南昌縣臭氧污染特征及措施研究

易玉梅，易海晏

（1.南昌市生態(tài)環(huán)境昌南監(jiān)測中心，江西 南昌 330200；2.南昌市昌南生態(tài)環(huán)境保護(hù)綜合執(zhí)法大隊(duì)，江西 南昌 330200）

0 引言

本文以南昌縣為例，通過對(duì)該地區(qū)的臭氧污染現(xiàn)狀進(jìn)行研究，分析了臭氧的時(shí)空變化特征以及治理臭氧污染的有效措施。

1 臭氧污染及危害

造成臭氧污染的核心物質(zhì)是“光化學(xué)煙霧”，所謂的“光化學(xué)煙霧”是一個(gè)籠統(tǒng)概念，其中最常見的表現(xiàn)形式便是霧霾天氣——空氣中彌漫著大量煙霧，能見度顯著降低，人們甚至能夠聞到空氣中的異常氣味[1]。

臭氧主要分布在對(duì)流層和平流層中，大氣中90%以上的臭氧存在于距離地面10～50 km 的高空平流層。臭氧層可以吸收來自太陽的紫外線，以此保護(hù)地球生物免受紫外線灼傷。

地球臭氧層的臭氧與大氣層最底層的對(duì)流層臭氧并不是同一個(gè)概念。前者如上文所述，處于地球的平流層中，全都是天然形成的低濃度臭氧。如果在近地面高度出現(xiàn)過多的臭氧，便會(huì)造成污染，其副作用是能夠參與多種大氣污染的發(fā)生與轉(zhuǎn)化過程。例如，人們熟知的PM 2.5 等污染物在臭氧環(huán)境下，轉(zhuǎn)化形成的速度會(huì)大幅加快。另外，不同于沙塵暴、霧霾等其他污染，臭氧污染因其無色的特征而不易被察覺，又因其主要出現(xiàn)在夏秋季節(jié)，往往伴隨著晴空萬里，也被稱為“藍(lán)天下的隱形污染”。除此之外，臭氧濃度過高會(huì)對(duì)人體健康造成嚴(yán)重的損害，如造成咽喉腫痛、引發(fā)支氣管炎、造成神經(jīng)中毒、破壞人體免疫機(jī)能等。而且，臭氧還會(huì)對(duì)農(nóng)林植物的生長構(gòu)成傷害，甚至造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

2 南昌縣臭氧污染現(xiàn)狀分析

南昌縣是全國百強(qiáng)縣，近年來的工業(yè)發(fā)展速度較快，但地區(qū)環(huán)境在一定程度上也遭受破壞，尤其是臭氧污染的比重日益增加。基于此，本文主要分析了南昌縣臭氧污染的時(shí)空變化情況。

2.1 臭氧污染時(shí)間變化特征

2.1.1 臭氧污染的年際變化

從2017—2021年南昌縣臭氧濃度年變化趨勢（圖1）可以看出，臭氧8 h年均濃度和第90 百分位濃度均在2019年達(dá)到峰值，后趨于平穩(wěn)且呈現(xiàn)逐年遞減的情況。由此可見，在2017—2021年期間，臭氧污染于2019年尤為突出，在此之后，南昌縣采取了一系列臭氧污染防控措施。通過分析南昌縣2019—2021年的臭氧超標(biāo)情況可發(fā)現(xiàn)，臭氧8 h 濃度超標(biāo)天數(shù)分別為43 d、23 d、10 d，分別占當(dāng)年超標(biāo)天數(shù)的53.8%、63.9%和34.9%，雖然超標(biāo)天數(shù)占比有所波動(dòng)，但超標(biāo)天數(shù)總體呈逐年遞減的趨勢，說明南昌縣臭氧管控取得了一定的成效，臭氧污染總體可控。

圖1 2017—2021年南昌縣臭氧濃度年變化趨勢

2.1.2 臭氧污染的季節(jié)變化

為了使數(shù)據(jù)更具代表性，本文選取2019—2021年南昌縣臭氧8 h月均濃度繪制南昌縣臭氧濃度月均值變化（圖2）曲線。由圖2可知，在2019—2021年內(nèi)，臭氧8 h 指標(biāo)的月均濃度最低值為55 μg/m3，最大值達(dá)到137 μg/m3，且最高值一般出現(xiàn)在每年的9月份，最低值一般出現(xiàn)在每年的1月份。臭氧濃度較高的月份主要集中在5—10月，且在該時(shí)間段內(nèi)臭氧成為首要污染物的天數(shù)占比大，其次是4月和11月；12月至次年3月臭氧濃度均處于較低水平，且這段時(shí)間的臭氧幾乎不作為首要污染物。由此可見，南昌縣近地面臭氧濃度的變化特征之一為：具有明顯的季節(jié)性——普遍在夏季升高，在冬季降低。

圖2 南昌縣臭氧濃度月均值變化

造成臭氧濃度在夏季升高，在冬季降低的原因是，進(jìn)入夏季之后，北緯地帶與太陽之間的距離縮短，北半球陽光充足且光照強(qiáng)度大，為臭氧的生成創(chuàng)造了良好的環(huán)境。因此，臭氧的濃度總體提升，出現(xiàn)臭氧污染的概率會(huì)加大。而進(jìn)入秋冬季之后，北半球與太陽的距離拉遠(yuǎn)，在陽光照射不足的情況下，臭氧不易生成，出現(xiàn)污染的概率則會(huì)降低。

2.1.3 臭氧污染的日變化

對(duì)2019—2021年的臭氧小時(shí)濃度進(jìn)行處理，得到南昌縣臭氧小時(shí)濃度均值的日變化，南昌縣臭氧濃度日變化如圖3所示。從圖3可看出，臭氧濃度的日均變化呈現(xiàn)“單峰型”的特征，且白天的變化趨勢較為明顯，夜晚的變化趨勢相對(duì)平穩(wěn)。這一現(xiàn)象與上文所述相符合，即光照強(qiáng)度與臭氧形成之間呈現(xiàn)正相關(guān)的關(guān)系[2]。

圖3 南昌縣臭氧濃度日變化

南昌縣臭氧小時(shí)濃度變化具有明顯的日變化規(guī)律，主要分為4 個(gè)階段：①臭氧及其前體物的累積階段。臭氧在夜晚的濃度比較低，由于沒有光照，即使前體物的濃度較高，也不能引起兩者之間的反應(yīng)。因此，在0—8 點(diǎn)，臭氧的濃度變化幅度很小，呈緩慢下降的趨勢。②臭氧抑制階段。在8—9 點(diǎn)，由于上班早高峰的到來，臭氧的前體物NOX和VOCs 等濃度有所升高，尤其是一氧化氮（NO）的大量排放，加之此時(shí)太陽的光照強(qiáng)度比較弱，NO 作為還原物消耗O3，因此，8 點(diǎn)是一天中臭氧濃度最低的時(shí)候。③臭氧光化學(xué)生成階段。9 點(diǎn)之后，太陽輻射逐漸增強(qiáng)，在光照充足的情況下不斷發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)進(jìn)而生成臭氧，導(dǎo)致臭氧濃度逐漸升高，直至16 點(diǎn)左右出現(xiàn)一天中的最高值。④臭氧消耗階段。在傍晚太陽下落之后，光照強(qiáng)度和溫度均有所降低，對(duì)應(yīng)的臭氧生成速度下降，臭氧濃度也隨之降低。

2.2 臭氧的空間分布特征

為了掌握南昌縣臭氧濃度在空間上的變化情況，研究不同站點(diǎn)之間臭氧污染變化的規(guī)律，本文分別統(tǒng)計(jì)了2019—2021年南昌縣2 個(gè)省控站點(diǎn)的臭氧數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)顯示，兩個(gè)點(diǎn)位的臭氧8 h 第90 百分位濃度、超標(biāo)天數(shù)以及園區(qū)點(diǎn)位臭氧8 h年均濃度和首要污染物天數(shù)均逐年下降，但城區(qū)點(diǎn)位的臭氧8 h年均濃度和首要污染物天數(shù)略有波動(dòng)，可能是城區(qū)站點(diǎn)位周圍車流量和汽修店增加的緣故。通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，工業(yè)園區(qū)點(diǎn)位的臭氧各項(xiàng)指標(biāo)整體高于城區(qū)點(diǎn)位，但是這兩個(gè)站點(diǎn)的差距在逐年縮小，說明南昌縣的臭氧污染防控措施取得了不錯(cuò)的效果，盡管如此，仍需要注意城區(qū)點(diǎn)位周邊新增污染物排放的情況，尤其是涉及VOCs 和NOX行業(yè)污染物的排放。2021年南昌縣兩站點(diǎn)臭氧污染統(tǒng)計(jì)情況如表1所示。

表1 2021年南昌縣兩站點(diǎn)臭氧污染統(tǒng)計(jì)情況

3 南昌縣臭氧污染的控制措施

近地面的臭氧污染并不是由污染源直接排放的一次污染物，而是由大氣中的VOCs 和NOX等前體物在太陽光照射下，經(jīng)過一系列復(fù)雜的光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的二次污染物。因此，要想控制近地面臭氧污染，必須在源頭上控制VOCs 和NOX的排放。VOCs 和NOX的排放源包括人為源和天然源，本文針對(duì)產(chǎn)生VOCs 和NOX的人為源提出以下相應(yīng)的控制措施。

3.1 VOCs 排放源的控制

南昌縣VOCs 來源廣泛，有石化、醫(yī)藥、化工、家具、汽修、印刷等行業(yè)排放的廢氣，也有機(jī)動(dòng)車、加油站等油氣揮發(fā)，還有餐飲油煙等。對(duì)VOCs 的控制主要有以下3 項(xiàng)措施。

（1）優(yōu)先制定常態(tài)化應(yīng)急管控機(jī)制，可根據(jù)不同污染天氣設(shè)置預(yù)警級(jí)別，將重點(diǎn)企業(yè)納入臭氧污染天氣應(yīng)急減排清單，實(shí)行差異化的應(yīng)急減排管控，包括對(duì)企業(yè)實(shí)行錯(cuò)峰生產(chǎn)、限產(chǎn)、停產(chǎn)等管控。

（2）在南昌縣范圍內(nèi)，對(duì)涉及VOCs 排放的企業(yè)開展專項(xiàng)執(zhí)法檢查。對(duì)排放VOCs 不達(dá)標(biāo)的企業(yè)，要從嚴(yán)處罰，強(qiáng)制安裝凈化設(shè)施，否則應(yīng)當(dāng)責(zé)令立即關(guān)閉涉及排放VOCs 的生產(chǎn)線。隨著汽車保有量的增多，汽修企業(yè)隨之增加，需要重點(diǎn)開展對(duì)汽修企業(yè)的檢查，嚴(yán)禁露天噴漆作業(yè)。對(duì)于未安裝VOCs 治理設(shè)施或治理設(shè)施未正常運(yùn)行的汽修企業(yè)，應(yīng)立即停止所有噴漆作業(yè)，并責(zé)令改正[3]。

（3）通過對(duì)臭氧時(shí)空變化特征的分析可知，13—18 點(diǎn)是臭氧濃度較高的時(shí)段，可以通過減少這一時(shí)段的VOCs 排放來降低臭氧污染的形成。例如，在夏季13—18 點(diǎn)，禁止開展建筑墻體涂刷裝飾、市政道路劃線、噴涂等使用有機(jī)溶劑的作業(yè)，調(diào)整加油站裝卸油、加油作業(yè)的時(shí)間，增加霧炮灑水頻次，加強(qiáng)路面保濕降溫作業(yè)等[4]。

3.2 NOX 排放源的控制

南昌縣NOX主要來自于機(jī)動(dòng)車尾氣、化石燃料燃燒、工藝生產(chǎn)過程等，對(duì)NOX的控制主要有以下3項(xiàng)措施。

（1）減少工業(yè)源。首先，南昌縣的火電行業(yè)、煤化工行業(yè)等應(yīng)改善燃燒過程控制技術(shù)和煙氣脫銷技術(shù)，從而降低燃燒和排放的氮氧化物。其次，應(yīng)提高燃料品質(zhì)，逐漸淘汰燃煤和燃生物質(zhì)鍋爐，而使用燃?xì)忮仩t，有條件的區(qū)域可以采取集中供暖的方式。

（2）控制移動(dòng)源。隨著南昌縣汽車保有量的不斷增加，對(duì)于道路移動(dòng)源的NOX控制應(yīng)該從管理和技術(shù)兩方面同步進(jìn)行。在管理層面，主要是加大車輛管控力度，可以在多條道路設(shè)卡，加大抽查力度，禁止未曾備案、尾氣排放不達(dá)標(biāo)的車輛出行；給予購車政策補(bǔ)貼，將側(cè)重點(diǎn)集中在電車方面，降低新增車輛中傳統(tǒng)燃油車的比例。

（3）改善生活源。部分區(qū)域的居民仍在使用燃煤鍋爐，為此，各社區(qū)應(yīng)積極宣傳，鼓勵(lì)大家使用天然氣等清潔能源[5]。

4 結(jié)語

通過研究發(fā)現(xiàn)，臭氧濃度具有明顯的季節(jié)性和日變化規(guī)律，雖然南昌縣臭氧8 h年均濃度有上升趨勢，但是臭氧8 h 第90 百分位濃度以及臭氧不達(dá)標(biāo)天數(shù)均逐年下降。為了提高環(huán)境與空氣質(zhì)量，南昌縣應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)聯(lián)防聯(lián)控，協(xié)同減排，充分利用區(qū)域地形特點(diǎn)和氣象條件制定有針對(duì)性的防控對(duì)策，進(jìn)一步遏制和改善南昌縣臭氧污染情況。