近年來(lái)，在各級生態(tài)環(huán)境部門(mén)和社會(huì )各界的共同努力下，大氣顆粒物污染濃度持續降低，我國大氣污染防治工作取得積極成效，但臭氧污染問(wèn)題開(kāi)始顯現。目前，全球臭氧背景濃度呈增長(cháng)趨勢，平均每年上升1微克/立方米左右。從我國情況來(lái)看，近兩年在空氣質(zhì)量普遍改善、各項空氣污染物濃度有所降低的情況下，臭氧濃度不降反升，臭氧已逐漸成為僅次于PM2.5，影響優(yōu)良天數比率的重要因素。

臭氧污染問(wèn)題日益凸顯

臭氧又名三原子氧，分子式是O3，在常溫常壓下，臭氧呈淡藍色的氣體狀態(tài)。一般來(lái)講，臭氧主要分布在平流層和對流層，在這兩個(gè)不同的層面上，臭氧形成的機理有所不同，其造成的影響也有所差別。平流層位于離地表10千米至50千米的高度，當大氣中的氧氣分子受到短波紫外線(xiàn)照射時(shí)，一部分氧氣分子會(huì )分解為氧原子，氧原子的不穩定屬性讓它很容易與周?chē)姆肿影l(fā)生反應，如與氫氣反應生成水，與氧氣反應生成臭氧。眾所周知，太陽(yáng)光中存在對生物生存有害的紫外線(xiàn)，而在一般情況下，作為地球的“保護傘”和“防護罩”，平流層中的臭氧幾乎吸收了所有對生物有害的紫外線(xiàn)，如果臭氧層被破壞，將嚴重影響大氣環(huán)境及人類(lèi)和其他生物的生存。

對流層臭氧和平流層臭氧的形成機理有所不同。對流層是指最接近地球表面的一層大氣，也是大氣的最下層。在對流層中，人類(lèi)活動(dòng)排放的氮氧化合物、非甲烷總烴和一氧化碳等污染物，經(jīng)光化學(xué)反應可以在低層大氣中產(chǎn)生二次污染物——臭氧，并進(jìn)一步引發(fā)城市光化學(xué)的二次污染。此外，一些治理空氣污染的技術(shù)和設備例如光催化和等離子體也會(huì )產(chǎn)生一定量的臭氧副產(chǎn)物排放到大氣中。隨著(zhù)工業(yè)的發(fā)展和人類(lèi)活動(dòng)的不斷增強，在對流層中能夠生成臭氧的物質(zhì)的排放量會(huì )越來(lái)越多，從而導致對流層臭氧對人類(lèi)環(huán)境和人體健康的影響越來(lái)越大。

近兩年，全國空氣質(zhì)量持續改善，但臭氧污染問(wèn)題日益凸顯。今年6月2日，生態(tài)環(huán)境部《2019中國生態(tài)環(huán)境狀況公報》中顯示，2019年，全國337個(gè)城市中有30％的城市臭氧超標，其中京津冀和長(cháng)三角區域臭氧污染尤為突出。2019年，全國以臭氧為首要污染物的超標天數占總超標天數的41.8%，僅次于占比45%的PM2.5。

據相關(guān)數據可以看出，全國臭氧達標城市比例逐年下降，已經(jīng)從2015年的84%下降至2018年的65.4%。亞洲清潔空氣中心發(fā)布的報告《2020大氣中國：中國大氣污染防治進(jìn)程》顯示，2019年空氣質(zhì)量達標城市同比增加36個(gè)，共157個(gè)，達標占比46%以上，但PM2.5平均濃度水平未見(jiàn)改善，全國臭氧污染凸顯。

在此情況下，我國不斷加強對臭氧污染治理工作。在已經(jīng)啟動(dòng)的“十四五”大氣污染防治專(zhuān)項規劃編制中，特別針對臭氧的兩項前體物VOCs、氮氧化物設計減排目標。今年6月，生態(tài)環(huán)境部印發(fā)了《2020年揮發(fā)性有機物治理攻堅方案》，要求把夏季VOCs攻堅行動(dòng)放在重要位置，作為打贏(yíng)藍天保衛戰的關(guān)鍵舉措。中國工程院院士賀克斌也在不久前表示，“‘十四五’期間要重視臭氧和細顆粒物（PM2.5）的協(xié)同治理，在進(jìn)一步采取減排措施持續降低PM2.5濃度的同時(shí)遏制臭氧污染上升的趨勢?！?/span>

臭氧污染對人居環(huán)境的影響

臭氧具有非常強的氧化性，其消毒效率是氯的300倍～600倍，是紫外線(xiàn)的3000倍。但也因為臭氧的強氧化性，可強烈刺激機體黏膜組織，會(huì )引起人體呼吸系統發(fā)炎甚至水腫等病變，使人的免疫能力降低。此外，暴露在一定濃度的臭氧環(huán)境下的植物葉片在很短的時(shí)間內就會(huì )出現點(diǎn)彩狀和青銅色傷斑；臭氧對衣物、建筑材料等物質(zhì)也會(huì )有破壞作用，如使紡織物褪色，加速橡膠和塑料的老化。因此，如果臭氧持續不斷地產(chǎn)生，空氣中的臭氧濃度增加，在單位時(shí)間內臭氧的產(chǎn)生量大于或等于臭氧的分解量，便會(huì )對人居環(huán)境有很大的影響。

有研究表明，接觸180微克/立方米臭氧2小時(shí)后，人的肺活量、用力肺活量和第一秒用力肺活量會(huì )出現下降；濃度達到300微克/立方米時(shí)，80%以上的人感到眼和鼻黏膜刺激。由于臭氧能引起上呼吸道炎癥、損傷終末細支氣管上皮纖毛，從而削弱了上呼吸道的防御功能，長(cháng)期接觸一定濃度的臭氧易于引發(fā)上呼吸道感染；濃度達到4000微克/立方米時(shí)，短時(shí)間接觸即可使人出現呼吸道刺激、咳嗽、頭疼等癥狀。

由于臭氧的危害日益明顯，我國在《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》、《室內空氣質(zhì)量標準》等規定中收緊了臭氧濃度限值；世界衛生組織規定，連續工作8小時(shí)環(huán)境中臭氧的濃度不能超過(guò)200微克/立方米；2015年，美國EPA將地面臭氧標準從150微克/立方米提升到140微克/立方米。

HA-VOCs3000（A型）固定污染源揮發(fā)性有機物在線(xiàn)報警監控系統

室外臭氧受季節性因素影響較大，夏季氣溫較高， 受太陽(yáng)輻射的影響， 氮氧化物和揮發(fā)性有機物的光化學(xué)反應加劇，導致夏季臭氧濃度較高。一天當中，正午光照強度最強，所以一般午后的臭氧濃度最高。近年來(lái)，在北京等大城市的夏季午后，室外臭氧濃度超過(guò)200微克/立方米的情況并不鮮見(jiàn)。

即使是低濃度臭氧（小于100微克/立方米），也可能對人體健康存在一定影響。發(fā)表在JAMA Internal Medicine上的一篇論文中，對89位參與者進(jìn)行了研究。這些實(shí)驗人員大部分時(shí)間都待在室內可控的環(huán)境中，室內臭氧濃度變化范圍約為2.8微克/立方米～38.8微克/立方米，相應的室外臭氧濃度變化范圍約為8.6微克/立方米～95.8微克/立方米。在研究過(guò)程中，通過(guò)監測氧化性應激標志物、動(dòng)脈硬化標志物、舒張壓以及肺部驗證標記物的變化，進(jìn)行推論分析。實(shí)驗結果顯示：24小時(shí)的臭氧濃度增加20微克/立方米會(huì )導致血小板活化標記物p選擇素增加36.3%、舒張壓增加2.8%、呼氣冷凝液亞硝酸和硝酸增加31%；兩周內，臭氧暴露濃度增加20微克/立方米可導致血漿可溶性P選擇素增加61.1%、呼氣冷凝液亞硝酸和硝酸增加126.2%。這說(shuō)明即使低于目前標準限值的臭氧濃度也可能影響人體心血管健康。

除了對人體和生物健康的威脅和影響外，臭氧作為對流層大氣中非常重要的氧化劑之一，能夠直接或間接地參與幾乎所有的大氣光化學(xué)過(guò)程，比如可以促進(jìn)二氧化硫的氧化過(guò)程，從而間接地催生酸雨污染；臭氧還可以促進(jìn)細微顆粒物的生成和增大，造成氣溶膠顆粒物污染等。

臭氧防治市場(chǎng)需求空間巨大

高濃度臭氧主要出現在光照強烈的室外環(huán)境，在光照強烈時(shí)，應盡量減少外出及戶(hù)外活動(dòng)，適當減少室內通風(fēng)換氣次數。在室內，由于缺少了生成臭氧所需的太陽(yáng)光，臭氧無(wú)法持續生成，且室內的臭氧濃度一般都比室外低50%。臭氧濃度超標時(shí)，敏感群體在外出時(shí)需要做好一定的防護措施，不要進(jìn)行室外鍛煉。一般認為，老人與兒童對臭氧比其他人群更為敏感，這些人群自身免疫力較弱，臭氧污染所帶來(lái)的損害也更大。而且，兒童處于生長(cháng)發(fā)育階段，有些損傷可能會(huì )是持久性的或是不可逆的。

雖然減少臭氧濃度較高時(shí)段的戶(hù)外活動(dòng)是避免臭氧危害的直接方法，但由于室內辦公設備和各種電器的增加，室內的臭氧污染有時(shí)并不低于室外，甚至會(huì )比室外更高。臭氧是一種廣譜、高效的殺菌氣體，可殺滅細菌芽孢、病毒、真菌等，并可破壞肉桿菌毒素，還可以去除果蔬殘留農藥及洗滌用品殘留物的毒性。因此，許多電器包括果蔬機、冰箱消毒機、面部蒸汽機、洗衣水處理裝置、鞋子消毒機、臭氧空氣凈化器等均利用臭氧殺菌、消毒、除農殘，同時(shí)也排放一定量剩余的臭氧；此外，許多利用高壓的電器，包括靜電除塵凈化器、打印機、復印機等也會(huì )在工作時(shí)電離空氣，產(chǎn)生臭氧污染。

以打印復印設備為例，這些設備在運行過(guò)程中釋放的顆粒物、揮發(fā)性有機物、臭氧等，已成為室內空氣污染的重要來(lái)源。為了提高圖像質(zhì)量，打印復印設備墨粉顆粒粒徑趨于變小，這使得顆粒物更易于以吸入方式進(jìn)入人體，并沉積于肺泡而誘發(fā)機體損傷。此外，打印機、復印機采用的激光頭掃描硒鼓的方式會(huì )產(chǎn)生高壓靜電，用以吸附碳粉，而高壓電荷會(huì )電離空氣中的氧氣，產(chǎn)生臭氧。

除臭氧以外，打印機和復印機也會(huì )釋放VOCs。據邵光明于2017年02期發(fā)表的《復印室內臭氧危害及其防護措施研究［J］》一文介紹，打印過(guò)程中未得到有效利用的碳粉顆粒會(huì )進(jìn)入室內空氣，形成室內顆粒物污染。由于臭氧的強氧化性，臭氧和VOCs之間能夠產(chǎn)生化學(xué)反應。雖然化學(xué)反應可以一定程度上降低臭氧的濃度，但是臭氧與不飽和烴經(jīng)過(guò)一系列的自由基反應后，會(huì )產(chǎn)生大量的醛、酮、酯、羥酸等低分子量的化合物，比起反應母體，更能散發(fā)刺激性氣體。而在打印機和復印機產(chǎn)生的芳香烴化合物中，甲苯含量較大，且甲苯與臭氧反應會(huì )產(chǎn)生毒性更大的二次顆粒物污染，對人體造成傷害。而且臭氧與VOCs相互反應產(chǎn)生的超細顆粒的衰減很慢，嚴重影響了室內空氣質(zhì)量。因此，臭氧引起的室內化學(xué)污染值得引起人們重視。

雖然臭氧是一種高活性氣體，自身會(huì )緩慢分解成氧氣，但是這一過(guò)程相當緩慢，以小時(shí)乃至天計。更有效的臭氧去除方法包括活性炭吸附法、催化分解法、熱分解法等方法，可以在較短時(shí)間內將臭氧分解成氧氣。相比活性炭吸附以及熱分解法，催化分解法具有分解快、能耗低的優(yōu)勢，其中常溫下具有高效催化分解能力的臭氧分解催化劑逐步成為國內外科學(xué)研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。臭氧污染是全球性問(wèn)題，歐美和日本在臭氧治理材料上起步較早，形成了系列以貴金屬和氧化錳為主的催化分解材料體系。近年來(lái)，國內有許多科研團隊致力研發(fā)高效臭氧分解材料，材料體系以多孔氧化錳以及低價(jià)態(tài)氧化物為主。隨著(zhù)臭氧污染的加劇以及人們對其認識和重視程度進(jìn)一步提升，市場(chǎng)上對于更加完善的臭氧治理手段和相關(guān)防護裝備的需求必然大幅增加，臭氧治理和防護產(chǎn)品將會(huì )擁有巨大的市場(chǎng)空間。

中國工程院侯立安院士曾公開(kāi)介紹，相關(guān)研究表明，若不采取有效控制措施，預計2015～2050年間全球臭氧濃度將增加20%～25%，到2100年將增加40%～60%。因此，加強對低空室外臭氧和室內臭氧的有效控制，積極開(kāi)發(fā)具有臭氧治理與防護功能的新型環(huán)保產(chǎn)品及業(yè)務(wù)模式，對于保護生態(tài)環(huán)境、建設生態(tài)文明城市具有重要意義。

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