近年來,我國環(huán)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(huán)境空氣質(zhì)量改善的重要污染物。這個夏天,天津也遭受了較為嚴(yán)重的臭氧污染。那么臭氧污染到底是如何產(chǎn)生的?又該如何科學(xué)防治呢?
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(dá)地面,吸收了九成以上對人類和生物有害的太陽短波輻射,可以保護(hù)地球表面生物免受有害紫外線的照射,是地球生命物質(zhì)的保護(hù)傘。我們常說的臭氧污染,是指對流層中出現(xiàn)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(huán)芳香烴等)在紫外線的照射下經(jīng)過一系列光化學(xué)反應(yīng)形成刺激性強(qiáng)的淡藍(lán)色或棕色煙霧,也即光化學(xué)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占九成以上。
煙霧形成機(jī)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(jìn)入對流層的部分以及自然產(chǎn)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(yīng)所生成的部分。這部分來源對環(huán)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(jī)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(fā)性有機(jī)物(VOCs)等污染物發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的。臭氧是強(qiáng)氧化劑,在潔凈大氣中,NO遇臭氧就轉(zhuǎn)化為NO2,不會造成臭氧累積,而當(dāng)空氣中存在大量具有化學(xué)活性的VOCs等污染物時,因其氧化性更強(qiáng),會優(yōu)先與NO反應(yīng),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(xué)支撐下的多污染物協(xié)同控制,如果單純控制某一種前體物,反而可能會導(dǎo)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(guān)系,這就是為何臭氧濃度高值往往出現(xiàn)在夏季的午后,而隨著我國大氣顆粒物污染防治的深入,環(huán)境空氣顆粒物濃度逐年降低,大氣能見度不斷好轉(zhuǎn),太陽輻射強(qiáng)度增強(qiáng),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(qū)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(fù)雜的大氣化學(xué)過程轉(zhuǎn)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(qū),特別是植被覆蓋較好(活性VOCs濃度較高)地區(qū),本身沒有明顯大氣污染排放,但由于上風(fēng)向大氣前體物和反應(yīng)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(qū)、青島的嶗山等,都發(fā)現(xiàn)了比臨近市區(qū)還高的臭氧污染。
臭氧污染的防治是世界性難題,歐美等發(fā)達(dá)國家至今也未實現(xiàn)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(fù)雜,防治難度更大,依靠科學(xué)技術(shù)的支撐,科學(xué)施策,才能實現(xiàn)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(xué)方法有哪些呢?當(dāng)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(zhì)量模式的數(shù)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(xué)反應(yīng)機(jī)制。所以,臭氧污染的來源與成因研究是一項復(fù)雜而系統(tǒng)的工作,需要較長的時間和較大的投入,不可一蹴而就。
根據(jù)我國目前有限的臭氧污染成因定性分析結(jié)果,部分城市屬于VOCs控制型,即要實現(xiàn)臭氧的有效控制,就要優(yōu)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(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年作戰(zhàn)計劃中針對VOCs和NOx污染均制定了詳細(xì)的防治對策,這些措施勢必對當(dāng)?shù)爻粞跷廴痉乐萎a(chǎn)生積極作用,而要實現(xiàn)臭氧污染的長期改善向好,仍亟需開展深入系統(tǒng)的科學(xué)研究予以支撐。