大氣臭氧污染特征及其治理措施分析

唐山市生態(tài)環(huán)境局唐山國際旅游島分局 周軍

目前，大氣中的臭氧污染主要來自于大氣中的揮發(fā)性有機(jī)物和氮氧化物高溫反應(yīng)而產(chǎn)生O3，這兩類污染物難以控制，導(dǎo)致新的污染源出現(xiàn)。這種情況持續(xù)發(fā)生，使臭氧污染很難控制。要想有效降低臭氧污染，就必須從源頭上清除有機(jī)物和氮氧化物，另外，還需要加強(qiáng)對(duì)臭氧污染防治的宣傳。

目前，臭氧層污染已成為造成大氣污染的主要原因，因此，加強(qiáng)對(duì)臭氧污染問題的研究十分的必要。

一、臭氧概述

臭氧，化學(xué)式為O3，是一種氧的同質(zhì)異構(gòu)體。臭氧在室溫下有一種特別的氣味，是一種藍(lán)色的氣體，德國科學(xué)家馬龍于1785年在雨后發(fā)現(xiàn)了清新的空氣的氣味。臭氧主要分布于平流層，離地表大約20公里。臭氧層能夠吸收臭氧，從而防止陸地上的生物受到紫外線的侵害。但是，臭氧在地表上的分布不僅是扁平的，還有一些氣體的臭氧層。最近幾年，有氣象專家指出，地表空氣中的臭氧含量在快速增長。盡管大氣中的臭氧層可以保護(hù)地球上的人類，但是，當(dāng)大氣中的臭氧層在接近地表時(shí)，它的濃度會(huì)明顯升高，就會(huì)對(duì)環(huán)境和人體健康造成負(fù)面影響。臭氧會(huì)刺激人的內(nèi)臟粘膜，也會(huì)影響人類呼吸。高密度的臭氧對(duì)動(dòng)物和植物都是有害的。臭氧在水中是很容易溶解的，但是它的溶解度是由其他物質(zhì)決定的。臭氧能在有離子的水里溶解為氧，臭氧極易氧化，對(duì)金屬及非金屬材料的表面造成嚴(yán)重的侵蝕。臭氧對(duì)細(xì)菌、霉菌、病毒均有較好的殺傷效果。臭氧的上述性質(zhì)使得其在日常營養(yǎng)、醫(yī)療等方面得到了廣泛的應(yīng)用。

二、大氣臭氧污染的主要來源

臭氧層是地球大氣層中最主要的物質(zhì)。臭氧一般在20千米至50千米處能起到一定的保護(hù)作用，使地球上的生物和動(dòng)物能更好地生存。同時(shí)，臭氧是一種重要的光化學(xué)污染物，其自身也會(huì)產(chǎn)生化學(xué)煙霧，對(duì)人類的生存環(huán)境造成污染。所以，對(duì)大氣臭氧污染治理要因地制宜。目前，大氣層中的臭氧一般有兩種來源：一種是天然來源，另一種是人工來源。它們是人類活動(dòng)的源頭，導(dǎo)致人類活動(dòng)產(chǎn)生大量臭氧，比如氣體中的臭氧。石化生產(chǎn)和汽車尾氣排放中含有各種有毒物質(zhì)，而目前大部分臭氧是在化學(xué)反應(yīng)后產(chǎn)生的。由于人為因素的介入、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展使得汽車數(shù)量急劇增長，而汽車燃油中的化學(xué)成分，如石油和有機(jī)溶劑會(huì)造成空氣中的氧化氮和揮發(fā)性有機(jī)物增加，不同的物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使地表的臭氧濃度持續(xù)上升。臭氧如果靠近身體，會(huì)對(duì)身體的健康有很大的影響，造成安全隱患。舉例來說，美國洛杉磯1943年的首次城市化學(xué)污染就是如此，隨著能見度持續(xù)下降，流淚、咳嗽等各種癥狀出現(xiàn)在各個(gè)年齡層，800余位老人因此而受害。這起污染事故所造成的生命和財(cái)產(chǎn)損失引起了全球高度關(guān)注。

三、大氣臭氧污染所帶來的危害

（一）對(duì)人體健康帶來危害

臭氧通過空氣可進(jìn)入人體，進(jìn)而會(huì)引發(fā)胸悶、頭痛、咽喉腫痛等癥狀。另外，臭氧還會(huì)增加患者呼吸道感染、支氣管炎等呼吸道疾病的發(fā)生率。臭氧消耗會(huì)破壞人體免疫系統(tǒng)，受其影響的孕婦容易發(fā)生胚胎畸形現(xiàn)象。臭氧還會(huì)損傷人體的皮膚，從而加速人們的衰老。

（二）對(duì)地球環(huán)境帶來危害

臭氧不僅對(duì)大氣環(huán)境有影響，而且會(huì)污染土壤，降低土壤養(yǎng)分含量。由于臭氧在大氣中的濃度過高，會(huì)對(duì)綠色植物的光合作用產(chǎn)生，影響植物進(jìn)行葉綠素的合成效果，造成黃葉現(xiàn)象的發(fā)生。與此同時(shí)，大量植物的產(chǎn)氧量也會(huì)隨著光合作用的減少而降低，這必然會(huì)影響環(huán)境平衡。

（三）對(duì)生活影響

臭氧是一種很強(qiáng)的氧化劑，能和多種有機(jī)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。在日常生活中，大量的家庭用具和建材由于暴露于臭氧環(huán)境中而受到損害。例如，輪胎老化、顏料褪色等，都說明了臭氧具有很強(qiáng)的破壞性，對(duì)人們的生活造成了極大的影響。

四、大氣臭氧污染的特征

地表O3的污染主要受氣溫、濕度等因素的影響，特別是在高溫、低濕度的情況下更是如此。從四個(gè)季度來看，夏季和秋季的日照強(qiáng)度都很高，這樣的高溫會(huì)導(dǎo)致O3污染。O3常常會(huì)在一天之內(nèi)被過度調(diào)節(jié)，氣象條件的改變對(duì)O3的濃度也有一定的影響。在陽光下，O3的含量高于晴天，而在雨天則比較低。O3污染在不同區(qū)域也有差異，我國北方地區(qū)的O3污染以6月份為主，而南方地區(qū)5月、6月、10月出現(xiàn)O3污染較多。結(jié)果表明，O3的濃度不僅受氣候等因素的影響，而且與NOx和 VOC的排放量有關(guān)。

（一）具有時(shí)間特征

大量研究表明，大氣中的臭氧污染是可以隨時(shí)間而變化的，即臭氧濃度一般是根據(jù)地球的溫度發(fā)生變化的，與熱量有很強(qiáng)的相關(guān)性。由于溫度的影響，大氣中臭氧濃度有很強(qiáng)的季節(jié)性，每個(gè)月都有變化，以6月份變化較大，與此同時(shí)，在一月份，地球周圍臭氧濃度每天都有明顯的周期性變化，也就是說，臭氧是氮氧化物光化學(xué)反應(yīng)形成的二次污染物，其產(chǎn)生后，時(shí)間峰值濃度一般在2至5個(gè)小時(shí)。自然氣候決定臭氧的濃度。多項(xiàng)研究表明，陰雨天臭氧濃度較低，而在天氣晴朗的時(shí)候，臭氧濃度高。

（二）具有空間特征

多項(xiàng)研究表明，臭氧的空氣污染可能會(huì)隨空間而改變，在中國北方，通常市區(qū)臭氧濃度總體呈V型。南方地區(qū)臭氧濃度總體呈M型，濃度達(dá)到頂峰后即會(huì)逐漸下降?？傮w而言，南方的濃度不僅比北方高，而且在10月份還會(huì)再次達(dá)到高峰。與此同時(shí)，西部地區(qū)與東部地區(qū)臭氧濃度存在著差異。由于大氣臭氧污染程度較高，且受人口密度的影響，各地區(qū)的臭氧濃度也不相同。同時(shí)，在西部欠發(fā)達(dá)地區(qū)，人口密度較低、工業(yè)規(guī)模小、車輛較少、植被覆蓋較好，臭氧對(duì)大氣的污染程度相對(duì)較小，因此，在對(duì)城市及其周邊地區(qū)臭氧濃度的分析中，會(huì)發(fā)現(xiàn)該地區(qū)臭氧濃度較高，且污染程度較高。在城市地區(qū)，廢氣中會(huì)含有大量車輛尾氣和污染物，使臭氧濃度升高。在郊區(qū)的工廠，經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生大量污染物，使臭氧濃度升高。與此同時(shí)，風(fēng)向也會(huì)導(dǎo)致臭氧濃度升高以及較低，由于該物質(zhì)活性的增加導(dǎo)致城市地區(qū)空氣污染物的增加，從而導(dǎo)致其短期釋放，使得其他污染物通過強(qiáng)風(fēng)向城郊地區(qū)轉(zhuǎn)移，隨后反應(yīng)緩慢，臭氧恢復(fù)緩慢，這也是城市周邊臭氧濃度較高的主要原因之一。

五、大氣臭氧與其他主要污染物的相關(guān)性分析

第一，對(duì)臭氧和氧化層進(jìn)行相關(guān)分析。臭氧濃度與NOx濃度呈極其顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。在日變化條件下，最小臭氧濃度與最大的NOx對(duì)應(yīng)，而最大的臭氧濃度和最小的NOx值是一樣的。之所以如此，是因?yàn)榇髿庵械难趸枯^高，能夠阻止臭氧的生成。所以，當(dāng)?shù)趸餄舛缺容^高時(shí)，臭氧的污染程度一般比低氮濃度的時(shí)候要低。第二，對(duì)臭氧與SO2進(jìn)行相關(guān)分析。臭氧與SO2濃度呈極其顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。在24小時(shí)內(nèi)，SO2的最大值與最低的臭氧濃度相對(duì)應(yīng)，而最大的臭氧量通常與最低的硫值相對(duì)應(yīng)。由于臭氧的高氧化作用，二氧化硫可以被氧化為三氧化硫。結(jié)果表明，在白天，臭氧濃度越高，SO2濃度越低。在夜間，由于太陽輻射強(qiáng)度低，光合作用被抑制，臭氧濃度下降，而SO2產(chǎn)生三氧化硫的反應(yīng)速率減緩，SO2的濃度增加。第三，對(duì)臭氧與PM10進(jìn)行相關(guān)分析。臭氧與PM10間也呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系。隨著臭氧濃度的增加，PM10的含量逐漸下降，而臭氧濃度的下降則導(dǎo)致PM10的增加。在15時(shí)至17時(shí)、18時(shí)至23時(shí)，臭氧和PM10呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，這也許是因?yàn)樽⒁饬Ω叨燃械木壒?。PM10能將大量的紫外線反射，從而抑制光化學(xué)反應(yīng)，抑制臭氧的生成。第四，對(duì)臭氧與PM2.5進(jìn)行相關(guān)分析。臭氧與 PM2.5也有一定的相關(guān)關(guān)系。臭氧濃度越高，PM2.5的濃度越低。在早上，二者的關(guān)系是非常顯著的，原因也許是 PM2.5和水汽在地表附近的空氣中形成了煙霧，這些煙霧阻礙了紫外線照射，從而抑制了臭氧的生成。蘭州的獨(dú)特地形讓 PM2.5很難傳播，從而避免了水平方向上的臭氧的生成。第五，對(duì)臭氧與 CO進(jìn)行相關(guān)分析。臭氧與一氧化碳間也有一定的負(fù)相關(guān)性，在6時(shí)至15時(shí)，兩者之間的正相關(guān)關(guān)系更加顯著，原因是為了生成O3，需要燃燒CO。結(jié)果表明，CO濃度隨O3濃度的增加而減少。在2時(shí)至4時(shí)，陽光照射較弱，光合作用被抑制，一氧化碳含量下降，臭氧濃度增加。

六、基于大氣臭氧污染的相關(guān)治理措施

（一）建立積極有效的污染預(yù)警系統(tǒng)

臭氧污染的控制應(yīng)遵循以預(yù)防為主的原則，建立有效的臭氧污染預(yù)警系統(tǒng)是防治臭氧污染的關(guān)鍵。中國預(yù)警系統(tǒng)正式建立于2016年年初。國家空氣質(zhì)量預(yù)警系統(tǒng)已經(jīng)投入使用，通過這一系統(tǒng)，相關(guān)新聞平臺(tái)可以發(fā)布空氣污染訊息。對(duì)大氣污染進(jìn)行監(jiān)測和發(fā)布，可為大氣污染控制提供有效指導(dǎo)。今后，應(yīng)借鑒國際先進(jìn)技術(shù)和成功經(jīng)驗(yàn)，不斷優(yōu)化和完善空氣質(zhì)量預(yù)警系統(tǒng)。

（二）建立針對(duì)性的應(yīng)急預(yù)案

根據(jù)臭氧濃度變化趨勢(shì)，結(jié)合大氣臭氧污染的時(shí)間特點(diǎn)，有針對(duì)性地制定應(yīng)急預(yù)案和應(yīng)對(duì)機(jī)制，進(jìn)而明確提出企業(yè)減排措施，尤其是對(duì)環(huán)境污染物質(zhì)排放的企業(yè)，應(yīng)制定季節(jié)性排放標(biāo)準(zhǔn)，并在生產(chǎn)許可證中注明，以約束這些企業(yè)和行業(yè)清潔生產(chǎn)，控制大氣臭氧污染源，在正常生產(chǎn)過程中減少污染物的排放，改善大氣中的臭氧污染。

（三）制定部門問責(zé)制度

首先，在城市中，交通管理機(jī)構(gòu)必須根據(jù)時(shí)段或路段來安排車輛，如交通管理機(jī)構(gòu)不積極，則由環(huán)境保護(hù)機(jī)構(gòu)承擔(dān)相關(guān)責(zé)任，特別是大貨車、黃牌車輛和冒煙、改裝車輛，要在公安機(jī)關(guān)備案。其次，每季度發(fā)布一次審核通報(bào)，發(fā)布有關(guān)部門環(huán)境保護(hù)措施的影響，并對(duì)市區(qū)內(nèi)停車收費(fèi)較高的特殊情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。

（四）積極進(jìn)行臭氧污染數(shù)據(jù)的預(yù)報(bào)

臭氧污染研究最早開始于歐洲，而臭氧污染預(yù)報(bào)于2002年和我國的天氣預(yù)報(bào)相結(jié)合，由中國科學(xué)院主辦，正式向國內(nèi)外發(fā)布了臭氧濃度預(yù)報(bào)，臭氧日預(yù)報(bào)于2007年在上海市氣象臺(tái)進(jìn)行了首次公布。

預(yù)測臭氧濃度的方法主要有統(tǒng)計(jì)法和定量法。各個(gè)地區(qū)測量大氣臭氧濃度的方法不同，如地質(zhì)較為簡單但范圍較廣的地區(qū)，較準(zhǔn)確的統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)和較簡單的實(shí)用預(yù)報(bào)等不同類型的預(yù)測方法都適用，與北京、天津和河北相比，工業(yè)污染臭氧層的范圍較小，有利于對(duì)臭氧層進(jìn)行大范圍的監(jiān)測，其定量模型能較好地預(yù)測和分析區(qū)域空氣質(zhì)量。以數(shù)字空氣質(zhì)量模型為基礎(chǔ)的綜合預(yù)報(bào)技術(shù)在復(fù)雜的三維環(huán)境中不斷發(fā)展，采用多元回歸、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等數(shù)學(xué)方法進(jìn)行預(yù)測，建立若干不同的預(yù)報(bào)模型進(jìn)行計(jì)算，以獲得最佳的預(yù)報(bào)結(jié)果，從而能夠?qū)Ω鼮閺?fù)雜的臭氧天氣進(jìn)行預(yù)測，在多值情況下，為微處理器提供最精確的預(yù)報(bào)，從而能夠在海上進(jìn)行大氣臭氧作業(yè)。

（五）采取相關(guān)技術(shù)嚴(yán)格控制污染源

治理污染源的關(guān)鍵是控制臭氧污染。強(qiáng)化對(duì)工業(yè)企業(yè)的監(jiān)督管理，石油化工和塑料生產(chǎn)企業(yè)要特別注意加強(qiáng)對(duì)污染物排放的監(jiān)測和檢測，如對(duì)大氣污染相對(duì)比較嚴(yán)重的企業(yè)，都必須安裝相應(yīng)的檢測設(shè)備，并與環(huán)保部門共同進(jìn)行，使環(huán)保部門能及時(shí)獲取相關(guān)信息，環(huán)境監(jiān)測部門要求這些工業(yè)企業(yè)嚴(yán)格執(zhí)行國家排放標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)污染物的排放清單對(duì)污染源進(jìn)行深入分析，加強(qiáng)企業(yè)污染監(jiān)測能力，研究污染類型和原因，采取有效的控制措施，控制大氣臭氧污染。強(qiáng)化機(jī)動(dòng)車尾氣污染治理。機(jī)動(dòng)車尾氣排放加劇了環(huán)境污染，大氣中臭氧污染的控制越來越受到人們的重視。為減少汽車尾氣排放，地方政府采取了一系列措施，國家應(yīng)制定汽車排放減排制度和標(biāo)準(zhǔn)，堅(jiān)決禁止重污染排放的汽車上市銷售，汽車制造商應(yīng)嚴(yán)格遵守，提高排放凈化的標(biāo)準(zhǔn)，或增加尾氣凈化裝置，從而減少尾氣排放，控制大氣臭氧污染。煤污染是造成大氣臭氧污染的主要原因之一，加強(qiáng)煤污染治理。優(yōu)先控制臭氧的碳污染，禁止小煤礦鍋爐運(yùn)輸，加快熱電一體化進(jìn)程，加強(qiáng)煤質(zhì)控制，禁止生產(chǎn)和使用劣質(zhì)煤，防止燃煤污染，對(duì)采煤設(shè)施進(jìn)行技術(shù)改造，以降低煤炭造成的大氣污染。

七、結(jié)束語

臭氧污染對(duì)所有人的身體都有很大的危害，而人類又是造成臭氧污染的罪魁禍?zhǔn)?。因此，為了降低大氣臭氧層的污染，保護(hù)大氣環(huán)境，必須采取措施。臭氧污染的治理是一個(gè)長期而又困難的工作，不是一朝一夕就可以完成的，要持續(xù)推進(jìn)臭氧治理的戰(zhàn)略決心，不斷深化四個(gè)方面的結(jié)構(gòu)調(diào)整，力爭在移動(dòng)能源、工業(yè)能源、公共能源等方面實(shí)現(xiàn)新的突破。由于大氣臭氧在時(shí)間和空間上的特點(diǎn)，大氣臭氧污染會(huì)對(duì)人類健康產(chǎn)生一定的危害，因此，應(yīng)從建立預(yù)警系統(tǒng)入手，加強(qiáng)對(duì)其的控制，并對(duì)污染來源進(jìn)行監(jiān)測。

相關(guān)鏈接

臭氧是氧氣的一種同素異形體，化學(xué)式是O3，式量47.998，有魚腥氣味的淡藍(lán)色氣體。臭氧有強(qiáng)氧化性，是比氧氣更強(qiáng)的氧化劑，可在較低溫度下發(fā)生氧化反應(yīng)，如能將銀氧化成過氧化銀，將硫化鉛氧化成硫酸鉛、跟碘化鉀反應(yīng)生成碘。松節(jié)油、煤氣等在臭氧中能自燃。有水存在時(shí)臭氧是一種強(qiáng)力漂白劑。跟不飽和有機(jī)化合物在低溫下也容易生成臭氧化物。用作強(qiáng)氧化劑，漂白劑、皮毛脫臭劑、空氣凈化劑，消毒殺菌劑，飲用水的消毒脫臭。在化工生產(chǎn)中可用臭氧代替許多催化氧化或高溫氧化，簡化生產(chǎn)工藝并提高生產(chǎn)率。液態(tài)臭氧還可用作火箭燃料的氧化劑。存在于大氣中，靠近地球表面濃度為0.001～0.03ppm，是由大氣中氧氣吸收了太陽的波長小于185nm紫外線后生成的，此臭氧層可吸收太陽光中對(duì)人體有害的短波（30nm以下）光線，防止這種短波光線射到地面，使生物免受紫外線的傷害。