臭氧是一種淺藍色氣體，具有特殊臭味，發(fā)現(xiàn)于1840年。具有強氧化性，是目前已知的最強氧化劑之一。它能與有機物，尤其是含雙鍵的有機物快速反應(yīng)，破壞有機物結(jié)構(gòu)，如使蛋白質(zhì)變質(zhì)。

目前，臭氧凈水技術(shù)亦得到了快速發(fā)展。臭氧占空氣體積分數(shù)的0.1x10-6，分布在平流層及對流層，其中平流層臭氧占總體臭氧含量的90%。人體若吸入臭氧，會損傷肺功能，出現(xiàn)鼻眼疼痛、呼吸困難等癥狀。

作為保護層，平流層的臭氧能吸收紫外線，臭氧吸收輻射后能分解出激發(fā)態(tài)原子氧，該原子氧是主宰大氣中光化學(xué)反應(yīng)的自由基的重要來源，但隨著氟利昂等大量使用，其中的氯氟烴在短波紫外線下分解的Cl·能消耗大量臭氧，導(dǎo)致空氣中臭氧含量急劇減少。1984年英國科學(xué)家在南極最先發(fā)現(xiàn)臭氧空洞。

而平流層的臭氧分為人為源及天然源兩大類。人為源是指大氣光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的臭氧;天然源是指對流層臭氧的輸入。一氧化氮、一氧化碳及揮發(fā)性有機物都是臭氧污染的前體物。

目前，統(tǒng)計研究發(fā)現(xiàn)，臭氧污染前體物的人為源有重石油化工產(chǎn)業(yè)、交通運輸、生物質(zhì)燃燒及燃煤電廠等。其中，重石油化工產(chǎn)業(yè)會產(chǎn)生大量的揮發(fā)性有機物及一氧化氮等前體物;交通運輸產(chǎn)生的汽車尾氣也含有大量的揮發(fā)性有機物及一氧化氮等前體物;生物質(zhì)燃燒會產(chǎn)生一氧化氮、一氧化碳及揮發(fā)性有機物等臭氧前體物;燃煤電廠的煙羽中含有大量的一氧化氮等臭氧前體物。

20世紀之前，對流層90%的臭氧來自平流層輸入，現(xiàn)在我們一般認為對流層的臭氧都來自于光化學(xué)反應(yīng)。

目前臭氧污染是由一系列前體物發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)引起的。下面，我們就詳細介紹一下臭氧污染機理。

1、一氧化氮光化學(xué)反應(yīng)

作為常見的臭氧前體物，工廠或者汽車尾氣排放的一氧化氮在空氣中會被氧

化為二氧化氮，再經(jīng)過波長小于424nm陽光照射后，二氧化氮就可以產(chǎn)生臭氧。具體表達式如下：

其中，M為氧氣、氮氣等第三方分子。以上三個反應(yīng)非常迅速，NO2、O3及NO的濃度會維持在一定穩(wěn)定狀態(tài)，不會造成臭氧含量的大大增加。臭氧的平衡方程可以用下面關(guān)系式進行表示：

其中，K1，K3分別為反應(yīng)(1)、(3)的反應(yīng)速率常數(shù)。由上述反應(yīng)式可知，臭氧含量與一氧化氮及二氧化氮的含量有很大的關(guān)系，它與一氧化氮含量成反比，與二氧化氮含量成正比。故若由于其它原因造成NO轉(zhuǎn)化為NO2，則會使臭氧急速積累，造成臭氧污染。

2、一氧化碳的光化學(xué)反應(yīng)

若大氣中含量大量一氧化碳，則存在以下的反應(yīng)將一氧化氮轉(zhuǎn)化為二氧化氮：

由上述反應(yīng)式可知，當一氧化碳存在時，可在不消耗臭氧的情況下將一氧化氮轉(zhuǎn)化為二氧化氮，進而增加臭氧的含量，造成臭氧污染。

3、揮發(fā)性有機物光化學(xué)反應(yīng)

揮發(fā)性有機物的光化學(xué)反應(yīng)其實是一些碳氫化合物的光化學(xué)反應(yīng)。一般的化學(xué)反應(yīng)式如下：

揮發(fā)性有機物可以和OH·發(fā)生反應(yīng)，生成一系列自由基，這些自由基又可將一氧化氮氧化為二氧化氮，且不消耗臭氧的含量，而由上述介紹可知，二氧化氮又可使臭氧含量增加，造成臭氧污染。

另外，生成的自由基還可以與揮發(fā)性有機物繼續(xù)反應(yīng)，生成更多的自由基，促進整個反應(yīng)的發(fā)生，使臭氧濃度繼續(xù)增加。研究發(fā)現(xiàn)，若沒有自由基的催化氧化就不會產(chǎn)生大量臭氧，造成臭氧污染。

除以上介紹之外，還有夜光光化學(xué)反應(yīng)。大量的研究發(fā)現(xiàn)，臭氧污染的影響因素除了上述臭氧前體物的濃度之外，還受氣溫、濕度、風(fēng)速等的影響。

1、人為來源

人類活動是臭氧污染的重要來源，交通工具廢氣排放首當其沖，汽車尾氣中含有NO和VOCs等大量臭氧前驅(qū)體。其次是石油化工產(chǎn)業(yè)，石油冶煉、材料合成等石油化工行業(yè)，以及油氣使用和加油站揮發(fā)泄露、油氣燃料動力的火力發(fā)電等相關(guān)行業(yè)，均貢獻了巨量的NOx和VOCs。再有是燃煤廢氣，目前燃煤廢氣處理配備除氮脫硝設(shè)備較少，燃煤廢氣煙羽中含有大量的NOx、CO。此外，環(huán)境空氣質(zhì)量整體變差，在PM2.5等大氣污染物協(xié)同作用下，加快引發(fā)光化學(xué)鏈式反應(yīng)，加重臭氧污染。

2、自然來源

生物源揮發(fā)性有機物(BVOCs)和NOx經(jīng)光化學(xué)反應(yīng)過程生成的臭氧，是天然O3的重要來源，研究表明，夏季東南亞地區(qū)、北美鄉(xiāng)村地區(qū)出現(xiàn)高濃度臭氧污染物，其原因之一是森林BVOCs升高所致。另外，在一定大氣條件或特殊地形地勢下，平流層和對流層溫度梯度遭到破壞，出現(xiàn)所謂的“對流層頂折疊”現(xiàn)象，平流層的O3輸送到對流層，導(dǎo)致局部地區(qū)臭氧濃度升高。

我國O3超標現(xiàn)象較為普遍，近年來很多環(huán)境監(jiān)測研究發(fā)現(xiàn)O3質(zhì)量濃度有上升的趨勢。

環(huán)境保護部發(fā)布的歷年《中國環(huán)境狀況公報》顯示：自2013年起，京津冀、長三角、珠三角等重點區(qū)域及直轄市、省會城市和計劃單列市共74個城市按照新標準開展監(jiān)測，O3-8h第90百分位數(shù)質(zhì)量濃度范圍為72～190μg/m3，平均質(zhì)量濃度為139μg/m3，達標城市比例為77.0%。

2014年O3-8h第90百分位數(shù)質(zhì)量濃度范圍為69～210μg/m3，平均為140μg/m3，達標城市比例為78.2%。

2015年O3-8h第90百分位數(shù)質(zhì)量濃度范圍為95～203μg/m3，平均為150μg/m3，達標城市比例為62.2%。

2016年O3-8h第90百分位數(shù)質(zhì)量濃度范圍為102～199μg/m3，平均為154μg/m3。

3個重點區(qū)域中O3為首要污染物的超標天數(shù)占總超標天數(shù)的百分比均逐年增高，2016年達到30.8%;其中京津冀和長三角區(qū)域的O3質(zhì)量濃度在增高，珠三角地區(qū)變化不大(下表)。

[注]平均質(zhì)量濃度：O3-8h第90百分位數(shù)的平均質(zhì)量濃度;超標占比：O3為首要污染物的超標天數(shù)占總超標天數(shù)的百分比;2014年缺超標占比數(shù)據(jù)，2016年缺達標城市數(shù)。

全國338個監(jiān)測城市中，2015年O3-8h第90百分位數(shù)質(zhì)量濃度范圍為62～203μg/m3，平均為134μg/m3;日均值超標天數(shù)占監(jiān)測天數(shù)的比例為4.6%;達標城市比例為84.0%，以O(shè)3為首要污染物的占16.9%。2016年O3-8h第90百分位數(shù)質(zhì)量濃度范圍為73～200μg/m3，平均為138μg/m3;超標天數(shù)比例為5.2%，以O(shè)3為首要污染物的占0.9%。

珠三角地區(qū)5-9月以O(shè)3為首要污染物的比例達到98%以上，且大約有半年時間主要以O(shè)3污染為主;而長三角地區(qū)O3污染持續(xù)時間較珠三角地區(qū)稍短，同樣集中在5-9月。我國北方地區(qū)大氣污染物以細顆粒物(PM2.5)為主，如京津冀地區(qū)全年主要以PM2.5污染為主，但是隨著季節(jié)更替帶來氣溫升高和光照加強，仍有O3超標現(xiàn)象，提示我國O3污染嚴重。

O3水平具有明顯的時空變化特征。在空間上，南方城市O3質(zhì)量濃度高于北方，且全年均可超標。同一城市不同區(qū)域O3質(zhì)量濃度有差異，基本呈現(xiàn)中心城區(qū)低、郊區(qū)高的特征，質(zhì)量濃度峰值往往出現(xiàn)在前體物質(zhì)排放源幾百公里以外的農(nóng)村。在時間上，春末、夏季和初秋時，溫度和光照均增加，因此易形成O3污染，夏季較高、冬季最低。O3質(zhì)量濃度有明顯的晝夜差異，通常在15:00左右出現(xiàn)最大值，并在晚上消散。

溫度：溫度與O3質(zhì)量濃度存在明顯的正相關(guān)關(guān)系，即隨著氣溫上升，紫外輻射加強，光化學(xué)反應(yīng)速率提高，增強了大氣中氧分子的分解，O3的質(zhì)量濃度提高。O3質(zhì)量濃度與濕度之間呈負相關(guān)關(guān)系，空氣濕度增加時，O3質(zhì)量濃度降低，反之亦然。

風(fēng)向風(fēng)速：不穩(wěn)定的空氣可通過垂直擴散方式將空氣上層高質(zhì)量濃度的O3向地面輸送，風(fēng)速和湍流作用的增強，也有利于光化學(xué)反應(yīng)速率的提高。當監(jiān)測點周圍有O3源，風(fēng)速增大時，可使其迅速散開，與周圍空氣混合，使當?shù)豋3質(zhì)量濃度呈穩(wěn)態(tài)低值;若監(jiān)測點潔凈，其上風(fēng)向有O3源，則可通過大風(fēng)將高質(zhì)量濃度的O3吹向潔凈點，使監(jiān)測點O3質(zhì)量濃度升高。

PM2.5：O3濃度與PM2.5濃度呈負相關(guān)性，顆粒物濃度升高時，O3濃度則下降，反之亦然。這是由于PM2.5具有消光作用，可以吸收和散射太陽輻射，而紫外線輻射是產(chǎn)生O3的關(guān)鍵因素。

前體污染物：大氣中NOx、VOCs等增加，也能導(dǎo)致O3生成量增加。NOx和VOCs是O3的兩個重要前體物，但兩者對O3生成或消耗的影響并非是簡單的線性關(guān)系。高濃度NOx下，VOCs濃度的增加有利于O3的產(chǎn)生，反之低濃度NOx時VOCs濃度的增加可能會抑制O3的生成。O3的生成量受到當?shù)夭煌愋颓绑w污染物排放水平的影響，而識別O3的來源、量化各類前體污染物對O3的貢獻是非常復(fù)雜的，到目前為止，O3與前體物之間關(guān)系的研究還不夠充分。

1、保證臭氧消毒效果

低濃度的臭氧被制藥用水系統(tǒng)和純化水系統(tǒng)用來消毒，但是濃度超標的臭氧卻是無形殺手。因此，開展臭氧監(jiān)測，尤其是濃度監(jiān)測，對保證臭氧消毒效果極為重要。

例如空氣中臭氧濃度為0.34～0.85mg/kg時，作用30min，其對大腸桿菌的殺滅率可達99.47%～99.97%;空氣中臭氧濃度為0.72mg/kg時，作用時間為10min，其對金黃色葡萄球菌的殺滅率可以達到99.99%。

2、保障人們身體健康

一方面，臭氧監(jiān)測可以用于水消毒、食品貯藏保鮮、殺菌凈化和醫(yī)療衛(wèi)生方面，可以為人們創(chuàng)造良好的生活環(huán)境;另一方面，臭氧監(jiān)測可以為臭氧發(fā)生的質(zhì)量檢驗提供依據(jù)，保障其質(zhì)量符合技術(shù)標準，從而為保障人們的身體健康打下堅實的基礎(chǔ)。

例如，家庭室內(nèi)殺菌的臭氧發(fā)生器產(chǎn)量需要控制在200mg/L，這樣在其作用60min后，既可以起到很好的殺菌效果，又不會影響人們的身體健康。

3、保護生態(tài)環(huán)境平衡

城市中機動車排放尾氣、優(yōu)品匯發(fā)和工業(yè)廢氣排放等，都與臭氧濃度及其污染有密切關(guān)系。通過開展臭氧監(jiān)測，可以為城市環(huán)境污染的治理提供依據(jù)，以幫助管理部門采取有效措施，如控制機動車數(shù)量及提高排放標準、加強對工業(yè)企業(yè)的監(jiān)管等，降低臭氧污染對環(huán)境的影響，從而保護生態(tài)環(huán)境的平衡。

為了避免降低臭氧污染對人體健康和生態(tài)環(huán)境的不利影響，管理部門需要依據(jù)臭氧污染的成因和特點，采取有效的防控措施，將臭氧污染的危害降到最低。

1、完善臭氧監(jiān)測及預(yù)警體系

各級地方政府需要重視治理臭氧污染危害工作的重要性，加大對臭氧污染治理工作的資金投入，完善臭氧監(jiān)測及預(yù)警體系，尤其是揮發(fā)性有機物和煙霧污染的監(jiān)測與預(yù)警模式，在空氣中的臭氧濃度超標時，可以做到及時發(fā)現(xiàn)、及時預(yù)警。

在設(shè)計臭氧污染監(jiān)測預(yù)警模式時，各級地方政府額可以參照歐盟臭氧預(yù)警機制，結(jié)合地方臭氧污染危害情況，以保證臭氧監(jiān)測及預(yù)警體系的可靠性和科學(xué)性，為防控臭氧污染危害打下堅實的基礎(chǔ)。

2、控制機動車數(shù)量，提高其排放標準

機動車的尾氣排放是造成臭氧污染的主要來源，所以各級地方政府需要控制城市機動車的數(shù)量，提高其排放標準，以最終實現(xiàn)尾氣零排放的目標。

例如，各級地方政府可以采取增加電動車和混合動力的機動車數(shù)量和加強對機動車輛的限行和管控等措施，以減少機動車尾氣排放量，降低城市空氣的臭氧污染。

同時，各級地方政府需要大力發(fā)展城市公共交通，治理公共交通中線路混亂和運行效率低下等問題，積極優(yōu)化城市與鄉(xiāng)鎮(zhèn)的公交路線，以舒適便捷的交通縮短居民出行距離，在提高城鎮(zhèn)居民乘坐公共交通積極性的基礎(chǔ)上，減少機動車尾氣的排放。

3、注重臭氧污染危害的宣傳

雖然人們已經(jīng)認識到臭氧污染危害的嚴重性，以及治理臭氧危害的重要性，但是對于臭氧污染形成的原因，以及治理臭氧污染的措施仍然知之甚少。

因此，各級地方政府需要借助電視、網(wǎng)絡(luò)和廣播等傳播媒介，加大對臭氧污染知識的宣傳力度，讓社會民眾了解更多關(guān)于臭氧污染的知識，以進一步增強社會民眾的環(huán)保意識，自覺約束生活中的行為，積極投入到臭氧污染危害的防控工作中。

同時，各級地方政府可以利用社會民眾關(guān)系的環(huán)境污染問題，積極向社會民眾征求改善與解決措施，以集思廣益的方式，多方聽取意見和見解，以保證臭氧污染治理工作的有效性。

例如，地方政府可以圍繞社會民眾關(guān)心的PM2.5問題，讓社會民眾積極獻計獻策，這樣既可以調(diào)動社會民眾參與環(huán)境保護的積極性，營造良好的社會氛圍，又可以督促環(huán)保部門改善環(huán)保措施，提高環(huán)境保護工作的質(zhì)量和效率。