光化學(xué)煙霧

目錄

[隱藏顯現(xiàn)]

1 簡(jiǎn)介

2 形成條件

3 特征

4 組成成分

5 形成機(jī)理

6 危害

1. 6.1 損害人和動(dòng)物的健康
2. 6.2 影響植物生長(zhǎng)
3. 6.3 影響材料質(zhì)量
4. 6.4 降低大氣的能見度

7 監(jiān)測(cè)方法

1. 7.1 植物監(jiān)測(cè)法
2. 7.2 監(jiān)測(cè)管法
3. 7.3 儀器監(jiān)測(cè)法

8 預(yù)防措施

1. 8.1 控制污染源
2. 8.2 減少機(jī)動(dòng)車尾氣的排放
3. 8.3 利用化學(xué)抑制劑
4. 8.4 植樹造林

9 主要事例

光化學(xué)煙霧是由汽車、工廠等污染源排入大氣的碳?xì)浠衔铮℉C）和氮氧化物（NOx）等一次污染物，在陽(yáng)光的作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成臭氧(O₃)、醛、 酮、酸、過氧乙酰硝酸酯（PAN）等二次污染物，參與光化學(xué)反應(yīng)過程的一次污染物和二次污染物的混合物所形成的煙霧污染現(xiàn)象。

光化學(xué)煙霧的成分非常復(fù)雜，但是對(duì)動(dòng)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。人和動(dòng)物受到的主要傷害是眼睛和粘膜受刺激、頭痛、呼吸障礙、慢性呼吸道疾病惡化、兒童肺功能異常等。

光化學(xué)煙霧的形成及其濃度，除直接決定于汽車排氣中污染物的數(shù)量和濃度以外，還受太陽(yáng)輻射強(qiáng)度、氣象以及地理等條件的影響。經(jīng)過研究表明，在北緯60度至南緯60度之間的一些大城市，都可能發(fā)生光化學(xué)煙霧。光化學(xué)煙霧主要發(fā)生在陽(yáng)光強(qiáng)烈的夏、秋季節(jié)。

光化學(xué)煙霧形成的最根本的條件是空氣中高濃度碳?xì)浠衔锖偷趸衔锏拇嬖凇６髿庵械牡趸镏饕獊?lái)源于化石燃料的燃燒和植物體的焚燒，以及農(nóng)田土壤和動(dòng)物排泄物中的的轉(zhuǎn)化。其中，以汽車尾氣為主要來(lái)源。

光化學(xué)煙霧的形成除了必備的化學(xué)條件之外，還需要一定的有利于煙霧形成的氣象條件。

光化學(xué)煙霧是一種刺激性的棕紅色煙霧 ，產(chǎn)生時(shí)大氣能見度降低。一般發(fā)生在大氣相對(duì)濕度較低、氣溫為24～32℃的夏季晴天，污染高峰出現(xiàn)在中午或稍后。

光化學(xué)煙霧是一種循環(huán)過程，白天生成，傍晚消失。污染區(qū)大氣的實(shí)測(cè)表明，一次污染物（HC）及一氧化氮(NO)的最大值出現(xiàn)在早晨交通繁忙時(shí)刻，隨著NO濃度的下降，二氧化氮（NO₂）濃度增大。臭氧和醛類等二次污染物隨著陽(yáng)光增強(qiáng)而積聚起來(lái)。它們的峰值一般要比NO峰值的出現(xiàn)延遲約 4～5個(gè)小時(shí)。二次污染物PAN濃度隨時(shí)間的變化同O₃和醛類相似。

光化學(xué)煙霧包括以下幾種物質(zhì)：

氮氧化物，例如二氧化氮；

對(duì)流層臭氧；

揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）；

硝酸過氧化乙?（PAN）；

醛類；

酮類；

通過對(duì)光化學(xué)煙霧形成的模擬實(shí)驗(yàn)，已經(jīng)初步明確在碳?xì)浠衔锖偷趸锏南嗷プ饔梅矫嬷饕幸韵逻^程：

1、污染空氣中NO₂的光解是光化學(xué)煙霧形成的起始反應(yīng)。

化學(xué)式： NO₂==NO+O（條件為光照） O+O₂==O₃ 2NO+O₂==2NO₂

分析：

2NO₂（排放的）==2NO[（3）式中有用）]+2O[（2）式中有用）]（條件為光照）

2O[（1）式中的O]+2O₂（空氣中的）==2O₃（刺激性氣體）

2NO[（1）式中的NO]+O₂==2NO₂（生成NO₂，開始繼續(xù)反應(yīng)）

綜合一下： 3O₂==2O₃（光照，NO₂）

2、碳?xì)浠衔锉籋O、O等自由基和臭氧氧化，導(dǎo)致醛、酮、醇、酸等產(chǎn)物以及重要的中間產(chǎn)物RO₂、HO₂、RCO等自由基的生成。

3、過氧自由基引起NO向NO₂的轉(zhuǎn)化，并導(dǎo)致O₃和PAN等的生成。

損害人和動(dòng)物的健康

光化學(xué)煙霧對(duì)眼睛的剌激作用特別強(qiáng)，濃度大約0.1ppm時(shí)，短時(shí)間的接觸就能使人流淚不止。當(dāng)濃度增加至1ppm時(shí)，眼睛發(fā)痛難睜，并有頭痛和呼吸困難征狀。長(zhǎng)期吸入，會(huì)引起咳嗽和氣喘。光化學(xué)煙霧濃度達(dá)50ppm時(shí)，人將有死亡危險(xiǎn)。

影響植物生長(zhǎng)

臭氧影響植物細(xì)胞的滲透性，可導(dǎo)致高產(chǎn)作物的高產(chǎn)性能消失，甚至使植物喪失遺傳能力。植物受到臭氧的損害，開始時(shí)表皮褪色，呈蠟質(zhì)狀，經(jīng)過一段時(shí)間后色素發(fā)生變化，葉片上出現(xiàn)紅褐色斑點(diǎn)。PAN使葉子背面呈銀灰色或古銅色，影響植物的生長(zhǎng)，降低植物對(duì)病蟲害的抵抗力。

對(duì)光化學(xué)煙霧敏感的植物包括許多農(nóng)作物（棉花、煙草、甜菜、萵苣、蕃茄和菠菜等），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。

影響材料質(zhì)量

光化學(xué)煙霧會(huì)促成酸雨形成，造成橡膠制品老化、脆裂，使染料褪色，建筑物和機(jī)器受腐蝕，并損害油漆涂料、紡織纖維和塑料制品等。

降低大氣的能見度

這主要是由于污染物質(zhì)在大氣中形成的光化學(xué)煙霧氣溶膠所引起的。這種氣溶膠顆粒大小一般多在0.3～1.0μm范圍內(nèi)。由于這樣大小的顆粒實(shí)際上不易因重力作用而沉降，能較長(zhǎng)時(shí)間懸浮于空氣中，長(zhǎng)距離遷移；它們與人視覺能力的光波波長(zhǎng)相一致，且能散射太陽(yáng)光，從而明顯地降低了大氣的能見度。因而妨害了汽車與飛機(jī)等交通工具的安全運(yùn)行，導(dǎo)致交通事故增多。

植物監(jiān)測(cè)法

檢測(cè)植物表皮損傷是一種簡(jiǎn)易的檢測(cè)方法，已逐漸被人們所重視。有些植物對(duì)某些大氣污染很敏感。如，光化學(xué)煙霧使葉片背面變成銀白色或古銅色，葉片正面出現(xiàn)一道橫貫全葉的壞死帶。

監(jiān)測(cè)管法

包括檢測(cè)試管法、直接檢測(cè)管法和吸附檢測(cè)管法。即將樣品置于毛細(xì)管中，讓它與水、某種化學(xué)物質(zhì)、或某種吸附劑反應(yīng)，并且與標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行比較以確定污染物濃度。

儀器監(jiān)測(cè)法

運(yùn)用各種可在野外現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行在線觀測(cè)的儀器可對(duì)光化學(xué)污染物和前體物進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以確定這些物質(zhì)的濃度水平和變化情況。該方法具有靈活、快速、能用于應(yīng)急等優(yōu)勢(shì)。

要了解光化學(xué)煙霧反應(yīng)產(chǎn)物和前體物的詳細(xì)成分，尤其是揮發(fā)性有機(jī)物及其轉(zhuǎn)化產(chǎn)物，有時(shí)需要利用一些實(shí)驗(yàn)室的較大型儀器設(shè)備進(jìn)行全面的監(jiān)測(cè)分析，例如，氣相色譜儀和色譜—質(zhì)譜聯(lián)用儀、液相色譜儀、紅外光譜分析儀等。

控制污染源

控制光化學(xué)煙霧同控制其他污染一樣，首先要控制污染源。幾乎所有的燃燒過程都產(chǎn)生氮氧化物。煉油工業(yè)、加油站和焚燒爐等也是重要的排放源。改善能源結(jié)構(gòu)、改良供暖系統(tǒng)、推廣先進(jìn)的技術(shù)都是控制污染源的重要途徑。

減少機(jī)動(dòng)車尾氣的排放

NO和碳?xì)浠衔锏闹匾獊?lái)源是機(jī)動(dòng)車尾氣的排放。當(dāng)燃料在發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸里進(jìn)行燃燒時(shí)，由于內(nèi)燃機(jī)所用的燃料中含有碳、氫、氧之外的雜質(zhì)，使得內(nèi)燃機(jī)的燃燒不完全，排放的尾氣中含有一定量的CO、碳?xì)浠衔铩O、微粒物質(zhì)和臭氣（甲醛、丙烯醛等）。碳?xì)浠衔锍煞謴?fù)雜，含有強(qiáng)致癌物質(zhì)。因此控制機(jī)動(dòng)車尾氣排放對(duì)于預(yù)防光化學(xué)煙霧有很大的積極作用。

利用化學(xué)抑制劑

使用化學(xué)抑制劑目的是消除自由基，以抑制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的進(jìn)行，從而控制光化學(xué)煙霧的形成。人們發(fā)現(xiàn)二乙基羥胺，苯胺，二苯胺，酚等對(duì)氫氧自由基有不同的抑制作用，尤其是二乙基羥胺（DEHA）對(duì)光化學(xué)煙霧有較好的抑制作用。在大氣中噴灑0. 05PPm的二乙基羥胺，能有效抑制光化學(xué)煙霧，利于環(huán)保。但在使用的過程中，要注意抑制劑對(duì)人體和動(dòng)植物的毒害作用，并注意防止抑制劑產(chǎn)生二次污染。

植樹造林

實(shí)驗(yàn)證明，樹木在一定濃度范圍內(nèi)，吸收各種有毒氣體，使污染的空氣得以凈化。因此應(yīng)大力提倡植樹造林，綠化環(huán)境。

1943年，美國(guó)洛杉磯市發(fā)生了世界上最早的光化學(xué)煙霧事件（請(qǐng)查閱：1943年洛杉磯光化學(xué)煙霧事件）。當(dāng)時(shí)該市250萬(wàn)輛汽車每天燃燒掉1100噸汽油，汽油燃燒后產(chǎn)生的碳?xì)浠衔锏仍谔?yáng)紫外光線照射下引起化學(xué)反應(yīng)，形成淺污染煙霧，使該市大多市民患了眼紅、頭疼病。

1955年和1970年洛杉磯又兩度發(fā)生光化學(xué)元素?zé)熿F事件，前者有400多人因五官中毒、呼吸衰竭而死，后者使全市四分之三的人患病。

1971年，日本東京發(fā)生了較嚴(yán)重的光化學(xué)煙霧事件，使一些學(xué)生中毒昏倒。與此同時(shí)，日本的其他城市也有類似的事件發(fā)生。此后，日本一些大城市連續(xù)不斷出現(xiàn)光化學(xué)煙霧。日本環(huán)保部門經(jīng)對(duì)東京幾個(gè)主要污染源排放的主要污染物進(jìn)行調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，汽車排放的CO、NOx、HC三種污染物約占總排放量的80%。

1997年夏季，擁有80萬(wàn)輛汽車的智利首都圣地亞哥也發(fā)生光化學(xué)煙霧事件。由于光化學(xué)煙霧的作用，迫使政府對(duì)該市實(shí)行緊急狀態(tài)：學(xué)校停課、工廠停工、影院歇業(yè)，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(tài)”。

在北美、英國(guó)、澳大利亞和歐洲地區(qū)也先后出現(xiàn)這種煙霧。

2012年5月，據(jù)媒體報(bào)道，中國(guó)4/5的城市不能達(dá)到新的環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，空氣污染嚴(yán)重影響居民身體健康；2011年，僅北京、上海兩市完成氮氧化物年度減排計(jì)劃。長(zhǎng)三角、珠三角、京津冀等地區(qū)城市大氣灰霾和光化學(xué)煙霧污染日漸突出，灰霾天數(shù)占到全年總天數(shù)的30%至50%。

2013年2月16日，中國(guó)科學(xué)院公布了該院“大氣灰霾追因與控制”專項(xiàng)組的最新研究結(jié)果。研究認(rèn)為，2013年初的強(qiáng)霧霾事件，是異常天氣形勢(shì)造成中東部大氣穩(wěn)定、人為污染排放、浮塵和豐富水汽共同作用的結(jié)果，是一次自然因素和人為因素共同作用的事件。

專項(xiàng)組成員、中科院遙感與數(shù)字地球研究所研究員陳良富表示，空氣污染物中的可溶性成分遇到浮塵礦物質(zhì)凝結(jié)核后會(huì)迅速包裹，形成混合顆粒，再遇到較大的空氣相對(duì)濕度后，就會(huì)很快發(fā)生吸濕增長(zhǎng)，顆粒的粒徑增長(zhǎng)2倍至3倍，消光系數(shù)增加8倍至9倍，也就是能見度下降為原來(lái)的八分之一至九分之一。中科院大氣物理所研究員王躍思表示，席卷中國(guó)中東部地區(qū)的強(qiáng)霾污染物化學(xué)組成，是英國(guó)倫敦1952年煙霧事件和20世紀(jì)40~50年代開始的美國(guó)洛杉磯光化學(xué)煙霧事件污染物的混合體，并疊加了中國(guó)特色的沙塵氣溶膠。