。洛杉磯是每年5月~10月(1943年)。總之,天氣晴朗、高溫、低濕和有逆溫風力不大時。
3、地理條件
太陽輻射強度是一個主要條件,太陽輻射的強弱,主要取決于太陽的高度,即太陽輻射線與地面所成的投射角以及大氣透明度等。因此,光化學煙霧的濃度,除受太陽輻射強度的日變化影響外,還受該地的緯度、海拔高度、季節、天氣等條件的影響。經過研究表明,在北緯60度~南緯60度之間的一些大城市,都可能發生光化學煙霧。光化學煙霧主要發生在陽光強烈的夏、秋季節。隨著光化學反應的不斷進行,反應生成物不斷蓄積,光化學煙霧的濃度不斷升高,約3~4h后達到最大值。
光化學煙霧是一個鏈反應,鏈引發反應主要是NO2的光解。光化學煙霧形成的反應機制可概括為如下12個反應來描述:

1、鏈引發反應
NO2+hν→NO+O
O+O2+M→O3+M
NO+O3→NO2+O2
2、鏈傳遞自由基傳遞反應
O2
RH+HO→RO2+H2O
O2
RCHO+HO→RC(O)O2+H2O
2O2
RCHO+hν→RO2+HO2+CO
HO2+NO→NO2+HO
O2
RO2+NO→NO2+R,CHO+HO2
RC(O)O2+NO→NO2+RO2+CO2
3、鏈終止。終止反應
HO+NO2→HNO3
RC(O)O2+NO2→RC(O)O2NO2
RC(O)O2NO2→RC(O)O2+NO2
NO2光分解成NO和氧原子時,光化學煙霧的循環就開始了。原子氧會和氧分子反應生成臭氧(O3),O3是一種強氧化劑,O3與烴類發生一系列復雜的化學反應,產生了煙霧和刺激眼睛的物質,如醛類、酮類等物質。在此過程中,NO2還會形成另一類刺激性強烈的物質如PAN(硝酸過氧化乙酰)。這種一次污染無與二次污染無的混和煙霧就形成了光化學煙霧。

經過研究表明,在北緯60度~南緯60度之間的一些大城市,都可能發生光化學煙霧。光化學煙霧主要發生在陽光強烈的夏、秋季節。隨著光化學反應的不斷進行,反應生成物不斷蓄積,光化學煙霧的濃度不斷升高,約3~4h后達到最大值。這種光化學煙霧可隨氣流飄移數百公里,使遠離城市的農村莊稼也受到損害。
光化學煙霧對人體健康的影響

臭氧對人體的危害
臭氧對人體的危害主要表現在刺激和破壞深部呼吸道粘膜和組織,對眼睛也有刺激,其作用與二氧化氮類似。在低濃度長時間作用時,引起慢性呼吸道疾病及其它疾病。大氣中臭氧濃度為0.1~0.5ppm時引起鼻和喉頭粘膜的刺激和對眼睛的刺激。在0.2~0.8ppm濃度下接觸兩小時后會出現氣管刺激癥狀,1ppm以上引起頭疼、肺深部氣道變窄,出現肺氣腫,長時間接觸會出現一系列中樞神經損害或引起肺水腫。此外,還能阻礙血液輸氧的功能,造成組織缺氧現象;并有使視力遲鈍、甲狀腺功能受損、骨骼早期鈣化等作用。根據近年研究,它還有引起染色體畸變的作用。過氧乙酰硝酸酯對人體的危害

研究表明光化學煙霧中的過氧乙酰硝酸酯(PAN)是一種極強的催淚劑,其催淚作用相當于甲醛的200倍。另一種眼睛強刺激劑是過氧苯酰硝酸酯(PBN),它對眼的刺激作用比PAN大約強100倍。空氣中的飄塵在眼刺激劑作用方面能起到把濃縮眼刺激劑送入眼中的作用。近來據報道,PAN和PBN還有致癌危險。美國環保機構統計,美國每年癌癥患者中有58%是由汽車廢氣引起空氣污染所致。
過氧乙酰硝酸酯對人體的危害,特別是過氧苯酰酸酯、醛類、硝酸和硫酸等,都有強烈刺激眼睛的作用,使人眼睛紅腫、流淚,呼吸系統癥狀表現為喉疼、喘息、咳嗽、呼吸困難還能引起頭痛、胸悶、疲勞感、皮膚潮紅、心功能障礙和肺功能衰竭等一系列癥狀。

對光化學煙霧敏感的植物包括許多農作物(棉花、煙草、甜菜、萵苣、番茄和菠菜等),以及某些飼料作物,觀賞植物(如菊花、薔薇、蘭花和牽牛花等)和多種樹木。

光化學煙霧會加速橡膠制品的老化和龜裂,腐蝕建筑物和衣物,縮短其使用壽命。光化學煙霧還會促成酸雨形成,并使染料、繪畫褪色,橡膠制品老化,建筑物和機器受腐蝕等。
1943年,美國洛杉磯市發生了世界上最早的光化學煙霧事件。此后,對洛杉磯煙霧經過反復的調查研究,直到1958年才發現是由于洛杉磯市擁有250萬輛汽車排放的尾氣污染而造成。這些汽車每天消耗約1600噸汽油,向大氣排放1000多噸碳氫化合物(HC)、400多噸氮氧化物(NOx)。這些氣體受陽光作用,釀成了危害人類健康的光化學煙霧事件。1970年美國加利福尼亞洲發生大規模的光化學煙霧事件,農作物的損失達到2500多萬美元。
1971年,日本東京發生較嚴重的光化學煙霧事件,使一些學生中毒昏迷。與此同時,日本的其它城市也發生了類似的事件。此后,日本的一些大城市連續不斷出現光化學煙霧事件。日本環保部門對東京幾個主要污染排放的主要污染物進行調查發現,汽車排放的CO、NOx、HC這三種污染物占總排放量的80%,使人們進一步認識到,汽車排放的尾氣是產生光化學煙霧的罪魁禍首。
1997年夏季,擁有80萬輛汽車的智利首都圣地亞哥也發生光化學煙霧事件。由于光化學煙霧的作用,迫使政府對該市實行緊急狀態:學校停課、工廠停工、影院歇業,孩子、孕婦和老人被勸告不要外出,使智利首都圣地亞哥處于“半癱瘓狀態”。在北美、英國、澳大利亞和歐洲地區也先后出現這種煙霧。由此可見,光化學煙霧已經對人類生存和城市環境構成了嚴重威脅。
控制機動車尾氣排放
通過以上的論述我們知道預防光化學煙霧的發生主要是由于機動車尾氣的排放造成的,所以我們要嚴格遵守排放標準,提高汽車性能,提高油品質量,使用清潔燃油,改善汽車發動機工作狀態和在排氣系統安裝催化反應器等。