吉安市臭氧(O3)污染特征及對策分析

何 丹 吳麗芳 涂 翔 徐寶平 朱劍玲

(江西省環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院，江西 南昌 330039)

1 引言

目前，學(xué)術(shù)研究界普遍形成的共識是城市近地層臭氧是典型的二次污染物，臭氧污染不是污染源直接排放產(chǎn)生的，而是排放到空氣中的揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)、氮氧化物等在太陽紫外線照射及一定的氣象條件下(如強(qiáng)日光、高溫度和低濕度等)，經(jīng)過一系列復(fù)雜的光化學(xué)反應(yīng)，生成大量的臭氧、過氧乙酰硝酸酯、含氧有機(jī)物以及PM2.5等二次污染物[1-4]。

科學(xué)治理臭氧控制好前體物VOCs和氮氧化物是重點(diǎn)，VOCs和氮氧化物的比值關(guān)系是決定臭氧濃度高低的關(guān)鍵。2012年以來，全國氮氧化物排放總量有所下降，但VOCs排放總量還在上升，VOCs和氮氧化物排放量的比值一直上升，這是當(dāng)前臭氧污染發(fā)生的根本原因。我國當(dāng)前執(zhí)行的臭氧標(biāo)準(zhǔn)已是世界衛(wèi)生組織最嚴(yán)標(biāo)準(zhǔn)，許多地區(qū)PM2.5濃度下降，但臭氧濃度上升。VOCs防治比氮氧化物更復(fù)雜，VOCs后面有一個S，表示VOCs有好幾百種，包括非甲烷烴類(烷烴、烯烴、炔烴、芳香烴、鹵代烴等)、含氧有機(jī)物(醛、酮、醇、醚等)、含氮有機(jī)物、含硫有機(jī)物等，要弄清楚這些VOCs主要行業(yè)分布并實施減排。研究表明，對于臭氧的生成，烯烴(乙烯、丙烯)、芳香烴(二甲苯、甲苯)和含氧有機(jī)物(甲醛、乙二醛、乙醛)貢獻(xiàn)較大，而民用、交通和工業(yè)部門對上述污染物排放貢獻(xiàn)率較高。協(xié)同控制理念已經(jīng)得到共識，在治理實踐中必須有更多的落地應(yīng)用。

本文將通過對吉安市2017年4月O3超標(biāo)時段，O3小時均值變化趨勢，O3濃度空間分布情況進(jìn)行分析，初步探討臭氧(O3)超標(biāo)的原因，為吉安市采取有效措施控制O3污染，逐步改善環(huán)境空氣質(zhì)量提供科學(xué)依據(jù)。

2 數(shù)據(jù)與方法

本文大氣污染物O3和NO2數(shù)據(jù)均來源于江西省環(huán)境監(jiān)測中心站共享數(shù)據(jù)。吉安監(jiān)測站點(diǎn)包括市環(huán)境監(jiān)測站、紅聲器材廠、森林工業(yè)局、青原區(qū)法院，等4個環(huán)境空氣國控站點(diǎn)。市環(huán)境監(jiān)測站位于吉安市吉州區(qū)大橋西路23號市環(huán)保局10樓樓頂，東經(jīng)：114°59′25″、北緯：27°07′14″，紅聲器材廠位于江西省吉安市吉州區(qū)躍進(jìn)路中等?？茖W(xué)校教學(xué)樓7樓樓頂，114°58′31″、北緯：27°04′50″；森林工業(yè)局位于江西省吉安市吉州區(qū)尚義路鳳凰小學(xué)教學(xué)樓5樓樓頂，東經(jīng)：114°57′58″、北緯：27°05′59″，青原區(qū)法院位于江西省吉安市青原區(qū)東井岡路天立實驗小學(xué)教學(xué)樓7樓樓頂，東經(jīng)：115°00′27″、北緯：27°05′54″。

圖1 吉安市國控站點(diǎn)分布圖

3 結(jié)果與討論

3.1 2017年4月吉安市環(huán)境空氣基本情況

2017年4月，吉安市平均優(yōu)良天數(shù)比例為60%，環(huán)比上月下降30.3個百分點(diǎn)，同比去年下降40個百分點(diǎn)，為全省11個設(shè)區(qū)市最低。

全市超標(biāo)天數(shù)共12天，首要污染物全部為臭氧。PM10、PM2.5、SO2、NO2、CO等5項主要污染物濃度均未超標(biāo)，O3超標(biāo)12天。O3超標(biāo)是2017年4月吉安市優(yōu)良天數(shù)比例降低的原因。

3.1.1 O3超標(biāo)時段分析

圖1給出了2017年4月吉安市O3超標(biāo)時段分布及日變化情況，結(jié)果表明：2017年4月，吉安市O3濃度日變化情況與全省其他設(shè)區(qū)市變化整體趨勢一致，但O3濃度明顯整體高于其他設(shè)區(qū)市。在O3超標(biāo)時段分布上，吉安市O3超標(biāo)時間段集中在4月1-4號、13號、22-24號、27-30號。全省O3超標(biāo)的8個設(shè)區(qū)市和吉安市的O3超標(biāo)時段高度重疊，說明全省O3超標(biāo)受氣象條件、污染物排放的疊加影響。

圖2 2017年4月O3超標(biāo)時段分布及日變化情況圖

3.1.2 O3小時均值變化趨勢分析

從圖2吉安市O3小時均值日變化趨勢分析來看，O3小時濃度總體上呈現(xiàn)明顯的單峰型日變化特征，從0時～7時，O3小時濃度逐漸降低；8時開始，O3小時濃度逐漸上升，在13時～19時維持較高水平，其中16時為最高值；從19時開始，濃度又漸趨下降。結(jié)果說明，O3小時濃度的日變化與太陽輻射密切相關(guān)，白天濃度高，夜間濃度低[5]。

圖3 2017年4月吉安市O3濃度變化趨勢圖

3.1.3 O3濃度空間分布情況

2017年4月，吉安市四個國控監(jiān)測站點(diǎn)O3濃度值相差不大，處于同一水平。結(jié)果表明O3污染受全市中心城區(qū)整體大范圍的影響，局地小環(huán)境對O3污染影響不大。

3.2 2017年4月全省環(huán)境空氣基本情況

3.2.1 臭氧作為首要污染物超標(biāo)天數(shù)情況

全省臭氧作為首要污染物的超標(biāo)天數(shù)對比情況見表1。與去年同期相比，2017年4月全省11個設(shè)區(qū)市臭氧作為首要污染物的超標(biāo)天數(shù)大幅增加，臭氧污染呈現(xiàn)上升趨勢。

表1 全省臭氧作為首要污染物的超標(biāo)天數(shù)(天)

3.2.2 NO2濃度日變化情況

分析了2017年4月全省11設(shè)區(qū)市NO2濃度日變化趨勢情況，如圖3所示。2017年4月，吉安市NO2濃度日變化情況與全省其他設(shè)區(qū)市變化整體趨勢一致，但NO2濃度整體明顯低于其他設(shè)區(qū)市。

3.3 全國臭氧污染趨勢分析

近年來，全國臭氧濃度逐年走高，逐步向高值區(qū)集中，呈現(xiàn)出明顯的區(qū)域性污染特征[6]。2013～2016年，74城市O3濃度逐年上升，超標(biāo)天數(shù)亦逐年上升，平均每城市每年增加3天臭氧超標(biāo)日。臭氧污染呈明顯日、季節(jié)變化特征。小時濃度峰值主要集中在午后至傍晚14時至18時之間。4月開始，臭氧超標(biāo)問題逐步顯現(xiàn)，5～10月，臭氧污染超標(biāo)天數(shù)占全年90%以上。

自2014年起，以臭氧為首要污染物的超標(biāo)天數(shù)比例超過PM10，臭氧成為繼PM2.5后的另一重要二次污染物。全省臭氧污染情況與全國趨勢整體一致。

近年來，隨著我國管控措施推進(jìn)落實，多數(shù)污染物呈下降趨勢，而臭氧濃度逐年走高，逐步向高值區(qū)集中，并呈現(xiàn)出明顯的區(qū)域性污染特征。目前，顆粒物污染依然是我國最為突出的環(huán)境問題，但隨著我國大力度控制和降低顆粒物濃度，未來相當(dāng)長的時期內(nèi)，臭氧會成為繼顆粒物后，影響空氣質(zhì)量的又一關(guān)鍵因素，需引起高度重視。

3.4 原因分析

(一)不利的氣象條件

臭氧濃度與氣溫、日照時間等氣象因素呈正相關(guān)性，4月份以來，隨著光照加強(qiáng)、紫外線輻射強(qiáng)，溫度升高等因素有利于臭氧前體物發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)生成臭氧[7-10]。

圖4 2017年4月全省11個設(shè)區(qū)市NO2濃度日變化趨勢圖

2017年4月，吉安市降水量偏少、日照時數(shù)偏多，4月份平均日照時數(shù)133.2h，較去年同期(42.4h)增加214.2%；平均降水量124.5mm，比去年同期(293.9mm)，偏少5.8成。因此，不利的氣象條件導(dǎo)致吉安市環(huán)境空氣質(zhì)量有所下降。

隨著夏季的到來，我省氣溫升高、日照時間增加、降水量減少，全省臭氧超標(biāo)問題也將逐漸凸顯。

(二)VOCs與NOx協(xié)同控制不合理

O3生成受VOCs和NOx一次排放的協(xié)同作用。目前，吉安市人為源VOCs排放中，工業(yè)源、交通源、生活源、農(nóng)業(yè)源的排放基數(shù)不清，特別是化工、工業(yè)涂裝和包裝印刷等重點(diǎn)行業(yè)的排放情況尚未準(zhǔn)確掌握，但總體上判斷VOCs排放量仍呈增長趨勢。而從吉安市環(huán)境空氣中的NO2濃度看，其整體濃度低于其他設(shè)區(qū)市，說明當(dāng)前NOx和VOCs控制力度不匹配，雖然氮氧化物減排取得了積極進(jìn)展，但VOCs目前還沒有得到有效控制，仍亟待加強(qiáng)，從而造成其2017年4月O3濃度和超標(biāo)天數(shù)明顯整體高于其他設(shè)區(qū)市。

(三)國控站點(diǎn)臭氧質(zhì)控情況

2017年5月初，吉安市環(huán)保局要求國控站點(diǎn)維護(hù)單位對四個國控站點(diǎn)做O3溯源標(biāo)準(zhǔn)傳遞，溯源結(jié)果表明站點(diǎn)監(jiān)測濃度值比實際值偏高，誤差在國家要求的范圍(±10%)內(nèi)。

另外，4月1日至4月20日對儀器進(jìn)行平行比對，結(jié)果表明國控站點(diǎn)監(jiān)測值較比對儀器的監(jiān)測值偏高。

3.5 措施建議

(一)強(qiáng)化VOCs排放摸底及新增排放控制

應(yīng)建立O3前體物對臭氧生成的“貢獻(xiàn)率清單”，摸清臭氧前體物-VOCs排放情況，弄清影響臭氧的污染源種類、污染源數(shù)量，建立VOCs排放污染源排放清單。

進(jìn)一步提高行業(yè)準(zhǔn)入門檻，嚴(yán)格控制新增污染物排放量。嚴(yán)格限制石化、化工、包裝印刷、工業(yè)涂裝等高VOCs排放建設(shè)項目。新建涉VOCs排放的建設(shè)項目，實行區(qū)域內(nèi)等量或倍量削減替代，并納入環(huán)境執(zhí)法管理。新建項目要強(qiáng)化源頭控制，使用低VOCs含量原輔材料，加強(qiáng)廢氣收集與處理，減少污染排放。

(二)強(qiáng)化VOCs與NOx協(xié)同減排

應(yīng)結(jié)合本地O3污染形成和來源特征，加強(qiáng)VOCs和NOx排放對O3生成的敏感性分析，明確O3污染的主控因子，并充分考慮PM2.5污染控制對NOx的減排需求，確定適宜于本地的VOCs與NOx減排比例。對工業(yè)源、移動源、生活源等多類污染源綜合施策，同時兼顧區(qū)域PM2.5的控制要求。

由于臭氧的形成機(jī)理十分復(fù)雜，控制難度大，目前包括發(fā)達(dá)國家在內(nèi)臭氧污染也是尚未完全解決的大氣污染問題。而VOCs和氮氧化物的比值關(guān)系的合理區(qū)間對臭氧控制最有利，學(xué)術(shù)界并沒有給出結(jié)論。因此，建議設(shè)立相關(guān)科研專項，邀請有關(guān)科研院所或高校進(jìn)行相關(guān)研究。

(三)強(qiáng)化國控站點(diǎn)的質(zhì)量控制

建議吉安市加強(qiáng)與維護(hù)單位的協(xié)調(diào)溝通，定期對比檢測，加強(qiáng)質(zhì)量控制，科學(xué)表征數(shù)據(jù)，避免因儀器設(shè)備的偏差造成O3濃度整體偏高。

4 結(jié)論

2017年4月吉安市臭氧(O3)超標(biāo)的原因有不利的氣象條件、VOCs與NOx協(xié)同控制不合理、國控站點(diǎn)臭氧質(zhì)控情況等。因此，需強(qiáng)化VOCs排放摸底及新增排放控制、強(qiáng)化VOCs與NOx協(xié)同減排、強(qiáng)化國控站點(diǎn)的質(zhì)量控制等各項措施有效措施控制O3污染，逐步改善環(huán)境空氣質(zhì)量。