1、光化學煙霧形成、危害及防護措施簡介摘要:光化學煙霧是城市大氣主要污染之一,本文介紹了光化學煙霧的形成機理并提出了防治光化學煙霧的3種有效措施。關鍵詞: 光化學煙霧;臭氧; PAN;形成;危害;防治汽車、工廠等污染源排入大氣的碳氫化合物和氮氧化物等一次污染物,在陽光的照射下發生化學反應,生成臭氧、醛、酮、酸、過氧乙酰硝酸酯等二次污染物,參與光化學反應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象叫光化學污染。20世紀70年代末,我國蘭州西固石油化學工業區首次發現光化學煙霧,1986年在北京也發現了光化學煙霧的跡象,隨后,交通發達的上海、廣州、深圳等大城市也觀測到光化學煙霧的現象【1】。

2、光化學煙霧是因汽車和石油化工排放的NO x,和揮發性有機物VOC S等前體污染物引起,其特征污染物為O3和過氧乙酰硝酸酯PAN等強氧化劑。光化學污染現象使大氣呈白色霧狀(有時帶紫色或黃褐色,大氣能見度降低。污染氣體強烈刺激人體的某些器官,使人眼發紅、流淚,咽喉疼痛,甚至造成呼吸障礙,肺功能異常,有時伴有頭痛,嚴重時會危及人的生命。光化學煙霧的主要生成物過氧乙酰硝酸酯PAN還會導致皮膚癌。其氧化性也會使橡膠老化、開裂,植物葉片受害變黃,以致枯死。1 光化學煙霧的概念和形成條件大氣中的氮氧化物(NO x和碳氫化合物(HC等一次污染物在陽光照射下發生一系列光化學反應,生成O3、PAN、高活性自由基、

3、醛、酮等二次污染物,人們把參與反應過程的這些一次污染物和二次污染物的混合物(氣體和顆粒物所形成的煙霧污染現象,稱為光化學煙霧。光化學煙霧的形成必須具備一定的條件【2】,如前體污染物、氣象條件、地理條。(a污染物條件:光化學煙霧的形成必須要有NO,、碳氫化合物等污染物的存在。(b氣象條件:光化學煙霧發生的氣象條件是太陽輻射強度大、風速低、大氣擴散條件差且存在逆溫現象等。(c地理條件:光化學煙霧的多發地大多數是在比較封閉的地理環境中,這樣就造成了NO x,碳氫化合物等污染物不能很快的擴散稀釋,容易產生光化學煙霧。2 光化學煙霧的形成機理由于光化學煙霧是發生在十分復雜的體系中,氣象條件、污染物的排放

4、量、種類等多變因素,均影響光化學煙霧的形成。為了排除大氣條件、污染物種類復雜等因素,研究人員發明了煙霧箱實驗,即在一大容器內,通人含碳氫和氮氧化物的反應氣體,在人工紫外線照射下,模擬大氣光化學反應。從模擬試驗可確定光化學煙霧的主要反應機理。(a NO x的光解是光化學煙霧形成的主要起始反應。N02 + hNO + O (1生成的原子態氧,活性很大,能和空氣中的02反應,生成氧化性極強的03。O + O2 + M 03 + M (2式中M代表促使O3形成的大氣中的其它分子(可以是N2或02。由于O3的強氧化性,通常情況下又會立即與初始存在或反應生成的NO反應。NO + O3NO2 + 02(3因

5、此,O3濃度并不增加,還不能形成光化學煙霧。(b而當污染大氣中存在碳氫化合物時,后者可被0,03,NO2氧化生成一系列自由基。碳氫化合物對光化學反應的活性中烯烴的反應活性最高。因此,以烯烴為例介紹。C x H2x(烯烴+ O R·( 烴類含氧自由基 + O=RC·(酞基自由基 (4C x H2x + 03O=RC·RC(H=O + RO·(徑類含氧自由基 ( 5R·02ROO·(烷基過氧自由基 (6O=RC·02RC(O一O一O·(過氧酞基自由基 (7(c 過氧化基引起NO向NO:的轉化,導致了PAN等強氧化劑的生

6、成,并且在此過程中,03無需在NO NO2中消耗,故得以積累下來。ROO·+ NO NO2 + RO·(8RC(O一O一O·+ NO2RC(O一O一O=N02(9(過氧乙酞硝酸醋,即PAN自由基的反應代替了反應3中的03將NO氧化為NO2,因而由反應(2產生的03不再消耗。而大部分的自由基經過一系列反應轉化成為PAN。3 光化學煙霧的防治對策3.1 改進技術汽車尾氣是NO x和碳氫化合物的最主要的排放源,改進技術控制汽車尾氣是避免光化學煙霧的形成,保證環境空氣質量的有效措施。(a安裝尾氣凈化裝置:主要是在排氣系統中安裝熱反應器,催化反應器和向排氣門出口噴人新鮮空氣

7、的辦法來減少尾氣污染物的排放量。目前我國生產的部分汽車已經安裝尾氣凈化裝置,并廣泛推廣三元催化氣的使用。(b改良燃料:改變汽油成分或使用替代燃料來降低汽車尾氣污染。資料表明【3】,天然氣燃料燃燒與無鉛汽油相比CO和碳氫化合物的排放量均可降低60%以上;甲醇燃料與汽油相比,CO和碳氫化合物的排放量也可降低37%和56%;燃氫汽車排放的N 儀不到汽油車的10%。當然,燃料的改變要求汽車發動機在出廠時做相應的改造,會造成發動機成本的提高。3.2 使用化學抑制劑使用消除OH·自由基的化學抑制劑使反應鏈受到抑制,從而抑制光化學煙霧的生成。目前,已用苯胺、苯酚、二苯胺、苯甲醛等化學試劑作為抑制劑

8、,其中,以二乙基經胺(C2H52NOH效果最好,反應為:(C2H52NOH + HO·(C2H52N0 + H2O (103.3 利用EKMA ( Empirical Kinetics ModelingApproach曲線通過控制光化學煙霧的前體物NO,和碳氫化合物來控制O3的日最大濃度,從而達到對光化學煙霧進行總量控制的目的。EKMA曲線是指由光化學反應模式做出一系列03等濃度曲線,這些曲線是由不同的NO,和碳氫化合物的始初濃度的混合物為起始條件,計算出O3日最大濃度,然后繪出三維圖得到。EKMA曲線作為一種聯系一次污染物和二次污染物的紐帶,表明二者之間具有非線性的關系,即C03max =C NOxO.HCO,這里C表示濃度,C NOxO.HCO指的是末進行光化學反應的初始濃度,通過它就可以把O3的控制問題轉化為對一次污染物NO x和碳氫化合物的控制,從而定量地給出總量控制所需要的削減方案。4 結語世界衛生組織(WHO和美國、日本等許多國家已經把臭氧和光化學氧化劑的水平作為判斷大氣環境質量的指標之一,并據以發布光化學煙霧的警報。城市空氣污染與經濟發展水平密切相關,我國正處快速發展時期,城市空氣污染已經成為一個重要的環境問題。為防止光化學煙霧的爆發,除了采取上述方法外,還必須采取行政命令干涉的手段才能有較好的效果。參考文獻:【1】靳衛齊,楊萌.城市光