123,123

微信咨詢

咨詢QQ

咨詢電話

公眾號(hào)

TOP

首頁(yè) > 知識(shí) > 自然

自然科普：高溫?zé)崂藥?lái)的還有臭氧污染

來(lái)源：科普中國(guó)

發(fā)布時(shí)間：2020-11-29

瀏覽次數(shù)：1856

　　根據(jù)中國(guó)氣象局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，今年5月份全國(guó)高溫范圍為近50多年來(lái)最高記錄，高溫日數(shù)為次最高，總的來(lái)說(shuō)今年的高溫天氣來(lái)的早，分布廣，而且根據(jù)50年數(shù)據(jù)來(lái)看，已經(jīng)基本形成了高溫越來(lái)越早的趨勢(shì)。這里既有人為排放溫室氣體促使全球變暖的大背景影響因素，也有自然本身因素。
　　高溫的危害是顯而易見(jiàn)的，據(jù)報(bào)道，截止5月中旬，浙江、江西、湖南等地出現(xiàn)了多個(gè)中暑和熱射病患者，這一方面體現(xiàn)了高溫之高，另一方面表現(xiàn)出高溫提前令人們準(zhǔn)備不足。
　　高溫?zé)崂说牧硪粋€(gè)危害就是臭氧（O₃）污染。根據(jù)生態(tài)環(huán)保部門(mén)公布的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，去年5、6月份由于出現(xiàn)持續(xù)高溫，京津冀出現(xiàn)了較多的臭氧污染。今年5月期間，北京單站臭氧8小時(shí)滑動(dòng)平均最高值279微克每立方米，小時(shí)均值最高值337微克每立方米，且都已有多次超標(biāo)，有些站點(diǎn)甚至一個(gè)月有二分之一到三分之二的日數(shù)存在超標(biāo)，全國(guó)367個(gè)監(jiān)測(cè)臭氧的城市中共有252個(gè)城市出現(xiàn)八小時(shí)滑動(dòng)平均濃度超標(biāo)，超標(biāo)率為68.7%，2016年全國(guó)338地級(jí)及以上城市中，全年86%（288個(gè)）出現(xiàn)臭氧污染超標(biāo)現(xiàn)象，京津冀魯豫、長(zhǎng)三角、珠三角和成渝地區(qū)為超標(biāo)較集中的區(qū)域。這些區(qū)域近十年處于逐年上升趨勢(shì)，且京津冀地區(qū)漲幅居前。
　　?
　　??????????????????????????????????????????????????????????????????????????

?
　　圖1：2018年5月全國(guó)367個(gè)臭氧監(jiān)測(cè)城市8小時(shí)滑動(dòng)平均超標(biāo)天數(shù)分布圖（數(shù)據(jù)來(lái)自生態(tài)環(huán)境部）
　　臭氧污染是怎么來(lái)的？
　　大氣層中的臭氧有90%分布在離地面?20 km至50 km平流層高空，平流層臭氧生成是由來(lái)自太陽(yáng)的紫外線，將一個(gè)氧氣分子分為兩個(gè)氧原子，然后每個(gè)氧原子和沒(méi)有分裂的氧氣分子合并生成三個(gè)氧原子組成的臭氧分子。臭氧分子不穩(wěn)定還會(huì)分解、又合并形成動(dòng)態(tài)平衡的臭氧層，臭氧對(duì)太陽(yáng)輻射的紫外線有強(qiáng)烈的吸收作用，因此這層臭氧在高空保護(hù)地球生物免遭過(guò)量紫外線照射，是我們地球生物的保護(hù)傘（但有些敏感人群也會(huì)在坐飛機(jī)時(shí)感受到臭氧的刺激）。
　　但另外10%左右的臭氧存在于我們生活的對(duì)流層。在春季北半球會(huì)有一些來(lái)自平流層的臭氧向下輸送，但更多的對(duì)流層臭氧來(lái)自光化學(xué)反應(yīng)。這部分對(duì)流層臭氧既是造成全球變暖的溫室氣體又是損害地球生物的有害污染氣體。我們目前所說(shuō)的臭氧污染主要是對(duì)流層內(nèi)的更貼近人類的近地層這部分有害的臭氧。
　　總的來(lái)說(shuō)，人類活動(dòng)直接排放的近地層臭氧的量微不足道，一般來(lái)自生活使用的激光打印機(jī)，靜電式空氣凈化器，有些使用臭氧發(fā)生器的消毒裝置等，僅對(duì)附近的使用者會(huì)產(chǎn)生一定健康危害。不過(guò)近年來(lái)廣泛采用的，利用高壓靜電或稱為等離子體技術(shù)類的餐飲油煙過(guò)濾裝置、工業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物減排裝置將會(huì)產(chǎn)生過(guò)量的局地臭氧排放。
　　大量的近地層臭氧來(lái)自人類活動(dòng)的間接排放。人類排放的工業(yè)廢氣及化石燃料的燃燒所排放的尾氣中含有大量氮氧化物和揮發(fā)性有機(jī)物。這些物質(zhì)在特定的氣象條件下，如強(qiáng)烈日光、無(wú)風(fēng)或微風(fēng)時(shí)，經(jīng)過(guò)一系列光化學(xué)反應(yīng)生成了主要含臭氧、醛類以及多種過(guò)氧酰基硝酸酯的光化學(xué)污染物，其中臭氧含量占?90％。
　　因此，就像細(xì)顆粒物（PM2.5）是霧霾污染最主要的污染物，臭氧是光化學(xué)污染的首要污染物，也稱為示蹤物，也就是說(shuō)發(fā)生了臭氧超標(biāo)，表明還有其它的光化學(xué)污染產(chǎn)物伴隨產(chǎn)生，尤其是一些有機(jī)氣溶膠，這也是細(xì)顆粒物中的主要成分之一。簡(jiǎn)單地說(shuō)，對(duì)流層臭氧產(chǎn)生的三大主因?yàn)椋旱趸?，揮發(fā)性有機(jī)物和陽(yáng)光。　　?
　　臭氧有哪些危害？
　　高濃度臭氧對(duì)人體健康有較大影響，可導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)、肺功能和甲狀腺功能受損，組織缺氧、視力和視覺(jué)敏感度下降，引起胸悶咳嗽、咽喉腫痛及加重呼吸系統(tǒng)疾病惡化等危害。大量流行病學(xué)研究表明，長(zhǎng)期吸入臭氧可增加哮喘、慢性阻塞性肺疾病發(fā)病率和死亡率增高。臭氧與其他空氣污染物，如細(xì)顆粒物、氮氧化物等共同作用對(duì)心血管系統(tǒng)的損害效果更加明顯。
　　臭氧很不穩(wěn)定，具有強(qiáng)氧化性，本身有害的同時(shí)在空氣中還會(huì)參與很多化學(xué)反應(yīng)，能與許多有機(jī)物和無(wú)機(jī)物發(fā)生反應(yīng)，危害室內(nèi)外材料、裝飾涂料和文物等，同時(shí)這些反應(yīng)都會(huì)產(chǎn)生二次污染，二次污染物中都包含大量醛類化合物，因此二次污染物的刺激性更強(qiáng)，對(duì)人體和材料危害更嚴(yán)重。
　　隨著室外大氣臭氧超標(biāo)，開(kāi)窗換氣或通風(fēng)設(shè)施主動(dòng)通風(fēng)，都會(huì)將臭氧傳入室內(nèi)，由于室內(nèi)墻面，家具，生活、辦公用品等的構(gòu)成的表面較多，臭氧在室內(nèi)一般壽命很短，如果沒(méi)有持續(xù)的來(lái)源，幾分鐘到幾十分鐘內(nèi)就會(huì)基本自行反應(yīng)掉，但如果有持續(xù)的外界來(lái)源，將導(dǎo)致室內(nèi)的臭氧持續(xù)超標(biāo)，更復(fù)雜和有害的問(wèn)題是在室內(nèi)環(huán)境中存在某些揮發(fā)性有機(jī)物能夠與臭氧迅速反應(yīng)，研究表明，有些室內(nèi)甲醛就是臭氧與大多數(shù)室內(nèi)不飽和碳?xì)浠衔锓磻?yīng)的主要產(chǎn)物，這些反應(yīng)物還包括丙醛、己醛、丙酸和己酸，以及少量的乙醛，戊醛和壬醛等。
　　

　　圖2?臭氧的危害（引用自：近地臭氧有何危害、如何應(yīng)對(duì)？來(lái)源：《科技生活》周刊
　　https://www.cdstm.cn/gallery/kjzd/201707/t20170725_536795.html）
　　如何進(jìn)行臭氧污染的防護(hù)？
　　在陽(yáng)光強(qiáng)烈的夏季，我們應(yīng)該更多關(guān)注來(lái)自環(huán)保部門(mén)公布的環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，在出現(xiàn)臭氧超標(biāo)的時(shí)候注意個(gè)人防護(hù)。由于臭氧本身化學(xué)活性強(qiáng)，和大多數(shù)表面都會(huì)發(fā)生分解、氧化反應(yīng)，只是分解速率取決于溫度，濕度，接觸材料和停留時(shí)間，因此在室外臭氧超標(biāo)時(shí)，可以減少室外通風(fēng)并開(kāi)啟空氣凈化器，空氣凈化器能增加臭氧與各種表面接觸的次數(shù)與時(shí)間，尤其是目前很多凈化器裝有活性炭濾網(wǎng)，降低臭氧濃度的效率更高，但也要注意有些高壓靜電式凈化器本身就會(huì)釋放臭氧，應(yīng)確保其具備臭氧過(guò)濾網(wǎng)，且不會(huì)在數(shù)小時(shí)使用過(guò)程中被飽和穿透。
　　由于即便是防護(hù)細(xì)顆粒物的口罩也不是靠更小孔徑截留顆粒物，而是靠加駐了靜電的纖維網(wǎng)通過(guò)電極吸附原理去除的，那么自然對(duì)臭氧分子也有一定吸附作用和表面分解作用，當(dāng)然比表面積更大的活性炭材料具有更高的效率，也就是說(shuō)對(duì)于敏感人群，在臭氧超標(biāo)的室外活動(dòng)佩戴口罩是有效的，只是不同的材質(zhì)，器型配合等導(dǎo)致效率不同。
　　如何進(jìn)行臭氧污染治理？
　　近地層臭氧污染問(wèn)題也是世界性的難題，在著名的化學(xué)煙霧事件曾經(jīng)爆發(fā)的洛杉磯，這些年來(lái)依然處于美國(guó)臭氧濃度排行榜前列。
　　據(jù)當(dāng)?shù)匮芯勘砻?，洛杉磯居民由于長(zhǎng)期呼吸具有臭氧污染的空氣，預(yù)計(jì)2011年有?100?萬(wàn)成年人和30萬(wàn)兒童患哮喘病，造成約高達(dá)26億美元的經(jīng)濟(jì)損失。臭氧污染也是歐盟成員國(guó)最主要的空氣污染問(wèn)題。
　　據(jù)報(bào)道，因臭氧污染問(wèn)題，歐盟居民人均壽命減少了8個(gè)月，歐盟每年因臭氧污染問(wèn)題死亡人數(shù)超過(guò)2000例，有60％的人在臭氧濃度超標(biāo)的環(huán)境中暴露過(guò)。歐盟監(jiān)測(cè)臭氧的國(guó)家中污染主要集中在法國(guó)、意大利、葡萄牙和西班牙，該區(qū)域臭氧污染水平高與該地區(qū)夏季高溫?zé)崂伺c機(jī)動(dòng)車排放有直接關(guān)系。全球熱點(diǎn)地區(qū)人口與經(jīng)濟(jì)、消費(fèi)持續(xù)增長(zhǎng)，更多的能源消耗就要排放更多臭氧前體物，臭氧污染會(huì)不斷加劇。
　　美國(guó)奧巴馬政府曾為了保護(hù)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)寬松了臭氧濃度的限制標(biāo)準(zhǔn)，但歐美發(fā)達(dá)國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)仍比我國(guó)現(xiàn)階段標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格。相比于歐盟的臭氧最大8小時(shí)平均值120微克/立方米、世界衛(wèi)生組織（WHO）最大8小時(shí)平均值100微克/立方米的標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)為160微克/立方米。
　　近地層臭氧在我國(guó)各大城市一般存在明顯的季節(jié)變化和日變化形態(tài)，即夏秋季出現(xiàn)峰值，但有些地區(qū)入夏后降水增多，就表現(xiàn)為夏中期間有谷值，初夏和秋季雙峰形形態(tài)，日變化一般都是較為規(guī)律的正弦波形態(tài)，午后出現(xiàn)峰值，但遠(yuǎn)郊區(qū)因?yàn)閭鬏敗⑽廴驹捶植家约斑吔鐚幼兓蛞矔?huì)出現(xiàn)峰值拖尾甚至雙峰形態(tài)。
　　因?yàn)槌粞跏情g接產(chǎn)物，治理只能是減少它的原料，其難處在于我們目前的大氣環(huán)境處于一種大氣中臭氧的產(chǎn)生原料非常充足且源源不斷，只要?dú)庀髼l件合適，馬上就達(dá)到污染狀態(tài)，近期北方地區(qū)普遍的臭氧污染就是高溫提前到來(lái)，滿足了高濃度臭氧的產(chǎn)生條件。又因?yàn)槌粞鯙榉蔷€性反應(yīng)的產(chǎn)物，因此原料減排并不直接對(duì)應(yīng)污染物濃度降低，有時(shí)反而減排導(dǎo)致污染物濃度上升。
　　臭氧的原料，如前述為氮氧化物與揮發(fā)性有機(jī)物，也稱為前體物，這兩項(xiàng)前體物來(lái)源十分廣泛，城市中的氮氧化物主要來(lái)自機(jī)動(dòng)車尾氣、化石燃料燃燒，工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程。揮發(fā)性有機(jī)物來(lái)源主要有汽車噴涂、印刷廠油墨揮發(fā)、加油站油氣揮發(fā)、化工廠煉油過(guò)程油氣揮發(fā)、溶劑使用等等。除了人為源，氮氧化物有來(lái)自土壤生態(tài)系統(tǒng)的自然源，揮發(fā)性有機(jī)物有來(lái)自森林植被等的自然源。
　　?“大氣十條”實(shí)施以來(lái)，全國(guó)氮氧化物減排量達(dá)到569萬(wàn)噸，但揮發(fā)性有機(jī)物污染防治仍處于起步階段，存在排放基數(shù)不清、治理措施不利、監(jiān)測(cè)能力不足、標(biāo)準(zhǔn)缺失以及法規(guī)滯后等問(wèn)題，目前全國(guó)的揮發(fā)性有機(jī)物排放量依然呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。尤其是目前對(duì)于氮氧化物的人為源減排較多，但揮發(fā)性有機(jī)物人為源減排較少、其自然源減排尚無(wú)涉及，這恰恰形成了臭氧更易生成的配比，導(dǎo)致臭氧濃度增高。因?yàn)槌粞跎闪亢蜕伤俾什粌H與氮氧化物、揮發(fā)性有機(jī)化合物的濃度有關(guān)，還與其配比值有很強(qiáng)的非線性關(guān)系。在低氮氧化物條件下，即氮氧化物控制區(qū)，臭氧濃度隨氮氧化物的增加而增加，而揮發(fā)性有機(jī)物濃度改變對(duì)臭氧影響不大；在高氮氧化物條件下即揮發(fā)性有機(jī)物控制區(qū)，氮氧化物的降低會(huì)引起臭氧濃度的上升，揮發(fā)性有機(jī)物的增加會(huì)使臭氧濃度升高，目前我國(guó)大部分地區(qū)處于揮發(fā)性有機(jī)物控制區(qū)。
　　當(dāng)前我國(guó)揮發(fā)性有機(jī)物治理水平和技術(shù)還不太成熟，表現(xiàn)為減排效率高的燃燒類設(shè)施成本很高，稍有不慎還會(huì)增加氮氧化物排放；成本較低的方法裝置往往效率很低，甚至還會(huì)直接排放臭氧，如前所述的高壓用電式裝置。要有所側(cè)重，研究表明揮發(fā)性有機(jī)物里的烯烴和芳香烴是對(duì)臭氧生成更加有活性和關(guān)鍵的種類，因此要針對(duì)高活性的揮發(fā)性有機(jī)物應(yīng)該優(yōu)先進(jìn)行減排，優(yōu)先研發(fā)、選用減排效率高且無(wú)二次污染物的技術(shù)方法。
　　?
　　

　　圖3人工高壓用電裝置產(chǎn)生臭氧原理（圖片來(lái)源：http://www.11ozone.com/jishuwenxian/7.html）
　　還需要提醒大家，研究結(jié)果表明，即便是不超空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的少量的臭氧對(duì)人體健康依然存在潛在的危害。尤其是對(duì)于每天在室外工作數(shù)小時(shí)的人群來(lái)說(shuō)，即使臭氧濃度低于較嚴(yán)格的環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，也會(huì)對(duì)肺功能造成負(fù)面影響。因此在經(jīng)濟(jì)、技術(shù)條件允許的情況下，盡可能降低空氣中的臭氧濃度應(yīng)該是我們追求的大氣環(huán)境優(yōu)化目標(biāo)。
　　（本文中標(biāo)明來(lái)源的圖片均已獲得授權(quán)）　　
　　出品：科普中國(guó)?
　　制作：中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所孫揚(yáng)?
　　監(jiān)制：中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心?

關(guān)注【深圳科普】微信公眾號(hào)，在對(duì)話框：
回復(fù)【最新活動(dòng)】，了解近期科普活動(dòng)
回復(fù)【科普行】，了解最新深圳科普行活動(dòng)
回復(fù)【研學(xué)營(yíng)】，了解最新科普研學(xué)營(yíng)
回復(fù)【科普課堂】，了解最新科普課堂
回復(fù)【科普書(shū)籍】，了解最新科普書(shū)籍
回復(fù)【團(tuán)體定制】，了解最新團(tuán)體定制活動(dòng)
回復(fù)【科普基地】，了解深圳科普基地詳情
回復(fù)【觀鳥(niǎo)知識(shí)】，學(xué)習(xí)觀鳥(niǎo)相關(guān)科普知識(shí)
回復(fù)【人工智能】，了解更多人工智能活動(dòng)詳情