与“张牙舞爪”的雾霾相比,臭氧要“低调”得多,悄悄地“隐藏”在万里晴空中,却成为近几年夏天列入监控指标以来众多城市的大气环境污染元凶。全国74个城市空气质量统计显示:2015年6月所有超标天数中,以臭氧为首要污染物的天数最多,超过了以PM2.5为首要污染物的天数。与之呼应,7月23日广东省公布2015年第二季度全省城市环境空气质量状况,臭氧成最常见首要污染物；另据新闻媒体报道,6月至8月京津冀地区的近半数污染日内,臭氧均代替PM2.5成为空气首要污染物。
被公众熟知和关心的PM2.5,何以会被臭氧“超越”?臭氧超标对人体有哪些危害?
专家认为,臭氧这种看不见的污染不容小视,应像重视雾霾一样,采取综合措施加以防治。
“事实上,臭氧污染已成为困扰全国的环保新课题。”中科院大气物理研究所研究员王跃思说。目前,从全国来看,北方臭氧污染一年有1个峰值,而南方则每年有2个峰值,甚至新疆、西藏等地区也面临臭氧污染问题。
相对于发黑发臭的水污染、发黄发黑且有刺鼻气味的烟污染,以及夹杂着细小颗粒的雾霾污染等有形污染,公众乃至环保部门对无色无味的臭氧污染一直“掉以轻心”。
臭氧几乎能与任何生物组织反应,对呼吸道的破坏性很强。根据加拿大职业健康与安全中心(CCOHS)的介绍,“臭氧会刺激和损害鼻粘膜和呼吸道,这种刺激,轻则引发胸闷咳嗽、咽喉肿痛,重则引发哮喘,导致上呼吸道疾病恶化,还可能会引起肺功能减弱、肺气肿和肺组织损伤,而且这些损伤往往是不可修复的。”因此,对患有气喘病、肺气肿和慢性支气管炎的人来说,只要暴露在低浓度的臭氧中,都可能对他们产生非常明显的危害。
同样,臭氧也会刺激眼睛,使视觉敏感度和视力降低。它也会破坏皮肤中的维生素E,让皮肤长皱纹、黑斑；当臭氧浓度在200微克/立方米以上时,会损害中枢神经系统,让人头痛、胸痛、思维能力下降。
此外,臭氧会阻碍血液输氧功能,造成组织缺氧；使甲状腺功能受损、骨骼钙化。美国斯克利普斯应用科学研究所的保罗·温特沃斯教授曾经做过研究,发现臭氧会破坏人体的免疫机能,诱发淋巴细胞染色体畸变,损害某些酶的活性和产生溶血反应。
哪怕对植物来说,臭氧也不是什么受欢迎的好东西。西班牙瓦伦西亚大学的生物学家曾在2006年发表了一篇论文,提出臭氧会让植物的叶绿素、类红叶素和碳水化合物浓度降低,对光合作用产生一定的影响,以此来降低农作物的产量。
由于臭氧的比重约为空气的1.66倍,常常聚集在下层空间,所以个头小的儿童是最直接的受害者。
美国南加州的科学家曾经对3535名10到16岁的孩子做过5年的追踪调查,发现在臭氧浓度高的地区(年平均浓度介于112至138μg/m3),经常玩三四种运动的孩子,哮喘发病率比不做运动的孩子高出一倍。特别是出生时体重较轻的孩子或是早产儿,受臭氧影响的几率更大。
如果孕妇在怀孕期间接触臭氧,出生的宝宝可能会先天睑裂狭小(也叫先天性小眼症,一般是怀孕三个月时胎儿眼球发育不理想所致)。
另一项名为AHSMOG的研究则是针对成年人的。这项始于1977年的研究,对3091名27-87岁的成年非吸烟的美国人进行了长达15年的追踪,结果显示,经常暴露于臭氧环境下的男性,肺部出现了损害的症状,另外,肺癌的发病率和死亡率也与长期暴露在臭氧下有密切关系。
据中科院“有机地球化学国家重点实验室”介绍,臭氧的时间性和季节性都很明显。臭氧浓度在清晨是非常低的,8点之后,随着形成臭氧的废气慢慢的变多,日照时间慢慢的变长,臭氧浓度也逐渐升高,于14点到16点之间达到峰值,之后再缓慢降低,到晚上8点后,臭氧浓度又恢复了最低状态。一年之中,臭氧浓度的最高峰集中在夏季。这期间,对臭氧的形成可谓是“天时地利人和”:日照强、云量少、风力弱。这就是看似风和日丽的时候,人们游玩时却会出现喉咙眼鼻不适的原因。
在地区分布上,城市郊区、风景区的臭氧浓度往往比市中心高,特别是当郊区处于城区下风向的时候。对此,有关专家的解释是:由于臭氧特别活泼,形成后会继续与其他污染物发生反应,因此市中心不断加剧的污染排放,会暂时把臭氧“吃掉”,把它变成其他污染物后,又随风飘向郊区,重新变回臭氧。也就是说,就算市区测出的臭氧浓度值比郊区理想,也没什么好骄傲的,这多半说明市区的其他污染物太多,暂时把臭氧变异了而已。
市区也污染,郊区风景区也躲不开,那还能待在哪儿?世卫组织(WHO)的建议是:“尽量别在臭氧高发期待在室外。”
根据美国环保署(EPA)的测试,室内的臭氧浓度一般都比室外低50%,如果房间密封良好,采用了空调系统的话,臭氧浓度就会更低。不过,电机运转中放出的火花、静电复印及电视机的工作过程,都会使空气中的部分氧气转变为臭氧。所以机电房、静电复印机房、计算机机房等都是臭氧高发地,反而要注意通风。
还有一种“室内”也是臭氧集中地——飞机座舱。机舱里的臭氧大多数来源于大气环境,臭氧层主要分布在高空10千米至50千米的大气层中,而民航飞机的飞行高度一般是7千米至12千米。
现代的大型客机都配备了除臭氧系统,但还是无法把它们赶尽杀绝。加拿大方面曾经测试过,波音飞机在飞行高度为11895米时,外界臭氧浓度为3.57mg/m3,飞机座舱臭氧浓度为0.29mg/m3。而根据美国联邦航空局(FAA)资助的一项调查,波音747、727、737、DC10、DC9的座舱臭氧含量都比较高,远程飞机又比短途飞机的座舱臭氧含量高。这项调查的带头人是加州大学的环境工程学家威廉·纳扎罗夫。他认为,解决座舱臭氧问题的办法很简单,就是给飞机加装臭氧转化器。“遗憾的是,并不是所有航空公司都有这个意识,尤其是对于旧式和小型飞机,航空公司更关心的是飞行安全问题。”
由于臭氧的危害日益明显,国际上对于臭氧的安全标准越来越严格。欧盟规定的臭氧“日最大8小时平均值”,已于2010年下降到了60nmol/mol(约等于120微克/立方米),而且一年中平均值超过这个标准的天数不能多于25天。我国2012年新修改的《环境空气品质衡量准则》也增加了关于臭氧的控制标准:日最大8小时平均值为一级100微克/立方米,二级160微克/立方米。
不过,给全部人笼统地指定一个安全值是不可能的。“个人体质、运动频率、待在室外时长,空气中的其他污染物都会影响臭氧的危害程度,这正是让研究部门头疼的地方。”加州大学公共健康学院的杰瑞·马丁教授解释,“越来越多研究证明,即使臭氧浓度比较低,如果人体长时间暴露(6-8小时)的话,产生的危害同样严重。而且,臭氧还会跟其他污染物联合作业,比如,臭氧会加强PM(可吸入颗粒物)对人体的危害,而PM也会加强臭氧的危害性。”
“与其说臭氧污染,不如称之光化学污染。汽车、工厂等污染源排入大气的挥发性有机污染物(VOCs)和氮氧化物(NOx)等一次污染物,在强烈的阳光紫外线照射下,吸收太阳光的能量,使原有的化学链遭到破坏,发生光化学反应,生成臭氧、过氧乙酰硝酸酯(PAN)等二次污染物。参与光化学反应过程的一次污染物和二次污染物的混合物称之为光化学烟雾。臭氧是光化学烟雾的主要成分。人们在监测这些污染物时,臭氧浓度也是最主要的指标。”中国气象局在自己的官方博客如此介绍。
臭氧污染是一个国际性话题。美国洛杉矶经过几十年治理,情况大有好转,但每年仍有几天臭氧超标。与美国单一的臭氧污染不同,我国是臭氧与PM2.5交织,相互作用,再加上刚刚起步,因而治理难度更大。
同时,对臭氧的监测也不是件容易事。太原市环境监测中心站站长温彦平说,挥发性有机物是臭氧的重要前体物之一。但现在刚启动监测工作,对其来源、排放量等尚处于研究分析和调查研究阶段,对其控制也处于国家无标准、技术不成熟、企业靠自觉的状况。
此外,臭氧监测不像二氧化硫那样有标准气体,可以方便地检验监测设备的误差,只能拿着设备跑到上海等城市“用设备来检测设备”,以至于影响对臭氧的监测。
臭氧污染综合治理措施尚需进一步研究探索。王跃思说,臭氧的形成机理是非线性过程。治理臭氧需先治理前体物,即挥发性有机物和氮氧化合物等能够促发臭氧生成的物质,但只有按比例降低时才会有效地减少大气臭氧浓度,而目前这个比例还不好拿捏。如果单纯降低一种,有可能臭氧浓度反而增加。
国务院2013年出台的《大气污染防治行动计划》明白准确地提出,要“加强灰霾、臭氧的形成机理、来源解析、迁移规律和监测预警等研究,为污染治理提供科学支撑”。业内专家觉得,对臭氧污染这一环保新课题,各级政府必须格外的重视,应在加强基础性研究和顶层设计的基础上,采取综合治理措施。
环保专家这样认为,臭氧防控第一步是要顶层设计。中国环境科学研究院副院长柴发合等人认为,应将臭氧前体物纳入国家减排指标,制定针对挥发性有机物、氮氧化合物的总量控制规划。柴发合说,臭氧前体物也是PM2.5二次颗粒物前体的一种,臭氧与PM2.5治理应该结合起来,考虑,不能“头疼医头,脚疼医脚”。此外,鉴于臭氧污染是一种光化学污染,气温高时污染加剧,因而在考虑全球变暖问题时也要加入臭氧的考量。
王跃思还建议实行区域大面积综合治理。臭氧前体物是流动性很强的物质,一个地区产生的氮氧化合物可能本地人感觉不到,反而飘到另外的地方形成臭氧。单个城市治理臭氧效果不会太明显,应在华北五省、长三角、珠三角等臭氧污染严重的地区建立区域防控机制。
柴发合说,臭氧前体物在不同地方比例不同,即便在同一个城市,城区与郊区的比例也有差别。各地要把不同地方的臭氧形成机制搞清楚,通过监测摸清楚臭氧前体物的具体比例、排放源的位置,这样才可以“对症下药”。而这方面工作需要环保部门与科研机构的通力合作。
专家还认为,从技术层面上说,治理臭氧前体物的重点应放在“车、油、路、厂”四个方面:提升汽车尾气排放标准,改善汽车尾气装置,减少排放；提升燃油质量；同时,逐步实现公交车、出租车改用燃气；治理交通拥堵；淘汰落后产能,控制燃煤电厂、水泥、涂料、油墨印刷厂等企业排放的氮氧化合物、挥发物。
顶层设计不意味和普罗大众无关,做好每个人能做到的一点点事,保护好自己和家人的健康。人类社会持续健康发展永远是在螺旋曲线中上升,只要不逃避,不放弃,办法总比问题多。
臭氧,和维持全人类生命的氧气就差一个字,就多一个O,却是石墨和钻石的区别。没错,这两组区别如天上地下一般的东西都是同素异形体,也就是由同样的单一化学元素构成,但性质却不相同的单质。
因为比氧气多了一个氧原子,所以臭氧的氧化性比氧气更强。什么叫氧化性?切开的苹果放一会儿切面就变成褐色了,因为被空气里的氧气氧化了；姑娘们的嫩脸一天天变老了,就是她身体氧化的结果。臭氧的氧化性比氧气强,到底强到什么程度?自来水、游泳池里的氯气味都闻到过吧?那是消毒用的,要换成臭氧消毒,比氯气还猛点。所以家庭用的消毒柜上层都是靠臭氧来消毒的。
走在车水马龙的大街上,我们有时会觉得空气带着浅棕色,还伴随着辛辣刺激的味道,这就是通常所说的光化学烟雾,臭氧则是里面最主要的成分之一。汽车尾气、工厂排放的烟雾中有着大量的氮氧化物和挥发性有机物,它们跟空气中的氧气结合后,在阳光辐射和温度的催化下,便形成了臭氧。