城市空气臭氧监测及污染治理对策思考

叶婉婷

（广州市生态环境局增城环境监测站，广东 广州 511300）

引言

在光照条件下，挥发性有机物与大气中的氮氧化物混合在一起就会发生化学反应，生成臭氧。臭氧是一种非常具有代表性的空气污染物，它具有强活泼性，会对城市空气中的其他化学反应产生影响。目前，臭氧已经成为继细颗粒物和可吸入颗粒物之后的重要污染物，加强对臭氧的监测与污染治理，具有十分重要的意义。

1 臭氧的相关概述

1.1 臭氧的概念

臭氧是大气中的氮氧化物（NOx）和挥发性有机物（VOCs）等一次大气污染物在强烈的光照作用下发生一系列光化学反应生成的重要标志物，近地面高浓度的臭氧导致大气氧化性增强，会不断氧化二氧化硫与二氧化氮等气态污染物，进一步促进二次细颗粒物的生成。臭氧是一种有明显臭味的淡蓝色气体，化学符号为O3。臭氧主要存在于大气的平流层，能够有效吸收太阳光线中的紫外线，使人体免遭紫外线的伤害；还有一部分臭氧聚集在对流层，会刺激人体呼吸道，造成神经中毒，破坏人体的免疫机制，诱发一系列的不良反应和疾病，影响人体健康，还会导致农作物减产，对生态环境造成严重危害。表1为臭氧与氧的对比。

表1 臭氧与氧的对比

1.2 臭氧浓度的影响因素

城市空气中的臭氧浓度受到多方面因素的影响。首先，无论是城市中的相对湿度、温度，还是城市的地形地貌特征与气象特征，都会对城市空气中的臭氧浓度产生较大影响。例如珠三角的“高气温、低湿度”的气象因素多在5月到10月出现，这个时段也是臭氧污染高值区。臭氧污染水平与气温和降雨等气象因素有较强的相关性，气温因素对臭氧污染水平存在“高温促进，低温抑制”的规律，较大的降雨量和降雨天数会对臭氧污染的形成起抑制作用；日照时数这一指标对臭氧的8小时值（MDA8）季度均值有一定影响，但不如气温和降雨因素对臭氧污染水平的影响大。另外，城市的降水量、太阳辐射、水气压以及最高温度等也会对城市空气中的臭氧污染物浓度产生不同程度的影响，城市空气中的氮氧化物浓度、细颗粒物浓度以及湿度等，与臭氧浓度之间存在负相关性，城市温度与臭氧浓度之间存在正相关性。

1.3 臭氧污染区域的分布特征

地域的差异性决定了臭氧污染程度的差异性。我国北方地区的臭氧浓度变化规律非常突出，如每年一月份臭氧浓度开始升高，6月份的臭氧浓度最高，之后臭氧浓度逐渐降低。我国北方地区的臭氧浓度变化则呈“M”型，即每年的5、6月份出现第一个臭氧浓度最高值，每年的10月份前后出现第二个臭氧浓度最高值。从整体来看，我国南方地区的臭氧污染问题更加严重。站在城市角度分析，市中心和郊区是最主要的臭氧污染区域，其中，市中心的臭氧污染相对较小，郊区的臭氧污染最为严重，这是因为臭氧具有强活泼性，存活周期较短，市中心的污染物较多，这些污染物与臭氧混合在一起，会发生化学反应，生成其他物质；在风力的作用下，生成的其他物质会被吹到郊区，并继续发生化学反应，形成臭氧。另外，一些工业发展水平较高的城市，如北京、上海、广州以及深圳等地的臭氧浓度也远高于其他城市。

2 城市空气中臭氧污染的危害

2.1 对人类的危害

城市空气中的臭氧污染问题，对人类的危害非常大。首先，臭氧污染会威胁人体健康，当城市空气中的臭氧浓度提升到一定程度时，人吸入体内的臭氧过多，肺部就会遭到严重腐蚀，造成肺功能减弱，甚至出现肺气肿、肺组织损伤。另外，臭氧还会对人体的呼吸道产生破坏，对人体的鼻粘膜产生刺激，使人感染呼吸道或支气管疾病；其次，臭氧会对人的神经系统产生影响，使人出现头晕、头痛、视力下降、记忆力丧失等神经紊乱症状；最后，臭氧会对人体的免疫系统产生影响，使人体的细胞和组织受到损伤，破坏皮肤内的纤维素。

2.2 对环境的危害

臭氧不仅会降低城市的空气质量，还会对土壤造成损害。臭氧浓度过高会对土壤内原有的有机物比例产生影响，降低各种营养成分的含量。在这样的土壤环境中，农作物无法维持正常的生长状态，产量也非常少。如果城市空气中的臭氧含量较多，绿色植物的光合作用也会受到影响，无法生成叶绿素，绿叶就会逐渐变黄、凋落[1]。农作物与绿色植物一样，如果无法进行光合作用，产量会大幅度降低。根据相关部门的调查，当臭氧含量为50 ppb时，小麦和大豆的产量都会出现明显的下降。另外，如果绿色植物和农作物的光合作用出现异常，大气中的含氧量也会随之降低，空气中各种气体之间的平衡就会被打破。

3 城市空气中臭氧监测的必要性

3.1 突出臭氧的消毒作用

臭氧具有一定的消毒作用。对城市空气中的臭氧含量进行监测，可以更好地发现臭氧含量的变化规律，我们可以在臭氧含量较低时，将其应用到水资源的净化处理中，需要注意的是，在应用臭氧净化水资源时，必须严格把握臭氧的浓度。表2为臭氧灭菌与传统杀菌方法的对比。

表2 臭氧灭菌与传统杀菌方法的对比

3.2 保障生态平衡

对城市空气中的臭氧进行监测还可以有效维持生态平衡。在城市的现代化发展过程中，汽车尾气与工厂废气的排放，已经使市中心的空气中出现了大量有害物质，臭氧与这些有害物质之间的化学反应也越来越频繁。我们必须对臭氧含量进行监测，并将监测结果提交至相关部门，才能采取更加有针对性的生态治理措施，如通过机动车限号和汽车尾气排放控制等措施来维持生态平衡的稳定性，降低臭氧浓度过高对人们身体健康的影响。

4 城市空气中的臭氧监测方法

4.1 碘量法

碘量法是我国最主要的一种臭氧监测方法，其监测结果也受到国际的高度认可。碘量法的应用具有操作简单、测量效果好的优势。《臭氧发生器臭氧浓度、产量、电耗的测量》[2]中明确提出了使用碘量法的要求。碘量法的应用，需要将臭氧与碘化钾混合在一起，并通过一系列化学反应，将碘离子转化为碘单质。碘浓度不同，其在应用中呈现出来的颜色也不同[3]，根据这一点，可以对臭氧含量进行控制。碘量法的应用效果非常明显，使用的设备也非常简单，但碘量法的应用效果容易被NO、Cl2等物质干扰。

4.2 比色法

将臭氧与不同的化学物质混合在一起，呈现的颜色是不同的，比色法就是利用这些颜色的差异，对臭氧含量进行判断。另外，比色时既可以选择人工比色，也可以选择使用比色计。相关人员将碘化钾溶液加入臭氧中，对臭氧颜色的变化进行观察，就可以明确臭氧的含量。

4.3 检测管法

如果臭氧的含量比较高，为了保证臭氧监测结果的准确性，可以使用检测管法。即先将检测物质封存到检测管中，然后在使用时将两头切断，并与抽气机相连，就可以使检测物质与空气中的臭氧发生化学反应。臭氧的浓度不同，最终的刻度读数也会不一样，相关人员通过读取刻度读数，就可以明确城市空气中臭氧的浓度。

4.4 紫外光度法

当样品空气以恒定的流速通过除湿器和颗粒物过滤器进入仪器的气路系统时分成两路，一路为样品空气，一路通过选择性臭氧洗涤器成为零空气，样品空气和零空气在电磁阀的控制下交替进入样品吸收池（或分别进入样品吸收池和参比池），臭氧对253.7 nm波长的紫外光有特征吸收。设零空气通过吸收池时检测的光强度为L，样品空气通过吸收池时检测的光强度为I，则I/L为透光率。仪器的微处理系统根据朗伯-比尔定律公式，由透光率计算臭氧浓度。

5 城市空气中臭氧监测与污染治理的对策

5.1 加强对城市机动车数量与排放的控制

汽车尾气的过度排放，已经成为臭氧污染的主要形成原因。鉴于此，车辆监管单位必须限制城市中的汽车数量，并对汽车尾气的排放进行严格控制。国家相关部门需要对新能源汽车的发展予以大力扶持，并在全国范围内宣传新能源汽车的购买优势，引导人们选择购买新能源汽车[4]。另外，相关部门还要对公共交通的管理予以重视，提升公共交通的运行能力，使其最大限度满足人们的日常出行需求。与此同时，还要引入低碳环保理念，对人们的出行理念进行积极引导，让人们尽可能选择公共交通出行，或者使用新能源汽车、电动车出行。具体来说：（1）在建立实施汽车排放检验与维护制度时，应注意落实汽车排放检验和汽车排放性能维护修理主体责任，实施汽车排放检验、维护和违法处罚联动管理，并强化对汽车排放检验与维护的监督管理。（2）根据实际工作情况适当加大柴油货车排气道路抽检执法、柴油货车超标排放车辆监管执法、黄标车闯限行区联合电子执法、超载柴油货运车辆治理、建筑废弃物运输车辆排气监督执法检查等专项行动的力度，加大公安、质监、环保部门机动车检验机构监管联席会议磋商频率，强化柴油货车排气污染控制，减少氮氧化物的排放。

5.2 加强对污染物排放的控制

燃烧煤炭资源会产生大量的有害物质，这些物质也是城市空气中的主要污染物。但是，我国的经济发展对煤炭资源的使用需求还比较大，而加快新能源领域的发展能够明显降低市场对煤炭资源的使用需求。另外，为了加强对污染物排放的控制，相关部门不仅要大力推广新能源，扶持新能源产业的发展，还要对煤炭资源的燃烧装置进行改进，处理煤炭资源燃烧过程中产生的有害气体，使其始终处于合理范围内。相关部门也应对工业企业的污染排放采取强制性管理措施，针对污染治理不达标的工业企业，要勒令其整改，直至污染排放符合相关标准。

臭氧污染问题的形成主要与氮氧化物有关，降低空气中的氮氧化物含量，能够有效延缓臭氧污染问题的恶化趋势。氮氧化物的产生源头非常多，企业废气及汽车尾气中都存在氮氧化物，只有从根源上加强对氮氧化物的管理与控制，才能从整体上改善城市的空气质量。另外，针对某些污染比较严重的企业，相关部门要采取精准控制策略，例如针对石化企业的长途运输，要做好相应的密封措施；相关部门要重点督促工业企业进行生产技术的调整与改进，将低氮燃烧器安装到相关机器装备上。

5.3 加强顶层制度设计

首先，相关部门应把能够促进臭氧形成的有害气体，例如VOCs、氮氧化物等，纳入减排体系中，对这些有害气体进行重点监测与管理，为减排工作的顺利开展打好基础。其次，对臭氧污染防治进行重点监督和检查，国家生态环境部门要扩大重点范围，例如加强对空气污染相对严重区域的监测与管理，通过有效的执法措施，提高臭氧管理质量。最后，相关部门应创建区域行业污染防治目录，针对重点区域的重点企业，制定专门的臭氧管理实施办法，构建臭氧污染防范机制，将臭氧管理工作制度落到实处。

5.4 加大跨区域治理力度

臭氧污染问题具有明显的集中性特征，很多工业发展水平较高的城市，臭氧污染问题都比较严重。跨区域治理必须建立周边相关地区的大气污染联防联控机制，实现区域内大气重点排污单位台账和在线监测信息共享，定期开展交界区域大气污染专项治理和联合执法，组织春秋两季污染防控区域联合会商，开展污染天气区域应急联动等。相关部门还应加强部门间的联合协作，实现数据、资源共享，形成大气污染防治工作合力，构建跨区域治理体系，借助不同城市的治理优势，提升臭氧污染治理成效。

5.5 加强对臭氧污染危害的宣传

近年来，人们的环保意识不断增强，但很多人依然不清楚臭氧污染问题的形成原因，不了解臭氧污染对人类和环境的危害。在这种情况下，我们只有加强对臭氧污染问题危害的宣传，才能进一步激发人们参与臭氧污染治理及支持臭氧污染治理工作的积极性。对此，相关部门可以借助当地的媒体平台进行臭氧污染危害的宣传教育。例如可以直接录制并播放公益性的短视频或印制臭氧污染问题防治宣传册，并以社区为单位，发送到千家万户。

5.6 确定监测站的位置

与发达国家相比，我国的臭氧防治工作起步相对较晚，在20世纪中期才设置了专门的臭氧监测站点。目前，在国内得到广泛应用的臭氧监测方法有靛蓝二磺酸钠分光度法和测定紫外光度法；另外已经实现智能化操作的方法有紫外荧光法及差分吸收光谱分析法。在实际的臭氧监测工作中，为了保证最终的监测效果，相关部门需要持续扩大观测站的建设规模，并为每一个监测站配置齐全的人力资源和仪器设备，建立有效的臭氧防治监管体系。首先，相关部门应在臭氧污染严重的区域建设臭氧污染监测站，例如重工业城市、轻工业发达城市及一线城市和交通枢纽城市等；其次，应严格把握观测站的人力资源引进，确保可以挑选出具有扎实地理基础和化学基础的专业人员。

6 结语

综上所述，臭氧污染问题的日益恶化已经对城市生态环境的改善及人们的身体健康产生了影响，我们必须要对臭氧污染问题的治理予以高度重视。对此，相关部门及人员可以采用碘量法、比色法、检测管法和紫外光度法对城市空气中的臭氧进行监测；然后再根据实际情况选择合适的臭氧污染治理措施，加强对城市机动车数量与污染源排放的控制并确定监测站位置；利用顶层制度设计、跨区域治理以及宣传臭氧危害等方式提升臭氧污染治理效果。