第14卷 第3期2003年9月
地质灾害与环境保护
Jour nal of G eolog ical Hazar ds a nd Env ir onment P reserv ation
Vo l . 14, No . 3September 2003
文章编号: 1006-4362(2003) 03-0036-03
光化学烟雾的形成、危害及防治
单志强, 陈建华
(广西大学资源与环境学院, 南宁 530004)
摘要: 光化学烟雾是大气污染的一种, 它不仅危害人们的健康, 而且严重威胁着生态系统的平衡。本
文从光化学烟雾的形成机理、日变化曲线、危害及对其的防治对策等方面进行阐述, 以便大家能够对光化学烟雾有一个完整、系统的认识。
关键词: 光化学烟雾; 大气污染
中图分类号: X 131. 1 文献标识码: A
1 概述
继美国洛杉矶发生光化学烟雾之后, 世界各地不断出现, 如东京、大阪、伦敦等, 经过反复的调查研
究, 直到1958年才发现, 这一事件是由于洛杉矶市拥有的250万辆汽车排气污染造成的, 这些汽车每天消耗约1600t 汽油, 向大气排放超过1000t 碳氢化合物和400t 氮氧化物, 这些气体受阳光作用, 酿成了危害人类的光化学烟雾事件。目前, 由于我国内地汽车油耗量高, 污染控制水平低, 已造成汽车污染日益严重。部分大城市交通干道的NO x 和CO 严重超过国家标准, 汽车污染已成为主要的空气污染物; 一些城市臭氧浓度严重超标, 已具有发生光化学烟雾污染的潜在危险。据报道, 广西南宁近期出现了光化学烟雾, 在各主要街道, 人们感到眼睛刺痛、喉咙发痒、气味难闻。一层淡蓝色的烟雾在空中弥漫……
——光化学烟雾, 在这种复杂的光化学反应过程中, 主要生成光化学氧化剂(主要是O 3) 及其他多种复杂的化合物, 在阳光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。
3 光化学烟雾的形成机理
光化学烟雾的形成主要是因为在大气中发生了一系列复杂的反应, 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反应, 其中关键性的反应可以简单地分成三组:
(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+O 2+M →O 3+M O 3+NO →O 2+NO 2
(2) (HC) 化合物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
2 光化学烟雾的概念
含有氮氧化物和碳氢化物(HC) 等一次污染物的大气, 氮氧化物(NO x ) 主要是指NO 和NO 2。NO 和NO 2都是对人体有害的气体。在大气环境中受强烈的太阳紫外线照射后产生一种新的二次污染物
第14卷 第3期单志强、陈建华:光化学烟雾的形成、危害及防治
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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+H 2O
H +O 2→HO 2R+O 2→RO 2
RCO+O 2→[RC(O) O 2]
其中R 为烷基, RO 2为过氧烷基, RCO 为酰基, [RC (O ) O 2]为过氧酰基。
(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+HO 2→NO 2+HO NO +RO 2→NO 2+RO RO +O 2→HO 2+RCHO
NO+RC(O) O 2→NO 2+RC(O) O RC(O) O →R+CO 2
其中RO 为烷氧基, RCHO 为醛。
将上述反应综合起来可以得到如图1所示的反应链
:
图1 反应链示意图
Fig. 1 T he sketch for free g r oup o f pho to chemical fo g
4 光化学烟雾的日变化曲线
光化学烟雾在白天生成, 傍晚消失。污染高峰出现在中午或稍后。图2显示了污染区大气NO 、NO 2、烃、醛及O 3
从早至晚的日变化曲线。
由此可知NO 2、h 。O 3和醛是在日光照射下由大气光
化学反应而产生的, 属于二次污染物。
5 光化学烟雾的危害
5. 1 对人类健康的危害
光化学烟雾在不利于扩散的气象条件时, 烟雾会积聚不散, 使人眼和呼吸道受刺激或诱发各种呼吸道炎症, 危害人体健康。对人体最突出的危害是刺激眼睛和上呼吸道粘膜, 引起眼睛红肿和喉炎, 这与醛类等二次污染物有关。它的另一些危害与臭氧有关。当大气中臭氧浓度达到200～300 g /m 3时, 会引发哮喘发作导致上呼吸道疾患恶化, 使视觉敏感度和视力降低; 浓度在400～1600 g/m 时, 只要接触两小时就会出现气管刺激症状, 引起胸骨下疼痛和肺通透性降低, 使肌体缺氧; 浓度再高, 就会出现头痛, 并使肺部气道变窄, 出现肺气肿等。5. 2 对大气的危害
气溶胶, 光化学烟雾等可以降低大气的能见度,
3
图2 光化学烟雾日变化曲线
Fig. 2 Daily var iat ion curv e of photo chemical fo g
减弱阳光强度, 从而影响植物的光合作用, 给其生长带来不利影响。
5. 3 对植物的危害
对植物的危害是大气污染影响生物界的最初表现。大气污染可使植物的叶、花及果实生长迟缓, 产, 从图2可以看出, 烃和NO 的最大值发生在早
晨交通繁忙时刻, 这时NO 2浓度较低。随着太阳辐射的增强, NO 2、O 3的浓度迅速增大, 中午时已达到
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地质灾害与环境保护2003年
5. 4 对生活条件的危害
大气中的烟雾会污染街道、庭院, 使居室及室内的设备、衣服等被腐蚀受损。
5. 5 对建筑物的危害
光化学烟雾中的各种氧化物会腐蚀建筑材料和设备器材。
自由基的形成, 主要是控制反应活性高的有机物的排放, 能够控制光化学烟雾的形成和发展。此外, 向大气中散发阻化剂, 也可以有效地控制自由基的形成。
参考文献
[1] 戴树桂. 环境化学[M ]. 高等教育出版社, 1995. 9.
[2] 蒋展鹏, 祝万鹏. 环境工程监测[M ]. 清华大学出版社, 1998. 5. [3] 杨承义. 环境保护[M ]. 1994. 7.
[4] 张远航, 邵可声, 等. 中国城市光化学烟雾污染研究[J ]. 北京大
学学报(自然科学版) , 1998, 34:2-3.
[5] 周鲁, 伏开社. Gear 算法模拟光化学烟雾形成反应[J ]. 四川联
合大学学报, 1997, 1(2) .
[6] 唐孝炎, 等. 大气环境化学[M ]. 北京:高等教育出版社, 1990.
6 光化学烟雾的防治
(1) 控制氮氧化物、碳氢化物、一氧化碳的排放, 尤其是前两种污染物, 机动车的尾气控制是关键, 一辆两冲程的麾托车的污染量是一辆轿车的4倍, 所以在一些麾托车较多的城市更要采取有效的措施, 比如安装尾气净化装置、改善燃料的性能等。
(2) 控制光化学烟雾形成过程中起链接作用的
FORMATION 、HARM AND
PREVENTION OF PHOTOCHEMICAL FOG
SH AN Zhi -qiang , CHEN Jian -hua
(Depart ment of R eso ur ce and Enviro nment , G uang xi U niver sity , N anning , 530004, China)
Abstract : T he pho to chemical fo g is o ne kind o f the at mospher e po llutio n. It endang ers no t only peo ple's health but also the balance o f the ecosy st em. T he paper fo cuses o n the for mation o f pho to chemica l fo g , its harm , and counterm ea sur e to tr eat the pho to chemical fo g .
Key words : pho tochemical fog ; at mosphere pollution
作者简介: 单志强(1977— ) , 男, 硕士, 主要从事光催化降解废水纳米新材料方向的研究。
第14卷 第3期2003年9月
地质灾害与环境保护
Jour nal of G eolog ical Hazar ds a nd Env ir onment P reserv ation
Vo l . 14, No . 3September 2003
文章编号: 1006-4362(2003) 03-0036-03
光化学烟雾的形成、危害及防治
单志强, 陈建华
(广西大学资源与环境学院, 南宁 530004)
摘要: 光化学烟雾是大气污染的一种, 它不仅危害人们的健康, 而且严重威胁着生态系统的平衡。本
文从光化学烟雾的形成机理、日变化曲线、危害及对其的防治对策等方面进行阐述, 以便大家能够对光化学烟雾有一个完整、系统的认识。
关键词: 光化学烟雾; 大气污染
中图分类号: X 131. 1 文献标识码: A
1 概述
继美国洛杉矶发生光化学烟雾之后, 世界各地不断出现, 如东京、大阪、伦敦等, 经过反复的调查研
究, 直到1958年才发现, 这一事件是由于洛杉矶市拥有的250万辆汽车排气污染造成的, 这些汽车每天消耗约1600t 汽油, 向大气排放超过1000t 碳氢化合物和400t 氮氧化物, 这些气体受阳光作用, 酿成了危害人类的光化学烟雾事件。目前, 由于我国内地汽车油耗量高, 污染控制水平低, 已造成汽车污染日益严重。部分大城市交通干道的NO x 和CO 严重超过国家标准, 汽车污染已成为主要的空气污染物; 一些城市臭氧浓度严重超标, 已具有发生光化学烟雾污染的潜在危险。据报道, 广西南宁近期出现了光化学烟雾, 在各主要街道, 人们感到眼睛刺痛、喉咙发痒、气味难闻。一层淡蓝色的烟雾在空中弥漫……
——光化学烟雾, 在这种复杂的光化学反应过程中, 主要生成光化学氧化剂(主要是O 3) 及其他多种复杂的化合物, 在阳光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。
3 光化学烟雾的形成机理
光化学烟雾的形成主要是因为在大气中发生了一系列复杂的反应, 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反应, 其中关键性的反应可以简单地分成三组:
(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+O 2+M →O 3+M O 3+NO →O 2+NO 2
(2) (HC) 化合物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
2 光化学烟雾的概念
含有氮氧化物和碳氢化物(HC) 等一次污染物的大气, 氮氧化物(NO x ) 主要是指NO 和NO 2。NO 和NO 2都是对人体有害的气体。在大气环境中受强烈的太阳紫外线照射后产生一种新的二次污染物
第14卷 第3期单志强、陈建华:光化学烟雾的形成、危害及防治
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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+H 2O
H +O 2→HO 2R+O 2→RO 2
RCO+O 2→[RC(O) O 2]
其中R 为烷基, RO 2为过氧烷基, RCO 为酰基, [RC (O ) O 2]为过氧酰基。
(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+HO 2→NO 2+HO NO +RO 2→NO 2+RO RO +O 2→HO 2+RCHO
NO+RC(O) O 2→NO 2+RC(O) O RC(O) O →R+CO 2
其中RO 为烷氧基, RCHO 为醛。
将上述反应综合起来可以得到如图1所示的反应链
:
图1 反应链示意图
Fig. 1 T he sketch for free g r oup o f pho to chemical fo g
4 光化学烟雾的日变化曲线
光化学烟雾在白天生成, 傍晚消失。污染高峰出现在中午或稍后。图2显示了污染区大气NO 、NO 2、烃、醛及O 3
从早至晚的日变化曲线。
由此可知NO 2、h 。O 3和醛是在日光照射下由大气光
化学反应而产生的, 属于二次污染物。
5 光化学烟雾的危害
5. 1 对人类健康的危害
光化学烟雾在不利于扩散的气象条件时, 烟雾会积聚不散, 使人眼和呼吸道受刺激或诱发各种呼吸道炎症, 危害人体健康。对人体最突出的危害是刺激眼睛和上呼吸道粘膜, 引起眼睛红肿和喉炎, 这与醛类等二次污染物有关。它的另一些危害与臭氧有关。当大气中臭氧浓度达到200～300 g /m 3时, 会引发哮喘发作导致上呼吸道疾患恶化, 使视觉敏感度和视力降低; 浓度在400～1600 g/m 时, 只要接触两小时就会出现气管刺激症状, 引起胸骨下疼痛和肺通透性降低, 使肌体缺氧; 浓度再高, 就会出现头痛, 并使肺部气道变窄, 出现肺气肿等。5. 2 对大气的危害
气溶胶, 光化学烟雾等可以降低大气的能见度,
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图2 光化学烟雾日变化曲线
Fig. 2 Daily var iat ion curv e of photo chemical fo g
减弱阳光强度, 从而影响植物的光合作用, 给其生长带来不利影响。
5. 3 对植物的危害
对植物的危害是大气污染影响生物界的最初表现。大气污染可使植物的叶、花及果实生长迟缓, 产, 从图2可以看出, 烃和NO 的最大值发生在早
晨交通繁忙时刻, 这时NO 2浓度较低。随着太阳辐射的增强, NO 2、O 3的浓度迅速增大, 中午时已达到
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地质灾害与环境保护2003年
5. 4 对生活条件的危害
大气中的烟雾会污染街道、庭院, 使居室及室内的设备、衣服等被腐蚀受损。
5. 5 对建筑物的危害
光化学烟雾中的各种氧化物会腐蚀建筑材料和设备器材。
自由基的形成, 主要是控制反应活性高的有机物的排放, 能够控制光化学烟雾的形成和发展。此外, 向大气中散发阻化剂, 也可以有效地控制自由基的形成。
参考文献
[1] 戴树桂. 环境化学[M ]. 高等教育出版社, 1995. 9.
[2] 蒋展鹏, 祝万鹏. 环境工程监测[M ]. 清华大学出版社, 1998. 5. [3] 杨承义. 环境保护[M ]. 1994. 7.
[4] 张远航, 邵可声, 等. 中国城市光化学烟雾污染研究[J ]. 北京大
学学报(自然科学版) , 1998, 34:2-3.
[5] 周鲁, 伏开社. Gear 算法模拟光化学烟雾形成反应[J ]. 四川联
合大学学报, 1997, 1(2) .
[6] 唐孝炎, 等. 大气环境化学[M ]. 北京:高等教育出版社, 1990.
6 光化学烟雾的防治
(1) 控制氮氧化物、碳氢化物、一氧化碳的排放, 尤其是前两种污染物, 机动车的尾气控制是关键, 一辆两冲程的麾托车的污染量是一辆轿车的4倍, 所以在一些麾托车较多的城市更要采取有效的措施, 比如安装尾气净化装置、改善燃料的性能等。
(2) 控制光化学烟雾形成过程中起链接作用的
FORMATION 、HARM AND
PREVENTION OF PHOTOCHEMICAL FOG
SH AN Zhi -qiang , CHEN Jian -hua
(Depart ment of R eso ur ce and Enviro nment , G uang xi U niver sity , N anning , 530004, China)
Abstract : T he pho to chemical fo g is o ne kind o f the at mospher e po llutio n. It endang ers no t only peo ple's health but also the balance o f the ecosy st em. T he paper fo cuses o n the for mation o f pho to chemica l fo g , its harm , and counterm ea sur e to tr eat the pho to chemical fo g .
Key words : pho tochemical fog ; at mosphere pollution
作者简介: 单志强(1977— ) , 男, 硕士, 主要从事光催化降解废水纳米新材料方向的研究。