臭氧

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臭氧(ozone)又稱超氧，是氧氣(O2)的同素異形體，在常溫下是一種有特殊臭味的淡藍色氣體，它於1840年在德國科學家先貝因的硫酸電解實驗中被發現並命名。在大氣層中，氧分子因高能量輻射而分解成氧原子(O)，而氧原子與另一個氧分子結合，即生成臭氧。臭氧常溫下不穩定，容易慢慢分解，也易溶於水;同時它還具有強氧化性、毒性、腐蝕性等特質。

自2013年國家執行新《環境空氣質量標準》以來，臭氧便成為許多城市夏季空氣質量超標日的首要污染物。與「張牙舞爪」的霧霾相比,臭氧要「低調」得多,悄悄地「隱藏」在萬里晴空中,卻成為近幾年夏天列入監控指標以來眾多城市的大氣環境污染元兇。

目錄

臭氧的益處

臭氧層的逐漸形成，使人類和陸地上萬物出現和發展有了保護傘。地球大氣在億萬年的演變過程中，由於水的不斷光解和植物的光合作用，還原性的大氣中氧氣含量逐漸增多;在紫外光的作用下，一部分氧氣可以轉變為臭氧;在多種光化學反應的綜合作用下，氧氣和臭氧之間在大氣中維持平衡，最終形成相對穩定的臭氧層。

我們知道，強烈高能的陽光，尤其是紫外光會對機體組織造成明顯的傷害。波長越短的紫外光對生物組織的損傷越大，波長在180～280nm的短波紫外光對生物組織的損傷最大。幸運的是，由於臭氧層的出現，強烈吸收太陽光中對人類和生物危害最大的短波紫外光，使得地球上包括人類在內的許多生物才逐漸脫離海洋和湖泊，在陸地上生存、繁衍和發展。

臭氧具有滅菌、氧化、脫色和除味等特性，在人類的生產與生活中有日益廣泛的應用。臭氧的消毒殺菌功能被廣泛用於車間、倉庫和公共場所滅菌消毒，果蔬、食品保鮮，魚、肉、蛋、菜、果等食品殘留毒物的分解祛除，生活用水的殺菌保質，廁所、垃圾場的除臭除味，化工三廢處理等諸多領域。同時，家用臭氧解毒機可方便地用於日常生活的諸多方面。

臭氧是污水治理的生力軍。臭氧是天然最強的氧化劑之一，它可將農藥、染料等多種有機物氧化降解為無毒的二氧化碳與水，徹底消除廢水中的有害物質，並且不產生新的二次污染物。在分解污染物的同時，臭氧具有脫色、除臭、殺菌的功能，真是一舉數得。目前，臭氧氧化法已經在造紙廢水、印染廢水、煉油廢水、焦化廢水處理中得到應用。

臭氧還是人類健康的守護神，它可被直接用於醫治人類的多種疾病。在全世界範圍內，臭氧的臨床應用已有上百年的歷史，也取得了良好的臨床治療效果。其臨床應用主要用於創傷及難治性潰瘍(如糖尿病)的治療、癌症的輔助治療、腰椎間盤及骨關節疾病的治療、抗自由基防衰老及中風等疾病的治療、各種疼痛疾病的治療上、臭氧微創注射術、臭氧婦科治療、臭氧自血療法等等，臭氧在醫療衛生領域的應用範圍正在不斷拓寬。

臭氧污染來源

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由於臭氧的危害日益明顯,國際上對於臭氧的安全標準越來越嚴格。歐盟規定的臭氧「日最大8小時平均值」,已於2010年下降到了60nmol/mol(約等於120微克/立方米),而且一年中平均值超過這個標準的天數不能多於25天。我國2012年新修改的《環境空氣質量標準》也增加了關於臭氧的控制標準:日最大8小時平均值為一級100微克/立方米,二級160微克/立方米。

不過,給全部人籠統地指定一個安全值是不可能的。「個人體質、運動頻率、待在室外時長,空氣中的其他污染物都會影響臭氧的危害程度,這正是讓研究部門頭疼的地方。」加州大學公共健康學院的傑瑞·馬丁教授解釋,「越來越多研究證明,即使臭氧濃度比較低,如果人體長時間暴露(6-8小時)的話,產生的危害同樣嚴重。而且,臭氧還會跟其他污染物聯合作業,比如,臭氧會加強PM(可吸入顆粒物)對人體的危害,而PM也會加強臭氧的危害性。」

「與其說臭氧污染,不如稱之光化學污染。汽車、工廠等污染源排入大氣的揮發性有機污染物(VOCs)和氮氧化物(NOx)等一次污染物,在強烈的陽光紫外線照射下,吸收太陽光的能量,使原有的化學鏈遭到破壞,發生光化學反應,生成臭氧、過氧乙酰硝酸酯(PAN)等二次污染物。參與光化學反應過程的一次污染物和二次污染物的混合物稱之為光化學煙霧。臭氧是光化學煙霧的主要成分。人們在監測這些污染物時,臭氧濃度也是最主要的指標。」中國氣象局在自己的官方博客如此介紹。

臭氧主要危害

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「低調」臭氧比PM2.5更可怕

專家認為,臭氧這種看不見的污染不容小視,應像重視霧霾一樣,採取綜合措施加以防治。相對於發黑髮臭的水污染、發黃髮黑且有刺鼻氣味的煙污染,以及夾雜着細小顆粒的霧霾污染等有形污染,公眾乃至環保部門對無色無味的臭氧污染一直「掉以輕心」。

臭氧幾乎能與任何生物組織反應,對呼吸道的破壞性很強。

• 呼吸道

「臭氧會刺激和損害鼻粘膜和呼吸道,這種刺激,輕則引發胸悶咳嗽、咽喉腫痛,重則引發哮喘,導致上呼吸道疾病惡化,還可能導致肺功能減弱、肺氣腫和肺組織損傷,而且這些損傷往往是不可修復的。」因此,對患有氣喘病、肺氣腫和慢性支氣管炎的人來說,只要暴露在低濃度的臭氧中,都可能對他們產生明顯的危害。

• 大腦、眼睛

臭氧也會刺激眼睛,使視覺敏感度和視力降低。它也會破壞皮膚中的維生素E,讓皮膚長皺紋、黑斑；當臭氧濃度在200微克/立方米以上時,會損害中樞神經系統,讓人頭痛、胸痛、思維能力下降。

• 免疫功能

此外,臭氧會阻礙血液輸氧功能,造成組織缺氧；使甲狀腺功能受損、骨骼鈣化。美國斯克利普斯應用科學研究所的保羅·溫特沃斯教授曾經做過研究,發現臭氧會破壞人體的免疫機能,誘發淋巴細胞染色體畸變,損害某些酶的活性和產生溶血反應。

• 植物

哪怕對植物來說,臭氧也不是什麼受歡迎的好東西。西班牙瓦倫西亞大學的生物學家曾在2006年發表了一篇論文,提出臭氧會讓植物的葉綠素、類紅葉素和碳水化合物濃度降低,對光合作用產生影響,從而降低農作物的產量。

最危險人群

• 孕婦和兒童

由於臭氧的比重約為空氣的1.66倍,常常聚集在下層空間,所以個頭小的兒童是最直接的受害者。

美國南加州的科學家曾經對3535名10到16歲的孩子做過5年的追蹤調查,發現在臭氧濃度高的地區(年平均濃度介於112至138μg/m3),經常玩三四種運動的孩子,哮喘發病率比不做運動的孩子高出一倍。特別是出生時體重較輕的孩子或是早產兒,受臭氧影響的幾率更大。

如果孕婦在懷孕期間接觸臭氧,出生的寶寶可能會先天瞼裂狹小(也叫先天性小眼症,一般是懷孕三個月時胎兒眼球發育不理想所致)。

最危險地

飛機機艙

現代的大型客機都配備了除臭氧系統,但還是無法把它們趕盡殺絕。加拿大方面曾經測試過,波音飛機在飛行高為11895米時,外界臭氧濃度為3.57mg/m3,飛機座艙臭氧濃度為0.29mg/m3。而根據美國聯邦航空局(FAA)資助的一項調查,波音747、727、737、DC10、DC9的座艙臭氧含量都比較高,遠程飛機又比短途飛機的座艙臭氧含量高。這項調查的帶頭人是加州大學的環境工程學家威廉·納扎羅夫。他認為,解決座艙臭氧問題的辦法很簡單,就是給飛機加裝臭氧轉化器。「遺憾的是,並不是所有航空公司都有這個意識,尤其是對於舊式和小型飛機,航空公司更關心的是飛行安全問題。」

高發時間

據中科院「有機地球化學國家重點實驗室」介紹,臭氧的時間性和季節性都很明顯。臭氧濃度在清晨是非常低的,8點之後,隨着形成臭氧的廢氣越來越多,日照時間越來越長,臭氧濃度也逐漸升高,於14點到16點之間達到峰值,之後再緩慢降低,到晚上8點後,臭氧濃度又恢復了最低狀態。一年之中,臭氧濃度的最高峰集中在夏季。這期間,對臭氧的形成可謂是「天時地利人和」:日照強、雲量少、風力弱。這就是看似風和日麗的時候,人們遊玩時卻會出現喉嚨眼鼻不適的原因。

在地區分布上,城市郊區、風景區的臭氧濃度往往比市中心高,特別是當郊區處於城區下風向的時候。對此,有關專家的解釋是:由於臭氧特別活潑,形成後會繼續與其他污染物發生反應,因此市中心不斷加劇的污染排放,會暫時把臭氧「吃掉」,把它變成其他污染物後,又隨風飄向郊區,重新變回臭氧。也就是說,就算市區測出的臭氧濃度值比郊區理想,也沒什麼好驕傲的,這多半說明市區的其他污染物太多,暫時把臭氧變異了而已。

治理防禦

環保部2015年9月16日發布的數據顯示，8月份全國重點區域74個城市的空氣質量超標天數中，以臭氧為首要污染物的天數最多，其次是大家熟悉的PM2.5。這是自2015年5月份以來，臭氧連續第四個月取代PM2.5，成為空氣質量超標的「元兇」。

治理難度大,需強化頂層設計。臭氧污染是一個國際性話題。美國洛杉磯經過幾十年治理,情況大有好轉,但每年仍有幾天臭氧超標。與美國單一的臭氧污染不同,我國是臭氧與PM2.5交織,相互作用,再加上剛剛起步,因而治理難度更大。

檢測難度大

對臭氧的監測也不是件容易事。揮發性有機化合物是臭氧的重要前體物之一，但現在剛啟動監測工作,對其來源、排放量等尚處於研究分析和調查研究階段,對其控制也處於國家無標準、技術不成熟、企業靠自覺的狀況。

此外,臭氧監測不像二氧化硫那樣有標準氣體,可以方便地檢驗監測設備的誤差,只能拿着設備跑到上海等城市「用設備來檢測設備」,以至於影響對臭氧的監測。

治理臭氧需先治理前體物,即揮發性有機化合物和氮氧化合物等能夠促發臭氧生成的物質,但只有按比例降低時才會有效地減少大氣臭氧濃度,而目前這個比例還不好拿捏。如果單純降低一種,有可能臭氧濃度反而增加。

國務院2013年出台的《大氣污染防治行動計劃》明確提出,要「加強灰霾、臭氧的形成機理、來源解析、遷移規律和監測預警等研究,為污染治理提供科學支撐」。業內專家認為,對臭氧污染這一環保新課題,各級政府必須高度重視,應在加強基礎性研究和頂層設計的基礎上,採取綜合治理措施。

需要頂層設計

環保專家表示,臭氧防控首先需要頂層設計。臭氧前體物也是PM2.5二次顆粒物前體的一種,臭氧與PM2.5治理應該結合起來,綜合考慮,不能「頭疼醫頭,腳疼醫腳」。此外,鑑於臭氧污染是一種光化學污染,氣溫高時污染加劇,因而在考慮全球變暖問題時也要加入臭氧的考量。

專家還認為,從技術層面上說,治理臭氧前體物的重點應放在「車、油、路、廠」四個方面:提升汽車尾氣排放標準,改善汽車尾氣裝置,減少排放；提升燃油質量；同時,逐步實現公交車、出租車改用燃氣；治理交通擁堵；淘汰落後產能,控制燃煤電廠、水泥、塗料、油墨印刷廠等企業排放的氮氧化合物、揮發物。

頂層設計不意味和普羅大眾無關,做好每個人可以做到的一點點事,保護好自己和家人的健康。人類社會發展永遠是在螺旋曲線中上升,只要不逃避,不放棄,辦法總比問題多。

日常防禦

• 要減輕臭氧對人體的危害，夏季午後應減少外出，如果不開窗效果更佳。

• 遠離在辦公室等有激光打印機的地方，因為激光打印機內含紫外光源，可電離強光產生臭氧，建議將其放置在通風處。

• 對於必須外出的敏感人群，臭氧污染在時空分布上與PM2.5明顯不同。時間上，易出現在夏季午後;空間上，污染高值易出現在郊區。外出儘量錯開跟臭氧的「邂逅」。

• 在春末、夏季和初秋季節的下午和傍晚減少汽車的使用

• 不要在這些時間給汽車加油，確保輪胎適當充氣。

• 使用環保油漆、清潔劑和辦公用品（其中部分化學品是VOC的來源）。

科普知識

臭氧,和維持全人類生命的氧氣就差一個字,就多一個O,卻是石墨和鑽石的區別。沒錯,這兩組區別如天上地下一般的東西都是同素異形體,也就是由同樣的單一化學元素構成,但性質卻不相同的單質。

因為比氧氣多了一個氧原子,所以臭氧的氧化性比氧氣更強。什麼叫氧化性?切開的蘋果放一會兒切面就變成褐色了,因為被空氣里的氧氣氧化了；姑娘們的嫩臉一天天變老了,就是她身體氧化的結果。臭氧的氧化性比氧氣強,到底強到什麼程度?自來水、游泳池裡的氯氣味都聞到過吧?那是消毒用的,要換成臭氧消毒,比氯氣還猛點。所以家庭用的消毒柜上層都是靠臭氧來消毒的。

走在車水馬龍的大街上,我們有時會覺得空氣帶着淺棕色,還伴隨着辛辣刺激的味道,這就是通常所說的光化學煙霧,臭氧則是裡面最主要的成分之一。汽車尾氣、工廠排放的煙霧中有着大量的氮氧化物和揮發性有機化合物,它們跟空氣中的氧氣結合後,在陽光輻射和溫度的催化下,便形成了臭氧。