浅析眉山市主城区臭氧污染

2021-12-13余志清

资源节约与环保 2021年11期

余志清

（眉山市东坡生态环境局四川眉山 620000）

引言

近年来，通过实施产业结构调整、扬尘污染防控、城市精细化管控、农业面源污染治理等大气污染防治行动，颗粒物污染明显好转。但是，随着经济社会的发展，移动源和社会生活源排放的增加，由此带来的光化学污染（臭氧污染）日益加剧。本文主要通过近三年的国控站点监测数据找出污染因子季节特性与制约空气质量优良率的主要污染因子，结合今年6 月臭氧浓度与气象条件相关性及臭氧生成前体物组分浅析，找出治理方向，为下一步臭氧污染治理提供管控建议。

1 眉山市主城区污染物的特征

眉山市主城区地处四川盆地成都平原西南边缘，北挨成都，南靠乐山，西接雅安，东面与内江、资阳、自贡接壤[1]；四面环山，地形闭塞，昼夜温差小，静风出现的时间多，空气对流效果不明显，就使得盆地上空的污染物难以排出去[2]。

以2018 年-2020 年国控站点数据进行分析，影响眉山市主城区环境空气质量优良率的污染因子分别是O3、PM2.5、PM10。污染天数中，O3污染贡献最大，占比均在50%以上，分别是50%、57.7%、69.6%；其次是PM2.5。臭氧污染已然成为制约眉山市主城区优良天数达标的重要因素。各污染因子受排放源水平、四季气候变化的影响，眉山市主城区以颗粒物为首要污染物的天气主要出现在秋冬季的10 月-次年3 月之间，以臭氧为首要污染物的污染天气主要出现在春夏季的4月-9 月之间。

2 臭氧污染浅析

有研究表明，日均温度、湿度、紫外线指数、日照时数、降水量、风速等气象要素对O3污染均有较为显著的影响，具体影响情况详见表1。此外，上述气象要素中，气温、相对湿度对O3浓度影响程度远高于其余其它气象要素（气温每降低0.7℃或相对湿度每升高3%，O3浓度将降低约10ug/m3）。

表1 气象要素对O3超标天数比例的影响

2.1 臭氧生成与气象条件的关系

2021 年6 月以来，眉山市共经历四次O3污染过程，第一次污染时段为6 月5 日至6 月6 日，第二次污染时间为6 月20 日，第三次污染时段为6 月22 日至6 月23 日，第四次污染时段为6 月28 日至6 月29 日。

通过6 月份日最高温度、日平均湿度与日最大O3-8H 浓度数据分析表明，4 次污染过程，均呈现出气温越高，太阳辐射强度越强，有利于臭氧生产；湿度越高，水汽含量越高，对光的散射作用增加，减弱了紫外线辐射强度，故不利于臭氧生产。温度、湿度等气象条件与臭氧浓度的关系图见图1、图2 所示。四次臭氧污染过程，风速在1-2 级且风速保持在1 级的时段较多，在高温环境有利于日间光氧化反应，低风速的静稳天气有利于污染物积累，最终促进臭氧污染。

图1 日最大O3-8H浓度与日最高温度关系

图2 日最大O3-8H浓度与日平均湿度关系

2.2 臭氧与氮氧化物浓度关系

近地面臭氧在高温和强紫外线照射下，由挥发性有机物和氮氧化物发生光化学反应形成。臭氧污染防治分为NOx控制区和VOCs 控制区。从眉山市主城区三个国控站点数据分析：臭氧浓度随二氧化氮浓度的增加而降低，或二氧化氮浓度的减少而上升，即非线性的反比关系，属于典型VOCs 控制区。从观测数据绘制的监测站点的EKMA 曲线分析本地生产的臭氧与前体物之间的关系，站点臭氧均处于VOCs 控制区，且NOx与VOCs 的减排比例至少为3:1，且减排比例越高越有利于O3快速下降。

2.3 臭氧前体物组分监测解析

（1）臭氧前体物挥发性有机物种类研究

为精准治污、科学治污，有效减少臭氧生成。对眉山市主城区开展两次VOCs 组分监测和来源解析。2019 年9 月开展了涉及71 项的环境空气VOCs 监测，分别监测了常见的含氧（氮）挥发性有机物、烯烃、炔烃、烷烃以及芳香烃）[4]以及非甲烷总烃，监测结果显示烷烃类物种数量最多（占比42.4%），醛酮类数量次之（占比35.5%）（详见图3）。2021 年6 月，采用了TO-15（47 种组分）、PAMS（57 种组分）与醛酮类（12 种组分）混合标气，共对大气中115 种VOCs 组分展开监测，监测结果显示烷烃类化合物占比最高（占比37.9%），其次为含氧（氮）化合物（占比22.9%）。两次对主城区不同点位布设监测，监测结果均显示烷烃物种含量最多，其次是含氧（氮）挥发性有机物（详见图4）。

图3 监测点VOCs组分构成

图4 监测点位VOCs组分构成

机动车尾气主要成分是一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化物等；油品挥发性气体以及有机可燃物体均含主要成分低碳烷烃[5]。丙酮主要来源于溶剂和工业使用；低碳烯烃来源广泛，自然界植物释放、燃烧产生、工业有机溶剂、医药等精细化学品原料使用[6][7]；低碳芳香烃主要与有机溶剂使用过程和流动源有关。可以初步得出眉山市主城区VOCs 主要来源于以下几类：机动车尾气、燃料泄漏及燃烧过程、溶剂使用以及植物挥发等几方面。

（2）臭氧生成潜势分析

通过活性（MIR）来计算VOCs 的臭氧生成潜势，可以看出：烷烃类物种含量占比虽然最高，但其臭氧生成潜势相对较低，烯烃类含量占比虽然较低，但其对臭氧生成作用最大，其次为芳香烃和烷烃。具体物种来看，排放浓度前十物种和OFP 前十物种见图5，排名前十的组分有乙烯和苯。

图5 监测点位主要VOCs物种浓度与活性物种

（3）VOCs 源解析

结合大气污染源清单，对监测期间的VOCs 物种浓度数据进行来源解析，工业废气、移动源尾气、有机物料燃烧废气贡献率排名靠前，分别为29.5%、19.7%、17.7%，其次是有机溶剂使用、化工排放、天然源，贡献率依次为15.1%、9.2%、8.8%。小时来源解析结果显示，工业过程、机动车尾气、燃烧源在夜间贡献明显增加。每日VOCs 来源解析结果显示，臭氧污染日（6 月5日、6 月6 日）燃烧源和溶剂使用源贡献率明显高于非污染日，分别高出5%-20%和2%-12%。

3 管控建议

（1）进一步摸清溯源，找准症结。眉山市主城区污染源相对复杂，无明显主导行业，需进一步增加监测点位，增加监测频次，深入开展研究，摸清重点污染源企业VOCs 成分谱，长期开展大气VOC 组分观测，对臭氧、VOCs 来源和臭氧生成敏感性进行解析，明确臭氧控制区和前体物削减比例，开展识别整个主城区前体物控制重点区域、重点行业和重点对象，为有效降低臭氧污染提供有力的科技支撑。

（2）通过潜势分析，乙烯和苯这两种组分同时兼具较高的臭氧贡献潜势与管控减排潜力，应重点管控。苯、乙烯可能受监测站点周边化工、橡胶和塑料制品等企业排放影响。间/对-二甲苯、邻二甲苯、甲苯主要来自包装印刷、木制品加工、工业涂装等排放；1-丁烯、异戊烷主要来自机动车尾气和油气挥发；丙烯主要来自于机动车尾气或者化工企业排放；丙醛则主要来自于食品加工行业排放。结合第二次全国污染源普查统计结果（基数年为2017 年），VOCs 排放较大行业为工业涂装、化学原料制造业、家具制造业、塑料制品、包装印刷业和医药制造业，这6 个行业VOCs 排放量占总量的95.8%。总体来看，眉山市主城区应重点加强化工、化学原料制造、包装印刷、木制品加工、机动车尾气和油气挥发等排放源管控。