城市空氣臭氧監測及其污染治理研究

梁丹丹

（普洱市生態環境局景東分局生態環境監測站，云南 普洱 676299）

1 引言

在2021年5月，生態環境部發布了《2020年中國生態環境狀況公報》，根據公報所公布的數據顯示，在全國337個地級市中，有135個城市空氣質量未達標，占全部城市數量的40.1%。而以臭氧為首要污染物的超標天數占總超標天數的11.7%，僅次于細顆粒物超標天數的占比（37.1%）。因此，城市大氣臭氧污染應引起相關部門的足夠重視。

臭氧作為一種較為典型的空氣污染物，是由揮發性有機物與大氣中氮氧化物等，在光照條件下發生的反應而生成的，且在生成后還將繼續參與城市大氣中其他的化學反應過程，其特性主要表現為強活潑性、存活周期短等。所以，臭氧污染已逐漸成為繼細顆粒物和可吸入顆粒物之后的，影響城市大氣的主要污染物之一。近年來，隨著市民環保意識的增強，以及“大氣十條”的實施，國家加大了對細顆粒物整治力度。因此，在實際工作中，做好城市大氣中臭氧污染物的監測，熟悉臭氧監測的技術和方法，以及相應提出臭氧污染防治的建議，對于城市臭氧監測以及污染的實踐指導具有積極的現實意義。

2 臭氧的相關概述

2.1 臭氧的基本概念

臭氧的化學符號是O3，其本身有一股臭味，為淡藍色氣體。通常，空氣中的一部分臭氧存在于平流層，可以吸收太陽光中的紫外線之類的光線，能有效防止紫外線對人體的傷害，而另一部分臭氧則存在于對流層，其會對人們產生不利影響，所以，要采取有效方法降低臭氧造成的傷害[1]。

2.2 明確影響臭氧的實際因素

臭氧主要會受到兩種情況的干擾：第一，是所在地區的氣候環境；第二，是太陽的照射情況，以及風力的大小和方向。倘若晴空萬里，太陽照射得很厲害，天氣非常熱，這種情況下光化學反應迅速，臭氧會越來越多，倘若沒有陽光，風力較大，基本上沒有什么紫外線，這個時候臭氧就非常少。

2.3 臭氧污染區域的分布特征

一般情況下，不同地方的臭氧污染情況不一樣。比如在北方范圍內，臭氧濃度會有特定的變化規律，一年中從1月份開始濃度逐漸增大，到6月份的時候就處于頂峰時期，隨后濃度逐漸減小；而南方地區就不同，其變化情況可以總結成M形，有兩個最高值，一開始的時候也是濃度逐漸增大，但到5、6月份的時候會處于第一個最高值，然后濃度逐漸減小，再逐漸升高，快到10月份的時候濃度又達到第二個最高值。因此，從整體上分析，南方比北方的臭氧污染要厲害很多，并且，高于標準的時候更長；從城市的角度來分析，市內和市郊是主要的污染區域，而市郊的污染要遠遠超過市內，究其原因發現，由于市內范圍的污染物較多，而臭氧本身的化學性質又較為活潑，所以當環境越來越惡化的時候，會在一定程度上加速臭氧分解，使其變成別的物質，隨后借助風勢進入市郊范圍內，且又經過長時間的化學變化又變回了臭氧[2]。有關研究表明，在市內的下風區域，超過150 km的地方，臭氧濃度依舊很高，所以，對環境造成的影響也極為厲害。另外，臭氧的濃度也會隨著地區發生變化，比如在工業化發展水平較高的城市，北京、上海、廣州以及深圳這些地方，空氣中污染物的含量就較高，這也是造成周邊地區臭氧濃度增大的主要原因。

3 臭氧污染造成的危害

3.1 對人們身體健康的影響

臭氧污染給人們帶來了諸多不利影響，最直接的影響就是對人們身體產生的危害。這是因為一旦大氣中臭氧的含量超過標準，人們的身體就會受到一定侵襲：第一，如果吸進人體內的臭氧太多，肺部的腐蝕是最嚴重的，會引起肺功能減弱或肺氣腫，以及肺組織損傷，而損傷之后是不可修復的。而且，還會對呼吸道產生很強的破壞性，會刺激和損害鼻黏膜，進而引發呼吸道或支氣管炎癥。第二，臭氧含量過大還會引起人們的神經系統紊亂，會造成頭暈頭痛，視力下降，而記憶力也會慢慢喪失[3]。第三，臭氧會導致人體的免疫力下降，從而損傷人體的細胞和組織，同時，還會破壞皮膚內的纖維素，使皮膚不再光滑，形成黑斑。

3.2 對環境的危害

臭氧對環境的危害遠遠不止是降低空氣質量這一點，還會對土壤造成不同程度的損害，如臭氧濃度過大，會打破土壤內各種有機物的比例，從而使各種營養成分缺乏，導致農作物不能健康成長，最終減少產量。并且，一旦空氣內的臭氧含量增大，還會使綠色植物不能有效地進行光合作用，導致葉綠素不能正常生成，綠葉就會逐漸地變黃，凋落。而對于農作物來講，如果不能正常進行光合作用，產量就難以保證。有調查發現，一旦臭氧含量等于50 ppb，小麥和大豆的產量都會不同程度地降低。另外，如果不能有效地進行光合作用，大氣中的氧氣含量也會因此而減少，而空氣中的氣體含量將不再處于平衡狀態[4]。

4 加強對臭氧監測的必要性

4.1 強化臭氧的消毒優勢

通常，臭氧在一定情況下會起到消毒的作用，所以，加強對臭氧含量的監測能發揮一定的積極作用。當臭氧含量較低時，可用于水的凈化處理，但需要注意的是，一定要控制好其濃度，否則就會造成非常嚴重的影響。因此，只有科學、合理地強化臭氧監測，才能促使臭氧更好地發揮消毒作用[5]。

4.2 對保障生態平衡具有促進優勢

加強對臭氧進行監測，能有效促進生態處于平衡狀態。在城市中，由于汽車尾氣和工廠廢氣的過量排放，導致市內空氣中的有害氣體含量特別高，因此，臭氧污染就越來越厲害。如果能對臭氧的含量進行有效監管，相關部門就能以此為參考，并采取有針對性的方法進行解決。比如，可對機動車實施限號管理，同時，要確保汽車尾氣達標排放，另外，還要加強對工廠排放的廢氣含量進行監測，從而盡可能減少臭氧給人們帶來的危害，確保生態平衡能處于穩定狀態[6]。

5 城市空氣臭氧監測及污染治理方法

5.1 控制城市機動車數量，設置排放標準

隨著人們生活水平的提高，城市的汽車越來越多，除了帶來一定的交通問題，還使空氣質量越來越惡化。在城市中，汽車尾氣是造成臭氧污染的主要原因，所以，車輛監管單位一方面要對進入市區內的汽車數量進行限制，另一方面還要對汽車尾氣的排放設置一定標準。近年來，新能源汽車逐漸得到推廣應用，尤其是電動車的普及。對此，國家要做好新能源汽車的保障措施，要給予一定的優惠政策，并積極引導人們購買新能源汽車。除此之外，還要加強對公共交通的管理，要確保公共交通能更好地滿足人們的出行，同時，要大力倡導低碳環保的理念，引導人們盡量選擇公共交通出行，以減少私家車的使用，確保空氣質量合格達標[7]。

5.2 采取有效措施減少污染物排放

煤炭的燃燒會產生大量有害氣體，這也是空氣中的主要污染物，但目前，有些企業還需要煤炭進行生產。近年來，隨著新能源逐漸投放到市場，有效緩解了煤炭使用的壓力。所以，各企業一方面要改進煤炭燃燒的裝置，將有害氣體控制在一定范圍內，而另一方面，還要加強新能源的創新應用，盡可能地減少煤炭的使用。另外，相關部門還要對企業采取強有力的措施進行管理，對于污染防治不達標的企業，要禁止其施工，或工廠遷移，相互兼并等，而對于違規生產的企業，要有一定的懲罰措施[8]。

臭氧污染，大多數情況是由氮氧化物造成的，而氮氧化物是在光化學反應中生成的，所以，降低空氣中的氮氧化物能有效防止臭氧的形成。但產生氮氧化物的源頭有很多，比如企業排放的廢氣，汽車排放的尾氣等，所以，只有加大對這些源頭的管理力度，才能從根本上提升空氣質量。另外，對于污染比較嚴重的企業，要實施精準控制，比如石化業長途輸送的時候，一定要求其做好密封工作，避免漏氣現象發生。同時，還要督促企業進一步調整和改進生產技術，相關的機器裝備上要配置低氮燃燒器，特別是一些高硝設備，要有效控制氮氧化物釋放到空氣中，且廢氣必須凈化達標后才能釋放到空氣中。

5.3 做好頂層制度設計

第一，應將臭氧污染物的前體物納入減排體系。這主要是指有助于臭氧形成的一些有害氣體，可將其作為重要的監管對象，比如VOCs、氮氧化物等。這些氣體是當前減排的重要管理目標。第二，要做好臭氧污染防治的監督檢查。國家環保部門要對重點范圍內的臭氧含量實施監測，特別是空氣污染非常嚴重時，要加大執法管理的力度，確保一些地區的臭氧管理能取得顯著成效。第三，建立區域行業防治目錄。對于一些關鍵地方的關鍵企業，要制定相應的臭氧管理實施辦法，并以此為參照，促使整個范圍內的臭氧污染防治形成一個長效機制，確保臭氧管理工作落到實處[9]。

5.4 構建跨區域治理體系

通常情況下，臭氧所造成的污染有一定集中性，如在一些先進城市，污染相對嚴重，所以，對這些重點地方要進行統一的排查管理，尤其是要開展氮氧化物的防治工作，同時，構建跨區域治理體系，充分發揮出各自的優勢，一起打好這場攻堅戰。比如構建珠三角、長三角、京津冀等綜合防治體系，一起聯合起來進行臭氧管理，并確保各種信息數據能及時呈現，從而有效促進跨區域污染防治體系能取得顯著成效。

5.5 合理選用臭氧檢測方法

一般情況下，臭氧監測有三種方法，分別是碘量法、比色法和檢測管法，而國內往往采用碘量法實施監測，而這種方法在國際上也能得到大家的認可。該方法不僅操作簡單，而且測量效果好。如在《臭氧發生器臭氧濃度、產量、電耗的測量》中就要求必須采用碘量法[10]。該方法主要是通過臭氧跟碘化鉀發生一定的化學變化，將其中的碘離子氧化成碘單質。在實際應用中，由于碘濃度不同，所以呈現出的顏色也不同，所以，可以以此為參照控制臭氧的含量。碘量法的效果非常明顯，只需要一些簡單的設備就可以完成，其缺點在于，易被NO、Cl2這些物質所影響。而比色法主要是通過臭氧跟其他的化學物質混合后，會呈現一定的顏色，再根據顏色的不同，判斷臭氧的含量。另外，比色的時候可以采用人工比色，也可以采用比色計進行比色。當前，相關人員往往是在臭氧中加入碘化鉀溶液，再根據其顯示的顏色判斷臭氧的含量。當臭氧含量較高時，可采用檢測管法進行檢測，一般是先把用于檢測臭氧的物質在檢測管中封存起來，測量的時候再把兩頭切斷，連上抽氣機，并吸取空氣中的臭氧與其發生化學作用。一般情況下，臭氧的濃度不一樣就會出現不一樣的變化，然后，直接根據刻度讀數就可以了。

5.6 加強臭氧污染危害的宣傳

當前，隨著人們環保意識的增強，已認識到環保的重要性，并且，對臭氧污染方面的知識也有了一定了解。然而，對于臭氧形成的原因還不是很了解，更不了解臭氧對人們造成的危害，所以，一定要加強臭氧危害的宣傳。因此，相關部門應加大力度進行宣傳，并借助媒體的作用讓大家都能了解臭氧污染的危害性。比如，可以在電視臺進行正面宣傳，錄制公益性的視頻進行播放，或印制一些臭氧防治的小冊子，或組織相關方面的培訓活動等，這樣才能將臭氧防治工作落到實處，才能讓更多的人自愿加入到臭氧防治的隊伍中來。

5.7 合理選擇監測站的位置

國內的臭氧防治工作沒有其他國家開始得早，大概在20世紀中期才有了專業用于臭氧監測的站點。現階段，對于檢測臭氧含量的辦法有很多種，其中有科學依據的達十多種，而國內比較廣泛應用的判斷方法有靛藍二磺酸鈉分光度法和測定紫外光度法，而采取智能化操作的有紫外熒光法、差分吸收光譜分析法。在實際工作中，為了進一步完善和改進相應的臭氧監測，要下大力度擴大觀測站的規模，且人力配備要齊全，從而強化臭氧防治管理體系。第一，建設臭氧污染監測站一般都是根據哪里污染厲害就在哪里建設的原則。比如重工業比較先進的地區，輕工業比較發達的城市，新一線和交通樞紐城市等，這些都是人員相對集中的城市，應作為臭氧監測的首選。第二，對于觀測站人力的配備要盡量挑選有一定地理和化學基礎的高學歷人員。第三，還應注意到氣候的影響。

6 結語

當前，隨著工業化、城市化進程的加快，城市大氣臭氧污染的形勢較為嚴峻，這就需要生態環境監測部門實時做好監測，以為相關部門做好臭氧污染防治提供第一手數據資料。同時，交通、財政、稅收、公共衛生等其他相關職能部門也應積極參與，且要對臭氧防治工作給予大力支持，并共同做好臭氧污染防治工作，從而為市民健康和城市的可持續發展貢獻力量。