光化学烟雾的形成机理.危害及防治措施

光化学烟雾的形成机理、危害及防治措施

一、引言

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，化学污染引起的环境污染尤为严重。含有氮氧化物和碳氧化物等一次污染物的大气，在阳光的照射下，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。近年来，汽车尾气排放的NOx 、CO 及随后形成的光化学烟雾，使得许多大城市的空气质量恶化。随着全球工业和汽车业的迅猛发展，光化学烟雾污染在世界各地不断出现，如美国洛杉矶、日本东京、大阪、英国伦敦、澳大利亚、德国等大城市及我国北京、南京、兰州均发生过光化学烟雾现象。

二、光化学烟雾的形成机理

光化学烟雾的形成条件是大气中有氮氧化物和碳氧化物存在，大气温度较低，而且有强烈的阳光照射，这样在大气中就会一系列复杂的反应，生成出一些二次污染物，如O 3、醛、PAN 、H 2O 2等。

光化学烟雾是一个链式反应，其中关键性的反应可以简单地分成3组：

（1）NO 2的光解导致O 3的生成：

链引发反应主要是NO 2的光解，反应如下：

NO 2 +hv→NO +O

O +O2 +M→O3 +M

NO +O3→ NO2 +O2.

(2)(HC)氧化生成了具有活性的自由基，如HO 、HO 2、RO 2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NO 2和醛光解引起的：

NO 2 +hv→NO +O

RCHO +hv→RCO +H

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 +HO

RH + HO →R +H2O

H + O2 →HO2

R + O2→RO2

RCO+ O2→[RC（O ）O 2]

其中：R —烷基；

RO 2—过氧烷基；

RCO —酰基；

[RC（O ）O 2]—过氧酰基。

（3）通过以上途径生成的HO 2、RO 2、[RC（O ）O 2]均可将NO 氧化成NO 2。

NO +HO2 →NO2 +HO

NO +RO2→NO2 +RO

RO +O2 →HO2 +RCHO

NO + RC（O ）O 2→NO2 + RC（O ）O

RC （O ）O→R +CO2

其中：RO —烷氧基；

RCHO —醛。

三、光化学烟雾的危害

光化学烟雾成分复杂，但是，对动物、植物和材料有害的主要是O 3、PAN 、醛、酮等二次污染物。人和动物受到的主要伤害是眼睛和黏膜受到刺激、头痛、呼吸障碍、慢性呼吸道疾病恶化、儿童肺功能异常等。1955年，美国洛杉机因为光化学烟雾一次就死了400多人。植物受到臭氧的损害，开始时表皮褪色，呈蜡质状，经过一段时间之后色素发生变化，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。O 3、PAN 等还能造成橡胶制品老化，脆裂，使染料褪色，并损害油漆涂料、纺织纤维和塑料制品等。

四、光化学烟雾的防治措施

工业上，较好的措施是对煤进行加工，改进燃烧技术，同时改进生产工艺，对污染物进行后处理及合理排放。使用前对煤进行脱硫加工，并尽可能除去灰分; 使用过程中，通过对锅炉进行适当改进，同时加人固硫剂，可减少烟尘利二氧化硫的发生量; 最后，对废气进行综合利用后，对不能利用的进行无害处理后再进行排放。对于生活燃煤，除了对煤迹行加工外，比较好的措施是改进用能和供能方式，采用集中供热、城市燃气化。集中供热和城市燃气化，是城市节能和综合整治的重要内容，能有效地改善城市大气环境质量，减少室内空气污染。

此外，重点研究改革燃料和改进汽车设备结构， 试制无公害汽车和发展高效交通系统。具体举措为:

(1 )改革燃料。采用液化天然气、氢气、液化煤气与柴油的混合燃料和无铅汽油来代替有铅汽油作为汽车燃料，是减少汽车尾气污染的有效措施。采用天然气作燃料，在燃烧时不仅排出的污染物极少，没有气味，没有铅化物，而且噪声很小，从而减少发生光化学烟雾污

染的可能性。

(2 )改进汽车设备结构。汽车尾气污染的防治，除提高汽油燃烧质量外，关键在于改进发动机的燃烧设计。美国福特公司制成一种“层化加油”发动机，它改变了燃烧室的设计和燃料注人系统的设计，从而减少废气的排出。日本本田摩托车研制出三台层状燃烧的汽缸，它能使汽油与空气的比例降到1:20，使排气中氮氧化物减少2/3，一氧化碳、碳氢化合物几乎减少一半以上。这两种发动机，„种是减少

基质的浓度，一种是减少引发物质的浓度，其结果都是使光化学烟雾产生的可能性降低。

(3 )研究无公害汽车和发展高效交通系统。从发 展 远 景来看，国外正在大力发展无公害汽车如电子汽车、电动汽车和蒸汽汽车等。通过发展高效率城市交通系统以代替市内汽车。这些都是减少汽车尾气排放和防止光化学烟雾污染城市大气的重要措施通过改进发动机结构和运行条件能有效减少污染物的发生但现阶段这些措施仍不可能使尾气达到直接排放的要求，还必须进行废气净化处理。一氧化碳和碳氢化物的净化，可用热反应法或催化氧化法来达到目的。至于氮氧化物，采用三元催化的方法可达到净化目的。

另外，大面积地植树造林绿色植物是二氧化碳的消耗者，氧气的天然加工厂，在调节大气中的二氧化碳的平衡上起着无可替代的作用，不同的植物对二氧化硫、氟化氢、氯气、氨气、氯化氢、光化学烟雾、放射线等有不同的吸收能力，从而达到净化空气的效果。

五、结语

世界卫生组织(WHO)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。城市空气污染与经济发展水平密切相关，我国正处快速发展时期，城市空气污染已经成为一个重要的环境问题。为防止光化学烟雾的爆发，除了采取上述方法外，还必须采取行政命令干涉的手段才能有较好的效果。