珠江三角洲地區(qū)空氣污染觀測與思考

付曉辛 王新明

（中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所有機(jī)地球化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州，510640）

珠江三角洲地區(qū)空氣污染觀測與思考

付曉辛 王新明

（中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所有機(jī)地球化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州，510640）

根據(jù)環(huán)境質(zhì)量公報，作為珠江三角洲中心城市的廣州市，二氧化硫(SO2）、二氧化氮(NO2）和可吸入顆粒物(PM10）年均濃度已從2004年的72、77和97μ g m-3分別下降至2013年的20、52和72μ g m-3。可見，珠三角地區(qū)空氣質(zhì)量惡化已得到有效遏制，整體明顯好轉(zhuǎn)。近年來細(xì)粒子污染(PM2.5）已被納入常規(guī)業(yè)務(wù)監(jiān)測。根據(jù)我國新出臺的環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB 3095-2012），在2012和2013年，廣州市10個國控點(diǎn)的二氧化硫和一氧化碳(CO）達(dá)標(biāo)率均為100%，超標(biāo)項(xiàng)目為顆粒物（PM2.5/ PM10）、二氧化氮和臭氧（O3）。雖然這兩年間空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)天數(shù)為70%左右，各站點(diǎn)錄得輕度污染以上天數(shù)均超過100天，但每年的中度污染天數(shù)只有10-30天，重度污染少于5天，嚴(yán)重污染基本消失。2013年廣州市各國控點(diǎn)PM2.5濃度已降到約50μg m-3，雖然與標(biāo)準(zhǔn)中的年均值（35μg m-3）還有一定距離，但已低于上海和北京的年均值。與此同時，灰霾天數(shù)也已降到每年60天左右，遠(yuǎn)低于我國其它城市群地區(qū)中心城市的灰霾天數(shù)。這些都說明珠三角地區(qū)大氣污染治理成效顯著，空氣質(zhì)量總體趨好。

廣州萬頃沙2007-2013年秋冬季PM2.5及其主要組分質(zhì)量濃度變化趨勢

對于普遍關(guān)注的PM2.5，近年來其變化趨勢如何？其主要組成又有哪些變化？我們于2007-2013年期間珠江三角洲地區(qū)灰霾頻發(fā)的秋冬季節(jié)，在廣州萬頃沙觀測點(diǎn)通過膜采樣方法收集24小時PM2.5樣品，分析其質(zhì)量濃度和化學(xué)組成。PM2.5主要組成包括硫酸鹽（SO42-）、硝酸鹽（NO3-）、銨鹽（NH4+）等無機(jī)氣溶膠和含碳?xì)馊苣z（有機(jī)氣溶膠（OM）和元素碳（EC）），其中有機(jī)氣溶膠已成為PM2.5中第一大組分，所占比例達(dá)到40%左右，而硫酸鹽、硝酸鹽、銨鹽和元素碳分別占19%、10%、8%和4%，此五者總和已達(dá)到PM2.5質(zhì)量濃度的80%以上。

從上圖的年際變化趨勢來看，PM2.5濃度呈顯著下降趨勢，年均降低約8μg m-3（p＜0.01）。有機(jī)碳（OC）、硫酸鹽和元素碳（圖中未顯示）濃度均呈顯著下降趨勢（p＜ 0.01），降幅分別為1.1、1.5和0.4μg m-3yr-1，但硝酸鹽和銨鹽沒有顯示出統(tǒng)計意義上的變化趨勢（p＞0.05）。利用元素碳示蹤方法進(jìn)一步分析表明，平均占到有機(jī)碳質(zhì)量濃度近60%的一次有機(jī)碳（POC）濃度顯著降低（1.0μg m-3yr-1, p＜0.01），而二次有機(jī)碳（SOC）沒有顯著變化趨勢（p＞0.05）。基于顆粒物組成和美國IMPROVE方法計算PM2.5對大氣消光的貢獻(xiàn)，硫酸鹽，有機(jī)氣溶膠和硝酸鹽對消光系數(shù)的貢獻(xiàn)超過了85%。另一方面，我們對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行源解析的結(jié)果表明工業(yè)污染對廣州市PM2.5的直接和間接貢獻(xiàn)在30%左右，其中主要與能源工業(yè)（火電廠）和工業(yè)鍋爐排放的二氧化硫、氮氧化物（NOx）以及粉塵有關(guān)，另外也包括工業(yè)排放的揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）生成的二次有機(jī)氣溶膠。

從PM2.5及其主要成分的濃度變化趨勢中不難發(fā)現(xiàn)，硫酸鹽是廣州市灰霾形成最重要的貢獻(xiàn)因素之一，廣州市乃至珠江三角洲地區(qū)之所以PM2.5濃度和灰霾天數(shù)都呈明顯下降趨勢，在我國三個重點(diǎn)經(jīng)濟(jì)區(qū)中狀況最好，粵港聯(lián)合脫硫取得實(shí)效是最重要的原因之一。二氧化硫/硫酸鹽是區(qū)域性的污染物，還需進(jìn)一步加強(qiáng)珠三角乃至廣東省在該方面的聯(lián)動控制。有機(jī)氣溶膠是當(dāng)前廣州PM2.5質(zhì)量濃度中所占比例最大的組分，對能見度變化也有很大影響。一次有機(jī)碳的顯著降低反映了珠三角地區(qū)對于一次直接排放源的有效控制。揮發(fā)性有機(jī)物是二次有機(jī)碳的重要前體物，二次有機(jī)碳濃度穩(wěn)定甚至略有增長的趨勢反映了控制揮發(fā)性有機(jī)物排放的必要性。廣州市空氣的揮發(fā)性有機(jī)物中，對二次有機(jī)氣溶膠貢獻(xiàn)最大的是苯系物，對臭氧形成貢獻(xiàn)最大的也是苯系物（另一個是烯烴），所以控制苯系物具有一箭雙雕的作用。源解析結(jié)果表明，苯系物最大的兩個來源是工業(yè)溶劑和機(jī)動車尾氣。我們應(yīng)該關(guān)注與揮發(fā)性有機(jī)物排放特別是苯系物排放的重點(diǎn)行業(yè)，即化工行業(yè)和一些具有噴涂工藝流程的工廠。另外，硝酸鹽對灰霾形成的貢獻(xiàn)也不容小覷，且氮氧化物對光化學(xué)污染的形成十分重要。火電廠和工業(yè)鍋爐既是二氧化硫排放的主體來源，也是氮氧化物的重要來源（另一重要來源是機(jī)動車尾氣）。無論是應(yīng)對PM2.5和灰霾，還是就應(yīng)對光化學(xué)污染問題，都不能松懈火電廠和工業(yè)鍋爐脫硫脫硝，特別是要把脫硝達(dá)標(biāo)真正落實(shí)。值得關(guān)注的還有銨鹽，作為顆粒物中最重要的堿性組分，雖然它在廣州PM2.5組成中只占到了8%，但單就其濃度而言已經(jīng)與硝酸鹽接近，甚至已經(jīng)超過了歐美國家PM2.5的濃度，且它對新粒子的生成和增長過程有重要影響。近年來銨鹽居高不下的濃度應(yīng)引起重視，作為其主要排放源的牲畜養(yǎng)殖業(yè)和化肥施用過程應(yīng)該進(jìn)一步規(guī)范化處理。

我們必須清醒地認(rèn)識到，廣州市當(dāng)前還有約30%的天數(shù)空氣質(zhì)量未達(dá)標(biāo)，“行百里者半九十”，未來空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)之路仍然充滿艱辛甚至變數(shù)。當(dāng)前廣州市空氣質(zhì)量主要難題有二：一是“看得見”的PM2.5污染，灰霾也與此緊密相關(guān)；二是“看不見”的臭氧污染。按發(fā)達(dá)國家治污歷程，臭氧可能在未來更長時間內(nèi)成為困擾城市群地區(qū)空氣污染的頑癥。以廣州市為例，PM2.5污染水平呈明顯下降趨勢，但臭氧污染問題日益突出，2012年廣州市10個國控點(diǎn)測得的臭氧超標(biāo)天數(shù)平均達(dá)到15.8%，接近PM2.5的超標(biāo)率（18.0%）；而在中心城區(qū)的下風(fēng)向地區(qū)，測得的臭氧最大小時濃度超過400μg m-3，其超標(biāo)率甚至超過PM2.5。總體而言，PM2.5和臭氧均是以二次生成為主的大氣污染物，其主要來源并不是各污染源的直接排放，因此其控制策略也必須建立在理順直接排放的前體物和二次生成物的相互關(guān)系上，精準(zhǔn)控制，才能取得更好實(shí)效。特別地，目前廣州市PM10和PM2.5下降趨緩甚至略有反復(fù)，PM2.5污染控制可能遇到了瓶頸，如何突破當(dāng)前的平臺期，是非常重要的問題，不僅要在“準(zhǔn)”上下功夫，真正弄清污染成因和來源，找到真正的著力點(diǎn)，而且要在軟調(diào)控政策和硬技術(shù)方法上同時發(fā)力。具體針對廣州市，建議以下幾個方面作為下一步空氣治污工作的重點(diǎn)：

（1）綠色交通。這其中包括兩個層面：一是系統(tǒng)提升“車品”和“油品”，收嚴(yán)尾氣排放限值，改“限購”為“減用”。二是發(fā)展和優(yōu)化公共交通網(wǎng)絡(luò)，提高機(jī)動車行駛速度，把“防堵”工作擺到重要位置。

（2）綠色產(chǎn)業(yè)和綠色能源。目前要在進(jìn)一步加強(qiáng)電廠和工業(yè)鍋爐脫硫脫硝同時，逐步把控制揮發(fā)性有機(jī)物提上日程。珠三角地區(qū)中小企業(yè)數(shù)量眾多，對揮發(fā)性有機(jī)物排放貢獻(xiàn)可能占有相當(dāng)大比例，但目前是監(jiān)管的盲區(qū)，所以中小企業(yè)的監(jiān)管是一個新的難題。綠色能源方面廣州市應(yīng)該在節(jié)能降耗的前提下，增加清潔能源的比例，減少煤炭消耗量。

（3）加強(qiáng)面源控制。氨氣主要源于農(nóng)業(yè)活動、城市生活污水等過程排放，應(yīng)加強(qiáng)大型畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染治理，同時引導(dǎo)農(nóng)田菜地合理施用氮肥，增強(qiáng)城市生活污水處理率與處理水平。

（4）減少和控制秸稈燃燒，禁止露天焚燒垃圾。

（5）建立灰霾預(yù)測預(yù)警機(jī)制，加強(qiáng)區(qū)域聯(lián)防控。PM2.5是區(qū)域性污染物，致霾粒子有異地輸入來源。灰霾問題必須加強(qiáng)區(qū)域預(yù)警協(xié)調(diào)，在上級政府協(xié)調(diào)下及時采取預(yù)防和應(yīng)對措施，聯(lián)防聯(lián)控。

（6）鼓勵全民參與和社會監(jiān)督。治理PM2.5不僅需要政府的努力，更需要社會廣大民眾的積極參與。要通過各種媒體宣傳，加強(qiáng)大氣污染防治的知識普及和宣傳教育，發(fā)動市民采取行動參與減排。