晋城市环境空气臭氧污染初步分析及控制建议

崔凤鸣

（泽州县环境保护监测站 山西泽州 048026）

1 基本情况

进入五月份以来，晋城市环境空气质量已连续数月以臭氧为首要污染物（4 月份8 天，5 月份25 天，6 月份29 天，7 月份31天，8 月份29 天），这与全国特别是京津冀地区夏季多以臭氧污染为主相似，但也有别于其它地区，主要表现在以下三个方面：

（1）晋城市区臭氧浓度呈现早晩峰值。每天臭氧浓度最高值岀现在傍晚的18 时左右，最低值岀现在早上的6 时左右。臭氧在上午10 时到晚上22 时左右持续呈现高浓度值。

（2）臭氧浓度值与NO2浓度值呈显著负相关。通过网格化精准监测平台中臭氧和NO2浓度小时均值变化柱状图可以看出，臭氧和NO2浓度呈现出明显的“此消彼长”关系，柱状图在时间进程上呈榫卯结构。

（3）在臭氧高浓度时段，晋城市区的臭氧浓度值较相邻近区域城市的浓度值要高。无论是从2＋26，还是168，337 个城市中排名中晋城市区臭氧浓度值都位于前列。

2 原因分析

臭氧生成机理很复杂，目前还处于不断深入研究阶段，但其最基本的理论具有普遍认同性。即臭氧污染的生成和光照、气温等气象因素密切相关，主要发生在阳光强烈的夏、秋季节。汽车尾气、工业企业排放的氮氧化物（NOx）与挥发性有机物（VOCs）等臭氧前体物，在高温、强光辐射的作用下，经过一系列复杂的光化学反应，产生臭氧污染物。

在季节、光照、气温、风速等自然条件非人为可控的情形下，通过控制VOCs 和NOx的排放进而达到控制臭氧的升高就成了不二之选。对臭氧生成和控制分析也主要集中在这些方面，就晋城市区臭氧污染作以下分析：

2.1 生成臭氧的前体物NOx具有多源性

通过网格化精准监测平台晋城市区各国控点位数据可以发现，NO2的小时浓度值具有单峰性，NO2浓度值在中午14 时左右最低，在凌晨4-5 时左右最高，与每天规律的上下班机动车运行高峰时段并不一致，即在每天的8 时、12 时、15 时、18 时等时段附近并没有出现NOx和CO 的高浓度值，亦无波动性，说明晋城市区NOx产生的来源与机动车尾气排放相关性不显著，亦说明NOx的多源性。

尽管目前知道臭氧与NOx存在明显的负相关，但臭氧与VOCs 的关系，以及臭氧生成与NOx和VOCs 比例关系（即生成臭氧占优势的物质或浓度区间）等规律的掌握还有赖于大量基础数据的采集和分析。

2.2 机动车尾气仍是市区主要污染源，对臭氧的生成贡献率作用巨大

根据7 月份以来晋城市信息中心单颗粒气溶胶质谱仪在晋城市区不同点位采样分析结果看，机动车尾气源占比达25%左右，部分时段占比达40%以上。数据说明目前晋城市区在线颗粒物源解析的主要成分仍是机动车尾气源，尾气中的主要成份为NOx、HC 及CO，作为主要前体物其对臭氧的生成作用必然巨大。晋城市区截至2018 年年底，晋城市机动车保有量达46 万辆，除了本地车辆，过境的外来车辆也带来污染，近年来随着晋城市经济社会的快速发展，城区范围扩张迅速，过境交通线路正在完善，中心城区交通拥堵的问题逐步得到缓解。但大量家庭用车仍会造成NOx和VOC 等污染物的囤积，对臭氧的生成起着推波助澜的作用。

2.3 独特的地形和气候条件造成晋城市区臭氧居高不下

晋城市区位于晋城盆地，整个地区的地势呈北高，中、南部低的簸箕状，盆地地形不利于气态污染物的稀释扩散。属暖温带半湿润大陆性季风气候区，夏季炎热多雨，属“长日照地区”，年日照时数平均为2563 小时。夏季七月平均气温27℃，极端最高气温38℃（1966 年），气象条件非常有利于臭氧的生成和聚集。独特的地理位置和气侯条件造成了臭氧浓度较邻近城市的值要高。

2.4 大气中还原性物质的减少导致大气光化学平衡被打破

出现大气中臭氧浓度过高的主要原因就是臭氧的生成速率＞消耗速率，大气光化学平衡被打破，大气处于氧化状态，而消耗臭氧的还原性物质变少或参与反应的速率变慢，导致臭氧的不断积累。近年来煤改电和煤改气的大力推进使具有较强还原性的SO2（同时具有一定的弱氧化性）大幅降低，在某种程度上助推了臭氧的升高。这只是一种推测尚待探究，但绝不能因此否认控硫对空气质量改善的积极意义。

2.5 适当考虑植物源VOCs对臭氧生成的影响

植物会释放诸如异戊二烯一类的VOC，这种物质是臭氧形成的前体物。据中国科学院生态环境研究中心研究成果显示，从全球尺度看，植物源挥发性有机物BVOCs 约占VOCs 排放总量的90%，远高于人为源VOCs 排放。香港的相关研究测算，BVOCs 占总排放量的30%左右。自然环境中具有光化学活性的挥发性有机物由植物代谢释放的占比不容忽视。

市区对照点白马寺点位臭氧浓度明显长期偏高，一方面海拔高度相较其它点位高，其次是否受植物源VOCs 影响也有待研究。

3 防控建议

3.1 增加VOCs监测设备，充分发挥单颗粒物气溶胶、激光雷达，VOC走航等先进监测设备作用，为臭氧防治工作提供科学依据

晋城市区目前仅在个别企业安装有VOCs 监测设备，且无其它指标测试数据；而其它国、省控等点位有O3和NOx 数据却无VOCs 监测指标，故应尽快完善VOCs 监测系统，以便结合VOCs、NOx及O3三者数据实时变化趋势进行综合分析。同时要充分发挥单颗粒物气溶胶、激光雷达，VOC 走航等先进监测设备的科技支撑作用，为臭氧污染的精准防控提供科学依据。

目前我市尽管已有单颗粒物气溶胶、激光雷达，VOC 走航等先进监测设备，但对大气污染分析研判的科技支撑作用不充分，原因主要有：（1）目前环境空气质量主要还是天气依赖型，必须高度重视气象条件，充分结合气象因素分析研判；（2）必须建立本地的污染源谱数据库，选择恰当的预测模式和初始入口参数进行评估预测，提高预测的准确率；（3）基础性研究工作不充分，亟待加强；（4）测点的选择和走航方案的设计需科学优化，务求实效。

3.2 强化VOCs和NOx的管控，从源头上控制臭氧的产生

尽管生成臭氧的光化学反应机理很复杂，但生成臭氧的前体物主要是VOC 和NOx却是普遍认同的，因此要控制臭氧，首先要控制生成臭氧的物质基础VOC 和NOx，编制详尽的污染源清单，从一切产生和排放VOCs 及NOx的环节严管严控严治。在过去很长一段时间内，我国环境管理、污染防控重点都放在控制颗粒物、二氧化硫和氮氧化物等常规污染物上，对于挥发性有机物，尤其是具有光化学活性的挥发性有机物控制关注较少，而由植物代谢释放的具有光化学活性的挥发性有机物更易忽视，导致臭氧污染问题日益突出。

3.3 大力发展公共交通，倡导绿色出行，严厉打击超标车辆

政府必须高度重视公共交通在节能减排、缓解拥堵、减少事故中的重大作用，积极发展新能源和混合动力汽车，提高油品质量，不断提高机动车尾气自动监测系统在城市和集镇的点位布设量，加大对高排放车辆的检测抽查力度，并确保对每台超标车辆的处罚处理到位。倡导绿色岀行方式，不断提高对公共自行车系统的财政补助力度。在森林城市创建和园林绿色工作中，注意选择推广低BVOCs 树种；多措并举，努力实现降低臭氧背景浓度的目的。

结语

臭氧在全国许多地区已逐渐成为仅次于PM2.5 的首要污染物，在夏季尤为突出。本文仅对晋城市区夏季臭氧污染的生成原因做了初步的分析和探讨，造成臭氧污染的原因很多，臭氧生成机理的研究也在不断深入。只有基于对环境空气质量监测数据的长期分析，并结合当地污染特征以及臭氧生成机理的深入研究基础上，才能逐步找到生成臭氧的真正原因，为防控臭氧污染提供科学合理的建议。