光化學污染

光化學污染指光化學煙霧造成的污染。流動源和固定源排入大氣的氮氫化物和碳氫化合物等一次污染物，經過太陽照射，各種污染物之間發生相互反應，生成臭氧、醛類等二次污染物，它們在大氣中是一種有刺激性的、淺藍色混合型煙霧。光化學煙霧不僅影響人體健康，而且對植物也有一定的損害，同時還降低大氣的能見度。

光化學污染是出現在以汽油作動力燃料之後的一種新型污染物，約1944年左右出現在美國第三大城市洛杉磯。自20世紀50年代以來，光化學污染在世界各地不斷出現，已成為一個世界性的問題，引起了人們的關注。在交通車輛高度發展的地區，在排放氮氫化物和碳氫化合物的工廠比較集中的工業區，都有必要警戒光化學污染問題。

光化學煙霧是由二氧化氮、一氧化氮、一氧化碳和碳氫化合物等一次污染物及它們在一定條件下反應產生的二次污染物——臭氧、過氧乙醯硝酸酯PAN、醛等混合而成的。其主要成分是臭氧、醛類、過氧乙醯基硝酸酯、烷基硝酸鹽、酮等一系列氧化劑。

光化學煙霧的主要成分作NO和NO2，主要來自燃料的燃燒、汽車的尾氣、生產和使用硝酸的工廠尾氣，燃煤發電廠等。

一氧化碳主要來汽車尾氣(主要在汽油燃燒不充分時，如停車狀態開發動機)，燃煤，農墾燒荒，有機物燃燒。

臭氧(O3，又稱作光化學氧化劑)主要來源：從汽車和工廠釋放出的氮氧化物在太陽光照射下與氧氣反應生成。

那為什麼會產生光化學煙霧呢？原來光化學煙霧的產生與汽車尾氣排放有著直接關係，一般發生在濕度低、氣溫在24－32℃度的夏季晴天的中午或午後。汽車尾氣產生的主要污染物一氧化碳、碳氫化合物（用HC表示）、氮氧化物（用NOx表示）和鉛化合物。如遇到在強日照和低溫度逆溫氣象條件，排放到大氣中的碳氫化合物和氮氧化物（稱它們為一次污染物）在陽光輻射下發生光化學反應產生臭氧、醛類、過氧乙酸硝酸酯等二次污染物，它們與一次污染物混合，即形成光化學煙霧。

1、污染源條件

物質要素：氮氧化物（NOx）和碳氫化合物（CxHy）等。

2、氣象條件

①強烈光照（NO2的光解需290-420nm的光，因此，夏季比冬季可能性大，一天中中午前後光線最強時出現“煙霧”的可能性大。）

②低風速、低濕度、逆溫天氣。洛杉磯是每年5月～10月（1943年）。總之，天氣晴朗、高溫、低濕和有逆溫風力不大時。

3、地理條件

太陽輻射強度是一個主要條件，太陽輻射的強弱，主要取決於太陽的高度，即太陽輻射線與地面所成的投射角以及大氣透明度等。因此，光化學煙霧的濃度，除受太陽輻射強度的日變化影響外，還受該地的緯度、海拔高度、季節、天氣等條件的影響。經過研究表明，在北緯60度～南緯60度之間的一些大城市，都可能發生光化學煙霧。光化學煙霧主要發生在陽光強烈的夏、秋季節。隨著光化學反應的不斷進行，反應生成物不斷蓄積，光化學煙霧的濃度不斷升高，約3~4h后達到最大值。

光化學煙霧是一個鏈反應，鏈引發反應主要是NO2的光解。光化學煙霧形成的反應機制可概括為如下12個反應來描述：

1、鏈引發反應

NO2+hν→NO+O

O+O2+M→O3+M

NO+O3→NO2+O2

2、鏈傳遞自由基傳遞反應

O2

RH+HO→RO2+H2O

O2

RCHO+HO→RC(O)O2+H2O

2O2

RCHO+hν→RO2+HO2+CO

HO2+NO→NO2+HO

O2

RO2+NO→NO2+R,CHO+HO2

RC(O)O2+NO→NO2+RO2+CO2

3、鏈終止。終止反應

HO+NO2→HNO3

RC(O)O2+NO2→RC(O)O2NO2

RC(O)O2NO2→RC(O)O2+NO2

NO2光分解成NO和氧原子時，光化學煙霧的循環就開始了。原子氧會和氧分子反應生成臭氧(O3)，O3是一種強氧化劑，O3與烴類發生一系列複雜的化學反應，產生了煙霧和刺激眼睛的物質，如醛類、酮類等物質。在此過程中，NO2還會形成另一類刺激性強烈的物質如PAN（硝酸過氧化乙醯）。這種一次污染無與二次污染無的混和煙霧就形成了光化學煙霧。

光化學煙霧的特徵是煙霧呈藍色，具有強氧化性，其高峰出現在有強陽光照射的中午或稍後，傍晚消失，污染區域往往在污染源的下風向幾十到幾百公里處。其主要成分：O3，PAN，醛類對動植物和建築物傷害更是大，人和動物受到光化學煙霧主要傷害是眼睛和粘膜受刺激、頭痛、呼吸障礙、慢性呼吸道疾病惡化、兒童肺功能異常、胸疼、噁心、疲乏、氣喘咳嗽等癥狀，嚴重者也有死亡的危險。O3，PAN等還能造成橡膠製品老化、脆裂，使染料褪色並損壞油漆塗料，紡織纖維和塑料製品等等。

隨著光化學反應的不斷進行，反應生成物不斷蓄積，光化學煙霧的濃度不斷升高，約3～4h后達到最大值。這種光化學煙霧可隨氣流飄移數百公里，使遠離城市的農村莊稼也受到損害。

光化學煙霧的主要成分臭氧（約佔85％）、過氧乙醯硝酸酯（約佔10％）、過氧苯醯硝酸酯、醛類等。這些物質對人體可造成的危害是很大。光化學煙霧對人危害最明顯的是對人眼睛的刺激作用。在美國加利福尼亞州，由於光化學煙霧的作用，曾使該州3／4的人發生紅眼病。日本東京1970年發生光化學煙霧時期，有2萬人患了紅眼病。光化學煙霧對鼻、咽喉、氣管和肺等呼吸器官也有明顯的刺激作用，並伴有頭痛，使呼吸道疾病惡化。對老人、兒童及病弱者尤為嚴重。在1952年洛杉磯的光化學煙霧事件中，於兩天內使65歲以上的老人死亡400餘人。

臭氧對人體的危害主要表現在刺激和破壞深部呼吸道粘膜和組織，對眼睛也有刺激，其作用與二氧化氮類似。在低濃度長時間作用時，引起慢性呼吸道疾病及其它疾病。大氣中臭氧濃度為0.1～0.5ppm時引起鼻和喉頭粘膜的刺激和對眼睛的刺激。在0.2～0.8ppm濃度下接觸兩小時後會出現氣管刺激癥狀，1ppm以上引起頭疼、肺深部氣道變窄，出現肺氣腫，長時間接觸會出現一系列中樞神經損害或引起肺水腫。此外，還能阻礙血液輸氧的功能，造成組織缺氧現象；並有使視力遲鈍、甲狀腺功能受損、骨骼早期鈣化等作用。根據近年研究，它還有引起染色體畸變的作用。

研究表明光化學煙霧中的過氧乙醯硝酸酯（PAN）是一種極強的催淚劑，其催淚作用相當於甲醛的200倍。另一種眼睛強刺激劑是過氧苯醯硝酸酯（PBN），它對眼的刺激作用比PAN大約強100倍。空氣中的飄塵在眼刺激劑作用方面能起到把濃縮眼刺激劑送入眼中的作用。近來據報道，PAN和PBN還有致癌危險。美國環保機構統計，美國每年癌症患者中有58％是由汽車廢氣引起空氣污染所致。

過氧乙醯硝酸酯對人體的危害，特別是過氧苯醯酸酯、醛類、硝酸和硫酸等，都有強烈刺激眼睛的作用，使人眼睛紅腫、流淚，呼吸系統癥狀表現為喉疼、喘息、咳嗽、呼吸困難還能引起頭痛、胸悶、疲勞感、皮膚潮紅、心功能障礙和肺功能衰竭等一系列癥狀。

植物受害是判斷光化學煙霧污染程度的最敏感的指標之一。植物受到臭氧的損害，開始時表皮褪色，呈蠟質狀，經過一段時間后色素髮生變化，葉片上出現紅褐色斑點。PAN使葉子背面呈銀灰色或古銅色，影響植物的生長，降低植物對病蟲害的抵抗力。植物受害現象是人體健康受到影響的先兆。光化學煙霧對植物的損害是十分嚴重的。在美國，光化學煙霧影響農作物減產已遍及27個州。據有關當局統計，僅加利福尼亞州1959年由光化學煙霧引起的農作物減產損失達800萬美元。據洛杉磯市調查，由於光化學煙霧的毒害作用，使大片樹林枯死，葡萄減產60％以上，柑桔也嚴重減產。

對光化學煙霧敏感的植物包括許多農作物（棉花、煙草、甜菜、萵苣、番茄和菠菜等），以及某些飼料作物，觀賞植物（如菊花、薔薇、蘭花和牽牛花等）和多種樹木。

光化學煙霧的重要特徵之一是使大氣的能見度降低，視程縮短。這主要是由於污染物質在大氣中形成的光化學煙霧氣溶膠所引起的。這種氣溶膠顆粒大小一般多在0.3～1.0μm範圍內。由於這樣大小的顆粒實際上不易因重力作用而沉降，能較長時間懸浮於空氣中，長距離遷移；它們與人視覺能力的光波波長相一致，且能散射太陽光，從而明顯地降低了大氣的能見度。因而妨害了汽車與飛機等交通工具的安全運行，導致交通事故增多。

光化學煙霧會加速橡膠製品的老化和龜裂，腐蝕建築物和衣物，縮短其使用壽命。光化學煙霧還會促成酸雨形成，並使染料、繪畫褪色，橡膠製品老化，建築物和機器受腐蝕等。

1943年，美國洛杉磯市發生了世界上最早的光化學煙霧事件。此後，對洛杉磯煙霧經過反覆的調查研究，直到1958年才發現是由於洛杉磯市擁有250萬輛汽車排放的尾氣污染而造成。這些汽車每天消耗約1600噸汽油，向大氣排放1000多噸碳氫化合物(HC)、400多噸氮氧化物(NOx)。這些氣體受陽光作用，釀成了危害人類健康的光化學煙霧事件。1970年美國加利福尼亞洲發生大規模的光化學煙霧事件，農作物的損失達到2500多萬美元。

1971年，日本東京發生較嚴重的光化學煙霧事件，使一些學生中毒昏迷。與此同時，日本的其它城市也發生了類似的事件。此後，日本的一些大城市連續不斷出現光化學煙霧事件。日本環保部門對東京幾個主要污染排放的主要污染物進行調查發現，汽車排放的CO、NOx、HC這三種污染物佔總排放量的80%，使人們進一步認識到，汽車排放的尾氣是產生光化學煙霧的罪魁禍首。

1997年夏季，擁有80萬輛汽車的智利首都聖地亞哥也發生光化學煙霧事件。由於光化學煙霧的作用，迫使政府對該市實行緊急狀態：學校停課、工廠停工、影院歇業，孩子、孕婦和老人被勸告不要外出，使智利首都聖地亞哥處於“半癱瘓狀態”。在北美、英國、澳大利亞和歐洲地區也先後出現這種煙霧。由此可見，光化學煙霧已經對人類生存和城市環境構成了嚴重威脅。

通過以上的論述我們知道預防光化學煙霧的發生主要是由於機動車尾氣的排放造成的，所以我們要嚴格遵守排放標準，提高汽車性能，提高油品質量，使用清潔燃油，改善汽車發動機工作狀態和在排氣系統安裝催化反應器等。

同時，也可以根據光化學煙霧形成機理，使用化學抑製劑，即諸如二乙基羥胺、苯胺、二苯胺、酚等對各種自由基可產生不同程度的抑制作用，從而終止鏈反應，達到控制煙霧的目的。但在使用前要慎重考慮抑製劑的二次污染問題，並避免其對人體和動植物的毒害作用。

其次要對石油、氮肥、硝酸等化工廠的排廢嚴加管理，嚴禁飛機在航行途中排放燃料等，以減少氮氧化物和烴的排放。科研人員已研製開發成功的催化轉化器，就是一種與排氣管相連的反應器，它使排放的廢氣和外界空氣通過催化劑處理后，氮的氧化物轉化成無毒的N2，烴可轉化成CO2和H2O。

為了及時了解光化學煙霧的情況，許多國家都很重視監測工作。例如，洛杉磯市設有10個監測站，經常監測光化學煙霧的污染狀況。同時該市還制定了光化學煙霧的三級警報標準，以便及時採取有效的防止措施。