低碳背景下太原市大气O3和PM2.5协同防治研究

何秋生，李宏艳，崔 阳，郭利利，田 晓，王 爽

(太原科技大学 环境科学与工程学院，太原 030024)

为适应国家生态环境保护的需求，太原市以产业布局、城市建设和交通优化为主，包括重污染企业的停产迁建，城中村改造和城区快速路网建设等，城市面貌和环境质量得到显著改善。PM2.5污染得到显著改善，但颗粒物仍然是首要污染物，全面达到一级标准仍有很大差距。太原城区O3浓度持续上升，O3污染治理已成为大气污染防治的核心工作内容之一。根据O3污染生成机理，制定因地制宜的前体物(VOCs和NOx)协同减排目标和措施，关注重点行业，从典型企业入手推进减排工作，是实现“十四五”时期太原市大气PM2.5和O3污染的协同治理的基础和保障。

1 空气质量现状

太原市城区环境空气质量综合指数自2016年到2020年，从7.66持续下降到5.91，空气质量改善明显，总体向好。优良天数统计显示，2020年太原市优良率达61%，中度污染以上天数由2016年的52天减少到2020年的27天，下降比率达48%.各项环境污染物浓度显著下降。首先，城中村改造和集中供暖的散煤消除的成效显著，SO2和CO显著降低，2020年相比2016年分别下降75%和46%(图1).2020年太原市PM2.5和PM10年均浓度分别为54和95 μg/m3，相比2016年分别下降18%和24%；年均NO2高达45 μg/m3，基本未下降，个别时段升高明显，O3呈明显上升趋势，从2016年的140 μg/m3上升到2020年的186 μg/m3，上升幅度达33%，特别是在6-9月的夏季，O3超标天数占45%左右。太原市大气污染从煤烟型向以PM2.5和O3为特征的区域复合型演变。面临PM2.5和O3污染日益凸显的双重压力，太原市环境空气质量改善需加强夏季VOCs和秋冬季PM2.5综合治理。

图1 2016-2020年太原市六参污染物浓度

2 PM2.5和O3污染特征

VOCs和NOX是大气O3生成的重要前体物[9-10]。太原及周边区域的焦化、炉窑和机动车等是NOX的主要排放源，受烟气脱硝效率的影响，一直保持较高态势。太原市VOCs的水平从2015年77.07 μg/m3降低到2019年的51.37 μg/m，C2-C5低碳化合物占比为70%左右，其中低分子烯烃占比47%～87%，显示极大的O3生成潜势[10-14]。煤焦相关污染物乙烷、乙烯、乙醛和苯等总贡献达60%以上[9]。控制焦化行业烯烃类化合物的排放对太原市夏季O3污染防控至关重要。

源解析结果显示太原市VOCs和PM2.5主要来源于焦化、机动车尾气、燃煤、工业、溶剂使用和生物质燃烧等[5,8-12]。焦化源污染排放VOCs和NOX贡献整体超过30%，O3生产潜势超过50%；燃煤贡献在20%～30%，秋冬季贡献明显升高；机动车贡献在20%左右，夏季以非道路移动机械影响为主[9-12]。受特殊的气象条件和地形的影响，太原市VOCs和NOX主要来自太钢和清徐及孝义等地焦化工业污染排放[9-12]，秋冬季受气温影响，边界层下降，太原及南部晋中和吕梁四县表现出污染一体积累升高，并在夜间向太原市城区“倒灌”的特征。太原市大气污染控制需要做好地区污染消减，同时应该进行太原盆地焦化等重点行业的联防联控[15-16]。

3 大气污染协同防治

按照国家生态环境部要求，太原市大气环境治理经历了烟尘防治、烟气脱硫(SO2)、总量控制、复合型污染防治阶段，从污染排放水平和总量控制为核心，向以大气环境质量改善为目标的转变。预计2021年底太原市PM2.5、PM10、SO2、NO2和O3年均浓度在52 μg/m3、84 μg/m3、13 μg/m3、41 μg/m3和186 μg/m3左右，维持2021年变化幅度，至“十四五”末太原市PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO和O3年均浓度在44 μg/m3、52μg/m3、5 μg/m3、25 μg/m3、1.3 mg/m3和186 μg/m3左右。其中SO2、NO2和CO已同时达国家二级标准(60 μg/m3、40 μg/m3、4 mg/m3)和WHO指导值(20 μg/m3、40 μg/m3、4 mg/m3)，PM10已达国家二级标准(70 μg/m3).假设到2030年太原市其他污染物平均浓度也达国家二级标准，那么PM2.5和O3需分别降低20.5%和14.0%；到2060年这些污染物基本满足WHO指导值，那么在2030年的基础上，到2060年PM2.5、PM10和O3需分别降低71.4%、61.5%和37.5%(图2).可见要实现此目标值，太原市要在“十四五”期间重点加强对高污染和高能耗行业的污染减排。

图2 2020-2060年太原市空气质量指标预测

鉴于大气污染物与温室气体具有同根同源、同时排放的特征，统筹好减污降碳工作，以二氧化碳排放达峰目标与碳中和愿景为牵引，把降碳作为源头治理的主要抓手，以产业、能源、交通等结构调整为手段，协同控制温室气体与污染物排放，优化空气质量改善排放路径，实现减污降碳协同增效[17-18]。基于2020年太原市重点行业排放清单，太原市协同控制思路为：

(1)基于空气质量改善的需求，以PM2.5和O3协同控制，进行污染源减排，落后产能的淘汰和现有企业的严格超低排放标准的实施，十四五后，进行结构调整和产能的消减。

(2)考虑到山西能源供应的特殊性，电力和焦炭超过70%外输，按照2030年的目标要求，节能减碳应以降低火电和焦炭的产能产量为主[19]。

(3)考虑到太原运输结构的特殊性，加快推进“公转铁”，可减少CO2、氮氧化物1077.97吨和11.50吨，同2020年底相比均减少35%.

此外，积极推进太原西北区域植树造林，涵养水源，增加自然碳汇，也是地区生态环境持续发展的重要内容。

4 结语

“十四五”时期是我国实现“碳达峰”目标的关键期。煤焦作为主导的能源和产业结构，太原市需要在国家中部和黄河流域高质量发展精神和政策指引下，实施产业机构调整和增加碳汇，实现“减污降碳”的中长期转型发展规划。