汽车尾气与臭氧污染

0汽车是现代社会人们不可缺少的交通工具。然而,不论是温室效应、臭氧层空洞,还是酸雨、黑雨,汽车排放的尾气都是造成大气污染的一个重要来源。我国的汽车产业在进入21世纪后得到了快速发展,而汽车所带来的环境污染问题已经对公共健康造成了威胁,臭氧就是其中之一[1]。

近地面层臭氧主要来自光化学反应——当混合着各种氮的氧化物(NOX)、一氧化碳(CO)和挥发性有机化合物(VOC)的空气受到日光照射时,便会产生臭氧。因此,太阳辐射对于臭氧的生成是十分重要的。由于光化学反应受光照和温度的影响,夏季臭氧体积分数一般高于冬季,晴天高于阴天 (殷永泉,李昌梅,马桂霞,崔兆杰, 2004)。臭氧具有强氧化能力,对眼晴和呼吸道有很强的刺激性,损害人体肺功能,伤害农作物,甚至导致各种疾病。臭氧浓度过高导致的人类健康危害不容小觑,如刺激呼吸系统,导致咳嗽、喉咙疼、胸闷;损害肺功能,导致哮喘、呼吸乏力;引起肺泡膜发炎等等 (姜允迪,王式功,祁斌, 2000)。

我国环境空气质量标准(GB 3095—2012)中规定了一级标准的臭氧8小时平均浓度不大于100µg/m3,二级标准不大于200µg/m3。最近(7月)环境保护部发布的重点区域和74个城市空气质量状况中,京津冀区域13个城市臭氧日最大8小时值平均超标率上升13.2个百分点,长三角区域25个城市臭氧日最大8小时值平均超标率上升2.8个百分点,珠三角区域9个城市臭氧日最大8小时值平均超标率上升10.8个百分点[2]。由此可见,臭氧已是城市空气重要污染物。

汽车尾气排放的有害物质包含许多成分,除了臭氧,还包括一氧化碳、碳氢化合物(HC)、氮氧化合物、硫氧化合物(SOX)、挥发性有机物、铅(Pb)、及固体颗粒等。其中碳氢化合物、氮氧化物和挥发性有机化合物等一次污染物,在光照条件下发生化学反应,生成臭氧、醛、酮、酸、硝酸过氧化乙醘(PAN)等二次污染物,参与光化学反应过程的一次污染物和二次污染物的混合物所形成的烟雾污染现象叫做光化学烟雾现象。

1943年,在美国加利福尼亚州的洛杉矶市,250万辆汽车每天燃烧掉1100吨汽油[3]。汽油燃烧后产生的碳氢化合物、臭氧、挥发性有机化合物在太阳紫外线照射下发生化学反应,形成浅蓝色烟雾,也就是后来人们所知道的光化学烟雾。1950年以来,光化学烟雾污染事件在美国其他城市和世界各地相继出现,如日本、加拿大、联邦德国、澳大利亚、荷兰等国的一些大城市都发生过。1951年A.J.哈根最先指出臭氧是氮氧化物、碳氢化合物和空气的混合物通过光化学反应形成的。以后F.W.温特发现臭氧与不饱和烃(如汽车废气中的烃类)的化学反应产物跟洛杉矶烟雾有相同的伤害效应。美国斯坦福研究所的学者指出,形成臭氧的活性有机化合物和氮氧化物的主要来源是汽车排放的废气。因此,臭氧的浓度升高是光化学烟雾污染的标志。1955年和1970年洛杉矶又两度发生光化学烟雾事件,前者有400多人因五官中毒、呼吸衰竭而死亡,后者使全市四分之三的人患病。这就是在历史上被称为“世界八大公害”和“20世纪十大环境公害”之一的洛杉矶光化学烟雾事件。正是这些事件使得人们深刻认识到汽车污染的危害性。

20世纪90年代,由于我国汽车生产和使用规模不大,汽车污染问题并不突出,城市大气污染主要表现为燃煤造成的煤烟型污染。最近十几年,特别是进入21世纪后,我国汽车产业得到了快速发展。2003年初,全国汽车销售收入首次超过纺织业,成为我国五大支柱产业之一。

近些年来,随着我国经济的持续较快发展和人民生活水平的提高,我国机动车保有量高速增长,汽车保有量达1.37亿辆,年销量超过2000万辆,成为世界汽车产销量第一大国[4]。时至今日,汽车所带来的环境污染、能源消耗和交通拥堵等问题,已经成为我国城市发展的主要矛盾。一些城市的空气污染类型也已由煤烟污染型转变成机动车污染型。进入今年4月后,在环境保护部7个重点区域和个城市空气质量监测发布中,“首要污染物”开始以臭氧为主,它的“原材料”,是挥发性有机物,主要来源于汽车尾气。南京市环保局检测专家称,挥发性有机物的排放源包括107种化学物质[5]。为了弄清南京市臭氧污染的来源,市环保局通过不同区域空气采样,对可能形成挥发性有机物的107种化学物质进行收集分析。同时,南京市正在修订《南京市大气污染防治条例》,将首次为挥发性有机物治理立法。新修订稿中将加强对相关行业污染治理的调整,比如尾气排放超标的汽车淘汰报废、加装尾气净化装置,限制工业排放,加油站、油罐车强制油气回收并逐步实现在线监控等。由于氮氧化物、挥发性有机物是臭氧的前体物,所以提高燃油标准、控制机动车保有量等方式,对防治臭氧污染可起到明显效果。

令人担忧的是,光化学烟雾、高浓度臭氧、氮氧化物等大气污染已逐渐出现在京津冀地区和珠江三角洲、长江三角洲城市群。没有一个城市可以独善其身。甚至,污染物借助风力扩散到数百千米之外地方,影响范围是很广泛的,治理和污染控制工作任重道远。

引用

姜允迪,王式功,祁斌, 2000. 兰州城区臭氧浓度时空变化特征及其与气象条件的关系. 兰州大学学报, pp. 118-125.

殷永泉,李昌梅,马桂霞,崔兆杰, 2004. 城市臭氧浓度分布特征. 环境科学, 11, pp. 16-20.

[1]在对流层里存在的臭氧属于一种对生物有害的污染物,而平流层(臭氧层)中的臭氧是对生物至关重要的紫外线吸收剂。

[2]环境保护部发布7月份重点区域和74个城市空气质量状况 http://www.mep.gov.cn/gkml/hbb/qt/201408/t20140819_287924.htm

[3]洛杉矶光化学烟雾事件http://www.people.com.cn/GB/huanbao/41909/42116/3082706.html

[4]国务院明确2014年各地黄标车及老旧车淘汰任务 http://www.mep.gov.cn/gkml/hbb/qt/201406/t20140610_276685.htm

[5]尾气为南京臭氧超标首要污染物,将立法治理http://js.people.com.cn/html/2014/04/24/304705.html2014年8月14日

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