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一起認識臭氧污染的前世今生

時間：2018-09-07 11:26

來源：天津環保

作者：畢曉輝

近年來，我國環境空氣中臭氧污染凸顯，特別在夏季，臭氧在許多城市屢次成為首要大氣污染物，是制約環境空氣質量改善的重要污染物。這個夏天，我們天津也遭受了較為嚴重的臭氧污染。那么臭氧污染到底是如何產生的?又該如何科學防治呢?

臭氧污染的概念

在平流層中，存在著天然的低濃度臭氧(約10ppm)，阻擋了高能量的紫外輻射到達地面，吸收了90%以上對人類和生物有害的太陽短波輻射，可以保護地球表面生物免受有害紫外線的照射，是地球生命物質的保護傘。我們常說的臭氧污染，是指對流層中出現的臭氧，大部分是人為污染物,屬于二次污染物，在溫度等條件適宜的情況下，空氣中的NOx(主要包括NO、NO2等)和VOCs(包括烴類、鹵代烴、芳香烴和多環芳香烴等)在紫外線的照射下經過一系列光化學反應形成刺激性強的淡藍色或棕色煙霧,也即光化學煙霧，其主要成分就是臭氧，還包括一些醛類以及各種過氧乙酰硝酸酯(peroxyacetyl nitrates , PANS)，其中O3占90%以上。

典型大氣光化學

煙霧形成機理

臭氧污染的來源

天然來源的O3主要來自平流層的下傳，包括平流層進入對流層的部分以及自然產生的NOx(土壤和閃電)與生物排放的VOCs(甲烷、菇烯類化合物)反應所生成的部分。這部分來源對環境空氣中O3的影響往往十分有限，主要還是來自人為活動。

人為來源的O3是由燃煤、機動車尾氣以及石油化工等污染源人為排放的氮氧化合物(NOx)和揮發性有機物(VOCs)等污染物發生光化學反應產生的。臭氧是強氧化劑，在潔凈大氣中，NO遇臭氧就轉化為NO2，不會造成臭氧累積，而當空氣中存在大量具有化學活性的VOCs等污染物時，因其氧化性更強，會優先與NO反應，阻礙臭氧的分解，使臭氧在空氣中大量積累，因此造成臭氧污染。可見，臭氧污染的防控需要依靠在科學支撐下的多污染物協同控制，如果單純控制某一種前體物，反而可能會導致臭氧污染的加重。

臭氧污染的形成與氣象條件，特別是太陽輻射有密切關系，這就是為何臭氧濃度高值往往出現在夏季的午后，而隨著我國大氣顆粒物污染防治的深入，環境空氣顆粒物濃度逐年降低，大氣能見度不斷好轉，太陽輻射強度增強，這就給臭氧污染的生成提供了較好的光照條件，也增加了臭氧污染防治的難度。

從區域傳輸上看，由于臭氧污染屬于二次污染，由多種前體物通過復雜的大氣化學過程轉化而來，這個過程需要一定的時間，這就是為何有些清潔地區，特別是植被覆蓋較好(活性VOCs濃度較高)地區，本身沒有明顯大氣污染排放，但由于上風向大氣前體物和反應中間體的輸送，反而會有較高的臭氧污染，比如杭州的西湖景區、青島的嶗山等，都發現了比臨近市區還高的臭氧污染。

臭氧污染的防治

臭氧污染的防治是世界性難題，歐美等發達國家至今也未實現臭氧污染的根治，我國大氣污染源類種類繁多，臭氧污染成因更加復雜，防治難度更大，必須依靠科學技術的支撐，科學施策，才能實現臭氧污染的有效控制。那么，研究臭氧污染來源與成因的主要科學方法有哪些呢?當前，針對臭氧污染成因的主要方法是基于觀測的成因分析，同時輔以空氣質量模式的數值模擬，而這種模擬需基于高分辨率的污染源清單、氣象場資料和本地化的化學反應機制。所以，臭氧污染的來源與成因研究是一項復雜而系統的工作，需要較長的時間和較大的投入，不可一蹴而就。

根據我國目前有限的臭氧污染成因定性分析結果，部分城市屬于VOCs控制型，即要實現臭氧的有效控制，就要優先控制VOCs污染;部分城市屬于NOx控制型，這些城市則需要加大NOx控制力度。京津冀及周邊各省市近期先后公布的藍天保衛戰三年作戰計劃中針對VOCs和NOx污染均制定了詳細的防治對策，這些措施勢必對當地臭氧污染防治產生積極作用，而要實現臭氧污染的長期改善向好，仍亟需開展深入系統的科學研究予以支撐。

編輯：李丹

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