吉安市臭氧(O3)污染特征及对策分析

2020-06-29吴丽芳徐宝平朱剑玲

江西化工 2020年3期

何丹吴丽芳涂翔徐宝平朱剑玲

(江西省环境保护科学研究院，江西南昌 330039)

1 引言

目前，学术研究界普遍形成的共识是城市近地层臭氧是典型的二次污染物，臭氧污染不是污染源直接排放产生的，而是排放到空气中的挥发性有机物(VOCs)、氮氧化物等在太阳紫外线照射及一定的气象条件下(如强日光、高温度和低湿度等)，经过一系列复杂的光化学反应，生成大量的臭氧、过氧乙酰硝酸酯、含氧有机物以及PM2.5等二次污染物[1-4]。

科学治理臭氧控制好前体物VOCs和氮氧化物是重点，VOCs和氮氧化物的比值关系是决定臭氧浓度高低的关键。2012年以来，全国氮氧化物排放总量有所下降，但VOCs排放总量还在上升，VOCs和氮氧化物排放量的比值一直上升，这是当前臭氧污染发生的根本原因。我国当前执行的臭氧标准已是世界卫生组织最严标准，许多地区PM2.5浓度下降，但臭氧浓度上升。VOCs防治比氮氧化物更复杂，VOCs后面有一个S，表示VOCs有好几百种，包括非甲烷烃类(烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃、卤代烃等)、含氧有机物(醛、酮、醇、醚等)、含氮有机物、含硫有机物等，要弄清楚这些VOCs主要行业分布并实施减排。研究表明，对于臭氧的生成，烯烃(乙烯、丙烯)、芳香烃(二甲苯、甲苯)和含氧有机物(甲醛、乙二醛、乙醛)贡献较大，而民用、交通和工业部门对上述污染物排放贡献率较高。协同控制理念已经得到共识，在治理实践中必须有更多的落地应用。

本文将通过对吉安市2017年4月O3超标时段，O3小时均值变化趋势，O3浓度空间分布情况进行分析，初步探讨臭氧(O3)超标的原因，为吉安市采取有效措施控制O3污染，逐步改善环境空气质量提供科学依据。

2 数据与方法

本文大气污染物O3和NO2数据均来源于江西省环境监测中心站共享数据。吉安监测站点包括市环境监测站、红声器材厂、森林工业局、青原区法院，等4个环境空气国控站点。市环境监测站位于吉安市吉州区大桥西路23号市环保局10楼楼顶，东经：114°59′25″、北纬：27°07′14″，红声器材厂位于江西省吉安市吉州区跃进路中等专科学校教学楼7楼楼顶，114°58′31″、北纬：27°04′50″；森林工业局位于江西省吉安市吉州区尚义路凤凰小学教学楼5楼楼顶，东经：114°57′58″、北纬：27°05′59″，青原区法院位于江西省吉安市青原区东井冈路天立实验小学教学楼7楼楼顶，东经：115°00′27″、北纬：27°05′54″。

图1 吉安市国控站点分布图

3 结果与讨论

3.1 2017年4月吉安市环境空气基本情况

2017年4月，吉安市平均优良天数比例为60%，环比上月下降30.3个百分点，同比去年下降40个百分点，为全省11个设区市最低。

全市超标天数共12天，首要污染物全部为臭氧。PM10、PM2.5、SO2、NO2、CO等5项主要污染物浓度均未超标，O3超标12天。O3超标是2017年4月吉安市优良天数比例降低的原因。

3.1.1 O3超标时段分析

图1给出了2017年4月吉安市O3超标时段分布及日变化情况，结果表明：2017年4月，吉安市O3浓度日变化情况与全省其他设区市变化整体趋势一致，但O3浓度明显整体高于其他设区市。在O3超标时段分布上，吉安市O3超标时间段集中在4月1-4号、13号、22-24号、27-30号。全省O3超标的8个设区市和吉安市的O3超标时段高度重叠，说明全省O3超标受气象条件、污染物排放的叠加影响。

图2 2017年4月O3超标时段分布及日变化情况图

3.1.2 O3小时均值变化趋势分析

从图2吉安市O3小时均值日变化趋势分析来看，O3小时浓度总体上呈现明显的单峰型日变化特征，从0时～7时，O3小时浓度逐渐降低；8时开始，O3小时浓度逐渐上升，在13时～19时维持较高水平，其中16时为最高值；从19时开始，浓度又渐趋下降。结果说明，O3小时浓度的日变化与太阳辐射密切相关，白天浓度高，夜间浓度低[5]。

图3 2017年4月吉安市O3浓度变化趋势图

3.1.3 O3浓度空间分布情况

2017年4月，吉安市四个国控监测站点O3浓度值相差不大，处于同一水平。结果表明O3污染受全市中心城区整体大范围的影响，局地小环境对O3污染影响不大。

3.2 2017年4月全省环境空气基本情况

3.2.1 臭氧作为首要污染物超标天数情况

全省臭氧作为首要污染物的超标天数对比情况见表1。与去年同期相比，2017年4月全省11个设区市臭氧作为首要污染物的超标天数大幅增加，臭氧污染呈现上升趋势。

表1 全省臭氧作为首要污染物的超标天数(天)

3.2.2 NO2浓度日变化情况

分析了2017年4月全省11设区市NO2浓度日变化趋势情况，如图3所示。2017年4月，吉安市NO2浓度日变化情况与全省其他设区市变化整体趋势一致，但NO2浓度整体明显低于其他设区市。

3.3 全国臭氧污染趋势分析

近年来，全国臭氧浓度逐年走高，逐步向高值区集中，呈现出明显的区域性污染特征[6]。2013～2016年，74城市O3浓度逐年上升，超标天数亦逐年上升，平均每城市每年增加3天臭氧超标日。臭氧污染呈明显日、季节变化特征。小时浓度峰值主要集中在午后至傍晚14时至18时之间。4月开始，臭氧超标问题逐步显现，5～10月，臭氧污染超标天数占全年90%以上。

自2014年起，以臭氧为首要污染物的超标天数比例超过PM10，臭氧成为继PM2.5后的另一重要二次污染物。全省臭氧污染情况与全国趋势整体一致。

近年来，随着我国管控措施推进落实，多数污染物呈下降趋势，而臭氧浓度逐年走高，逐步向高值区集中，并呈现出明显的区域性污染特征。目前，颗粒物污染依然是我国最为突出的环境问题，但随着我国大力度控制和降低颗粒物浓度，未来相当长的时期内，臭氧会成为继颗粒物后，影响空气质量的又一关键因素，需引起高度重视。

3.4 原因分析

(一)不利的气象条件

臭氧浓度与气温、日照时间等气象因素呈正相关性，4月份以来，随着光照加强、紫外线辐射强，温度升高等因素有利于臭氧前体物发生光化学反应生成臭氧[7-10]。

图4 2017年4月全省11个设区市NO2浓度日变化趋势图

2017年4月，吉安市降水量偏少、日照时数偏多，4月份平均日照时数133.2h，较去年同期(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，不利的气象条件导致吉安市环境空气质量有所下降。

随着夏季的到来，我省气温升高、日照时间增加、降水量减少，全省臭氧超标问题也将逐渐凸显。

(二)VOCs与NOx协同控制不合理

O3生成受VOCs和NOx一次排放的协同作用。目前，吉安市人为源VOCs排放中，工业源、交通源、生活源、农业源的排放基数不清，特别是化工、工业涂装和包装印刷等重点行业的排放情况尚未准确掌握，但总体上判断VOCs排放量仍呈增长趋势。而从吉安市环境空气中的NO2浓度看，其整体浓度低于其他设区市，说明当前NOx和VOCs控制力度不匹配，虽然氮氧化物减排取得了积极进展，但VOCs目前还没有得到有效控制，仍亟待加强，从而造成其2017年4月O3浓度和超标天数明显整体高于其他设区市。

(三)国控站点臭氧质控情况

2017年5月初，吉安市环保局要求国控站点维护单位对四个国控站点做O3溯源标准传递，溯源结果表明站点监测浓度值比实际值偏高，误差在国家要求的范围(±10%)内。

另外，4月1日至4月20日对仪器进行平行比对，结果表明国控站点监测值较比对仪器的监测值偏高。

3.5 措施建议

(一)强化VOCs排放摸底及新增排放控制

应建立O3前体物对臭氧生成的“贡献率清单”，摸清臭氧前体物-VOCs排放情况，弄清影响臭氧的污染源种类、污染源数量，建立VOCs排放污染源排放清单。

进一步提高行业准入门槛，严格控制新增污染物排放量。严格限制石化、化工、包装印刷、工业涂装等高VOCs排放建设项目。新建涉VOCs排放的建设项目，实行区域内等量或倍量削减替代，并纳入环境执法管理。新建项目要强化源头控制，使用低VOCs含量原辅材料，加强废气收集与处理，减少污染排放。

(二)强化VOCs与NOx协同减排

应结合本地O3污染形成和来源特征，加强VOCs和NOx排放对O3生成的敏感性分析，明确O3污染的主控因子，并充分考虑PM2.5污染控制对NOx的减排需求，确定适宜于本地的VOCs与NOx减排比例。对工业源、移动源、生活源等多类污染源综合施策，同时兼顾区域PM2.5的控制要求。

由于臭氧的形成机理十分复杂，控制难度大，目前包括发达国家在内臭氧污染也是尚未完全解决的大气污染问题。而VOCs和氮氧化物的比值关系的合理区间对臭氧控制最有利，学术界并没有给出结论。因此，建议设立相关科研专项，邀请有关科研院所或高校进行相关研究。

(三)强化国控站点的质量控制

建议吉安市加强与维护单位的协调沟通，定期对比检测，加强质量控制，科学表征数据，避免因仪器设备的偏差造成O3浓度整体偏高。