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沈阳德瑞环境工程技术有限公司

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听院士讲臭氧污染

2017年7月17日,由上海市环境保护局主办,邀请了中国工程院院士张远航等专家,在上海科学会堂国际会议厅举办了就围绕臭氧光化学污染和大气污染防治为主题的专题学术报告会。

主讲人张远航院士主要研究领域为大气环境化学,主持展开了系列大型区域空气质量综合观测实验,担任863重大项目、科技部“蓝天科技工程重点专项”总体专家组组长和环保部“情节空气研究计划”技术副总师,发表SCI论文180余篇,获得国家级及省部级科技进步奖多项。

张院士的演讲,从臭氧的“前世今生”娓娓道来,以他独到的视角给我们带来了一场精彩绝伦的演讲!小E会后便迫不及待地整理了张院士今天的讲课内容,速速跟上小E,一起走进今天的演讲现场吧。

臭氧的背景

臭氧分为“好的”臭氧和“坏的”臭氧,“好的”臭氧是指存在于高空的臭氧层中的臭氧,因为这些臭氧可以吸收紫外光线,保护人体不受侵害;“坏的”臭氧是今天讨论的重点,“坏的”臭氧存在于近地面,臭氧的氧化性极强,在近地面的臭氧就会被人体吸入,高浓度臭氧会损伤呼吸道和粘膜,长时间暴露在臭氧下可能会导致癌症或其他永久损伤,不仅仅是对人,臭氧对植物,农产物,动物等均存在一定的危害。臭氧污染无色无臭,靠人体本身基本无法感知。

如果说雾霾是灰色的穹顶,那么臭氧就是一名隐形杀手!

 

欧美经验与中国探索

洛杉矶光化学烟雾事件是臭氧污染第一次进入人们视野。1943年7月26日,大量烟雾笼罩了洛杉矶市中心,能见度降到只有三个街区,当时正值第二次世界大战期间,美国洛杉矶市的居民以为是日军用化学武器袭击了他们。洛杉矶居民感到双眼刺痛、喉咙像被刮擦过当时美国环境学者还没有意识到是臭氧在作祟,洛杉矶时报报道称,在污染发生期间,美国环保署召集了匹兹堡的污染专家提出问题和解决方案,共提出了23条建议,但竟然没有一条切中要害。其实真正的原因是,炼油厂和机动车排放的碳氢化合物与燃烧过程排放的氮氧化物在阳光下发生光化学反应,产生的臭氧,这一点直到1952年才被意识到,由加州理工学院的化学家Haagen-Smit博士研究并宣布。清洁空气计划颁布后,美国臭氧浓度才真正的出现下降的趋势。

在国内,80年代的兰州西固出现了臭氧浓度高值,这标志了中国臭氧研究的开始,也是中国首次出现有关于臭氧的调查研究。当时的兰州机动车保有量较少,研究表明主要是来源于石化企业和发电厂产生的VOCs和氮氧化物,在高原紫外线的作用下,产生大量的臭氧。

目前,就全国部分城市六项污染物的逐年变化趋势来看,PM2.5,PM10,NOx等污染物均呈现明显的下降趋势,但臭氧浓度却逐年上升,不得不引起关注。

只有真正地意识到问题的来源,有了好的对策才能有好的治理成效,美国自清洁空气行动后,直到今日大约花费了30-40年的时间来治理臭氧,目前我国也遇到了同样的问题,但是有着前者的经验与教训,通过学习与探索,我坚信我们可以用更短的时间去解决臭氧污染的挑战。

 

形成机制与区域实践

臭氧的形成机制非常复杂,简单来说:碳氢化合物和氮氧化物(NOx)在紫外线的作用下形成臭氧在反应中自由基可以源源不断地把有机物进行氧化,造成臭氧的积聚,并且形成臭氧的同时,也会生成另一种令人非常讨厌的污染物:二次气溶胶,即 PM2.5的主要来源。

通过它的形成机制,我们可以推断出臭氧污染,通常可能出现在在天气晴朗的夏季,并且比较容易出现在城市中。机动车排出的尾气中同时含有氮氧化物和碳氢化合物,正是形成臭氧的绝佳条件,当然这只是简单的假设,现实情况中可能存在跨区域输送(臭氧输送和前体物输送)或区域内生成(污染输送或本地化学反应)等等条件都会导致臭氧污染的生成不易判断。

既然臭氧形成的机制这么复杂, 那我们用什么方法来预测臭氧的浓度呢?

答案是采用空气质量模型可以模拟出臭氧的变化,用于模拟的空气模型有观测模型(OBM)排放模型(EBM),但两种模型都各有利弊,应该从多角度来看待这个问题,使用两种模型相互印证,增加准确性和科学性。

 

大气O3污染控制战略的指南

通过模型模拟出EKMA曲线,用于分析臭氧对NOx和VOCs的敏感性,图中的曲线为臭氧等浓度曲线,横坐标是VOCs的排放量,左边为0%,至左边100%,纵坐标为NOx排放量,下方为0%,顶端为100%,假设目前的排放浓度为C点,即VOCs排放100%,氮氧化物排放100%,减少NOx排放浓度可能会造成臭氧浓度上升,但是到达极值A点后,持续减排可以形成臭氧下降趋势;减少VOCs浓度排放时,臭氧浓度有直接,显著的下降效果,所以在制定区域性污染物减排计划时,不能盲目地削减,根据模拟情况,按照NOx:VOC为1:2或1:4的状态减排是目前比较主流的区域减排方式。

在污染物控制方面,主要控制目标是机动车、电厂、溶剂涂料和生物质燃烧。

 

结束语

珠三角大气OH自由基(臭氧的主要形成前提物)浓度在全球范围内的观测值中为最高值,证实了我国大气符合污染的强氧化性特征。

目前来说需要制定区域VOCs和NOx协同减排的科学策略,强化VOCs是近期空气质量改善的有效途径。珠三角和长三角地区面临二次污染防控的巨大挑战和引领中国空气质量改善的历史使命。

 

番外篇

如何对臭氧实行个人防护?

臭氧对人体的危害已经被很多研究证实,那么如何来防护臭氧呢?像PM2.5一样,带一个高效过滤的口罩?张院士在会议上给到了明确的答案,如果暴露在高浓度臭氧下,目前几乎没有有效的个人防护手段

但我们平时在生活中提高警惕,就可以很大程度地避免受到臭氧的侵害。臭氧主要的高污染警报通常出现在城市夏季的下午2时至4时,通过环保局发布的臭氧污染指数,同样也可以看到臭氧的实时浓度,在高污染时尽量保持不要外出,因为臭氧本身非常不稳定,高浓度臭氧进入室内会很快被分解,这样被吸入的臭氧相对而言会少很多。

另一方面,根据我国的空气质量监测标准,臭氧1小时平均浓度超过200微克/立方米,即为超标;当某日臭氧浓度的最大8小时平均值超过160微克/立方米时,则确定当日出现臭氧污染。从目前的研究来看,在这个浓度下,短时间的接触都是不会对人体造成永久损伤的,因此在没有明显闻到异味的前提下,也不至于过度担心。

小E提醒大家,敏感人群包括老人小孩和哮喘病患者需要格外注意防护,多关注发布的空气污染指数,臭氧数值较高的时间尽量待在室内。

 

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作者:大城小E 日期:2017-07-28 10:11:33.0