论雾霾天气的形成条件及其治理途径_邹进上

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论雾霾天气的形成条件及其治理途径

近年来，世界上许多工业城市，由于汽车数量不断增加，硝酸工业、石油化工、天然气、煤炭工业的迅速发展，排放到大气中的氮氧化合物和碳氢化合物日益增多，空气污染日趋严重，光化学烟雾发生的概率也会越来越大。1 莫天麟2 江 怒3

一、北京及我国中东部地区浓厚雾霾天气

情况概述

2013年1月16日起及随后一段时间内，我国中东部地区，包括北京，出现浓厚雾霾，久久挥之不去。一条深褐色的污染带斜穿1/3的国土，从北京、天津到石家庄，从南通、郑州到贵阳，空气污染指数急剧上升，74个重点监测城市近半数严重污染，北京城区PM 2.5浓度值一度逼近1000。北京市环保局相关人员指出，由于近年来工业污染物排放量大，如燃煤、机动车（汽车尾气）、化工工业、扬尘等这些污染源是造成本次严重污染的根本原因。

空气污染物主要是由于大气中存在一些气溶胶粒子和极细的固体颗粒，其中包含有硫化物（主要是硫酸盐）、碳氢化合物、氮化物、重金属、放射性物质等，此外尚有某些毒性气体，如一氧化碳等。这些粒子进入支气管、肺部会危害人体健康，引起鼻炎、哮喘、支气管炎，诱发肺癌或心血管病，导致心肌梗死等。

SO 2是无色而有剌激性臭味的气体，毒性较大，它是烧煤或燃烧石油时产生的。一吨煤中含5到50公斤硫黄；一吨石油含5到30公斤硫黄（一般为10公斤左右）。这些硫黄在燃烧时将变成两倍硫黄重量的SO 2进入大气，这就是火力发电厂周围居民受害的主要原因。由于煤和石油的含硫量高，用量又很大，所以估计现在全世界每年排入大气中的SO 2总量高达一1.5亿吨（据1982年以前的统计），成为空气污染物的主要毒物。

因为大多数硫化合物源自人工污染，所以大气中硫化合物的浓度随测量地点而有很大变化。据观测，全球SO 2的本底浓度为0.3ppb~1.0 ppb。美国政府规定：SO 2的年平均最大允许浓度为30 ppb。实际上，由于近年来工业的迅速发展，某些大工业城市中SO 2的浓度显著超过最大允许浓度值。1962~1964年，美国一些主要城市中SO 2的年平均浓度从20 ppb增加到130 ppb；同一时期，在芝加哥观测到SO 2峰值浓度为1940 ppb。又如日本的四日市，大气中的SO 2曾超过允许浓度5倍以上。据1970年统计，约有500人因SO 2中毒而死亡，人们称这种病为“四日市气喘病”。

SO 2在空中的停留时间，大约一周。如遇下雨或降雪时，SO2便随雨或雪降到地面，所以地表面应是SO 2的汇集处。当SO 2在空气中遇到水汽，便变成硫酸烟雾（H2SO 4）,它可以长时间停留在大气之中。这种烟雾的毒性比SO 2高10倍，严重污染环境，对人体危害极大。当SO 2浓度达到0.02ppm~0.1ppm时，可使哮喘病人和支气管病人咳嗽加重；但是，当硫酸

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二、空气中污染物的种类及其化学成分

空气中污染物的种类很多，已经产生危害，而且受到人们关注的物质有百余种。

1．硫化合物

气态硫化合物是空气污染的重要组成部分。硫以还原态H 2S 或氧化形成SO 2、SO3，存在于大气中。

THEORY 理论 环境

（1）烃和NO X 排放到大气中；烟雾的浓度达到0.01ppm~0.02ppm时，那就厉害多了，本步骤组成的。（2）经不仅咳嗽加重，而且病人简直难以忍受。例如，英国

混合后，吸收太阳能；（3）消耗NO X 同时形成“氧化剂”；

“伦敦烟雾” 事件、日本东京“光化学烟雾” 事件，也（4）烃被上述“氧化剂”氧化，产生醛、过氧化物、有硫酸烟雾参与。一般情况下，SO 2不能直接溶于水，过氧硝酸酯等气溶胶和剌激肉眼的物质；（5）氧化过而是先被氧化（主要是与OH 自由基反应）。当它遇到云雾时，便变成亚硫酸（H2SO 3），亚硫酸又迅速氧化成为硫酸，形成硫酸液滴，悬浮于低层大气之中。

由于SO 3与大气中的水汽化合，便形成稀硫酸溶液。这类液滴如悬浮在大气中并与其他成分化合，可能形成各种硫酸盐气溶胶，而硫酸盐气溶胶含量与消光系数之间存在一定的关系，从而影响地球上的太阳散射辐射，因此，在一定程度上也影响这些地区的气候。如在雨天，就将形成酸雨。

2. 一氧化碳

它是一种无色、无味的剧毒气体。若空气中CO 含量达百万分之十时，可使人中毒；含量达1%时两分钟内就可能使人丧命。随着现代工业的发展和汽车的增多，排放到大气中的CO 日益增加。据估计，全球每年排入大气中的CO 达两亿多吨，而且它可在大气中停留两到三年。正因为CO 在大气中累积的数量大、毒性强、持续时间长，浓度大，很易发生人畜中毒事件。早在1926年，美国纽约就发生过交警与驾驶员CO 中毒事件。美国通用标准CO 最大允许浓度为9ppm 。美国某些汽车多的大城市CO 浓度一般为25ppm ，日本大城市曾有过83ppm 的记录。

3. 光化学烟雾

所谓“光化学烟雾”，是指汽车和工厂烟囱排放出的氮氧化合物（NOX ）和碳氢化合物混合后经太阳紫外线照射，引起化学反应而生成的烟雾混合物的总称。它的特征是：呈雾状，能见度低，由于日光照射情况不同，呈黄褐色，有时带紫色。它对眼睛、喉咙黏膜有严重剌激，能损害呼吸系统、神经系统和造血系统。

“光化学烟雾” 的实质，主要是NO X 与碳氢化合物混合后，在阳光照射下产生一系列光化学反应，而后生成臭氧、过氧化物、醛、酮、有机酸等。这些机理比较复杂，但可以推断，它的产生是由下列五个基

程终止，污染物被控制。

发生“光化学烟雾” 的条件有如下几个方面：（1）能引起光化学反应的太阳光主要是，波长L ＜3700埃的紫外光。地球上高纬度（＞600）地区的紫外光受大气中微粒散射损失太多，不易引起光化学反应。（2）晴天，气溶胶可能受到较多的紫外光。所以在晴朗的夏季，湿度低，温度在24℃~32℃时，容易发生“光化学烟雾”。如果湿度大，则会使光化学反应受到抑制。（3）参与反应的物质必须累积到较高的浓度，并持续一定的时间，才能发生光化学反应。物的积累，不利于光化学反应，故不易发生“光化学烟雾”。（4）学校操场空地、草地、河川等处，其地表气温较周围低，污染物随气流下沉积聚，容易出现高浓度的氧化剂。此处污染物的浓度也会增高，如果上风方向有机场，当飞机尾气浓度高时，其下风方向也容易发生“光化学烟雾”。在我国(京津地区) 暂时虽未发现“光化学烟雾”，但必须防患于未然。

4. 其他污染物及其化学成分

氮化合物（NO、NO2、N2O、NH3）可能是有害空气污染物，大部分来自天然源。在大气环境中NO、NO2的浓度均为1ppb ；而N 2O、NH3的浓度分别为250ppb 和100ppb 。

二氧化碳（CO2）主要来自燃烧。由于人类活动的影响，CO2浓度显然以0.7ppm/年的速率增加。尽管CO 2是一种无毒的气体，但长期进入大气和累积的结果，肯定会在若干年后产生某种生态效应。由于它的温室效应，将使全球气候发生影响（使气候变暖）。

近年来，随着工业的发展，不少有毒的重金属（铅、汞、镉、铬等）烟尘或蒸气混入大气中，其危害性可能超过二氧化硫。例如，大气中观测到汞蒸气，其浓度为1~10ng/m3量级。尤其是在贮存液态汞的地方，其浓度更高。空气中的重金属主要来源于水银炼制厂、铅厂、电镀厂（铬、镉）以及氯乙烯中间体工

一氧化碳（CO）是人们极为关注的大气污染物，风速在5米/秒以上时，会破坏逆温层，不利于污染

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厂、汽车尾气等。

放射性污染物主要来源于核弹爆炸、核电厂失事泄漏、萤火涂料厂等。放射性物质一旦进入大气中，便造成空气严重污染，特别是长寿命的裂变产物，如锶-90、铯-137（半衰期分别为33年和30.5年）进入人体后，会造成严重伤害。土壤表层也存在残留的人工放射性或天然放射性元素：铀、镭、钍，它们可生成放射性子体——氡，并逸散于空气中。虽然在无核爆或无核电厂泄漏的情况下，空气中也存在放射性，此即天然放射性本底。如果发现某地区空气放射性浓度高于1×10-13居里/升时，即可认为有人工放射性污染。因此，利用本底监测数据，可以作为放射性污染侦查的一项指标。

煤烟微粒是大气气溶胶的组成部分。在煤燃烧后所产生的烟雾中，除了没有燃尽的煤粒、粉尘外，还含有水汽、二氧化碳、二氧化硫、一氧化碳以及氮氧化合物、碳氢氧化合物等有毒气体。一般情况下，工厂每烧一吨煤，约有11公斤粉尘排入大气。据估计，世界各地排入大气中的年总量大约是一亿吨，占世界污染物总量的1/6 。粉尘是人体健康的大敌，特别是直径小于0.25微米的烟尘(飘尘) 对人体伤害最大, 它可以直接到达肺细胞而沉积, 并可能进入血液送往全身。各国医药学家或环境学家都认为，有些飘尘粒子表面有致癌性很强的芳香族碳氢化合物。这种粉尘颗粒是大气中各种毒物、毒气的元凶，伦敦历次严重烟雾事件主要是由这种粉尘颗粒引起的。

丰沛、风小，乃形成浓雾及重霾，长期不散，这是形成此次地面大范围雾霾天气的重要原因。

四、治理空气污染的途径

1. 节能减排，应是一个根本办法。 ⑴ 汽车尾气是主要污染源，大城市应限制汽车数量；⑵ 城市产生污染物的化工厂应限期整治；⑶ 提倡太阳能利用、水力发电、核电（核电选址应建在沿海，不可选在内河）；⑷ 关闭一些高耗能工厂和排放污染物的工厂；⑸ 妥善处理工业垃圾，清除各类污染物，包括：硫化物微粒、煤烟飘尘、有毒重金属、放射性污染物等。

2. 保护和优化居住生态环境。在西北沙漠边缘地区广植防护林带，以保持水土不被流失，减少沙尘暴，从源头上扭转生态环境恶化趋势；在城镇地区植树种草，优化环境，人民才可能拥有蓝天、绿地、净水、明月和清风的美好家园。

3. 污染物、污水要净化处理或消毒处理，单纯掩埋毒物是不可取的。因为大气与下垫面表层（土壤、水体、植被）之间，不仅有空气成分、毒气的交换，而且有污染物颗粒的交换。因此改善排污系统和科学排污方法，就显得很重要。

4. 加强雾霾天气预报研究。如果地面出现低压区，气流将产生辐合，导致各区污染物集中，污染物浓度增大。如果低空有逆温存在，水汽又很丰沛，就会形成浓雾与霾，国家气象部门应发出红色预警，启动防霾措施等。如果出现寒潮大风，污染物自然会被清除。15日夜间，北京市受冷空气影响，地面转为冷高压前部，偏北风力达3~4级（弱冷锋过境），北京及周边地区的污染物便得到有效清除。如有降雨或降雪，大气污染物也会被清除干净。人工消雾的办法，只能消除局部地点（如机场跑道）的辐射雾，而且维持时间很短。至于大范围的雾霾，用人工方法去消除，目前还无能为力。■

三、造成此次雾霾天气的原因

造成此次严重污染主要有三方面原因：1. 近年来京津地区工业污染物排放量大。这是造成本次地面空气严重污染的根本原因。

2. 周边污染物和北京大城市污染物聚积、叠加的结果。

3. 气象原因：近几天来，华北地区地面为闭合低压控制，气流呈辐合形式，近地面风速小，湿度大，近地层有逆温（气温随高度递增，大气层稳定）存在，烟雾及污染物不易扩散。再加上近地面气温低、水汽

（作者1、2来自南京市南京大学大气科学学院，作者3来自深圳市龙岗区第二职业技术学校）

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