简析亳州市O3污染成因及防治措施

纪卫章

（亳州市生态环境监测站，安徽 亳州 236800）

引言

亳州市O3污染成因复杂，主要由工业排放、机动车尾气和挥发性有机物等因素引起，高温、强日照和稳定的大气层结构也是O3生成的关键条件。有效防治O3污染需采取综合性措施：如减少工业排放和机动车尾气排放，加强大气污染治理；控制挥发性有机物排放，加强涂料和溶剂行业管理；提升能源利用效率，推广清洁能源；加强监测与预警系统建设，及时采取减排措施；培养公众环境意识，促进社会共治。我们只有采取综合措施，才能有效降低O3污染水平，改善空气质量[1]。

1 O3污染成因及来源解析

1.1 跟踪典型O3污染过程，剖析亳州市夏季臭氧污染成因

1.1.1 2023年6月一次典型臭氧污染过程分析（图1）

图1 2023年6月O3污染日周边污染形势图

2023年6月8-16日期间，亳州市发生了一次长达9天的O3污染过程，其中6月10日达到中度污染等级（256 μg/m3）。分析结果显示，在不利的气象条件下，区域传输叠加在本地生成影响，是本次长时间O3污染过程的重要原因。

从6月5日起，京津冀地区和中东部部分地区呈现O3轻度污染现象；6日起，黄河中游及山东省部分地区污染加重；7日起山东省部分城市出现中度污染等级；6月15日起京津冀地区出现重度污染等级，O3污染气团整体在京津冀及周边和长三角北部地区游弋。

由图2可见，区域O3污染水平的整体升高和水平传输是形成此次大范围O3污染过程的一个重要因素。与此同时，此次污染过程期间，亳州市气温环比上升4.9度，相对湿度下降2.1个百分点，风速升高5.7 m/s，气象条件有利于O3的生成。期间O3-8h最高浓度达256 μg/m3。从8-16日O3污染过程来看，亳州市白天相对湿度整体较低，小时低值基本在20%左右，气温较高，小时高值基本在35 ℃左右，且风向较为多变辐合，无持续扩散风向，整体有利于O3的生成积累。从前体物看，8日、9日夜间，亳州市NO2浓度持续攀升，小时浓度高值达到51、57 μg/m3，较白天低值上升8倍以上；VOCs组分中烷烃、烯烃和芳香烃浓度同样保持上升态势（峰值浓度分别为29.2、10.0和6.6 μg/m3），较白天低值上升2.3、4.1和1.3倍。

图2 2023年6月O3污染过程安徽省地级市刷色图

此外，O3激光雷达监测数据显示：8-16日，伴随区域性O3污染过程影响，亳州市夜间高空O3持续保持较高浓度（图3），消散作用减弱，叠加白天持续高温及低湿气象条件影响，导致亳州市O3浓度升幅较大（10日小时峰值浓度为283 μg/m3）；随着17-19日阴雨天气影响，亳州市O3污染过程结束。

图3 2023年6月8-16日污染过程期间亳州市O3浓度探空图

VOCs组分监测数据显示：乙醛、乙烯、异戊烷、丙醛和异戊二烯对O3生成潜势贡献较大，占总VOCs O3生成潜势的67.6%。组分中前十物种为乙醛、异戊烷、丙酮、二氯甲烷、丙烷、乙烷、苯、氟利昂-12、氯甲烷、氟利昂，11日均值占总VOCs日均值的64.57%。油气挥发、移动源、溶剂使用源、植物源对亳州市O3生成贡献相对较大。

1.1.2 2022年10月O3-PM2.5双超标过程分析

2022年10月22-23日，皖鲁豫交界地带发生区域性污染过程，部分城市出现PM2.5与O3日均浓度“双超标”污染。分析结果显示，亳州市此次“双超标”污染过程受燃煤、生物质燃烧影响较大，应有针对性地加强管理。

21日起，苏皖鲁豫交界地带基本呈现夜间静稳、高湿状态，PM2.5生成、累积明显；22日白天区域内以北风为主，受京津冀影响较大；23日以东、东北风为主，污染带整体向西南移动。在此期间，亳州市夜间相对湿度较高（90%以上）、风速较小、近于静稳（1 m/s左右）；午后温度均接近25℃、相对湿度均在50%以下，气象条件整体有利于PM2.5、O3的生成和积累；叠加NO2、SO2浓度大幅抬升，二次生成速率加快、夜间硝酸盐-硫酸盐浓度快速上升，导致亳州市在22日、23日，PM2.5和O3-8h浓度同时超标。本次污染过程中，SO2与PM2.5、OM变化趋于同步，且伴随K+、Cl-等生物质特征组分浓度上升，反映出燃煤、生物质燃烧对于此次污染过程影响较大。

1.1.3 臭氧与气象因子相关性分析

从影响O3的主要气象要素来看，2023年4-6月，京津冀及周边地区、汾渭平原、长三角地区受气温升高、降水减少等因素影响，O3污染气象条件同比偏不利。与近四年同期相比，京津冀及周边、汾渭平原、长三角、长江中游地区气象条件偏不利，主要表现为降水较5年均值明显偏少[2]。区域污染排放并未降至足以摆脱气象影响的程度，如遇高温等不利气象条件，依然会诱发O3污染过程。特别是今年夏季北半球总体气温异常偏高，我国多地最高气温达到或突破历史极值，给O3污染防治带来很大挑战。2019-2022年5-9月期间，亳州市O3小时浓度高值时段主要集中在27 ℃以上、相对湿度43%以下区间；风速较大条件下，亳州市O3小时浓度高值出现频繁。

1.1.4 臭氧与其他污染物协同性分析

2017-2023年5-7月期间，PM10、PM2.5和NO2浓度，在O3超标日较O3非超标日高，呈现一定的多污染物协同污染效应。PM10在O3超标、非超标日浓度差异较大；PM2.5随着浓度的降低，其差值呈现一定的缩小趋势；NO2浓度波动下降，2020、2021、2022年降幅明显，2023年有所反弹，但5-7月均值基本达到10 μg/m3以下；此外，2023年O3超标日NO2浓度相比非超标日浓度较高（图4）。

图4 2017-2023年5-7月亳州市O3污染、非污染日PM10、PM2.5和NO2浓度差异

此外，2017-2023年7月31日，亳州市共发生12天PM2.5-O3双超标污染日，间或伴随PM10超标现象，呈现一定的复合污染特征，其中2023年亳州市没有发生PM2.5-O3超标事件。从污染物浓度来看，双超标事件中各污染物浓度均有所下降，呈现一定的下降特征。

1.1.5 臭氧超标与非超标日各参数变化

2023年5-7月期间，亳州市O3-8h超标日与非超标日NO2及各气象参数小时值与变化速率差异明显。O3-8h超标日全天时段的NO2浓度均高于非超标日、白天各时段温度高于非超标日并长时间维持在30 ℃以上、相对湿度整体低于非超标日各时段且白天长时间维持在40%以下、风速明显低于非超标日，整体有利于O3的快速生成。

O3-8h超标日上午时段NO2及相对湿度下降速率、温度、风速上升速率均大于非超标日。O3小时浓度从8点起开始净累积，且O3-8h超标日8-12时O3小时浓度升高速率明显大于非超标日，与NO2的消耗及温度上升速率有较强的一致性。

1.2 O3污染关键前体物VOCs污染特征及来源研究

本文以亳州市O3-8h浓度超标较为频繁的6月份为目标，采用OBM模型分析亳州市O3生成敏感性。结果显示：亳州市O3生成以VOCs控制为主。单独减排VOCs和协同减排VOCs/NOx均能缓解O3污染，而单独减排NOx基本没有成效，甚至可能出现加重污染的结果[3]。

相关研究以2022年和2023年6月亳州学院超站VOCs组分监测数据为基础，利用PMF研究方法对亳州市环境空气中的VOCs开展来源解析。结果表明，2022年6月，亳州市VOCs主要来源为工艺过程源，占总排放量的25.1%；机动车尾气、油气挥发和溶剂使用源占比相当，分别占总排放量的19.5%、18.3%和17.5%。其次是化石燃料燃烧源，占比为12.7%；包装印刷源占比相对较小，为6.8%。2023年6月从VOCs体积浓度前十物种来看，乙醛、乙烷浓度均最高，其次为丙烷、丙酮、异戊烷等C5以下烃类，一氯甲烷、二氯甲烷浓度较高。

2 臭氧污染防治建议

2.1 有针对性地开展VOCs和NOx综合减排，稳步推进O3和PM2.5协同防治

O3污染形势受气象条件影响较大，但近5年亳州市O3浓度总体稳定。国内外O3污染治理经验表明，持续开展前体物减排可推动O3浓度下降。疫情防控期间，社会生产活动水平下降、污染排放减少，O3高位浓度明显降低。因此，我们应理性看待O3污染的短期波动，保持O3污染防治定力，坚定不移地推动VOCs和NOx协同减排。

2.2 加强不利气象条件污染应对和区域联防联控

从O3污染形成规律来看，前体物积累叠加高温、低湿等不利天气条件容易造成O3浓度升高，并造成O3污染现象。此外，VOCs监测容易受到局地排放源的影响，造成浓度的波动，单点监测并不能完全反映城市的污染源排放特征。建议在O3生成敏感的天气条件下，加强对排放源的达标管控，减少上风向前体物排放影响，从而减少本地前体物的光化学生成、降低O3浓度[4-5]。

2.3 持续推进重点行业VOCs治理

相关部门应加强涉VOCs行业的控制及治理，重点加强工业涂装、汽修、包装印刷、制鞋、橡胶、家具制造、化工化纤等涉VOCs行业的污染治理和治理设施运行管理；提高涂料、清洗剂、胶粘剂、稀释剂、油墨等含VOCs原辅料的低VOCs含量产品替代率；加强对老旧机动车的淘汰管控，实施差异化的减排及控制措施，可以有效降低O3污染水平。另外，相关部门还需在制药、化工、印刷、工业涂装等重点行业逐个开展VOCs专项整治。