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城市空氣中臭氧產生原理
時間:2017/10/10 18:51:59 瀏覽:

  空氣中的臭氧不是污染源直接排放的一次污染物,而是通過污染源排放的氮氧化物、揮發性有機物在大氣中通過光化學反應生成的。為控制臭氧污染,需要控制其前體物氮氧化物和揮發性有機物排放。

  與二氧化硫、一氧化碳等氣態污染物不同,空氣中的臭氧不是污染源直接排放的一次污染物,而是通過污染源排放的氮氧化物、揮發性有機物在大氣中通過光化學反應生成的,因此臭氧又被歸納為空氣中的二次污染物。

  空氣中的臭氧生成過程較為復雜,在太陽光的作用下,大氣中的二氧化氮首先光解生成一個氧原子和一個一氧化氮分子,一個氧原子和一個氧氣分子結合生成一個臭氧分子。由于臭氧可以和一氧化氮進一步反應,分別生成一個氧氣分子和一個二氧化氮分子,因此空氣中的一氧化氮濃度高時,臭氧會被一氧化氮消耗掉,濃度不會積累增加。

  而一旦空氣中同時出現揮發性有機物(VOC)和氮氧化物時,揮發性有機物在大氣中的反應可以將一氧化氮迅速轉化為二氧化氮,這樣就避免了一氧化氮對臭氧的消耗,同時生成的二氧化氮通過光解增加臭氧的生成。因此,在空氣中產生較高臭氧濃度的前提是需要有較高濃度的氮氧化物和揮發性有機物,后兩者又被稱為臭氧的前體物。但當空氣中揮發性有機物濃度非常高的時候,臭氧又會和揮發性有機物反應而被消耗。

  作為臭氧前體物,氮氧化物主要來自燃燒過程,其排放源主要包括電廠、機動車尾氣和工業及民用鍋爐。臭氧的另一前體物——揮發性有機物的來源就復雜得多,除了機動車尾氣排放外,加油站油氣揮發、燃煤、建筑工地油漆、工業噴涂、餐飲烹飪等均是城市空氣中揮發性有機物的主要來源。此外,樹木、花卉等在光合作用和高溫下,也會釋放出化學活性很高的揮發性有機物,對空氣中臭氧的生成發揮重要的作用。

  適合的氣象條件也是城市產生臭氧污染的重要因素,足夠的陽光促進臭氧生成的光化學反應。在光照和較高溫度條件下,臭氧由前體污染物氮氧化物和揮發性有機物快速反應生成,因此臭氧濃度隨著季節和時間變化,高值往往存在于夏季和每日中午時分。而靜穩的大氣可以使生成的臭氧不斷積累起來。因此,在少云、無風的天氣條件下容易出現臭氧污染。

  為了控制臭氧污染,需要控制其前體物氮氧化物和揮發性有機物排放。但由于臭氧前體物既通過光化學反應生成臭氧,又通過和臭氧的反應消耗臭氧,因此前體物的濃度與臭氧的濃度存在復雜的非線性關系。這一關系,由每個城市所處的地理環境和污染源排放狀況決定。


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