簡(jiǎn)析亳州市O3污染成因及防治措施

紀(jì)衛(wèi)章

（亳州市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)站，安徽 亳州 236800）

引言

亳州市O3污染成因復(fù)雜，主要由工業(yè)排放、機(jī)動(dòng)車尾氣和揮發(fā)性有機(jī)物等因素引起，高溫、強(qiáng)日照和穩(wěn)定的大氣層結(jié)構(gòu)也是O3生成的關(guān)鍵條件。有效防治O3污染需采取綜合性措施：如減少工業(yè)排放和機(jī)動(dòng)車尾氣排放，加強(qiáng)大氣污染治理；控制揮發(fā)性有機(jī)物排放，加強(qiáng)涂料和溶劑行業(yè)管理；提升能源利用效率，推廣清潔能源；加強(qiáng)監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)，及時(shí)采取減排措施；培養(yǎng)公眾環(huán)境意識(shí)，促進(jìn)社會(huì)共治。我們只有采取綜合措施，才能有效降低O3污染水平，改善空氣質(zhì)量[1]。

1 O3污染成因及來源解析

1.1 跟蹤典型O3污染過程，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過程分析（圖1）

圖1 2023年6月O3污染日周邊污染形勢(shì)圖

2023年6月8-16日期間，亳州市發(fā)生了一次長(zhǎng)達(dá)9天的O3污染過程，其中6月10日達(dá)到中度污染等級(jí)（256 μg/m3）。分析結(jié)果顯示，在不利的氣象條件下，區(qū)域傳輸疊加在本地生成影響，是本次長(zhǎng)時(shí)間O3污染過程的重要原因。

從6月5日起，京津冀地區(qū)和中東部部分地區(qū)呈現(xiàn)O3輕度污染現(xiàn)象；6日起，黃河中游及山東省部分地區(qū)污染加重；7日起山東省部分城市出現(xiàn)中度污染等級(jí)；6月15日起京津冀地區(qū)出現(xiàn)重度污染等級(jí)，O3污染氣團(tuán)整體在京津冀及周邊和長(zhǎng)三角北部地區(qū)游弋。

由圖2可見，區(qū)域O3污染水平的整體升高和水平傳輸是形成此次大范圍O3污染過程的一個(gè)重要因素。與此同時(shí)，此次污染過程期間，亳州市氣溫環(huán)比上升4.9度，相對(duì)濕度下降2.1個(gè)百分點(diǎn)，風(fēng)速升高5.7 m/s，氣象條件有利于O3的生成。期間O3-8h最高濃度達(dá)256 μg/m3。從8-16日O3污染過程來看，亳州市白天相對(duì)濕度整體較低，小時(shí)低值基本在20%左右，氣溫較高，小時(shí)高值基本在35 ℃左右，且風(fēng)向較為多變輻合，無持續(xù)擴(kuò)散風(fēng)向，整體有利于O3的生成積累。從前體物看，8日、9日夜間，亳州市NO2濃度持續(xù)攀升，小時(shí)濃度高值達(dá)到51、57 μg/m3，較白天低值上升8倍以上；VOCs組分中烷烴、烯烴和芳香烴濃度同樣保持上升態(tài)勢(shì)（峰值濃度分別為29.2、10.0和6.6 μg/m3），較白天低值上升2.3、4.1和1.3倍。

圖2 2023年6月O3污染過程安徽省地級(jí)市刷色圖

此外，O3激光雷達(dá)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示：8-16日，伴隨區(qū)域性O(shè)3污染過程影響，亳州市夜間高空O3持續(xù)保持較高濃度（圖3），消散作用減弱，疊加白天持續(xù)高溫及低濕氣象條件影響，導(dǎo)致亳州市O3濃度升幅較大（10日小時(shí)峰值濃度為283 μg/m3）；隨著17-19日陰雨天氣影響，亳州市O3污染過程結(jié)束。

圖3 2023年6月8-16日污染過程期間亳州市O3濃度探空?qǐng)D

VOCs組分監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示：乙醛、乙烯、異戊烷、丙醛和異戊二烯對(duì)O3生成潛勢(shì)貢獻(xiàn)較大，占總VOCs O3生成潛勢(shì)的67.6%。組分中前十物種為乙醛、異戊烷、丙酮、二氯甲烷、丙烷、乙烷、苯、氟利昂-12、氯甲烷、氟利昂，11日均值占總VOCs日均值的64.57%。油氣揮發(fā)、移動(dòng)源、溶劑使用源、植物源對(duì)亳州市O3生成貢獻(xiàn)相對(duì)較大。

1.1.2 2022年10月O3-PM2.5雙超標(biāo)過程分析

2022年10月22-23日，皖魯豫交界地帶發(fā)生區(qū)域性污染過程，部分城市出現(xiàn)PM2.5與O3日均濃度“雙超標(biāo)”污染。分析結(jié)果顯示，亳州市此次“雙超標(biāo)”污染過程受燃煤、生物質(zhì)燃燒影響較大，應(yīng)有針對(duì)性地加強(qiáng)管理。

21日起，蘇皖魯豫交界地帶基本呈現(xiàn)夜間靜穩(wěn)、高濕狀態(tài)，PM2.5生成、累積明顯；22日白天區(qū)域內(nèi)以北風(fēng)為主，受京津冀影響較大；23日以東、東北風(fēng)為主，污染帶整體向西南移動(dòng)。在此期間，亳州市夜間相對(duì)濕度較高（90%以上）、風(fēng)速較小、近于靜穩(wěn)（1 m/s左右）；午后溫度均接近25℃、相對(duì)濕度均在50%以下，氣象條件整體有利于PM2.5、O3的生成和積累；疊加NO2、SO2濃度大幅抬升，二次生成速率加快、夜間硝酸鹽-硫酸鹽濃度快速上升，導(dǎo)致亳州市在22日、23日，PM2.5和O3-8h濃度同時(shí)超標(biāo)。本次污染過程中，SO2與PM2.5、OM變化趨于同步，且伴隨K+、Cl-等生物質(zhì)特征組分濃度上升，反映出燃煤、生物質(zhì)燃燒對(duì)于此次污染過程影響較大。

1.1.3 臭氧與氣象因子相關(guān)性分析

從影響O3的主要?dú)庀笠貋砜矗?023年4-6月，京津冀及周邊地區(qū)、汾渭平原、長(zhǎng)三角地區(qū)受氣溫升高、降水減少等因素影響，O3污染氣象條件同比偏不利。與近四年同期相比，京津冀及周邊、汾渭平原、長(zhǎng)三角、長(zhǎng)江中游地區(qū)氣象條件偏不利，主要表現(xiàn)為降水較5年均值明顯偏少[2]。區(qū)域污染排放并未降至足以擺脫氣象影響的程度，如遇高溫等不利氣象條件，依然會(huì)誘發(fā)O3污染過程。特別是今年夏季北半球總體氣溫異常偏高，我國(guó)多地最高氣溫達(dá)到或突破歷史極值，給O3污染防治帶來很大挑戰(zhàn)。2019-2022年5-9月期間，亳州市O3小時(shí)濃度高值時(shí)段主要集中在27 ℃以上、相對(duì)濕度43%以下區(qū)間；風(fēng)速較大條件下，亳州市O3小時(shí)濃度高值出現(xiàn)頻繁。

1.1.4 臭氧與其他污染物協(xié)同性分析

2017-2023年5-7月期間，PM10、PM2.5和NO2濃度，在O3超標(biāo)日較O3非超標(biāo)日高，呈現(xiàn)一定的多污染物協(xié)同污染效應(yīng)。PM10在O3超標(biāo)、非超標(biāo)日濃度差異較大；PM2.5隨著濃度的降低，其差值呈現(xiàn)一定的縮小趨勢(shì)；NO2濃度波動(dòng)下降，2020、2021、2022年降幅明顯，2023年有所反彈，但5-7月均值基本達(dá)到10 μg/m3以下；此外，2023年O3超標(biāo)日NO2濃度相比非超標(biāo)日濃度較高（圖4）。

圖4 2017-2023年5-7月亳州市O3污染、非污染日PM10、PM2.5和NO2濃度差異

此外，2017-2023年7月31日，亳州市共發(fā)生12天PM2.5-O3雙超標(biāo)污染日，間或伴隨PM10超標(biāo)現(xiàn)象，呈現(xiàn)一定的復(fù)合污染特征，其中2023年亳州市沒有發(fā)生PM2.5-O3超標(biāo)事件。從污染物濃度來看，雙超標(biāo)事件中各污染物濃度均有所下降，呈現(xiàn)一定的下降特征。

1.1.5 臭氧超標(biāo)與非超標(biāo)日各參數(shù)變化

2023年5-7月期間，亳州市O3-8h超標(biāo)日與非超標(biāo)日NO2及各氣象參數(shù)小時(shí)值與變化速率差異明顯。O3-8h超標(biāo)日全天時(shí)段的NO2濃度均高于非超標(biāo)日、白天各時(shí)段溫度高于非超標(biāo)日并長(zhǎng)時(shí)間維持在30 ℃以上、相對(duì)濕度整體低于非超標(biāo)日各時(shí)段且白天長(zhǎng)時(shí)間維持在40%以下、風(fēng)速明顯低于非超標(biāo)日，整體有利于O3的快速生成。

O3-8h超標(biāo)日上午時(shí)段NO2及相對(duì)濕度下降速率、溫度、風(fēng)速上升速率均大于非超標(biāo)日。O3小時(shí)濃度從8點(diǎn)起開始凈累積，且O3-8h超標(biāo)日8-12時(shí)O3小時(shí)濃度升高速率明顯大于非超標(biāo)日，與NO2的消耗及溫度上升速率有較強(qiáng)的一致性。

1.2 O3污染關(guān)鍵前體物VOCs污染特征及來源研究

本文以亳州市O3-8h濃度超標(biāo)較為頻繁的6月份為目標(biāo)，采用OBM模型分析亳州市O3生成敏感性。結(jié)果顯示：亳州市O3生成以VOCs控制為主。單獨(dú)減排VOCs和協(xié)同減排VOCs/NOx均能緩解O3污染，而單獨(dú)減排NOx基本沒有成效，甚至可能出現(xiàn)加重污染的結(jié)果[3]。

相關(guān)研究以2022年和2023年6月亳州學(xué)院超站VOCs組分監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用PMF研究方法對(duì)亳州市環(huán)境空氣中的VOCs開展來源解析。結(jié)果表明，2022年6月，亳州市VOCs主要來源為工藝過程源，占總排放量的25.1%；機(jī)動(dòng)車尾氣、油氣揮發(fā)和溶劑使用源占比相當(dāng)，分別占總排放量的19.5%、18.3%和17.5%。其次是化石燃料燃燒源，占比為12.7%；包裝印刷源占比相對(duì)較小，為6.8%。2023年6月從VOCs體積濃度前十物種來看，乙醛、乙烷濃度均最高，其次為丙烷、丙酮、異戊烷等C5以下烴類，一氯甲烷、二氯甲烷濃度較高。

2 臭氧污染防治建議

2.1 有針對(duì)性地開展VOCs和NOx綜合減排，穩(wěn)步推進(jìn)O3和PM2.5協(xié)同防治

O3污染形勢(shì)受氣象條件影響較大，但近5年亳州市O3濃度總體穩(wěn)定。國(guó)內(nèi)外O3污染治理經(jīng)驗(yàn)表明，持續(xù)開展前體物減排可推動(dòng)O3濃度下降。疫情防控期間，社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)水平下降、污染排放減少，O3高位濃度明顯降低。因此，我們應(yīng)理性看待O3污染的短期波動(dòng)，保持O3污染防治定力，堅(jiān)定不移地推動(dòng)VOCs和NOx協(xié)同減排。

2.2 加強(qiáng)不利氣象條件污染應(yīng)對(duì)和區(qū)域聯(lián)防聯(lián)控

從O3污染形成規(guī)律來看，前體物積累疊加高溫、低濕等不利天氣條件容易造成O3濃度升高，并造成O3污染現(xiàn)象。此外，VOCs監(jiān)測(cè)容易受到局地排放源的影響，造成濃度的波動(dòng)，單點(diǎn)監(jiān)測(cè)并不能完全反映城市的污染源排放特征。建議在O3生成敏感的天氣條件下，加強(qiáng)對(duì)排放源的達(dá)標(biāo)管控，減少上風(fēng)向前體物排放影響，從而減少本地前體物的光化學(xué)生成、降低O3濃度[4-5]。

2.3 持續(xù)推進(jìn)重點(diǎn)行業(yè)VOCs治理

相關(guān)部門應(yīng)加強(qiáng)涉VOCs行業(yè)的控制及治理，重點(diǎn)加強(qiáng)工業(yè)涂裝、汽修、包裝印刷、制鞋、橡膠、家具制造、化工化纖等涉VOCs行業(yè)的污染治理和治理設(shè)施運(yùn)行管理；提高涂料、清洗劑、膠粘劑、稀釋劑、油墨等含VOCs原輔料的低VOCs含量產(chǎn)品替代率；加強(qiáng)對(duì)老舊機(jī)動(dòng)車的淘汰管控，實(shí)施差異化的減排及控制措施，可以有效降低O3污染水平。另外，相關(guān)部門還需在制藥、化工、印刷、工業(yè)涂裝等重點(diǎn)行業(yè)逐個(gè)開展VOCs專項(xiàng)整治。