臭氧分析和总结.docx
1.环境空气中臭氧的产生与危害
1 臭氧的基本特性
臭氧是1785年由荷兰科学家马丁努斯·马伦首先发现，1840年德国科学家Schorbein命名的一种带有异味的气体。
[分子式]O
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[性状] 在大气中仅有微量存在，近乎是无色无臭不可燃的气体，低浓度时具有特殊的草腥味，高浓度时呈淡蓝色，具有一种特殊的刺激性味道，液态呈暗蓝色，固态呈蓝黑色。
[分子结构] 臭氧具有等腰三角形结构，三个氧原子分别位于三角形的三个顶点，顶角为116.79度。
环境空气中臭氧的产生
在对流层大气中，影响O 含量的因子很多，主要可分为化学
3
因子和物理因子，其中化学因子主要包括产生臭氧的光化学反应过程，（如NOx，碳氢化合物等的光化学反应；）物理因子包括水平平流输送过程、干沉降过程和混合层高度变化过程。
在20世纪之前，对流层中 90％的O，来自平流层的输送，
3
其它10％来自对流层中光化学反应。 20 世纪70 年代Levy、Crutzen、Chameides 与Fishman 等提出了臭氧主要是大气光化学反应的结果。据美国环保局估计，当平流层臭氧耗减 25％时，城市光化学烟雾的发生几率将增加 30％。目前普遍认为大气边界层内臭氧主要由光化学反应产生。
汽车尾气以及工业排放所产生的 NOx(NO、NO2)以及挥发性
有机物(VOCs)是对流层光化学反应产生臭氧的前体物 。大气中
NO-NO-O 的光解循环反应链为：
2 3
NO?hv(??420nm)?NO?O(3P)
2
(1)
O(3P)?O
2
M?O?M
3
(2)
O?NO?NO?O
3 2 2
(3)
但是仅由二氧化氮的光解循环并不会产生富余的臭氧，各种实验研究发现VOCs的加入是关键。见如下反应(其中RH代表碳氢化合物)
2RH?OH??[?O
2
?]?RO
2
HO
2
(4)
2RO?NO?[?O
2
2
?]?RCHO?HO
2
??NO
2
(5)
2HO??NO?[?O
2
2
?]?OH??NO
2
(6)
在VOC和NOx共同作用的大气光化学循环反应链中，由于
VOC加入，产生的RO·(过氧化烷基)与HO·（过氧化羟基）替
2 2
代臭氧完成NO向NO 转化，从而破坏NO-NO-O 的光解循环，
2 2 3
使臭氧累积。
光化学烟雾的形成反应已研究过 300个以上，但通过光化学烟雾模拟实验，已经初步明确其中 关键性的反应类别有：(1)NO2光解导致O3的生成；(2)有机碳氢化合物的氧化生成了活性自由
基，尤其是HO2·、RO2·等；(3)HO2·、RO2·引起了NO向NO2转化，进一步提供了生成O3的NO2源，同时形成了含N的二次污染物如PAN和HNO3等(如图1)。
图1光化学烟雾示意图
图1光化学烟雾示意图
Fig.1Thefomationofphotochemicalsmog
臭氧形成、输送及沉积的机制 非常复杂,参与臭氧形成的大部分化学反应对温度和光照都很敏感 ，当高环境温度和强光照的状况持续多日，而且地面空气流通缓慢时，臭氧及其前体物就会积聚导致比单一的高温天气下高得多的臭氧浓度。臭氧还可以从上风向的污染源传输数百公里，导致下风向 NOx和VOC浓度不高的区域也出现高浓度的臭氧。
环境空气中臭氧的危害
大量的研究表明，臭氧对呼吸系统有很大的影响包括胸痛，咳嗽，呼吸不畅等症状。吸气时，吸入的臭氧会导致急性呼吸系
统病症如哮喘，使健康成年人的肺功能下降 15-20%，肺部发炎，人体的免疫能力降低等。常在室外活动的儿童更容易受臭氧暴露
的影响，尤其是在夏季光照强度大，臭氧浓度最高时在室外的游戏和锻炼，另外由于儿童的呼吸系统正在发育，所以比成人更容易受到臭氧的负面影响。室外工作者和一些呼吸系统疾病的患者也是臭氧影响的主要目标。
短期暴露 (1-3小时) 在高浓度的臭氧下会导致各种需要急救的呼吸系统病症。例如，在美国东北部和加拿大的研究表明，臭氧污染与整个夏季中 20%左右的呼吸系统急救有关。重复暴露还会导致肺部感染，肺炎并更容易诱发哮喘等旧病。总之，对臭氧的暴露会不同程度的损害肺部机能。
长期低浓度的臭氧暴露会有很大的健康影响。对于臭氧对健康的过敏影响研究表明暂时的肺部功能障碍，而这些症状都是由于长期暴露在0.12mg/m3的臭氧浓度下发生的。尤其是当抽样浓度高于0.09mg/m3时。6-8小时暴露的研究表明对长期及重复的臭氧暴露的浓度水平应该