关于饮食的诗词:臭氧污染控制应尽快提上日程

    编者按

　　第七次全国环境保护大会于今日召开，会议的重要议程之一，就是对“十二五”环境保护工作进行总体部署。展望“十二五”环境保护工作，改善大气环境质量是重要内容之一。随着经济快速发展和机动车使用量的大幅攀升，一些大型城市发生光化学烟雾污染的几率显著提高。那么，光化学烟雾是怎样形成的？臭氧对光化学烟雾生成有哪些贡献？如何防治臭氧及光化学烟雾？本报今日刊登北京大学环境科学与工程学院朱彤的文章，以飨读者。

    朱彤

　　光化学烟雾是指氮氧化物、挥发性有机物等一次排放的污染物通过大气光化学反应，生成较高浓度的臭氧和二次细颗粒物而形成的一种大气污染。在世界各地的一些大城市，有时即使天空是晴朗的，天际也会出现灰蒙蒙的现象。如果静稳天气维持数天，大气能见度会降低很多。这样的现象主要是大气出现光化学烟雾的结果。

　　大气臭氧是导致光化学烟雾的主要污染物，控制大气臭氧是现代城市保障空气质量的重要措施之一。作为最早发现光化学烟雾污染的城市，美国洛杉矶市经过几十年努力，采取了最严格的控制措施，但是洛杉矶市臭氧污染控制效果还是不能令人满意。

　　大气中的臭氧存在于大气平流层和对流层中，是在光化学反应下形成和参与反应的气体。在平流层大气中，臭氧可起到保护地球、抵御紫外辐射的作用；但在近地面的对流层，却因为危害人体健康被列为大气污染物。

    空气质量标准中的臭氧限值
    ■阅读提示
　　我国环境空气质量臭氧二级标准为:时均值200微克/立方米或0.200毫克/立方米，标准值高于欧盟臭氧通报阈值和WHO臭氧中期标准。

 
　　臭氧作为大气中的主要二次污染物和氧化性物种，对呼吸系统有着严重的急性效应，会刺激眼睛和呼吸道，使眼肌平衡失调，视觉敏感度和暗适应下降；使呼吸道阻力增加、咳嗽、头痛、思维能力下降，严重时导致肺气肿和肺水肿，引起肺功能显著下降。已有研究表明，短时间高浓度臭氧暴露，可引发肺部、呼吸道和眼睛的损伤，同时增加肌体对吸入性过敏源的敏感性，加重已有的呼吸系统疾病(如哮喘)，导致日住院率和急诊率增加。而长时间的低浓度臭氧暴露，则可导致肺功能减退，并导致人群死亡率增加。

　　根据《WHO空气质量全球指导标准2005更新版》，世界卫生组织提出了空气质量臭氧指导标准为每日最大8小时均值100微克/立方米，过渡性的中期标准为每日最大8小时均值160微克/立方米。美国环保局制定的臭氧环境空气质量标准为1小时均值0.120ppm(即百万分之0.12)，8小时均值为0.08ppm(即百万分之0.08)。欧盟《大气环境臭氧指令((2002/3/EC)》规定的臭氧每日最大8小时均值为120微克/立方米，要求每年平均不超过25天(取3年平均)。这一指令同时规定了臭氧通报阈值和警报阈值两项标准，其中臭氧通报阈值为时均值180微克/立方米，臭氧警报阈值为时均值240微克/立方米。要求一旦出现臭氧超过这些阈值，地方政府应立刻向公众通报臭氧浓度(逐时或逐日)。欧盟各国应每月向欧盟环保署报告全部超标情况。我国环境空气质量臭氧二级标准为:时均值200微克/立方米或0.200毫克/立方米，标准值高于欧盟臭氧通报阈值和WHO臭氧中期标准。

    城市空气中臭氧产生原理
    ■阅读提示
　　空气中的臭氧不是污染源直接排放的一次污染物，而是通过污染源排放的氮氧化物、挥发性有机物在大气中通过光化学反应生成的。为控制臭氧污染，需要控制其前体物氮氧化物和挥发性有机物排放。

　　与二氧化硫、一氧化碳等气态污染物不同，空气中的臭氧不是污染源直接排放的一次污染物，而是通过污染源排放的氮氧化物、挥发性有机物在大气中通过光化学反应生成的，因此臭氧又被归纳为空气中的二次污染物。

　　空气中的臭氧生成过程较为复杂，在太阳光的作用下，大气中的二氧化氮首先光解生成一个氧原子和一个一氧化氮分子，一个氧原子和一个氧气分子结合生成一个臭氧分子。由于臭氧可以和一氧化氮进一步反应，分别生成一个氧气分子和一个二氧化氮分子，因此空气中的一氧化氮浓度高时，臭氧会被一氧化氮消耗掉，浓度不会积累增加。

　　而一旦空气中同时出现挥发性有机物(VOC)和氮氧化物时，挥发性有机物在大气中的反应可以将一氧化氮迅速转化为二氧化氮，这样就避免了一氧化氮对臭氧的消耗，同时生成的二氧化氮通过光解增加臭氧的生成。因此，在空气中产生较高臭氧浓度的前提是需要有较高浓度的氮氧化物和挥发性有机物，后两者又被称为臭氧的前体物。但当空气中挥发性有机物浓度非常高的时候，臭氧又会和挥发性有机物反应而被消耗。

　　作为臭氧前体物，氮氧化物主要来自燃烧过程，其排放源主要包括电厂、机动车尾气和工业及民用锅炉。臭氧的另一前体物——挥发性有机物的来源就复杂得多，除了机动车尾气排放外，加油站油气挥发、燃煤、建筑工地油漆、工业喷涂、餐饮烹饪等均是城市空气中挥发性有机物的主要来源。此外，树木、花卉等在光合作用和高温下，也会释放出化学活性很高的挥发性有机物，对空气中臭氧的生成发挥重要的作用。

　　适合的气象条件也是城市产生臭氧污染的重要因素，足够的阳光促进臭氧生成的光化学反应。在光照和较高温度条件下，臭氧由前体污染物氮氧化物和挥发性有机物快速反应生成，因此臭氧浓度随着季节和时间变化，高值往往存在于夏季和每日中午时分。而静稳的大气可以使生成的臭氧不断积累起来。因此，在少云、无风的天气条件下容易出现臭氧污染。

　　为了控制臭氧污染，需要控制其前体物氮氧化物和挥发性有机物排放。但由于臭氧前体物既通过光化学反应生成臭氧，又通过和臭氧的反应消耗臭氧，因此前体物的浓度与臭氧的浓度存在复杂的非线性关系。这一关系，由每个城市所处的地理环境和污染源排放状况决定。

    臭氧与细颗粒物的联系
    ■阅读提示
　　臭氧污染与颗粒物污染通过光化学烟雾密切联系。为解决城市大气细颗粒物及能见度降低的问题，必须解决空气臭氧的生成问题。

 
　　大气光化学烟雾的主要污染物除了臭氧外，细颗粒物也是危害人体健康、降低大气能见度的主要原因。我国经济发达、人口密集的主要区域(华北、珠三角、长三角)近年来臭氧浓度和灰霾出现的频率逐年攀升。臭氧作为一种氧化性很强的分子，在大气中也作为一种氧化剂。灰霾天气的频繁出现，与这些区域大气氧化性增强有着明显的关系。以高浓度臭氧为代表的氧化性物种导致大气二氧化硫、挥发性有机物等一次污染物快速向二次粒子转化，生成硫酸盐、有机物等。因此，大气重污染期间通常为大气二次污染，主要污染物为臭氧和二次颗粒物。

　　而大气中出现的高浓度臭氧与颗粒物有着密切的相互联系。这一联系表现在以下过程:在夏季天空晴朗、风速低时，空气中的氮氧化物和挥发性有机物在阳光的驱动下很快生成高浓度臭氧；高臭氧浓度增强大气氧化性，使得二氧化硫、氮氧化物、有机物等迅速转化为细颗粒物，表现为大气能见度开始下降；如果大气维持静稳，大气细颗粒物浓度将持续积累，大气能见度会继续恶化；一旦以上条件维持一段时间，则累积的污染不能消散，直到一次新的天气过程，通过降水或大风来驱散污染物；如果天空晴朗、天气静稳，则很快又会重复以上过程。

　　因此，臭氧污染与颗粒物污染是通过光化学烟雾密切联系的。为解决城市大气细颗粒物及能见度降低的问题，必须解决空气臭氧的生成问题。

    区域输送可导致臭氧污染
    ■阅读提示
　　除了光化学反应本身的非线性特征，区域大气污染输送即来自上风向的一次和二次污染物的输送，也是导致高臭氧浓度污染的一个重要原因。

　　在城市空气污染中，臭氧控制的难度很大，主要原因是臭氧污染成因很复杂。除了光化学反应本身的非线性特征，区域大气污染输送即来自上风向的一次和二次污染物输送，也是导致高臭氧浓度污染的一个重要原因。臭氧大气寿命较长，可以是数天甚至数月，因此可以在大气中被输送至几百甚至上千公里。

　　在局地和区域大气环流的带动下，上风向城市排放的臭氧前体物及产生的臭氧会被输送到下风向的城市，从而增加下风向城市空气中臭氧的浓度。例如，北京夏季盛行西南和东南风，来自河北省、天津市的臭氧前体物和臭氧会在西南和东南风的驱动下被输送到北京，从而对北京的臭氧污染造成一定的贡献。在特定条件下，周边地区对北京市臭氧浓度的贡献可高达30％，因此，为保障奥运期间北京市空气中臭氧的浓度符合要求，需要周边地区与北京市密切配合，共同采取严格的控制措施。

    臭氧及光化学烟雾防治重点
    ■阅读提示
　　臭氧及光化学烟雾的防治重点包括:控制挥发性有机物、控制氮氧化物、区域联合控制光化学烟雾等。

　　目前我国很多大城市臭氧的大气浓度呈现上升趋势，表现为我国传统的煤烟型大气污染已随着燃煤污染控制力度加大、城市机动车数量急剧增加而转化为以机动车排放为主导的光化学烟雾污染。空气污染的主要矛盾已由燃煤污染转变到光化学烟雾污染。臭氧污染控制应该尽快提上日程。

　　臭氧浓度与其前体物排放的变化存在着复杂的响应关系，研究臭氧对其前体物排放变化的敏感性，对于认识光化学反应体系的动力学作用机制、掌握臭氧对于前体物排放变化的响应规律、制定有效的污染源排放控制措施具有重要意义。在我国很多城市，氮氧化物和挥发性有机物浓度很高。臭氧及光化学烟雾的防治重点包括以下几个方面:

　　控制挥发性有机物:挥发性有机物的主要来源包括机动车尾气、加油站油气挥发、涂料、工业生产排放等。除了控制机动车尾气排放外，需要加强涂料、工业生产排放的控制。我国挥发性有机物的排放情况与美国上世纪80年代的城市相当。在此条件下，控制挥发性有机物的排放可以立即达到降低空气中臭氧浓度的效果。

　　控制氮氧化物:氮氧化物的主要来源包括机动车尾气、发电厂等燃烧装置。在城市，机动车的排放是氮氧化物的主要来源，需要制定更加严格的机动车氮氧化物排放标准；在区域范围，燃煤、燃气电厂的排放是区域大气氮氧化物的主要来源，应尽快要求在建和新建的这类电厂安装和运行脱硝设施。

　　区域联合控制光化学烟雾:我国多个区域大气污染排放一直在快速上升，使得大气污染由点状连成片状，臭氧及其前体物(氮氧化物、挥发性有机物)在区域内城市间的相互输送形成了典型的区域污染特征。控制大气中臭氧的浓度，必须通过光化学烟雾的区域联合控制来根本控制臭氧和光化学烟雾。

　　首先，构建臭氧及其前体物的监测网和光化学污染预报、预警体系。构建臭氧及其前体物特别是挥发性有机物的监测网，建立和完善光化学烟雾预报模式；参照欧盟的臭氧通报阈值和警报阈值，制定臭氧浓度超标情况下应急控制措施预案。

　　其次，鼓励技术创新，大力推广低排放和零排放机动车。机动车尾气排放是现代超大城市空气污染的主要来源。目前主要通过逐步提高机动车尾气排放标准来控制。但随着机动车数量的大量增加，城市空气污染问题的根本性解决需要依赖低排放和零排放的机动车。以混合动力和电动车为代表的低排放和零排放的机动车是未来机动车技术发展的方向。

　　第三，大力发展城市公共交通，优化公交线路。优良、便捷、舒适的公交系统可以缩短城市居民汽车的出行距离，从而达到减少机动车尾气排放的目的。目前我国很多城市的公交系统存在着线路混乱、公交汽车运行效率有待提高等问题。各城市应根据自身的特点，利用科学的规划手段，优化公共汽车线路，以达到提高运行效率、降低污染排放的目的。

　　第四，推动低碳城市建设，实现碳减排和空气污染控制的共同效益。城市和区域经济发展及社会活动都需要消耗大量能源。由于这些能源主要来自于化石燃料，同时排放二氧化碳等温室气体及大量的一氧化碳、氮氧化物、二氧化硫和颗粒物等空气污染物，带来了严重的空气污染问题，并对气候变化有较大的贡献。在低碳城市建设中，通过提高能源效率、改善能源结构以及采取严格的污染控制措施，可以同时减少空气污染和温室气体排放，在保护人体健康、减缓气候变化方面取得更大的共同效益。

　　                    作者单位:北京大学环境科学与工程学院