大氣臭氧污染特征及其治理措施分析

唐山市生態環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性有機物和氮氧化物高溫反應而產生O3，這兩類污染物難以控制，導致新的污染源出現。這種情況持續發生，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物和氮氧化物，另外，還需要加強對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，加強對臭氧污染問題的研究十分的必要。

一、臭氧概述

臭氧，化學式為O3，是一種氧的同質異構體。臭氧在室溫下有一種特別的氣味，是一種藍色的氣體，德國科學家馬龍于1785年在雨后發現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地球上的人類，但是，當大氣中的臭氧層在接近地表時，它的濃度會明顯升高，就會對環境和人體健康造成負面影響。臭氧會刺激人的內臟粘膜，也會影響人類呼吸。高密度的臭氧對動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決定的。臭氧能在有離子的水里溶解為氧，臭氧極易氧化，對金屬及非金屬材料的表面造成嚴重的侵蝕。臭氧對細菌、霉菌、病毒均有較好的殺傷效果。臭氧的上述性質使得其在日常營養、醫療等方面得到了廣泛的應用。

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。臭氧一般在20千米至50千米處能起到一定的保護作用，使地球上的生物和動物能更好地生存。同時，臭氧是一種重要的光化學污染物，其自身也會產生化學煙霧，對人類的生存環境造成污染。所以，對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。它們是人類活動的源頭，導致人類活動產生大量臭氧，比如氣體中的臭氧。石化生產和汽車尾氣排放中含有各種有毒物質，而目前大部分臭氧是在化學反應后產生的。由于人為因素的介入、經濟的發展使得汽車數量急劇增長，而汽車燃油中的化學成分，如石油和有機溶劑會造成空氣中的氧化氮和揮發性有機物增加，不同的物質發生化學反應，使地表的臭氧濃度持續上升。臭氧如果靠近身體，會對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年的首次城市化學污染就是如此，隨著能見度持續下降，流淚、咳嗽等各種癥狀出現在各個年齡層，800余位老人因此而受害。這起污染事故所造成的生命和財產損失引起了全球高度關注。

三、大氣臭氧污染所帶來的危害

（一）對人體健康帶來危害

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

（二）對地球環境帶來危害

臭氧不僅對大氣環境有影響，而且會污染土壤，降低土壤養分含量。由于臭氧在大氣中的濃度過高，會對綠色植物的光合作用產生，影響植物進行葉綠素的合成效果，造成黃葉現象的發生。與此同時，大量植物的產氧量也會隨著光合作用的減少而降低，這必然會影響環境平衡。

（三）對生活影響

臭氧是一種很強的氧化劑，能和多種有機物質發生化學反應。在日常生活中，大量的家庭用具和建材由于暴露于臭氧環境中而受到損害。例如，輪胎老化、顏料褪色等，都說明了臭氧具有很強的破壞性，對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。從四個季度來看，夏季和秋季的日照強度都很高，這樣的高溫會導致O3污染。O3常常會在一天之內被過度調節，氣象條件的改變對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污染在不同區域也有差異，我國北方地區的O3污染以6月份為主，而南方地區5月、6月、10月出現O3污染較多。結果表明，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。

（一）具有時間特征

大量研究表明，大氣中的臭氧污染是可以隨時間而變化的，即臭氧濃度一般是根據地球的溫度發生變化的，與熱量有很強的相關性。由于溫度的影響，大氣中臭氧濃度有很強的季節性，每個月都有變化，以6月份變化較大，與此同時，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反應形成的二次污染物，其產生后，時間峰值濃度一般在2至5個小時。自然氣候決定臭氧的濃度。多項研究表明，陰雨天臭氧濃度較低，而在天氣晴朗的時候，臭氧濃度高。

（二）具有空間特征

多項研究表明，臭氧的空氣污染可能會隨空間而改變，在中國北方，通常市區臭氧濃度總體呈V型。南方地區臭氧濃度總體呈M型，濃度達到頂峰后即會逐漸下降。總體而言，南方的濃度不僅比北方高，而且在10月份還會再次達到高峰。與此同時，西部地區與東部地區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，各地區的臭氧濃度也不相同。同時，在西部欠發達地區，人口密度較低、工業規模小、車輛較少、植被覆蓋較好，臭氧對大氣的污染程度相對較小，因此，在對城市及其周邊地區臭氧濃度的分析中，會發現該地區臭氧濃度較高，且污染程度較高。在城市地區，廢氣中會含有大量車輛尾氣和污染物，使臭氧濃度升高。在郊區的工廠，經常會產生大量污染物，使臭氧濃度升高。與此同時，風向也會導致臭氧濃度升高以及較低，由于該物質活性的增加導致城市地區空氣污染物的增加，從而導致其短期釋放，使得其他污染物通過強風向城郊地區轉移，隨后反應緩慢，臭氧恢復緩慢，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性分析

第一，對臭氧和氧化層進行相關分析。臭氧濃度與NOx濃度呈極其顯著的負相關關系。在日變化條件下，最小臭氧濃度與最大的NOx對應，而最大的臭氧濃度和最小的NOx值是一樣的。之所以如此，是因為大氣中的氧化氮含量較高，能夠阻止臭氧的生成。所以，當氮氧化物濃度比較高時，臭氧的污染程度一般比低氮濃度的時候要低。第二，對臭氧與SO2進行相關分析。臭氧與SO2濃度呈極其顯著的負相關關系。在24小時內，SO2的最大值與最低的臭氧濃度相對應，而最大的臭氧量通常與最低的硫值相對應。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，由于太陽輻射強度低，光合作用被抑制，臭氧濃度下降，而SO2產生三氧化硫的反應速率減緩，SO2的濃度增加。第三，對臭氧與PM10進行相關分析。臭氧與PM10間也呈現負相關關系。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致PM10的增加。在15時至17時、18時至23時，臭氧和PM10呈顯著的負相關關系，這也許是因為注意力高度集中的緣故。PM10能將大量的紫外線反射，從而抑制光化學反應，抑制臭氧的生成。第四，對臭氧與PM2.5進行相關分析。臭氧與 PM2.5也有一定的相關關系。臭氧濃度越高，PM2.5的濃度越低。在早上，二者的關系是非常顯著的，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，對臭氧與 CO進行相關分析。臭氧與一氧化碳間也有一定的負相關性，在6時至15時，兩者之間的正相關關系更加顯著，原因是為了生成O3，需要燃燒CO。結果表明，CO濃度隨O3濃度的增加而減少。在2時至4時，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治理措施

（一）建立積極有效的污染預警系統

臭氧污染的控制應遵循以預防為主的原則，建立有效的臭氧污染預警系統是防治臭氧污染的關鍵。中國預警系統正式建立于2016年年初。國家空氣質量預警系統已經投入使用，通過這一系統，相關新聞平臺可以發布空氣污染訊息。對大氣污染進行監測和發布，可為大氣污染控制提供有效指導。今后，應借鑒國際先進技術和成功經驗，不斷優化和完善空氣質量預警系統。

（二）建立針對性的應急預案

根據臭氧濃度變化趨勢，結合大氣臭氧污染的時間特點，有針對性地制定應急預案和應對機制，進而明確提出企業減排措施，尤其是對環境污染物質排放的企業，應制定季節性排放標準，并在生產許可證中注明，以約束這些企業和行業清潔生產，控制大氣臭氧污染源，在正常生產過程中減少污染物的排放，改善大氣中的臭氧污染。

（三）制定部門問責制度

首先，在城市中，交通管理機構必須根據時段或路段來安排車輛，如交通管理機構不積極，則由環境保護機構承擔相關責任，特別是大貨車、黃牌車輛和冒煙、改裝車輛，要在公安機關備案。其次，每季度發布一次審核通報，發布有關部門環境保護措施的影響，并對市區內停車收費較高的特殊情況進行統計和分析。

（四）積極進行臭氧污染數據的預報

臭氧污染研究最早開始于歐洲，而臭氧污染預報于2002年和我國的天氣預報相結合，由中國科學院主辦，正式向國內外發布了臭氧濃度預報，臭氧日預報于2007年在上海市氣象臺進行了首次公布。

預測臭氧濃度的方法主要有統計法和定量法。各個地區測量大氣臭氧濃度的方法不同，如地質較為簡單但范圍較廣的地區，較準確的統計預報和較簡單的實用預報等不同類型的預測方法都適用，與北京、天津和河北相比，工業污染臭氧層的范圍較小，有利于對臭氧層進行大范圍的監測，其定量模型能較好地預測和分析區域空氣質量。以數字空氣質量模型為基礎的綜合預報技術在復雜的三維環境中不斷發展，采用多元回歸、神經網絡等數學方法進行預測，建立若干不同的預報模型進行計算，以獲得最佳的預報結果，從而能夠對更為復雜的臭氧天氣進行預測，在多值情況下，為微處理器提供最精確的預報，從而能夠在海上進行大氣臭氧作業。

（五）采取相關技術嚴格控制污染源

治理污染源的關鍵是控制臭氧污染。強化對工業企業的監督管理，石油化工和塑料生產企業要特別注意加強對污染物排放的監測和檢測，如對大氣污染相對比較嚴重的企業，都必須安裝相應的檢測設備，并與環保部門共同進行，使環保部門能及時獲取相關信息，環境監測部門要求這些工業企業嚴格執行國家排放標準，根據污染物的排放清單對污染源進行深入分析，加強企業污染監測能力，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。強化機動車尾氣污染治理。機動車尾氣排放加劇了環境污染，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，國家應制定汽車排放減排制度和標準，堅決禁止重污染排放的汽車上市銷售，汽車制造商應嚴格遵守，提高排放凈化的標準，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，加強煤污染治理。優先控制臭氧的碳污染，禁止小煤礦鍋爐運輸，加快熱電一體化進程，加強煤質控制，禁止生產和使用劣質煤，防止燃煤污染，對采煤設施進行技術改造，以降低煤炭造成的大氣污染。

七、結束語

臭氧污染對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首。因此，為了降低大氣臭氧層的污染，保護大氣環境，必須采取措施。臭氧污染的治理是一個長期而又困難的工作，不是一朝一夕就可以完成的，要持續推進臭氧治理的戰略決心，不斷深化四個方面的結構調整，力爭在移動能源、工業能源、公共能源等方面實現新的突破。由于大氣臭氧在時間和空間上的特點，大氣臭氧污染會對人類健康產生一定的危害，因此，應從建立預警系統入手，加強對其的控制，并對污染來源進行監測。

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臭氧是氧氣的一種同素異形體，化學式是O3，式量47.998，有魚腥氣味的淡藍色氣體。臭氧有強氧化性，是比氧氣更強的氧化劑，可在較低溫度下發生氧化反應，如能將銀氧化成過氧化銀，將硫化鉛氧化成硫酸鉛、跟碘化鉀反應生成碘。松節油、煤氣等在臭氧中能自燃。有水存在時臭氧是一種強力漂白劑。跟不飽和有機化合物在低溫下也容易生成臭氧化物。用作強氧化劑，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。在化工生產中可用臭氧代替許多催化氧化或高溫氧化，簡化生產工藝并提高生產率。液態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。