环境中臭氧的危害与防治浅析

■文 / 李同囡 邱嘉馨 房春生

近些年，随着社会城市化进程的不断推进，在社会经济飞速发展以及工业规模不断增大的趋势下，人们所面临的环境问题日益严峻，环境问题已变成当前发展工业和现代化生活所面临的严重威胁。其中人们赖以生存的大气环境亦发生不断恶化。

目前，大气污染不仅仅是沙尘暴和雾霾等问题造成的污染，臭氧污染问题也愈发严重，以高浓度臭氧（O3）为特征的光化学烟雾污染事件在中国城市群地区频繁发生。作为近年来比较突出的大气污染物之一，臭氧的危害性比PM2.5的危害性更强，且已经成为中国部分工业和城市化发展较快地区的首要污染物。高浓度的对流层臭氧会对人体健康、农业生产、生态系统造成诸多不利影响，当人长时间处于臭氧污染的环境时，将会引发恶心、呼吸道炎症等多种病症，甚至会损伤肺功能乃至引发死亡。当前，大气臭氧污染问题已经成为大气污染防治的重难点。

一、关于大气臭氧污染

（一）大气臭氧概述

臭氧在常温下是一种具有特殊气味的淡蓝色气体，具有很强的氧化性和化学活性。1839年，C.F.Schonbein首次从空气中发现臭氧，并用希腊文将其命名为Ozein，后来确定其分子式为O3，三个氧原子呈等腰三角形，共轭四个电子形成一个大π键。臭氧是氧气的同素异形体，O3的氧化性介于原子氧和分子氧之间，是目前已知最强的氧化剂之一。

臭氧是一种纯天然的氧化性痕量气体，在地球中自然存在，作为大气中天然存在的重要组成部分，臭氧分布在从地球近地面大气到平流层的各个高度之中。作为一种痕量气体，臭氧的组分在整个大气中所占比例极其微小，约为整个大气组分总量的0.0012%，但是它却在人类生存和发展中发挥着非常重要的作用，臭氧的稳定情况关系到地球生物的生存和发展，大气臭氧浓度的变化受到科学界乃至普通大众的关切与广泛重视。

通常，臭氧主要集中分布于距地面10-40公里高度的臭氧层中，针对其在大气层中所处的不同高度，臭氧被进一步细分为对流层臭氧（又称近地面臭氧）与平流层臭氧。大气中的臭氧主要集中在平流层，平流层臭氧约占臭氧总量的90%，主要是在强太阳紫外线的照射下由大气中的氧分子与氧原子碰撞产生，平流层的臭氧可以有效吸收太阳光中的紫外线辐射，它在平流层吸收太阳发出的紫外辐射，不仅阻止了大量对人类和地球生态系统颇具杀伤力的短波辐射到达地面，而且改变了透入对流层太阳辐射的光谱分布，保护地球上的生命免受太阳紫外线辐射的伤害，守护了人类健康。而分布于大气对流层中的臭氧主要位于近地面，又被称为近地面臭氧，对流层臭氧约占臭氧总量的10%，主要由大气中的氧气与机动车尾气、工业废气等排放的氮氧化物（NOx）及挥发性有机化合物（VOCs）在太阳紫外线照射下发生光化学反应生成。近地面臭氧是光化学烟雾的主要成分，相比于大气平流层中的臭氧对地球上生物的保护作用，大气对流层中的近地面臭氧对人体极为有害。近地层高浓度的O3对人体健康、生态系统具有很大的危害作用，是人们重点关注的大气污染物之一。

（二）大气臭氧的成因及来源

对流层臭氧的来源主要有两种，一种是天然来源，另一种是人为产生。平流层输入和对流层光化学反应是对流层O3的主要天然源。天然源的臭氧包括平流层输入的部分，许多研究表明，平流层在一定的大气条件下，可以将O3输送到对流层，导致局部地区O3浓度升高。大气低层中的光化学过程是对流层O3的另一重要天然来源，是指由自然产生的NOx（土壤、闪电和平流层传输）与生物排放的VOCs（甲烷、萜烯类化合物）反应所生成的部分。通过光化学反应产生的具有与阳光有关的特征——浓度有显著的日变化、峰值出现在阳光强时，夏季浓度高于其他季节。此外，植物排放的挥发性有机物和经光化学反应过程促发产生的臭氧，也是天然O3的重要来源。

人为源对流层臭氧是指由大气中的氧气与机动车尾气、工业废气等人为源排放的氮氧化物（NOx）及挥发性有机物（VOCs）在太阳紫外线照射下，经一系列光化学反应生成的二次污染物。其中，NOx主要指NO和NO2，VOCs包括烃类、卤代烃、芳香烃和多环芳香烃等。

臭氧含量的增多主要是由于人类活动导致，交通运输产生的汽车尾气、石油化工生产排放的废气、燃煤发电以及其他生物质燃烧会向大气中排放具有挥发性有机物（VOCs）及NOx，在经过光化反应之后转化为臭氧，使大气中的臭氧不断增加。目前已经确认的臭氧前体物人为源有：

1.交通运输。汽车是造成城市地区污染的重要源头。汽车尾气富含NO和VOCs，即氮氧化物和挥发性有机化合物，只要太阳辐射适合，就可以促发O3生成。

2.重石油化工产业。包括石油蒸馏、裂解整合、材料合成和以油气为燃料的火力发电及相关工业，均排放出数量巨大的NOx和VOCs。

3.燃煤电厂的烟羽。煤电厂烟羽中往往含有大量的NOx。

4.生物质燃烧。在南半球的部分地区，目前已经证实季节性的生物体燃烧会导致对流层中下层的O3增加。

（三）大气臭氧污染的危害

臭氧污染是一种典型的大气二次污染，在特殊的气象条件下，比如无风或微风、强烈日光、夏季至秋初等情况下发生。

高浓度的对流层臭氧会对环境、材料、人体健康、农业生产以及生态系统等方面造成诸多不利影响，当人长时间处于臭氧污染的环境时，将会引发恶心、呼吸道炎症等多种病症，甚至会损伤肺功能乃至引发死亡，所以臭氧污染问题一直备受关注。

1. 臭氧对农作物带来的影响

臭氧对土壤有一定的影响，会致使土壤营养物质降低，给农作物带来危害。当臭氧浓度处于较高的环境时，会降低绿色植物叶片合成叶绿素的作用，叶子变得发黄，从而影响光合作用的效率，造成叶片损伤。叶片损伤的常见症状有：色素沉着、黄化和过早衰老，进而使环境的协调失去平衡。高浓度O3可损伤植被内部结构和生理功能，影响植物正常生长，长此以往，就会影响自然生态的平衡，危害生态环境系统，导致农作物减产，从而严重影响粮食安全。

2. 臭氧对各种材料的影响

由于臭氧具有较强的氧化性，可以与很多有机化合物发生反应。在人们的生活当中，各种建筑材料的成分以及很多家用的物品都易受到臭氧的影响，例如一些燃料出现褪色、汽车轮胎出现老化这种现象，橡胶产品在臭氧氧化作用下强度会大大降低。由此可见，臭氧这种物质的破坏程度比较高，对人们生活中很多物质具有较大影响。

3. 臭氧对人体带来的影响

臭氧同时会影响人类健康，作为一种强氧化剂，臭氧被大量吸入人体后会氧化细胞组成物质及生命活性物质，给人体造成伤害。

臭氧对人体呼吸系统影响很大，人们通过呼吸吸入臭氧以后，会出现咽喉肿痛、头疼、胸闷气短，并会刺激、损害眼睛导致视力下降，还可能会导致一些人患上支气管炎等相关疾病；臭氧是一种肺部刺激物，会影响呼吸黏膜和其他肺组织，当长时间暴露在浓度较高的臭氧环境中，人体会出现干咳、胸闷、黏膜分泌增加等轻微症状，严重症状会损伤人的心肺功能、破坏人体的呼吸系统，直至生命体征消失；对人体皮肤中的维生素E起到破坏作用，致使人的皮肤起皱、出现黑斑等。也会对人们的皮肤产生危害，加速人体的衰老，对人体自身的免疫系统造成破坏，损害人体免疫机能、诱发淋巴细胞染色体病变。臭氧的存在，还会致使胎儿畸形。

二、大气臭氧污染的防治措施

（一）发挥政府的主导地位

要充分发挥政府的主导作用，政府是开展和推进大气污染治理工作的主体，所以大气污染防治工作必须由当地政府进行主导。首先，政府要加快调整产业结构，优化工业产业布局。要求将高耗能、不符合产业政策的企业项目逐步淘汰或转型。其次，鼓励重污染企业提高自身的技术和工艺水平，尽可能做到无污染排放。再次，要严格控制区域污染物排放总量，从源头进行严格要求。

（二）加强对臭氧污染的监测机制

大气臭氧污染问题是当前社会的主要环境问题，因此建立和健全大气臭氧污染监测的机制和体制，对于有效治理和预防大气臭氧污染至关重要。基于大气臭氧污染具有密集性和规律性两大特点，建立监测机制和监测体制从而对大气中臭氧污染物占有量进行有效控制，进而达到对大气臭氧污染的控制和预防目的。与此同时，还应该加强各地区环保监测机构和科研部门之间的密切合作，根据当地的具体情况对大气臭氧污染加以控制。通过监测机构追踪前体物情况，从而对臭氧产生前体物的比例、源头具体位置进行判定而形成准确的监测数据，进而做到切实有效控制臭氧污染。

（三）建立臭氧监测预警体系

进一步完善全国范围内的臭氧监测体系，加强各地方相关部门的协调合作，共同参与臭氧监测预警体系建设，做好城市环境空气质量监测、预测、重污染天气预警和应急响应工作。加大对臭氧污染开展监测的力度，只有这样，才能够促进管理部门对臭氧所造成的污染严加监测，从而制定更加严格有效的措施，来改善臭氧造成的环境污染，对污染物实行精准管控，进而提高大气污染防治效率。

（四）机动车尾气排放的控制

机动车尾气排放作为导致环境空气中臭氧含量升高的重要因素之一，需要进行严格管控。首先，可以对机动车的数量与类型进行限制，以减少机动车尾气排放。其次，制定相关政策对机动车尾气处理装置进行强制要求，从而减少尾气排放来源，实现臭氧防治。

三、总结

随着经济的快速发展以及城市化进程的加快，中国大气臭氧污染愈发突出，臭氧污染问题已经威胁到人们的生存环境。综上所述，本文通过对空气内臭氧的基本情况、成因及来源、危害进行梳理，并在此基础上提出一系列防治措施，实现臭氧污染防治，以减轻臭氧污染危害人们的身体健康和破坏社会安全，大气臭氧问题要引起重视，治理工作已经刻不容缓。