城市空氣臭氧監測及污染治理對策思考

葉婉婷

（廣州市生態環境局增城環境監測站，廣東 廣州 511300）

引言

在光照條件下，揮發性有機物與大氣中的氮氧化物混合在一起就會發生化學反應，生成臭氧。臭氧是一種非常具有代表性的空氣污染物，它具有強活潑性，會對城市空氣中的其他化學反應產生影響。目前，臭氧已經成為繼細顆粒物和可吸入顆粒物之后的重要污染物，加強對臭氧的監測與污染治理，具有十分重要的意義。

1 臭氧的相關概述

1.1 臭氧的概念

臭氧是大氣中的氮氧化物（NOx）和揮發性有機物（VOCs）等一次大氣污染物在強烈的光照作用下發生一系列光化學反應生成的重要標志物，近地面高濃度的臭氧導致大氣氧化性增強，會不斷氧化二氧化硫與二氧化氮等氣態污染物，進一步促進二次細顆粒物的生成。臭氧是一種有明顯臭味的淡藍色氣體，化學符號為O3。臭氧主要存在于大氣的平流層，能夠有效吸收太陽光線中的紫外線，使人體免遭紫外線的傷害；還有一部分臭氧聚集在對流層，會刺激人體呼吸道，造成神經中毒，破壞人體的免疫機制，誘發一系列的不良反應和疾病，影響人體健康，還會導致農作物減產，對生態環境造成嚴重危害。表1為臭氧與氧的對比。

表1 臭氧與氧的對比

1.2 臭氧濃度的影響因素

城市空氣中的臭氧濃度受到多方面因素的影響。首先，無論是城市中的相對濕度、溫度，還是城市的地形地貌特征與氣象特征，都會對城市空氣中的臭氧濃度產生較大影響。例如珠三角的“高氣溫、低濕度”的氣象因素多在5月到10月出現，這個時段也是臭氧污染高值區。臭氧污染水平與氣溫和降雨等氣象因素有較強的相關性，氣溫因素對臭氧污染水平存在“高溫促進，低溫抑制”的規律，較大的降雨量和降雨天數會對臭氧污染的形成起抑制作用；日照時數這一指標對臭氧的8小時值（MDA8）季度均值有一定影響，但不如氣溫和降雨因素對臭氧污染水平的影響大。另外，城市的降水量、太陽輻射、水氣壓以及最高溫度等也會對城市空氣中的臭氧污染物濃度產生不同程度的影響，城市空氣中的氮氧化物濃度、細顆粒物濃度以及濕度等，與臭氧濃度之間存在負相關性，城市溫度與臭氧濃度之間存在正相關性。

1.3 臭氧污染區域的分布特征

地域的差異性決定了臭氧污染程度的差異性。我國北方地區的臭氧濃度變化規律非常突出，如每年一月份臭氧濃度開始升高，6月份的臭氧濃度最高，之后臭氧濃度逐漸降低。我國北方地區的臭氧濃度變化則呈“M”型，即每年的5、6月份出現第一個臭氧濃度最高值，每年的10月份前后出現第二個臭氧濃度最高值。從整體來看，我國南方地區的臭氧污染問題更加嚴重。站在城市角度分析，市中心和郊區是最主要的臭氧污染區域，其中，市中心的臭氧污染相對較小，郊區的臭氧污染最為嚴重，這是因為臭氧具有強活潑性，存活周期較短，市中心的污染物較多，這些污染物與臭氧混合在一起，會發生化學反應，生成其他物質；在風力的作用下，生成的其他物質會被吹到郊區，并繼續發生化學反應，形成臭氧。另外，一些工業發展水平較高的城市，如北京、上海、廣州以及深圳等地的臭氧濃度也遠高于其他城市。

2 城市空氣中臭氧污染的危害

2.1 對人類的危害

城市空氣中的臭氧污染問題，對人類的危害非常大。首先，臭氧污染會威脅人體健康，當城市空氣中的臭氧濃度提升到一定程度時，人吸入體內的臭氧過多，肺部就會遭到嚴重腐蝕，造成肺功能減弱，甚至出現肺氣腫、肺組織損傷。另外，臭氧還會對人體的呼吸道產生破壞，對人體的鼻粘膜產生刺激，使人感染呼吸道或支氣管疾病；其次，臭氧會對人的神經系統產生影響，使人出現頭暈、頭痛、視力下降、記憶力喪失等神經紊亂癥狀；最后，臭氧會對人體的免疫系統產生影響，使人體的細胞和組織受到損傷，破壞皮膚內的纖維素。

2.2 對環境的危害

臭氧不僅會降低城市的空氣質量，還會對土壤造成損害。臭氧濃度過高會對土壤內原有的有機物比例產生影響，降低各種營養成分的含量。在這樣的土壤環境中，農作物無法維持正常的生長狀態，產量也非常少。如果城市空氣中的臭氧含量較多，綠色植物的光合作用也會受到影響，無法生成葉綠素，綠葉就會逐漸變黃、凋落[1]。農作物與綠色植物一樣，如果無法進行光合作用，產量會大幅度降低。根據相關部門的調查，當臭氧含量為50 ppb時，小麥和大豆的產量都會出現明顯的下降。另外，如果綠色植物和農作物的光合作用出現異常，大氣中的含氧量也會隨之降低，空氣中各種氣體之間的平衡就會被打破。

3 城市空氣中臭氧監測的必要性

3.1 突出臭氧的消毒作用

臭氧具有一定的消毒作用。對城市空氣中的臭氧含量進行監測，可以更好地發現臭氧含量的變化規律，我們可以在臭氧含量較低時，將其應用到水資源的凈化處理中，需要注意的是，在應用臭氧凈化水資源時，必須嚴格把握臭氧的濃度。表2為臭氧滅菌與傳統殺菌方法的對比。

表2 臭氧滅菌與傳統殺菌方法的對比

3.2 保障生態平衡

對城市空氣中的臭氧進行監測還可以有效維持生態平衡。在城市的現代化發展過程中，汽車尾氣與工廠廢氣的排放，已經使市中心的空氣中出現了大量有害物質，臭氧與這些有害物質之間的化學反應也越來越頻繁。我們必須對臭氧含量進行監測，并將監測結果提交至相關部門，才能采取更加有針對性的生態治理措施，如通過機動車限號和汽車尾氣排放控制等措施來維持生態平衡的穩定性，降低臭氧濃度過高對人們身體健康的影響。

4 城市空氣中的臭氧監測方法

4.1 碘量法

碘量法是我國最主要的一種臭氧監測方法，其監測結果也受到國際的高度認可。碘量法的應用具有操作簡單、測量效果好的優勢。《臭氧發生器臭氧濃度、產量、電耗的測量》[2]中明確提出了使用碘量法的要求。碘量法的應用，需要將臭氧與碘化鉀混合在一起，并通過一系列化學反應，將碘離子轉化為碘單質。碘濃度不同，其在應用中呈現出來的顏色也不同[3]，根據這一點，可以對臭氧含量進行控制。碘量法的應用效果非常明顯，使用的設備也非常簡單，但碘量法的應用效果容易被NO、Cl2等物質干擾。

4.2 比色法

將臭氧與不同的化學物質混合在一起，呈現的顏色是不同的，比色法就是利用這些顏色的差異，對臭氧含量進行判斷。另外，比色時既可以選擇人工比色，也可以選擇使用比色計。相關人員將碘化鉀溶液加入臭氧中，對臭氧顏色的變化進行觀察，就可以明確臭氧的含量。

4.3 檢測管法

如果臭氧的含量比較高，為了保證臭氧監測結果的準確性，可以使用檢測管法。即先將檢測物質封存到檢測管中，然后在使用時將兩頭切斷，并與抽氣機相連，就可以使檢測物質與空氣中的臭氧發生化學反應。臭氧的濃度不同，最終的刻度讀數也會不一樣，相關人員通過讀取刻度讀數，就可以明確城市空氣中臭氧的濃度。

4.4 紫外光度法

當樣品空氣以恒定的流速通過除濕器和顆粒物過濾器進入儀器的氣路系統時分成兩路，一路為樣品空氣，一路通過選擇性臭氧洗滌器成為零空氣，樣品空氣和零空氣在電磁閥的控制下交替進入樣品吸收池（或分別進入樣品吸收池和參比池），臭氧對253.7 nm波長的紫外光有特征吸收。設零空氣通過吸收池時檢測的光強度為L，樣品空氣通過吸收池時檢測的光強度為I，則I/L為透光率。儀器的微處理系統根據朗伯-比爾定律公式，由透光率計算臭氧濃度。

5 城市空氣中臭氧監測與污染治理的對策

5.1 加強對城市機動車數量與排放的控制

汽車尾氣的過度排放，已經成為臭氧污染的主要形成原因。鑒于此，車輛監管單位必須限制城市中的汽車數量，并對汽車尾氣的排放進行嚴格控制。國家相關部門需要對新能源汽車的發展予以大力扶持，并在全國范圍內宣傳新能源汽車的購買優勢，引導人們選擇購買新能源汽車[4]。另外，相關部門還要對公共交通的管理予以重視，提升公共交通的運行能力，使其最大限度滿足人們的日常出行需求。與此同時，還要引入低碳環保理念，對人們的出行理念進行積極引導，讓人們盡可能選擇公共交通出行，或者使用新能源汽車、電動車出行。具體來說：（1）在建立實施汽車排放檢驗與維護制度時，應注意落實汽車排放檢驗和汽車排放性能維護修理主體責任，實施汽車排放檢驗、維護和違法處罰聯動管理，并強化對汽車排放檢驗與維護的監督管理。（2）根據實際工作情況適當加大柴油貨車排氣道路抽檢執法、柴油貨車超標排放車輛監管執法、黃標車闖限行區聯合電子執法、超載柴油貨運車輛治理、建筑廢棄物運輸車輛排氣監督執法檢查等專項行動的力度，加大公安、質監、環保部門機動車檢驗機構監管聯席會議磋商頻率，強化柴油貨車排氣污染控制，減少氮氧化物的排放。

5.2 加強對污染物排放的控制

燃燒煤炭資源會產生大量的有害物質，這些物質也是城市空氣中的主要污染物。但是，我國的經濟發展對煤炭資源的使用需求還比較大，而加快新能源領域的發展能夠明顯降低市場對煤炭資源的使用需求。另外，為了加強對污染物排放的控制，相關部門不僅要大力推廣新能源，扶持新能源產業的發展，還要對煤炭資源的燃燒裝置進行改進，處理煤炭資源燃燒過程中產生的有害氣體，使其始終處于合理范圍內。相關部門也應對工業企業的污染排放采取強制性管理措施，針對污染治理不達標的工業企業，要勒令其整改，直至污染排放符合相關標準。

臭氧污染問題的形成主要與氮氧化物有關，降低空氣中的氮氧化物含量，能夠有效延緩臭氧污染問題的惡化趨勢。氮氧化物的產生源頭非常多，企業廢氣及汽車尾氣中都存在氮氧化物，只有從根源上加強對氮氧化物的管理與控制，才能從整體上改善城市的空氣質量。另外，針對某些污染比較嚴重的企業，相關部門要采取精準控制策略，例如針對石化企業的長途運輸，要做好相應的密封措施；相關部門要重點督促工業企業進行生產技術的調整與改進，將低氮燃燒器安裝到相關機器裝備上。

5.3 加強頂層制度設計

首先，相關部門應把能夠促進臭氧形成的有害氣體，例如VOCs、氮氧化物等，納入減排體系中，對這些有害氣體進行重點監測與管理，為減排工作的順利開展打好基礎。其次，對臭氧污染防治進行重點監督和檢查，國家生態環境部門要擴大重點范圍，例如加強對空氣污染相對嚴重區域的監測與管理，通過有效的執法措施，提高臭氧管理質量。最后，相關部門應創建區域行業污染防治目錄，針對重點區域的重點企業，制定專門的臭氧管理實施辦法，構建臭氧污染防范機制，將臭氧管理工作制度落到實處。

5.4 加大跨區域治理力度

臭氧污染問題具有明顯的集中性特征，很多工業發展水平較高的城市，臭氧污染問題都比較嚴重。跨區域治理必須建立周邊相關地區的大氣污染聯防聯控機制，實現區域內大氣重點排污單位臺賬和在線監測信息共享，定期開展交界區域大氣污染專項治理和聯合執法，組織春秋兩季污染防控區域聯合會商，開展污染天氣區域應急聯動等。相關部門還應加強部門間的聯合協作，實現數據、資源共享，形成大氣污染防治工作合力，構建跨區域治理體系，借助不同城市的治理優勢，提升臭氧污染治理成效。

5.5 加強對臭氧污染危害的宣傳

近年來，人們的環保意識不斷增強，但很多人依然不清楚臭氧污染問題的形成原因，不了解臭氧污染對人類和環境的危害。在這種情況下，我們只有加強對臭氧污染問題危害的宣傳，才能進一步激發人們參與臭氧污染治理及支持臭氧污染治理工作的積極性。對此，相關部門可以借助當地的媒體平臺進行臭氧污染危害的宣傳教育。例如可以直接錄制并播放公益性的短視頻或印制臭氧污染問題防治宣傳冊，并以社區為單位，發送到千家萬戶。

5.6 確定監測站的位置

與發達國家相比，我國的臭氧防治工作起步相對較晚，在20世紀中期才設置了專門的臭氧監測站點。目前，在國內得到廣泛應用的臭氧監測方法有靛藍二磺酸鈉分光度法和測定紫外光度法；另外已經實現智能化操作的方法有紫外熒光法及差分吸收光譜分析法。在實際的臭氧監測工作中，為了保證最終的監測效果，相關部門需要持續擴大觀測站的建設規模，并為每一個監測站配置齊全的人力資源和儀器設備，建立有效的臭氧防治監管體系。首先，相關部門應在臭氧污染嚴重的區域建設臭氧污染監測站，例如重工業城市、輕工業發達城市及一線城市和交通樞紐城市等；其次，應嚴格把握觀測站的人力資源引進，確保可以挑選出具有扎實地理基礎和化學基礎的專業人員。

6 結語

綜上所述，臭氧污染問題的日益惡化已經對城市生態環境的改善及人們的身體健康產生了影響，我們必須要對臭氧污染問題的治理予以高度重視。對此，相關部門及人員可以采用碘量法、比色法、檢測管法和紫外光度法對城市空氣中的臭氧進行監測；然后再根據實際情況選擇合適的臭氧污染治理措施，加強對城市機動車數量與污染源排放的控制并確定監測站位置；利用頂層制度設計、跨區域治理以及宣傳臭氧危害等方式提升臭氧污染治理效果。