环保专家谈 | PM2.5和臭氧需要协同控制吗？ | 自由微信

环保专家谈 | PM2.5和臭氧需要协同控制吗？

天津生态环境 2021-04-28

点击↑↑↑蓝字关注我们，共建美丽中国

专家介绍:史国良

南开大学教授，博士生导师。长期从事大气污染防治研究工作，研究方向为污染物的来源、行为研究。以第一/通讯作者发表SCI论文60余篇；参写英文著作一部；获得专利、软件著作权20余项。主持多项国家、省部级研究课题。自主研发的受体模型被国家生态环境部颁布的《大气颗粒物来源解析技术指南（试行）》列为推荐模型，并在佐治亚理工学院的官方网页上国际推广，研发的模型在我国多个城市研究中得到应用。

📢臭氧是什么？

臭氧化学分子式为O₃，具有强氧化性，是比氧气更强的氧化剂，常温、常压下无色，低浓度下无味。

📢臭氧的作用和危害

大气层中绝大部分的臭氧处于平流层内，平流层的臭氧层吸收了210~290 nm波段的全部太阳紫外辐射，从而保护地球上的生命免受强紫外辐射的影响；剩余的臭氧处于对流层内，当对流层臭氧特别是近地面臭氧超过自然水平时，会对人体健康、生态系统、气候变化等方面产生影响。

📢臭氧控制逐渐成为大气污染防治重点

我国自2013年发布《大气污染防治行动计划》以来，在保持经济快速发展的同时，环境空气质量明显改善。在六项常规污染物中，二氧化硫（SO₂）、PM_2.5、PM₁₀、一氧化碳（CO）、二氧化氮（NO₂）的浓度均逐步下降；但与此同时，部分地区的臭氧（O₃）的浓度反而有所上升，成为首要污染物，臭氧污染问题逐渐显现。因此，PM_2.5和O₃的复合污染问题已成为制约我国空气质量持续改善的关键问题，得到了社会各界的广泛关注，成为现阶段大气污染环境治理的重点。

📢臭氧是如何产生的？

对流层内的臭氧并非来自污染源的直接排放，而是通过污染源排放的挥发性有机物（VOCs）和氮氧化物（NO_x）在太阳光照射下发生光化学反应的产物，属于二次污染物。在实际的大气环境中，光化学反应随着太阳的升起而开始。在城市的交通早高峰期间，汽车尾气排放出大量的非甲烷总烃（NMHCs）和氮氧化物（NO_x），加上夜间积累的NO_x，光化学反应中反应物的初始浓度较高。白天随着光照强度增加，二氧化氮（NO₂）光解产生的原子氧O能够迅速与氧气分子结合生成臭氧（O₃），O₃会和一氧化氮（NO）反应生成氧气（O₂）和二氧化氮（NO₂）；同时，在光照作用下会产生OH、HO₂等自由基，还会引发自由基传递反应，生成大量的过氧自由基，导致臭氧（O₃）的产生和积累。下午，随着光照减弱，光解反应受到限制，整个反应趋于缓慢，二次生成物的产生也会随之减少。夜间，O₃成为主要的氧化剂，NO被氧化为NO₂，O₃浓度得到了消耗，导致O₃浓度在夜间较低。第二天随着太阳的升起，上述的光化学反应过程又开始了新一轮的循环。

📢为什么说PM_2.5和臭氧（O₃）需要协同控制？

目前，对PM_2.5-O₃复合污染的科学研究和协同防控实践已在我国京津冀、长三角、珠三角、成渝地区等地相继开展，并得到了初步的认知。PM_2.5由污染源直接排放（如道路扬尘、建筑施工尘、燃煤尘）的称为一次排放；另一方面由大气光化学、非均相反应等反应生成（二次硫酸盐、二次硝酸盐二次有机物等）的称为二次生成。PM_2.₅的二次组分是指各种气态污染物，如二氧化硫（SO₂）、氮氧化物（NO_x）、氨（NH₃）和挥发性有机化合物（VOCs）等，在大气中经过复杂的化学反应而形成的颗粒物（如二次硫酸盐、二次硝酸盐和二次有机气溶胶）。总体说来，PM_2.5中的二次组分是由气态污染物（SO₂、NO_x、NH₃和VOCs）等被O₃、OH自由基等大气氧化物氧化生成。经过多年的治理与管控，我国PM_2.5的一次排放已显著降低，部分城市PM_2.5已转变为以二次生成为主，因此，臭氧（O₃）浓度和PM_2.5浓度存在着相互影响的关系。

此外，从PM_2.5和臭氧的形成途径可知，挥发性有机物（VOCs）和氮氧化物（NO_x）等气态前体物在不同条件的影响下，通过不同的化学反应转化形成PM_2.5（二次颗粒物）或臭氧，而这些前体物主要是由机动车、燃煤、工业等排放源产生的。也就是说，PM_2.5（二次颗粒物）和臭氧有着共同的前体物排放源，因此对PM_2.5和臭氧的防控也需要协同进行。