淺談宿遷市臭氧污染現(xiàn)狀及其管控治理

＊薛俊 仲加林

（江蘇省宿遷環(huán)境監(jiān)測(cè)中心 江蘇 223800）

1.引言

在平流層，臭氧可以吸收對(duì)人體有害的紫外線，保護(hù)地球上的生物，被稱為“地球保護(hù)傘”；在對(duì)流層，臭氧不僅會(huì)對(duì)地球的氣候變化產(chǎn)生不利影響，更給人體健康和植被生態(tài)帶來(lái)危害，被稱為“健康殺手”[1]。作為重要污染物，臭氧成為治理重點(diǎn)，《中共中央關(guān)于制定國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和二0三五年遠(yuǎn)景目標(biāo)的建議》提出：“強(qiáng)化多污染協(xié)同控制和區(qū)域協(xié)同治理，加強(qiáng)細(xì)顆粒物和臭氧協(xié)同控制，基本消除重污染天氣?！彼捱w作為長(zhǎng)三角地區(qū)臭氧污染較為突出的城市，其管控、治理成為當(dāng)前乃至今后很長(zhǎng)一段時(shí)間的重要內(nèi)容。

2.臭氧的概念及其形成機(jī)理概述

(1)臭氧的概念

圖1 “十三五”期間宿遷市與江蘇省年均O3-8H 90Per對(duì)比

臭氧（O3），常溫、常壓下無(wú)色，低濃度下無(wú)味，高濃度腐蝕鼻黏膜產(chǎn)生腥味，具有強(qiáng)氧化性。1984年德國(guó)化學(xué)家首次將這種具有刺激性氣味的氣體命名為臭氧，意為“可嗅的”。特征是結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定，比較活潑。

(2)臭氧的形成機(jī)理

在對(duì)流層中，一般認(rèn)為，NOx與VOCs是O3生成的主要前體物。NO2在光照的條件下反應(yīng)生成O3，O3又會(huì)氧化NO生成NO2和O2，穩(wěn)定的NO-NO2-O3反應(yīng)循環(huán)，不會(huì)導(dǎo)致環(huán)境O3濃度上升；但大氣中共存的VOCs可在·OH氧化作用下生成VOCs中間體（RO2·,HO2·），其與O3競(jìng)爭(zhēng)氧化NO，進(jìn)而導(dǎo)致O3凈增[2]。

3.宿遷市臭氧污染現(xiàn)狀

(1)臭氧污染現(xiàn)狀統(tǒng)計(jì)

圖2 “十三五”期間宿遷市臭氧出現(xiàn)天數(shù)情況統(tǒng)計(jì)

“十三五”期間，宿遷市年均O3-8H 90Per值由150μg/m3升高到170μg/m3，同全省年均值相比，比值逐年升高，且于2019年起年均位數(shù)值超過(guò)全省164μg/m3的均值；同時(shí)，臭氧作為首要污染物出現(xiàn)的天數(shù)由2016年的90天升高到2019年163天，臭氧作為首要污染物出現(xiàn)的超標(biāo)天數(shù)也由2016年20天增加到2019年的69天，占全年污染物總超標(biāo)天數(shù)的50%以上（注：因2020年經(jīng)歷超長(zhǎng)梅雨季等氣象原因，宿遷市臭氧作為首要污染物出現(xiàn)的天數(shù)及作為首要污染物出現(xiàn)的超標(biāo)天數(shù)與2019年相比，均有所下降，分別為152天、45天）。由此可見(jiàn)，宿遷市臭氧污染現(xiàn)狀不容樂(lè)觀，且從全國(guó)重點(diǎn)城市污染物濃度年際變化趨勢(shì)看，臭氧變化一枝獨(dú)秀，逐年增加，臭氧污染的管控工作已迫在眉睫。

圖3 2013年-2019年全國(guó)重點(diǎn)城市污染物濃度年際變化

(2)宿遷市工業(yè)污染物排放統(tǒng)計(jì)

“十三五”期間，全市工業(yè)廢氣排放量有所下降，氮氧化物排放量以及揮發(fā)性有機(jī)物排放量呈顯著下降趨勢(shì)，但絕對(duì)值依然較大。

表1 2016年-2020年宿遷市廢氣及主要污染物排放情況統(tǒng)計(jì)表

從行業(yè)分布看，工業(yè)氮氧化物排放量最多的是電力、熱力生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)，占全市工業(yè)排放量的68.3%。

表2 2020年宿遷市主要行業(yè)廢氣污染物排放情況

現(xiàn)階段，宿遷市仍處于城市化、工業(yè)化進(jìn)程快速發(fā)展階段，除西北方向?yàn)轳橊R湖外，中心城區(qū)其余方向上分布九個(gè)工業(yè)園區(qū)，且工業(yè)園區(qū)邊界不清晰，城鄉(xiāng)結(jié)合部緩沖區(qū)較窄，導(dǎo)致城區(qū)直接承接周邊工業(yè)排放影響，特別是園區(qū)企業(yè)整體質(zhì)態(tài)層次不高，低效高污染小企業(yè)普遍，工業(yè)排放成為制約環(huán)境空氣質(zhì)量整體改善的關(guān)鍵性因素。

(3)機(jī)動(dòng)車保有量及其增長(zhǎng)情況

“十三五”期間，全市機(jī)動(dòng)車快速增長(zhǎng)，2016年增長(zhǎng)4.0%，2017年增長(zhǎng)9.7%，2018年增長(zhǎng)6.4%，2019年增長(zhǎng)9.1%，2020年增長(zhǎng)8.8%，增長(zhǎng)有所波動(dòng)，但仍保持高速增長(zhǎng)趨勢(shì)。

表3 2016年-2020年度宿遷市機(jī)動(dòng)車保有量增長(zhǎng)情況

根據(jù)相關(guān)研究，機(jī)動(dòng)車在怠速和減速時(shí)排放CO和HC最多，在加速和勻速時(shí)排放NOx最多[3]。現(xiàn)階段，中心城區(qū)尚未建設(shè)東西方向城市快速路，且建成區(qū)面積較小，商業(yè)區(qū)較為集中，早晚高峰時(shí)段道路擁堵較為嚴(yán)重，也由于宿遷市整體交通運(yùn)輸結(jié)構(gòu)以公路貨運(yùn)為主，致使北京路、南京路等外環(huán)道路通行負(fù)荷較重；同時(shí)，從走航監(jiān)測(cè)情況來(lái)看，早晚高峰時(shí)段供電局站點(diǎn)周邊金鷹、寶龍商圈區(qū)域VOCs濃度水平整體較高，且公安部門大數(shù)據(jù)平臺(tái)顯示，洪澤湖路、青年路和西湖路汽車通行量占中心城區(qū)在網(wǎng)通行量的32.6%，特別是金鷹、寶龍商圈較為擁堵，車輛怠速行駛，排放大量VOCs，對(duì)區(qū)域臭氧濃度的升高貢獻(xiàn)明顯。

(4)宿遷市臭氧生成來(lái)源解析

①臭氧與前體物VOCs和NOx之間的關(guān)系

臭氧的生成與NOx、VOCs的活性呈高度非線性，三者的關(guān)系非常復(fù)雜。EKMA曲線是研究三者復(fù)雜線性關(guān)系的一種方法。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行多元化回歸分析，即可對(duì)臭氧的控制區(qū)屬性進(jìn)行判斷。EKMA曲線能定性定量的描述臭氧前體物的關(guān)系。圖4中三角形為所選時(shí)間段NOx和VOCs的氧化速率，棱形為當(dāng)天NOx和VOCs的氧化速率，根據(jù)每天臭氧氧化速率的變化來(lái)分析臭氧控制情況。根據(jù)分析期間最近時(shí)間的臭氧生成位置，分析該段時(shí)間內(nèi)所采取的控制措施是否有控制效果。

圖4 2020年宿遷市臭氧與前體物EKMA曲線圖

圖4中X軸表示VOCs反應(yīng)活性，即VOCs與OH自由基的反應(yīng)速率；Y軸表示NOx的濃度；圖中曲線表示在對(duì)應(yīng)的VOCs反應(yīng)活性和NO2濃度下，大氣總氧化劑的生成速率（P(Ox)，即每小時(shí)O3+NO2的生成量），用顏色表示P(Ox)值的大小。紅色三角形表示2020年1月1日-12月15日的時(shí)間范圍內(nèi)，VOCs反應(yīng)活性和NO2濃度所在位置，藍(lán)色圓點(diǎn)表示12月15日VOCs反應(yīng)活性和NO2濃度所在位置。從宿遷市2020年臭氧與前體物VOCs和NOx之間的關(guān)系圖看，就整體情況而言，宿遷市2020年的觀測(cè)值多分布在EKMA曲線脊線上方，臭氧生成主要受VOCs控制區(qū)，而且隨著NOx的削減而升高，即應(yīng)該優(yōu)先進(jìn)行VOCs的控制，以合理的控制臭氧生成速率。

圖5 2020年宿遷市VOCs源解析餅狀圖

②PMF源解析

通過(guò)TH-300B大氣環(huán)境揮發(fā)性有機(jī)物（C2-C12）在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)獲取得2020年數(shù)據(jù)，進(jìn)行PMF模型計(jì)算，宿遷市VOCs最主要的排放源有：燃燒源排放、工業(yè)排放、機(jī)動(dòng)車尾氣、植物排放以及溶劑涂料排放。

4.對(duì)策建議

一是精準(zhǔn)施策，加強(qiáng)源頭工程治理?，F(xiàn)階段，宿遷市仍處于以工業(yè)為主的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、以煤為主的能源結(jié)構(gòu)、以公路為主的運(yùn)輸結(jié)構(gòu)調(diào)整周期。“十四五”期間，必須主攻產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源結(jié)構(gòu)和交通結(jié)構(gòu)調(diào)整，引導(dǎo)低端低效產(chǎn)能退出。如通過(guò)建設(shè)家具制造、汽車噴涂和噴繪寫真行業(yè)集中噴涂中心“綠島”，城市有軌交通配送網(wǎng)絡(luò)和貨運(yùn)中轉(zhuǎn)運(yùn)輸“綠島”，建設(shè)標(biāo)桿示范工地“綠島”，引導(dǎo)使用新型外墻保溫裝飾一體板替代傳統(tǒng)粉刷工藝，實(shí)現(xiàn)污染物統(tǒng)一收集、集中治理，從源頭上實(shí)現(xiàn)減排。

二是科學(xué)施治，深入持續(xù)開展大氣污染攻堅(jiān)。通過(guò)制訂實(shí)施重點(diǎn)攻堅(jiān)任務(wù)，突出加強(qiáng)大氣重點(diǎn)時(shí)段、重點(diǎn)區(qū)域、重點(diǎn)污染源綜合防治，特別是加強(qiáng)膜材料產(chǎn)業(yè)園、生態(tài)化工科技產(chǎn)業(yè)園和高新技術(shù)開發(fā)區(qū)揮發(fā)性有機(jī)物排放以及木材加工行業(yè)治理，不斷提升治污攻堅(jiān)的精準(zhǔn)性、科學(xué)性。

三是協(xié)同聯(lián)動(dòng)，建立健全長(zhǎng)效管控機(jī)制。加強(qiáng)化工企業(yè)、工業(yè)涂裝和油品運(yùn)輸?shù)戎攸c(diǎn)行業(yè)的VOCs治理及與管控，實(shí)施專項(xiàng)污染整治。優(yōu)化交通路線，建設(shè)城市東西方向快速路，緩解道路擁堵，并聯(lián)合公安、交通等部門建立長(zhǎng)效執(zhí)法機(jī)制，常態(tài)化推進(jìn)高污染車輛聯(lián)合路檢。密切關(guān)注氣象變化，快速聯(lián)動(dòng)氣象部門，減輕不利氣象條件影響。