一起认识臭氧污染的前世今生

时间：2018-09-07 11:26

来源：天津环保

作者：毕晓辉

近年来，我国环境空气中臭氧污染凸显，特别在夏季，臭氧在许多城市屡次成为首要大气污染物，是制约环境空气质量改善的重要污染物。这个夏天，我们天津也遭受了较为严重的臭氧污染。那么臭氧污染到底是如何产生的?又该如何科学防治呢?

臭氧污染的概念

在平流层中，存在着天然的低浓度臭氧(约10ppm)，阻挡了高能量的紫外辐射到达地面，吸收了90%以上对人类和生物有害的太阳短波辐射，可以保护地球表面生物免受有害紫外线的照射，是地球生命物质的保护伞。我们常说的臭氧污染，是指对流层中出现的臭氧，大部分是人为污染物,属于二次污染物，在温度等条件适宜的情况下，空气中的NOx(主要包括NO、NO2等)和VOCs(包括烃类、卤代烃、芳香烃和多环芳香烃等)在紫外线的照射下经过一系列光化学反应形成刺激性强的淡蓝色或棕色烟雾,也即光化学烟雾，其主要成分就是臭氧，还包括一些醛类以及各种过氧乙酰硝酸酯(peroxyacetyl nitrates , PANS)，其中O3占90%以上。

典型大气光化学

烟雾形成机理

臭氧污染的来源

天然来源的O3主要来自平流层的下传，包括平流层进入对流层的部分以及自然产生的NOx(土壤和闪电)与生物排放的VOCs(甲烷、菇烯类化合物)反应所生成的部分。这部分来源对环境空气中O3的影响往往十分有限，主要还是来自人为活动。

人为来源的O3是由燃煤、机动车尾气以及石油化工等污染源人为排放的氮氧化合物(NOx)和挥发性有机物(VOCs)等污染物发生光化学反应产生的。臭氧是强氧化剂，在洁净大气中，NO遇臭氧就转化为NO2，不会造成臭氧累积，而当空气中存在大量具有化学活性的VOCs等污染物时，因其氧化性更强，会优先与NO反应，阻碍臭氧的分解，使臭氧在空气中大量积累，因此造成臭氧污染。可见，臭氧污染的防控需要依靠在科学支撑下的多污染物协同控制，如果单纯控制某一种前体物，反而可能会导致臭氧污染的加重。

臭氧污染的形成与气象条件，特别是太阳辐射有密切关系，这就是为何臭氧浓度高值往往出现在夏季的午后，而随着我国大气颗粒物污染防治的深入，环境空气颗粒物浓度逐年降低，大气能见度不断好转，太阳辐射强度增强，这就给臭氧污染的生成提供了较好的光照条件，也增加了臭氧污染防治的难度。

从区域传输上看，由于臭氧污染属于二次污染，由多种前体物通过复杂的大气化学过程转化而来，这个过程需要一定的时间，这就是为何有些清洁地区，特别是植被覆盖较好(活性VOCs浓度较高)地区，本身没有明显大气污染排放，但由于上风向大气前体物和反应中间体的输送，反而会有较高的臭氧污染，比如杭州的西湖景区、青岛的崂山等，都发现了比临近市区还高的臭氧污染。

臭氧污染的防治

臭氧污染的防治是世界性难题，欧美等发达国家至今也未实现臭氧污染的根治，我国大气污染源类种类繁多，臭氧污染成因更加复杂，防治难度更大，必须依靠科学技术的支撑，科学施策，才能实现臭氧污染的有效控制。那么，研究臭氧污染来源与成因的主要科学方法有哪些呢?当前，针对臭氧污染成因的主要方法是基于观测的成因分析，同时辅以空气质量模式的数值模拟，而这种模拟需基于高分辨率的污染源清单、气象场资料和本地化的化学反应机制。所以，臭氧污染的来源与成因研究是一项复杂而系统的工作，需要较长的时间和较大的投入，不可一蹴而就。

根据我国目前有限的臭氧污染成因定性分析结果，部分城市属于VOCs控制型，即要实现臭氧的有效控制，就要优先控制VOCs污染;部分城市属于NOx控制型，这些城市则需要加大NOx控制力度。京津冀及周边各省市近期先后公布的蓝天保卫战三年作战计划中针对VOCs和NOx污染均制定了详细的防治对策，这些措施势必对当地臭氧污染防治产生积极作用，而要实现臭氧污染的长期改善向好，仍亟需开展深入系统的科学研究予以支撑。

编辑：李丹