1.4 光化学烟雾

1.4.1 什么是光化学烟雾

工厂、汽车等污染源将碳氢化合物（HC）和氮氧化合物（NOx）等一次污染物排入大气中，在太阳光（紫外线）的照射下发生化学反应，生成臭氧（O3）、醛、酮、酸、过氧乙酰硝酸酯（PAN）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。

20世纪40年代开始，美国洛杉矶每年从夏季到早秋，只要是天气晴朗的日子，城市上空就会出现一种弥漫整个天空的浅蓝色烟雾，使整座城市上空变得浑浊不清。50年代之后，光化学烟雾污染问题在美国的其他城市以及世界各国相继出现，包括德国、日本、加拿大、澳大利亚、荷兰等国家的一些大城市。

光化学烟雾的特征是烟雾呈淡蓝色，具有强氧化性，其高峰出现在强阳光照射的中午或午后，傍晚消失，污染区域往往在污染源的下风口几十到几百千米处，由于其具有强氧化性、刺激性，对人体及动植物具有极大的危害。

1.4.2 光化学烟雾的形成

截至2014年底，中国机动车保有量达2.64亿辆，其中汽车1.54亿辆，私家车总量超过1.05亿辆，每百户家庭就拥有25辆私家车。据有关资料记载，1000辆汽车每天除了排放3 t CO外，还排放200～400kg碳氢化合物、50～150kg氮氧化物。它们在太阳光（紫外线）的照射下发生光化学反应，生成了过氧酰基硝酸酯系列物质（光化学烟雾），具体反应如下：

（1）NO2光解产生原子氧，再生成O3。反应式如下：

（2）碳氢化合物氧化成活性自由基。反应式如下：

O+RH→RO+H·

O3+RH→RO2（包括醛和酮）+OH·

（3）醛、酮进一步氧化生成过氧酰基硝酸酯系列。反应式如下：

RO2+NO→NO2+RO→RONO3

RCHO+NO2→PAN

过氧酰基硝酸酯系列是光化学烟雾产生危害的主要成分，它通常包括PAN（过氧乙酰硝酸酯）、PPN（过氧丙酰硝酸酯）、PBN（过氧丁酰硝酸酯）、PB2N（过氧苯甲酰硝酸酯）等，其中PAN发现得最早，是其代表物。

光化学烟雾的浓度，除受太阳辐射强度的日变化影响外，还受该地的纬度、海拔高度、季节、天气和大气污染状况等条件的影响。经过研究表明，在60°N（北纬）与60°S（南纬）之间的一些大城市，都可能发生光化学烟雾。

1.4.3 光化学烟雾的危害

光化学烟雾的生成与消失是一种循环过程，白天生成，傍晚消失。其危害主要有以下几个方面：

（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。当大气中臭氧浓度到达200～300μg/m3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400～1600μg/m3时，人只要与它接触2h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，就会出现头痛的症状，并使肺部气道变窄，出现肺气肿等。

（2）对植物的危害

对植物的危害是大气污染生物界的最初表现。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。

（3）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，视程缩短。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。这种气溶胶颗粒不易因重力作用而沉降，能较长时间悬浮于空气中，长距离迁移，它们与人视觉所能看到的光波波长相一致，且能散射太阳光，从而明显地降低了大气的能见度，因而妨害了汽车与飞机等交通工具的安全运行，导致交通事故增多。

（4）其他危害

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。

1.4.4 光化学烟雾的消除

由于光化学烟雾的严重危害，它的防治已受到人们的广泛关注，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）。

（3）利用化学抑制剂

使用化学抑制剂的目的是消除自由基，以抑制链式反应的进行，从而控制光化学烟雾的形成。在大气中喷洒0.05mg/L的二乙基羟胺，能有效抑制光化学烟雾。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。

（4）植树造林

树木能在一定浓度范围内吸收各种有毒气体，使污染的空气得以净化，因此应大力提倡植树造林，增加城市绿化面积。