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臭氧,化学式为O3,是氧气(O2)的一种同素异形体,具有特殊臭味的蓝色气体。在常温常压下,较低浓度的臭氧是无色气体。当空气中臭氧的浓度达到40μg/m3(感觉临界值)时,嗅觉灵敏的人便可察觉,当达到300μg/m3(嗅觉临界值)时,一般人即可嗅出。臭氧具有强氧化性,不稳定,易分解,因而在空气中一般不会有高浓度的臭氧持续存在。
一、臭氧是有益的吗?
臭氧虽然只是空气中的微量气体成分,但在我们的生活中确起着极为重要的作用。
距离地面30公里左右的高层大气中,集中了地球上90%的臭氧,被称为臭氧层。臭氧层的平均厚度大约3mm,能够吸收波长210~290nm的紫外线,使人类和动植物免受紫外线的伤害,是地球生态系统的保护伞;同时将紫外线中的能量转化为热能,维持大气循环、因而这部分的臭氧被称为“地球卫士”。
臭氧具备良好的杀菌、脱色、氧化、除臭功能,使用过程中产生的二次污染物和残留很少,因此臭氧被广泛的应用于水处理、空气净化、食品加工、医疗、农业纺织等领域。
二、臭氧是有害的吗?
近地面大气中的臭氧是一种公认的大气污染物,浓度过高时会对人体健康及生态系统造成危害。
臭氧通过呼吸进入人体,会刺激呼吸道,损伤肺细支气管和肺泡,造成肺功能改变,引起气道反应和气道炎症增加、哮喘加重等。当臭氧浓度为100~140μg/L时,人体会感到眼、鼻、喉黏膜有刺激;当浓度达到140~160μg/L时,可能出现口干舌燥、嗓子痛、咳嗽等症状。有研究显示,空气中每立方米臭氧含量每增加100微克,人的呼吸功能会减弱3%,在臭氧浓度高于200μg/m3时,短时间(1~3小时)的户外剧烈运动会增加肺功能下降的风险。慢性暴露可以影响儿童的肺功能;高浓度臭氧暴露,可损害中枢神经系统,造成头痛、思维能力下降。
臭氧也会对心血管系统造成危害,阻碍血液的输氧功能,造成组织缺氧。对老年人和心血管疾病患者影响较大。臭氧污染越严重,患有心血管疾病(心衰,心梗等)和慢性呼吸疾病的患者,心血管疾病和呼吸疾病的死亡风险会增高。
臭氧还会破坏皮肤的屏障功能,使皮肤出现起皱和黑斑的情况,加速衰老。
除此之外,臭氧污染还会对环境造成损害,比如很多植物对臭氧比较敏感,植物叶面可出现点彩状和青铜色伤斑,危害生态环境,造成农作物减产。臭氧对建筑材料、衣物及其他物质材料等有损坏作用,如加速橡胶和塑料老化,使纺织品褪色等。
三、近地面大气中的臭氧从何处来?
近地面臭氧的主要来源有人类生产生活排放和自然环境中形成
在我们工业生产,汽车尾气,能源使用过程中会产生大量的氮氧化物(NOx)和挥发性有机物(VOCs)等一次污染物,这些物质在强烈的紫外线照射下发生光化学反应,生成臭氧、醛类、过氧乙酰硝酸酯等二次污染物。因此,作为臭氧生成的重要前体,氮氧化物(NOx)和挥发性有机物(VOCs)的排放量成为影响近地面臭氧浓度的重要因素,现阶段我国的VOCs和NOx排放总量仍在千万吨以上,整体处于高位。
在自然界中,平流层中的臭氧入侵对流层,土壤和植物排放,以及自然界闪电过程产生的氮氧化物,进而形成臭氧等,虽然贡献较小,却也是近地臭氧的一个来源。
另外,室内电器设备的使用,如复印机、激光打印机、负离子发生器、果蔬清洗机、鞋子消毒器等电器设备的使用,也会通过电离、光化学或紫外线照射等方式也会产生臭氧。
四、近地面大气中臭氧浓度是如何变化的?
人类活动是影响近地面大气中臭氧浓度的主要因素,我国城市群区域的臭氧污染尤为严重。例如,温带季风气候区的京津冀地区,亚热带季风气候区的长三角、珠三角、川渝城市群都是较发达的城市群,这些区域工业发达,人口稠密,交通通达度高,工业的发展和交通运输使得大量的氮氧化物(NOx)和挥发性有机物(VOCs)排放到空气中,在光化学作用下,更易产生臭氧污染。
自然因素对臭氧浓度变化也有较大影响。臭氧的浓度会受太阳辐射、温度、相对湿度、风向和风速等气象条件的影响。温度越高、相对湿度越低、风速越小,越有利于光化学反应的进行,在平均气温30℃以上、日平均相对湿度在25%~75%、较低风速时,臭氧日平均浓度普遍较高。另外,上海区域气象中心的监测数据还发现,臭氧浓度具有明显的“周末效应”,即周六周日臭氧浓度较高,这可能是由于交通模式的变化导致的NOx排放差异所致。总体来说,臭氧浓度在春季和夏季较高,同时表现出白天高、夜晚低的特点。
五、臭氧浓度较高时,应该如何进行防护?
多关注所在地区的环境空气质量指数(AQI),当AQI达到轻度污染级别,且主要污染物为臭氧时,需引起注意,及时采取恰当的防护措施。
臭氧污染严重时,建议外出活动时间尽量避开下午2~4时臭氧浓度最高的时间段,同时降低运动强度;如需外出,敏感人群需要做好防护,可佩戴帽子、眼镜及口罩等防护产品。室外发生臭氧污染时,可及时关闭门窗,减少通风次数,室内臭氧浓度就会很快下降。
若办公室、复印室内同时使用多台激光打印机复印机等设备时,可能会引起室内臭氧污染,此时可用含活性炭滤网的空气净化器去除臭氧。
为应对臭氧污染,我国在《环境空气质量标准》(GB 3095-2012)中,新增臭氧为常规检测指标,其控制标准为一级臭氧浓度限值为日最大8小时平均值为100µg/m³,1小时平均值为160µg/m³;二级臭氧浓度限值则分别为160µg/m³和200µg/m³,与世界卫生组织的标准基本一致。空气质量监测显示,2018~2022年,我国臭氧浓度总体基本稳定在140μg/m3左右。随着我国环境治理的深入,大气中二氧化硫,一次性颗粒物(PM2.5)排放量有了明显的降低,但臭氧浓度变化不明显,在我国部分城市以臭氧为主要污染物的天数比例已超过以细颗粒物(PM2.5)为主要污染物的天数,如2023年,上海市环境空气质量指数(AQI)优良天数为320天,全年45个污染天数中,首要污染物为臭氧的有30天,占66.7%次,臭氧已成为影响我国环境空气质量的重要因素。
“十四五”期间,生态环保部制定了《臭氧污染防治攻坚行动方案》,力求实验氮氧化物与VOCs控制减排,加强PM2.5和臭氧的协同治理,到“十四五”末期,使空气质量再上一个台阶,以满足人民群众日益增长的健康需求。
作者:上海市浦东新区疾病预防控制中心 主管技师 于娟