城市空气中臭氧产生原理

Posted 2023-01-11 臭氧

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空气中的臭氧不是污染?a href='http://www.baiven.com/baike/223/306724.html' target='_blank' style='color:#136ec2'>粗苯优欧诺囊淮?a href='http://www.baiven.com/baike/223/305214.html' target='_blank' style='color:#136ec2'>污染物，而是通过污染源排放的氮氧化物、挥发性有机物在大气中通过光化学反应生成的。为控制臭氧污染，需要控制其前体物氮氧化物和挥发性有机物排放。
与二氧化硫、一氧化碳等气态污染物不同，空气中的臭氧不是污染源直接排放的一次污染物，而是通过污染源排放的氮氧化物、挥发性有机物在大气中通过光化学反应生成的，因此臭氧又被归纳为空气中的二次污染物。
空气中的臭氧生成过程较为复杂，在太阳光的作用下，大气中的二氧化氮首先光解生成一个氧原子和一个一氧化氮分子，一个氧原子和一个氧气分子结合生成一个臭氧分子。由于臭氧可以和一氧化氮进一步反应，分别生成一个氧气分子和一个二氧化氮分子，因此空气中的一氧化氮浓度高时，臭氧会被一氧化氮消耗掉，浓度不会积累增加。
而一旦空气中同时出现挥发性有机物（VOC）和氮氧化物时，挥发性有机物在大气中的反应可以将一氧化氮迅速转化为二氧化氮，这样就避免了一氧化氮对臭氧的消耗，同时生成的二氧化氮通过光解增加臭氧的生成。因此，在空气中产生较高臭氧浓度的前提是需要有较高浓度的氮氧化物和挥发性有机物，后两者又被称为臭氧的前体物。但当空气中挥发性有机物浓度非常高的时候，臭氧又会和挥发性有机物反应而被消耗。
作为臭氧前体物，氮氧化物主要来自燃烧过程，其排放源主要包括电厂、机动车尾气和工业及民用锅炉。臭氧的另一前体物——挥发性有机物的来源就复杂得多，除了机动车尾气排放外，加油站油气挥发、燃煤、建筑工地油漆、工业喷涂、餐饮烹饪等均是城市空气中挥发性有机物的主要来源。此外，树木、花卉等在光合作用和高温下，也会释放出化学活性很高的挥发性有机物，对空气中臭氧的生成发挥重要的作用。
适合的气象条件也是城市产生臭氧污染的重要因素，足够的阳光促进臭氧生成的光化学反应。在光照和较高温度条件下，臭氧由前体污染物氮氧化物和挥发性有机物快速反应生成，因此臭氧浓度随着季节和时间变化，高值往往存在于夏季和每日中午时分。而静稳的大气可以使生成的臭氧不断积累起来。因此，在少云、无风的天气条件下容易出现臭氧污染。
为了控制臭氧污染，需要控制其前体物氮氧化物和挥发性有机物排放。但由于臭氧前体物既通过光化学反应生成臭氧，又通过和臭氧的反应消耗臭氧，因此前体物的浓度与臭氧的浓度存在复杂的非线性关系。这一关系，由每个城市所处的地理环境和污染源排放状况决定。