以廣州為例淺析我國城市光化學煙霧摘要：以廣州為例研究我國城市光化學煙霧的污染狀況及污染特征,探討光化學煙霧的形成機制,分析城市光化學污染趨強的原因，預測城市光化學煙霧的發(fā)展趨勢，結合城市特征探討光化學煙霧防治的措施。關鍵詞：城市光化學煙霧；汽車尾氣；防止措施城市大氣污染一般分為煤煙型和光化學煙霧型,前者因燃煤排放引起,其主要污染物為顆粒物和二氧化硫SO2;后者因汽車和石油化工排放氮氧化物NOx和揮發(fā)性有機物VOCs等前體污染物引起,其特征污染物為臭氧O3等強氧化劑。光化學煙霧具有很強的氧化性,可使橡膠開裂,對眼睛和呼吸道有很強的刺激性,損害人體肺功能和傷害農作物,并使大氣能見度降低。我國城市大氣污染雖受以煤炭為主的能源結構的制約,目前仍呈現(xiàn)出明顯的煤煙型污染特征,但早在70年代末就在蘭州西固石油化工區(qū)首次發(fā)現(xiàn)了光化學煙霧并開展了大氣物理和大氣化學的大規(guī)模綜合研究,1986年夏季在北京也發(fā)現(xiàn)了光化學煙霧的跡象,近10年來日趨嚴重。隨著經濟的高速發(fā)展,我國中、南部特別是沿海城市均已發(fā)生或面臨光化學煙霧的威脅,上海、廣州、深圳等城市也頻繁觀測到光化學煙霧污染的現(xiàn)象。以廣州為例研究我國城市光化學煙霧的污染狀況及污染特征,探討光化學煙霧的形成機制,預測城市光化學煙霧的發(fā)展趨勢。1.城市光化學煙霧的形成機理光化學煙霧的形成機理可以定性地表述為:光化學煙霧是由鏈式反應形成的。它以NO2光解生成原子氧的反應為引發(fā),原子氧的產生導致了臭氧的形成。由于烴類參與鏈式反應產生多種自由基,造成了NO向NO2的迅速轉化。在此轉化中RO·和RO2·自由基起了主要的作用CO3參與的少),以致基本上不需要消耗O3就能使大氣中NO轉化為NO2。NO2又繼續(xù)光解產生O并導致O3的產生,從而使O3濃度不斷升高。同時產生的醛類和新的自由基又繼續(xù)和烴類反應,生成更多的自由基。如此繼續(xù)不斷,循環(huán)往復地進行鏈式反應,直至烴類耗盡,NO全部氧化為NO2。概括起來影響光化學煙霧的主要(污染物)因素是:(1)碳氫化合物的活性。(2)吸收光能的引發(fā)劑。(3)NO2和CｘHｙ的濃度比。汽車廢氣作為空氣污染中的一種特殊情形，其主要污染物有碳氧化物、氮氧化物、碳氫化合物、硫氧化物、鉛化合物、苯并芘等。對于未裝尾氣凈化器的汽車,65%的烴類及COｘ、NOｘ和鉛化合物均從尾氣中排入大氣。目前,許多國家制定的汽車排氣標準中,都把一氧化碳、碳氫化合物和氮氧化物作為主要污染物來控制。對光化學煙霧形成有關的氣體主要是后2種,尤其是其中的NO、NO2和烯烴、芳烴。汽車廢氣的數(shù)量是很大的,若平均每天燃用5ｋｇ汽油,則生成2.1ｋｇCO、0.62ｋｇＣｘＨｘ、0.11ｋｇNOｘ。那么一個擁有10萬輛汽車的城市,每天空氣中就要增加210萬噸CO、62噸的ＣｘＨｘ、11噸NOｘ?？梢娖嚧_實成了污染空氣的“罪魁”。2.廣州大氣光化學污染狀況廣州市近20年來主要的大氣污染物有:二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)、一氧化碳(CO)、總懸浮微粒(TSP)、降塵(DF)等,其中SO2及NOx和CO分別主要來源于工業(yè)生產和交通運輸,TSP和DF則主要來源于餐飲業(yè)和建筑業(yè)。目前,廣州交通污染源尾氣排放量對廣州大氣質量的“貢獻”躍居為首位。分析廣州市1981～1997年的環(huán)境監(jiān)測資料表明，年紀之間具有光化學污染逐年增強的趨勢。以1981～1997年全市各監(jiān)測點的監(jiān)測結果為基礎數(shù)據(jù),以我國《大氣環(huán)境質量標準》的日平均質量濃度二級標準為依據(jù)計算廣州市1981～1997年的各大氣污染物的指數(shù)及污染負荷率,計算公式如下:Fi=Pi/P其中:Pi=Ci/Si,P=∑Pi式中:Fi為污染物i的負荷率,Pi為污染物i的分指數(shù),P為大氣污染綜合指數(shù),Ci為污染物i的實測值,Si為污染物i的評價標準(其中SO2為0.06mg/m3、NOx為0.1mg/m3、CO為4mg/m3、TSP為0.3mg/m3,DF為8t/km2·月)。計算結果如表1所示。表11981～1997年廣州市各大氣污染物的評價指數(shù)和污染負荷率(%)從表1的結果發(fā)現(xiàn),雖然各污染物的負荷率隨年份不斷波動,但NOx和CO的負荷率逐年增加、SO2和TSP則逐年減少的趨勢明顯。比較1981～1997年大氣污染物評價指數(shù)和負荷率的結果說明:廣州在20世紀80年代中期以前(1981～1986)各污染物的負荷率以DF最高、SO2次之、CO最低為煤煙型污染特征;1987～1997年間,全市大氣中氣態(tài)污染物評價指數(shù)和負荷率則以NOx最高,如1994年全市實測NOx年均日濃度值為:1.16mg/m3,污染指數(shù)為1.16,污染負荷比為25.2%,1996年達35.6%。這充分說明廣州自80年代末以來NOx的污染相當嚴重,光化學污染有逐年增強的趨勢。特別是越秀區(qū)、東山區(qū)的主要干道的NOx已大大超國家二級標準。3.廣州光化學污染趨強的主要原因VOCs和NOx兩者構成光化學污染中最主要的一次污染物;控制大氣光化學污染最有效的手段是同時控制VOCs和NOx污染水平.，結合廣州的氣象、地理條件，從VOCs和NOx來源著手來分析廣州市區(qū)光化學污染趨強的原因。3.1廣州光化學污染趨強主要與機動車輛的迅速增加有關自上世紀80年代末以來,廣州大氣中NOx和CO的污染負荷率逐年增加,光化學類污染急劇發(fā)展,這主要與車輛的迅速增加密切相關。據(jù)統(tǒng)計,廣州機動車排放的NOx約占全市NOx總量的60%。加之廣州地處低緯度,高溫、多雨、濕度大;風向以北和東北及東和東南方向為主,具有通風不良和靜風頻率高、近地層的逆溫頻率高、熱島效應強等特征。不僅不利于污染物的對流和擴散,還有利于貼近城區(qū)周圍工業(yè)和建筑業(yè)、交通業(yè)的大氣污染物向西區(qū)和市中心集聚,形成局地的堆積污染,也有利于大氣污染物NOx的轉化,更進一步加大了光化學的污染程度,特別是交通擁擠,汽車在路上重新啟動和發(fā)動機空轉的次數(shù)越多,尾氣排放量越大,因而越秀區(qū)和東山區(qū)及市內的主要交叉路口和交通要道等地帶成為NOx和CO污染的“重災區(qū)”。因此，要解決NOx和CO污染問題,控制及改進廣州市交通環(huán)境是關鍵。3.2廣州市內各功能區(qū)VOCs污染源分析表2給出了市區(qū)內典型功能區(qū)VOCs的監(jiān)測結果，作為交通主干道的東風路、環(huán)市路和新港路污染最為嚴重,檢出的VOCs種類較多,濃度也較高;而文化區(qū)和居民區(qū)的污染相對小些,但也不可忽視.圖1是三個功能區(qū)大氣中苯系物(BTEX)的濃度分布情況,用來判斷功能區(qū)的VOCs污染來源.三個功能區(qū)的BTEX線圖基本上平行重合,說明它們的來源都相同.甲苯的濃度仍然是最高的,苯和乙苯濃度相當.這說明了,市區(qū)內VOCs的污染特征與交通源相似,即VOCs的污染主要是由于機動車排放引起的.另外,各類型加油站的油庫、市內三產燃料燃燒,還有市郊工業(yè)區(qū)排放的貢獻也是不可忽略的。由圖表可知，廣州地區(qū)空氣中的揮發(fā)性有機物的總量已很高,廣州市區(qū)的VOCs主要來自人為污染源,尤其是交通源。表2市內典型功能區(qū)VOCs監(jiān)測結果(μg·m-3)圖1內典型功能區(qū)苯系物濃度分布圖4.光化學污染的防治措施注：文章內所有公式及圖表請用PDF形式查看。4.1安裝排放孔昂志裝置控制污染源碳氫化合物是光化學煙霧形成過程中必不可少的重要組成,因此控制碳氫化合物,尤其是那些反應活性高的有機物(如烯烴、含有側鏈的苯烴)的排放,能有效地控制光化學煙霧的形成和發(fā)展。另外,光化學煙霧形成的光化學反應中,自由基反應占很重要的地位,而自由基的引發(fā)反應主要是由NO2光解而引起的,所以控制氮氧化合物的排放也十分重要。據(jù)統(tǒng)計，大氣中CO污染物的75％、HC和NO污染物的50％來源于汽車的尾氣排放。隨著汽車保有量的日益增多，汽車的排放污染已成為大氣光化學污染的元兇，汽車排放的污染源來自車上的眾多系統(tǒng)，如果不安裝各種排放控制裝置，那么將有大約20％的有害物質來自曲軸箱通風系統(tǒng)，60％來自排氣系統(tǒng)，另有,20％來自供油系統(tǒng)的蒸發(fā)。近年來生產的汽車中，差不多每一種污染源均有獨自的排放控制技術及裝置。如電子控制裝置、發(fā)動機曲軸箱的污染控制裝置（PCV）、燃油蒸汽污染控制系統(tǒng)（ECS）、排氣再循環(huán)系統(tǒng)（EGR）、空氣噴射系統(tǒng)、催化式凈化裝置、微粒搜捕器等等。其中利用催化劑對汽車的廢氣進行凈化應用已經比較普遍，其基本原理是:2NO(g)+2CO(g)=====N2(g)+2CO2(g)2CO(g)+O2(g)=====2CO2(g)從而使汽車尾氣無害化。歐共體規(guī)定，所屬各國從1993年開始銷售的裝有汽油發(fā)動機的汽車一律要配置三元催化轉換器。該裝置可凈90％的有害物質。4.2完善車輛管理和發(fā)展公共交通加快城市公共交通的發(fā)展和道路建設的步伐,推廣環(huán)保型交通工具及尾氣凈化等新技術,合理分流市區(qū)交通壓力并強化機動車排氣污染控制工作,從而有效減輕市中心機動車排氣污染，建立和完善機動車管理體系,都是控制城市光化學污染的，改善空氣質量的當務之急。4.3利用清潔能源如使用氫作為發(fā)動機燃料,利用氫氧燃料電池供電來驅動運輸工具(電動車),利用電磁感應的方法推動火車(超導懸浮列車)等。核能的安全使用，風能、太陽能的開發(fā)利用。利用清潔能源,開發(fā)無污染運輸是今后的導向。4.4樹立生態(tài)設計觀念將城市氣候與城市規(guī)劃及建筑設計相結合,按主導風向規(guī)劃建筑物的配置,充分利用太陽能等氣候條件,注重