光化学烟雾及其控制策略

2.2.2　光化学烟雾及其控制策略

大气中的氮氧化物和碳氢化合物等一次污染物，在阳光强烈照射下经过一系列光化学反应，生成臭氧（占反应产物的85%以上）、过氧乙酰硝酸酯（PAN，约占反应产物的10%）及醛类等二次污染物。由这些一次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。光化学烟雾的特征是烟雾呈蓝色，具有强氧化性，其高峰出现在强阳光照射的中午或稍后，傍晚消失，污染区域往往在污染源的下风向几十到几百公里处，又由于它具有很强的氧化性、刺激性，对人类及动植物危害极大。

1.光化学烟雾的危害

（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下，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黏膜，引起眼睛红肿和咽喉炎，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微克/米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微克/米³时，只要接触2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，导致肌体缺氧；浓度再高，就会出现头痛，并使肺部气道变窄，出现肺气肿等。

（2）降低大气的能见度

光化学烟雾的重要特征之一是使大气的能见度降低。这主要是由污染物质在大气中形成的光化学烟雾气溶胶所引起的。这种气溶胶在大气中不易沉降，且对光散射的影响很大，能明显地降低大气的能见度，因而会妨害汽车与飞机等交通工具的安全运行，导致交通事故的增多。

（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，产量减少，质量变差，甚至助长病虫害的发展和蔓延。对光化学烟雾敏感的植物包括许多农作物（如棉花、烟草、甜菜、莴苣、番茄和菠菜等），以及某些饲料作物、观赏植物（如菊花、蔷薇、兰花和牵牛花等）和树木。

（4）其他危害

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。光化学烟雾中的各种氧化物会加速橡胶制品的老化和龟裂，腐蚀建筑材料和设备器材，缩短其使用寿命。

2.光化学烟雾的形成机理

Seinfield（1986年）用12个反应组成的简化机制来概括描述光化学烟雾形成的过程，1997年他将反应增加至20个，主要包括引发反应、自由基形成、自由基传递反应、终止反应4个过程。因为其中涉及到的反应比较复杂，这里只简要描述其具体过程。

①NO₂光解生成氧原子，氧原子的生成导致了臭氧的生成。

②由于烃类化合物的存在，促使其被氧化为HO·、O·和O₃等，从而产生了醇、醛、酮、酸等产物以及重要的一些自由基产物。

③过氧自由基使NO快速氧化为NO₂，加速了NO₂的光离解，积累了二次污染产物O₃，大气中的O₃浓度大大增加。

④如果自由基的传递形成稳定的最终产物（如HNO₃、PAN等），则使自由基消除而终止反应。

3.光化学烟雾的控制策略

光化学烟雾对人体健康的危害极大，它的防治已受到人们的日益关注。主要对策有：

（1）控制污染源

要防止光化学烟雾的发生，控制污染源是首要措施。汽车尾气是主要污染源，因此可通过改善汽车发动机工作状态和在排气系统中安装催化反应器等方法控制汽车尾气中的有害物质的排放；还可以通过改善汽油组分，改变燃料构成和燃烧方式，降低汽车尾气的污染。

（2）改善能源结构

寻求绿色能源，如用无污染或少污染的燃料代替煤炭，减少有害烟尘的排放量；使用氢作为发动机燃料，利用氢氧燃料电池供电来驱动运输工具（如电动车），利用电磁感应的方法推动火车（如超导悬浮列车）等。

（3）使用化学抑制剂

根据光化学烟雾的形成机理，使用二乙基羟胺、苯胺、二苯胺等抑制剂，通过抑制各种自由基而终止链反应，达到控制的目的。但在使用的过程中要注意抑制剂对人体和动植物的毒害作用，并注意防止抑制剂产生二次污染。但对这种方法许多科学家持有不同意见，付诸实施要十分慎重。