城市空气臭氧监测及其污染治理研究

梁丹丹

（普洱市生态环境局景东分局生态环境监测站，云南 普洱 676299）

1 引言

在2021年5月，生态环境部发布了《2020年中国生态环境状况公报》，根据公报所公布的数据显示，在全国337个地级市中，有135个城市空气质量未达标，占全部城市数量的40.1%。而以臭氧为首要污染物的超标天数占总超标天数的11.7%，仅次于细颗粒物超标天数的占比（37.1%）。因此，城市大气臭氧污染应引起相关部门的足够重视。

臭氧作为一种较为典型的空气污染物，是由挥发性有机物与大气中氮氧化物等，在光照条件下发生的反应而生成的，且在生成后还将继续参与城市大气中其他的化学反应过程，其特性主要表现为强活泼性、存活周期短等。所以，臭氧污染已逐渐成为继细颗粒物和可吸入颗粒物之后的，影响城市大气的主要污染物之一。近年来，随着市民环保意识的增强，以及“大气十条”的实施，国家加大了对细颗粒物整治力度。因此，在实际工作中，做好城市大气中臭氧污染物的监测，熟悉臭氧监测的技术和方法，以及相应提出臭氧污染防治的建议，对于城市臭氧监测以及污染的实践指导具有积极的现实意义。

2 臭氧的相关概述

2.1 臭氧的基本概念

臭氧的化学符号是O3，其本身有一股臭味，为淡蓝色气体。通常，空气中的一部分臭氧存在于平流层，可以吸收太阳光中的紫外线之类的光线，能有效防止紫外线对人体的伤害，而另一部分臭氧则存在于对流层，其会对人们产生不利影响，所以，要采取有效方法降低臭氧造成的伤害[1]。

2.2 明确影响臭氧的实际因素

臭氧主要会受到两种情况的干扰：第一，是所在地区的气候环境；第二，是太阳的照射情况，以及风力的大小和方向。倘若晴空万里，太阳照射得很厉害，天气非常热，这种情况下光化学反应迅速，臭氧会越来越多，倘若没有阳光，风力较大，基本上没有什么紫外线，这个时候臭氧就非常少。

2.3 臭氧污染区域的分布特征

一般情况下，不同地方的臭氧污染情况不一样。比如在北方范围内，臭氧浓度会有特定的变化规律，一年中从1月份开始浓度逐渐增大，到6月份的时候就处于顶峰时期，随后浓度逐渐减小；而南方地区就不同，其变化情况可以总结成M形，有两个最高值，一开始的时候也是浓度逐渐增大，但到5、6月份的时候会处于第一个最高值，然后浓度逐渐减小，再逐渐升高，快到10月份的时候浓度又达到第二个最高值。因此，从整体上分析，南方比北方的臭氧污染要厉害很多，并且，高于标准的时候更长；从城市的角度来分析，市内和市郊是主要的污染区域，而市郊的污染要远远超过市内，究其原因发现，由于市内范围的污染物较多，而臭氧本身的化学性质又较为活泼，所以当环境越来越恶化的时候，会在一定程度上加速臭氧分解，使其变成别的物质，随后借助风势进入市郊范围内，且又经过长时间的化学变化又变回了臭氧[2]。有关研究表明，在市内的下风区域，超过150 km的地方，臭氧浓度依旧很高，所以，对环境造成的影响也极为厉害。另外，臭氧的浓度也会随着地区发生变化，比如在工业化发展水平较高的城市，北京、上海、广州以及深圳这些地方，空气中污染物的含量就较高，这也是造成周边地区臭氧浓度增大的主要原因。

3 臭氧污染造成的危害

3.1 对人们身体健康的影响

臭氧污染给人们带来了诸多不利影响，最直接的影响就是对人们身体产生的危害。这是因为一旦大气中臭氧的含量超过标准，人们的身体就会受到一定侵袭：第一，如果吸进人体内的臭氧太多，肺部的腐蚀是最严重的，会引起肺功能减弱或肺气肿，以及肺组织损伤，而损伤之后是不可修复的。而且，还会对呼吸道产生很强的破坏性，会刺激和损害鼻黏膜，进而引发呼吸道或支气管炎症。第二，臭氧含量过大还会引起人们的神经系统紊乱，会造成头晕头痛，视力下降，而记忆力也会慢慢丧失[3]。第三，臭氧会导致人体的免疫力下降，从而损伤人体的细胞和组织，同时，还会破坏皮肤内的纤维素，使皮肤不再光滑，形成黑斑。

3.2 对环境的危害

臭氧对环境的危害远远不止是降低空气质量这一点，还会对土壤造成不同程度的损害，如臭氧浓度过大，会打破土壤内各种有机物的比例，从而使各种营养成分缺乏，导致农作物不能健康成长，最终减少产量。并且，一旦空气内的臭氧含量增大，还会使绿色植物不能有效地进行光合作用，导致叶绿素不能正常生成，绿叶就会逐渐地变黄，凋落。而对于农作物来讲，如果不能正常进行光合作用，产量就难以保证。有调查发现，一旦臭氧含量等于50 ppb，小麦和大豆的产量都会不同程度地降低。另外，如果不能有效地进行光合作用，大气中的氧气含量也会因此而减少，而空气中的气体含量将不再处于平衡状态[4]。

4 加强对臭氧监测的必要性

4.1 强化臭氧的消毒优势

通常，臭氧在一定情况下会起到消毒的作用，所以，加强对臭氧含量的监测能发挥一定的积极作用。当臭氧含量较低时，可用于水的净化处理，但需要注意的是，一定要控制好其浓度，否则就会造成非常严重的影响。因此，只有科学、合理地强化臭氧监测，才能促使臭氧更好地发挥消毒作用[5]。

4.2 对保障生态平衡具有促进优势

加强对臭氧进行监测，能有效促进生态处于平衡状态。在城市中，由于汽车尾气和工厂废气的过量排放，导致市内空气中的有害气体含量特别高，因此，臭氧污染就越来越厉害。如果能对臭氧的含量进行有效监管，相关部门就能以此为参考，并采取有针对性的方法进行解决。比如，可对机动车实施限号管理，同时，要确保汽车尾气达标排放，另外，还要加强对工厂排放的废气含量进行监测，从而尽可能减少臭氧给人们带来的危害，确保生态平衡能处于稳定状态[6]。

5 城市空气臭氧监测及污染治理方法

5.1 控制城市机动车数量，设置排放标准

随着人们生活水平的提高，城市的汽车越来越多，除了带来一定的交通问题，还使空气质量越来越恶化。在城市中，汽车尾气是造成臭氧污染的主要原因，所以，车辆监管单位一方面要对进入市区内的汽车数量进行限制，另一方面还要对汽车尾气的排放设置一定标准。近年来，新能源汽车逐渐得到推广应用，尤其是电动车的普及。对此，国家要做好新能源汽车的保障措施，要给予一定的优惠政策，并积极引导人们购买新能源汽车。除此之外，还要加强对公共交通的管理，要确保公共交通能更好地满足人们的出行，同时，要大力倡导低碳环保的理念，引导人们尽量选择公共交通出行，以减少私家车的使用，确保空气质量合格达标[7]。

5.2 采取有效措施减少污染物排放

煤炭的燃烧会产生大量有害气体，这也是空气中的主要污染物，但目前，有些企业还需要煤炭进行生产。近年来，随着新能源逐渐投放到市场，有效缓解了煤炭使用的压力。所以，各企业一方面要改进煤炭燃烧的装置，将有害气体控制在一定范围内，而另一方面，还要加强新能源的创新应用，尽可能地减少煤炭的使用。另外，相关部门还要对企业采取强有力的措施进行管理，对于污染防治不达标的企业，要禁止其施工，或工厂迁移，相互兼并等，而对于违规生产的企业，要有一定的惩罚措施[8]。

臭氧污染，大多数情况是由氮氧化物造成的，而氮氧化物是在光化学反应中生成的，所以，降低空气中的氮氧化物能有效防止臭氧的形成。但产生氮氧化物的源头有很多，比如企业排放的废气，汽车排放的尾气等，所以，只有加大对这些源头的管理力度，才能从根本上提升空气质量。另外，对于污染比较严重的企业，要实施精准控制，比如石化业长途输送的时候，一定要求其做好密封工作，避免漏气现象发生。同时，还要督促企业进一步调整和改进生产技术，相关的机器装备上要配置低氮燃烧器，特别是一些高硝设备，要有效控制氮氧化物释放到空气中，且废气必须净化达标后才能释放到空气中。

5.3 做好顶层制度设计

第一，应将臭氧污染物的前体物纳入减排体系。这主要是指有助于臭氧形成的一些有害气体，可将其作为重要的监管对象，比如VOCs、氮氧化物等。这些气体是当前减排的重要管理目标。第二，要做好臭氧污染防治的监督检查。国家环保部门要对重点范围内的臭氧含量实施监测，特别是空气污染非常严重时，要加大执法管理的力度，确保一些地区的臭氧管理能取得显著成效。第三，建立区域行业防治目录。对于一些关键地方的关键企业，要制定相应的臭氧管理实施办法，并以此为参照，促使整个范围内的臭氧污染防治形成一个长效机制，确保臭氧管理工作落到实处[9]。

5.4 构建跨区域治理体系

通常情况下，臭氧所造成的污染有一定集中性，如在一些先进城市，污染相对严重，所以，对这些重点地方要进行统一的排查管理，尤其是要开展氮氧化物的防治工作，同时，构建跨区域治理体系，充分发挥出各自的优势，一起打好这场攻坚战。比如构建珠三角、长三角、京津冀等综合防治体系，一起联合起来进行臭氧管理，并确保各种信息数据能及时呈现，从而有效促进跨区域污染防治体系能取得显著成效。

5.5 合理选用臭氧检测方法

一般情况下，臭氧监测有三种方法，分别是碘量法、比色法和检测管法，而国内往往采用碘量法实施监测，而这种方法在国际上也能得到大家的认可。该方法不仅操作简单，而且测量效果好。如在《臭氧发生器臭氧浓度、产量、电耗的测量》中就要求必须采用碘量法[10]。该方法主要是通过臭氧跟碘化钾发生一定的化学变化，将其中的碘离子氧化成碘单质。在实际应用中，由于碘浓度不同，所以呈现出的颜色也不同，所以，可以以此为参照控制臭氧的含量。碘量法的效果非常明显，只需要一些简单的设备就可以完成，其缺点在于，易被NO、Cl2这些物质所影响。而比色法主要是通过臭氧跟其他的化学物质混合后，会呈现一定的颜色，再根据颜色的不同，判断臭氧的含量。另外，比色的时候可以采用人工比色，也可以采用比色计进行比色。当前，相关人员往往是在臭氧中加入碘化钾溶液，再根据其显示的颜色判断臭氧的含量。当臭氧含量较高时，可采用检测管法进行检测，一般是先把用于检测臭氧的物质在检测管中封存起来，测量的时候再把两头切断，连上抽气机，并吸取空气中的臭氧与其发生化学作用。一般情况下，臭氧的浓度不一样就会出现不一样的变化，然后，直接根据刻度读数就可以了。

5.6 加强臭氧污染危害的宣传

当前，随着人们环保意识的增强，已认识到环保的重要性，并且，对臭氧污染方面的知识也有了一定了解。然而，对于臭氧形成的原因还不是很了解，更不了解臭氧对人们造成的危害，所以，一定要加强臭氧危害的宣传。因此，相关部门应加大力度进行宣传，并借助媒体的作用让大家都能了解臭氧污染的危害性。比如，可以在电视台进行正面宣传，录制公益性的视频进行播放，或印制一些臭氧防治的小册子，或组织相关方面的培训活动等，这样才能将臭氧防治工作落到实处，才能让更多的人自愿加入到臭氧防治的队伍中来。

5.7 合理选择监测站的位置

国内的臭氧防治工作没有其他国家开始得早，大概在20世纪中期才有了专业用于臭氧监测的站点。现阶段，对于检测臭氧含量的办法有很多种，其中有科学依据的达十多种，而国内比较广泛应用的判断方法有靛蓝二磺酸钠分光度法和测定紫外光度法，而采取智能化操作的有紫外荧光法、差分吸收光谱分析法。在实际工作中，为了进一步完善和改进相应的臭氧监测，要下大力度扩大观测站的规模，且人力配备要齐全，从而强化臭氧防治管理体系。第一，建设臭氧污染监测站一般都是根据哪里污染厉害就在哪里建设的原则。比如重工业比较先进的地区，轻工业比较发达的城市，新一线和交通枢纽城市等，这些都是人员相对集中的城市，应作为臭氧监测的首选。第二，对于观测站人力的配备要尽量挑选有一定地理和化学基础的高学历人员。第三，还应注意到气候的影响。

6 结语

当前，随着工业化、城市化进程的加快，城市大气臭氧污染的形势较为严峻，这就需要生态环境监测部门实时做好监测，以为相关部门做好臭氧污染防治提供第一手数据资料。同时，交通、财政、税收、公共卫生等其他相关职能部门也应积极参与，且要对臭氧防治工作给予大力支持，并共同做好臭氧污染防治工作，从而为市民健康和城市的可持续发展贡献力量。