光化学烟雾

光化学烟雾形成的特征和机理光化学烟雾是由汽车尾气 和工业废气的大量排放造成的，多发生在阳光强烈的夏、秋 季节。汽车尾气及某些工厂废气中含有大量的烯烃类碳氢化 合物和氮氧化物(NO )等一次污染物，其中氮氧化物主要是 一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO3)。当氮氧化物和碳氢化合物 在大气环境中受强烈的太阳光照射后，在波长 m以下的紫外 线区发生复杂的光化学和热化学反应，产生以臭氧为主的醛、 酮、酸、过氧乙酰硝酸酯(PAN)等二次污染物。随着反应的 不断进行，二次污染物的浓度不断升高(约3～4h后达到最大 值)，形成毒性较大的浅蓝色烟雾，叫做光化学烟雾。NOx是 这种烟雾的主要成分，又因其1946年首次出现在美国洛杉矶， 因此又叫洛杉矶型烟雾，以区别于煤烟烟雾（伦敦型烟雾）。
在这种气候反常变化的第3天，这一河谷 地段的居民有几千人呼吸道发病，有63人死亡， 为同期正常死亡人数的10.5倍。发病者包括不 同年龄的男女，症状是：流泪、喉痛、声嘶、 咳嗽、呼吸短促、胸口窒闷、恶心、呕吐。咳 嗽与呼吸短促是主要发病症状。死者大多是年 老和有慢性心脏病与肺病的患者。尸体解剖结 果证实：刺激性化学物质损害呼吸道内壁是致 死的原因。其他组织与器官没有毒物效应。
案例分析
在马斯河谷烟雾事件中，地形和气候扮演了重要角色。 气候反常出现的持续逆温 和大雾，使得工业排放的 污染物在河谷地区的大气 中积累到有毒级的浓度。 该地区过去有过类似的气 候反常变化，但为时都很 短，后果不严重。
从地形上看， 该地区是一 狭窄的盆地；
事件的时间与地点
1930年12月1～5日发生在比利时马斯河 谷工作区。 在比利时境内沿马斯河24公里长的一段 河谷地带，即马斯峡谷的列日镇和于伊镇之 间，两侧山高约90米。许多重型工厂分布在 河谷上，包括炼焦、炼钢、电力、玻璃、炼 锌、硫酸、化肥等工厂，还有石灰窑炉。
事件的引申
值得注意的是，马斯河谷事件发生后的第二年 即有人指出：“如果这一现象在伦敦发生，伦敦公 务局可能要对3200人的突然死亡负责”。这话不幸 言中。22年后，伦敦果然发生了4000人死亡的严重 烟雾事件。这也说明造成以后各次烟雾事件的某些 因素是具有共同性的。原因：以二氧化硫为主的空 气污染和逆温的存在
组成成分
光化学烟雾包括以下几种物质： 氮氧化物，例如二氧化氮 挥发性有机化合物 (VOCs) 硝酸过氧化乙醘 (PAN) 醛类 酮类
主要危害
损害人和动物的健康
影响植物生长 影响材料质量 降低大气的能见度 其他危害
人和动物受到主要伤害是眼睛和粘膜受刺激、 头痛、呼吸障碍、慢性呼吸道疾病恶化、儿童肺功 能异常等。光化学烟雾明显的危害是对人眼睛的刺 激作用。在美国加利福尼亚州，由于光化学烟雾的 作用，曾使该州3/4的人发生红眼病。日本东京 1970年发生光化学烟雾时期，有2万人患了红眼病。 研究表明光化学烟雾中的过氧乙酰硝酸酯（PAN） 是一种极强的催泪剂，其催泪作用相当于甲醛的 200倍。另一种眼睛强刺激剂是过氧苯酰硝酸酯 （PBN），它对眼的刺激作用比PAN大约强100倍。 空气中的飘尘在眼刺激剂作用方面能起到把浓缩眼 刺激剂送入眼中的作用。
光化学烟雾
环评第3组
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案例导入
比利时马斯河谷烟雾事件是世界有名的公害事 件之一 。1930年12月1～5日发生在比利时马斯河 谷工作区。是20世纪最早记录下的大气污染惨案。 事件发生的地区是比利时境内沿马斯河24公里长 的一段河谷地带，即马斯峡谷的列日镇和于伊镇 之间，两侧山高约90米。许多重型工厂分布在河 谷上，包括炼焦、炼钢、电力、玻璃、炼锌、硫 酸、化肥等工厂，还有石灰窑炉。
知识链接
光化学烟雾定义
形成机理 组成成分 主要危害
定义1： 大气中因光化学反应而形成的有害混合烟雾。如大气中碳氢化合物和氮氧化 合物在阳光的作用下起化学反应所产生的化学污染物。 应用学科： 大气科学（一级学科）；大气化学（二级学科） 定义2： 参与光化学反应过程的污染物形成的烟雾污染现象。 应用学科： 地理学（一级学科）；环境地理学（二级学科） 定义3： 大气中的氮氧化物和碳氢化合物等一次污染物及其受紫外线照射后产生的以 臭氧为主的二次污染物所组成的混合污染物。 应用学科： 生态学（一级学科）；全球生态学（二级学科） 定义4： 大气中因光化学反应而形成的有害混合烟雾。如大气中碳氧化合物和氮氧化 合物在阳光的作用下起化学反应所生成的化学污染物。 应用学科： 资源科技（一级学科）；气候资源学（二级学科）

事件的介绍
1930年12月1日至5日，时值隆冬，大雾笼罩了 整个比利时大地。由于该工业区位于狭长的河谷地 带，马斯河谷上空出现了很强的逆温层。由于逆温 层低层空气温度比高层空气温度还低，影响空气对 流，致使工厂排出的有害气体和煤烟粉尘在地面上 大量积累，无法扩散，二氧化硫的浓度也高得惊人。
事件的结果
总结：
光化学烟雾频繁发生，给我们造成了很大的危 害。但是，只要我们对石油、氮肥、硝酸等化工厂 的排废严加管理，严禁飞机在航行途中排放燃料等， 以减少氮氧化物和烃的排放，就会控制它的产生。 现在已研制开发成功的催化转化器，就是一种与排 气管相连的反应器，它使排放的废气和外界空气通 过催化剂处理后，氮的氧化物转化成无毒的N2，烃 可转化成CO2和H2O。总之，随着科学的不断发展， 新的处理措施的研制，光化学烟雾将最终会被消门立即进行了调查，但一时不能 确证致害物质。有人认为是氟化物，有人认为是硫的氧化物，其 说不一。以后，又对当地排入大气的各种气体和烟雾进行了研究 分析，排除了氟化物致毒的可能性，认为硫的氧化物——二氧化 硫气体和三氧化硫烟雾的混合物是主要致害的物质。据推测，事 件发生时工厂排出有害气体在近地表层积累。据费克特博士在 1931年对这一事件所写的报告，推测大气中二氧化硫的浓度约为 25～100毫克/立方米（9～37微克）。空气中存在的氧化氮和金 属氧化物微粒等污染物会加速二氧化硫向三氧化硫转化，加剧对 人体的刺激作用。而且一般认为是具有生理惰性的烟雾，通过把 刺激性气体带进肺部深处，也起了一定的致病作用。 在马斯河谷烟雾事件中，地形和气候扮演了重要角色。从地 形上看，该地区是一狭窄的盆地；气候反常出现的持续逆温和大 雾，使得工业排放的污染物在河谷地区的大气中积累到有毒级的 浓度。该地区过去有过类似的气候反常变化，但为时都很短，后 果不严重。如1911年的发病情况下这次相似，但没有造成死亡。
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。这主要是由于污染物质在大气中 形成的光化学烟雾气溶胶所引起的。这种气溶胶颗 粒大小一般多在0.3～1.0μm范围内。由于这样大小 的颗粒实际上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；它们与人视觉能力的 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。
臭氧影响植物细胞的渗透性，可导致 高产作物的高产性能消失，甚至使植物丧 失遗传能力。植物受到臭氧的损害，开始 时表皮褪色，呈蜡质状，经过一段时间后 色素发生变化，叶片上出现红褐色斑点。 PAN使叶子背面呈银灰色或古铜色，影响 植物的生长，降低植物对病虫害的抵抗力。
光化学烟雾会促成酸雨形成，造 成橡胶制品老化、脆裂，使染料褪 色，建筑物和机器受腐蚀，并损害 油漆涂料、纺织纤维和塑料制品等。
光化学烟雾会加速橡胶 制品的老化和龟裂，腐蚀建 筑物和衣物，缩短其使用寿 命。
预防措施

控制污染源，减少氮氧化物和碳氢化合物污染源的排放
减少固定燃烧源的排放 减少交通机械和动力装置尾气的排放



利用化学抑制剂
植树造林

中国光化学烟雾的潜在威胁

随着中国汽车拥有量的激增，大城市氮氧化物污染逐渐加重， 发生光化学烟雾的可能性越来越大。据有关专家介绍：1997 年，中国大气污染的比例约为5%左右，但到了2007年，一 些城市的交通干道比例达到40%以上。尤其是北京、广州、 沈阳、西安等大城市，已属于由煤烟型向综合型过渡的类型。 据中国国家环境保护局《一九九六年环境质量通报》，中国 大城市氮氧化物污染逐渐加重。1996年，中国污染较为严重 的大城市是广州、北京、上海、鞍山、武汉、郑州、沈阳、 兰州、大连、杭州等。从整体上看，氮氧化物污染突出表现 在人口为100万以上的大城市或特大城市中。据测算，中国 汽车拥有量2000年已达到1800~2100万辆，2021年将达到 4400~5000万辆。这就为光化学烟雾的发生和发展，创造了 一定的外部条件，进而导致严重的汽车尾气影响环保事件的 发生。
思考题
光化学对我们生活造成了那些危害？
光化学的主要成分？ 马斯河谷事件发生在哪一年？

到2008年止，中国还没有发生过像美国、日本等国 家那样严重的光化学烟雾事件，这是因为烟雾与气 候和阳光有关，只要有充足的阳光，干燥的气候， 加上汽车尾气的排放和污染，就会具备形成光化学 烟雾的外部条件。在以北京、太原、上海、南京、 成都为中心的重污染地区，污染指数随时都可能处 在发生光化学烟雾事件的危险之中。因此，迫切需 要中国有关部门采取各种有效的措施，制定严格的 环保法规，加大治理汽车尾气污染的力度，避免光 化学烟雾事件在我国发生和蔓延。这亦应该成为汽 车设计、制造、流通、使用部门引起高度重视的警 觉，以保护中国的环境和人类生存条件。