城市大氣臭氧污染特征分析與治理路徑探究

王 楊

（大連市生態(tài)環(huán)境事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 大連 116000）

引言

能源結(jié)構(gòu)的改變、人口規(guī)模的增大以及社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展等都是引發(fā)城市大氣臭氧污染的關(guān)鍵因素[1]。

臭氧污染物會引發(fā)城市光化學(xué)煙霧污染，對人民身心健康、城市建筑及農(nóng)作物生長等產(chǎn)生較大不良影響[2]。2023年初，生態(tài)環(huán)境部門公布了《2022年各城市環(huán)境空氣質(zhì)量狀況》，從中能夠看出我國339個地級及以上城市平均空氣質(zhì)量優(yōu)良天數(shù)占比為87.1%，相較于2021年降低了1.0個百分點。在大氣環(huán)境污染物各項指標(biāo)當(dāng)中，臭氧平均濃度數(shù)據(jù)為147 μg/m3，是僅有一個同比增加的污染物指標(biāo)。對長三角地區(qū)共計41個城市環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以看出2022年這些城市的臭氧平均濃度達(dá)到了164 μg/m3，同比增加了7.4%。相關(guān)研究數(shù)據(jù)顯示，臭氧污染和前體物、風(fēng)速、氣壓及相對濕度等息息相關(guān)，所以各個城市所表現(xiàn)出的臭氧污染特征與影響因素等會有一定的區(qū)別[3]。

近年來，因為臭氧污染引發(fā)的環(huán)境問題受到了社會的高度重視，國外較早便采取了相關(guān)措施治理臭氧，如美國頒布了《清潔空氣法》，歐洲國家創(chuàng)設(shè)了網(wǎng)上監(jiān)測系統(tǒng)，能夠第一時間發(fā)出警報，做到安全預(yù)防[4]。我國也采取了相應(yīng)的治理手段，使得PM2.5濃度越來越小，而臭氧濃度卻變得越來越高，給治理工作帶來了非常大的挑戰(zhàn)，成為現(xiàn)階段我國大氣污染防治的重心所在[5]。

1 臭氧污染的來源

1.1 自然來源

在大自然中許多氣象和生物活動都會產(chǎn)生臭氧。

第一，地球大氣層中的臭氧層，因為其離地面距離較遠(yuǎn)不會對人類產(chǎn)生較大的影響，然而相關(guān)研究表明，當(dāng)?shù)陀?40 um波長的紫外線照射到臭氧層時，會導(dǎo)致臭氧分解并產(chǎn)生氧原子，之后再和下方的氧分子反應(yīng)產(chǎn)生臭氧，當(dāng)這種反應(yīng)持續(xù)時，會導(dǎo)致臭氧不斷向地球方向蔓延[6]。

第二，在大自然當(dāng)中若出現(xiàn)了較多生物遺體堆積，在其腐爛期間也會出現(xiàn)較多的氮氧化物，當(dāng)接觸到陽光之后便會轉(zhuǎn)化成臭氧，從而引發(fā)臭氧污染。

第三，在雷暴天氣空氣中的氧氣發(fā)生電解反應(yīng)產(chǎn)生臭氧，當(dāng)缺少雨水的沖洗也會發(fā)生臭氧污染。

1.2 光化學(xué)煙霧

光化學(xué)煙霧指的是燃燒化石燃料產(chǎn)生的廢氣，在受到高強(qiáng)度太陽光照射與煙霧催化作用下會產(chǎn)生毒性大、危害高的廢氣，如表1所示，大部分的臭氧污染均是由于光化學(xué)煙霧產(chǎn)生的[7]。通常來說，光化學(xué)煙霧會通過以下幾種方式產(chǎn)生臭氧，一是石油化工類企業(yè)在生產(chǎn)制造過程中，冶煉石油、油氣揮發(fā)等均會提高環(huán)境中的氮氧化物、揮發(fā)性有機(jī)物的含量，并在光化學(xué)煙霧作用下產(chǎn)生臭氧；二是燃燒廢氣，在進(jìn)行煤炭燃燒過程中，若未按照標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行脫氮、脫硝處理，便會導(dǎo)致燃燒中產(chǎn)生較多的CO、NO等廢氣，在燃煤煙霧的作用下會產(chǎn)生臭氧；三是在人們?nèi)粘Ｍㄐ惺褂玫钠囄矚庵校矔诠饣瘜W(xué)煙霧作用下產(chǎn)生臭氧。

表1 光化學(xué)煙霧

2 城市大氣臭氧污染特征

2.1 空間特征

臭氧污染表現(xiàn)出較為明顯的地域性特征，一般來說在我國北方城市，臭氧濃度在一年12個月內(nèi)呈現(xiàn)出倒置的“V”字形，絕大多數(shù)城市在6月份的臭氧濃度最高，之后慢慢降低[8]。相比之下，我國南方城市的臭氧濃度的月變化特性也有自身規(guī)律，通常臭氧濃度呈現(xiàn)出“M”字形，在每年的5月與6月兩個月臭氧濃度會變得比較高，之后逐漸降低，在進(jìn)入到10月份之后，臭氧濃度又會慢慢增加并達(dá)到頂峰。整體看來，南方城市的臭氧濃度要高于北方城市，同時臭氧含量超標(biāo)的天數(shù)占比更高，另外在東部地區(qū)與西部地區(qū)的臭氧濃度變化情況也存在一定的差異，其臭氧濃度峰值產(chǎn)生的時間各不相同[9]。

具體到某個城市，通常情況下市區(qū)與郊區(qū)是臭氧污染的重災(zāi)區(qū)，并且城郊地區(qū)臭氧含量更大，污染十分嚴(yán)重。之所以產(chǎn)生這種現(xiàn)象，是因為城市污染物會對處于下風(fēng)口的臭氧產(chǎn)生較大影響。由于臭氧有著良好的活性，城市較為嚴(yán)重的大氣污染物會暫時讓臭氧分解變成其他類型污染物，隨著城市空氣的流動會將這些污染物吹向郊區(qū)，之后會再次反應(yīng)產(chǎn)生臭氧。相關(guān)研究數(shù)據(jù)表明，即便位于城區(qū)下風(fēng)口相距150千米的農(nóng)業(yè)種植區(qū)域，仍然存在大量的臭氧，并引發(fā)臭氧污染。另外，臭氧含量也有著較為顯著的區(qū)域性特征，相關(guān)研究數(shù)據(jù)顯示，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高的城市，如我國的北、上、廣、深城市及工業(yè)制造較為集中地區(qū)，其排放的大氣污染物也會對周邊地區(qū)產(chǎn)生影響，提高了臭氧污染程度。

從總體臭氧污染分布狀況來看，臭氧污染主要出現(xiàn)在長三角、珠三角等發(fā)展進(jìn)程較快的城市，因為這些地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度快、工業(yè)生產(chǎn)制造聚集、人口密度大、汽車數(shù)量多尾氣排放嚴(yán)重，均會造成臭氧污染，使得這些區(qū)域的臭氧含量不斷增加。近年來，臭氧檢測技術(shù)獲得了突破性發(fā)展，進(jìn)一步完善了臭氧監(jiān)測工作。為了提高這部分地區(qū)的環(huán)境質(zhì)量，應(yīng)加大對臭氧濃度的監(jiān)測，采取有效的手段治理臭氧污染。

2.2 時間特征

相關(guān)研究數(shù)據(jù)表明，臭氧污染還表現(xiàn)出較為顯著的時間特性，一般來說城市環(huán)境中的臭氧濃度與溫度呈現(xiàn)出線性關(guān)系，兩者之間有著緊密的聯(lián)系，臭氧含量會隨著月份變化而出現(xiàn)相應(yīng)的改變，通常情況下一月份臭氧含量最低，之后慢慢升高，在6月份到達(dá)最大，同時表現(xiàn)出較強(qiáng)的季節(jié)性特征，冬季時期臭氧濃度含量最低，而在夏季臭氧含量最高[10]。另外，在一天當(dāng)中臭氧濃度也表現(xiàn)出明顯的特征，在每天清晨與夜晚時期臭氧含量最低，而臭氧含量最高的時間點會隨著城市所處地理位置的變化而存在一定的差異，大量研究數(shù)據(jù)顯示，在13∶00—15∶00時間段內(nèi)，由于太陽光照強(qiáng)度最高，大部分地區(qū)的臭氧含量最高值均出現(xiàn)在該時間段。臭氧是一種二次污染物，主要是因為氮氧化物在光化學(xué)反應(yīng)作用下產(chǎn)生的，臭氧含量最大值一般會出現(xiàn)在氮氧化物產(chǎn)生后的3～4小時。另外，自然天氣的改變也會對臭氧含量產(chǎn)生一定的影響，相關(guān)研究數(shù)據(jù)顯示，天氣良好的晴天空氣中會含有較多臭氧，相比之下陰天、雨天等不易產(chǎn)生臭氧，空氣中的臭氧濃度較低。此外，聯(lián)系臭氧濃度日變化特性，氮氧化物含量最高時臭氧濃度較低，而當(dāng)?shù)趸锖拷档秃蟪粞鯘舛葧撸f明較高含量的氮氧化物可以抑制臭氧的產(chǎn)生。

3 城市大氣臭氧污染治理路徑

3.1 貫徹落實協(xié)同治理思想

城市大氣臭氧污染表現(xiàn)出較強(qiáng)的區(qū)域性與系統(tǒng)性特征，在進(jìn)行大氣臭氧污染治理時應(yīng)當(dāng)結(jié)合不同城市臭氧污染的時間與空間特性，貫徹落實協(xié)同治理思想。

第一，需要在長三角、珠三角等臭氧污染較為嚴(yán)重的地區(qū)積極開展臭氧監(jiān)測工作，創(chuàng)設(shè)完善的光化學(xué)立體監(jiān)測體系和地區(qū)臭氧污染協(xié)調(diào)體制，在國家的統(tǒng)一規(guī)定下落實各個地區(qū)的聯(lián)防聯(lián)控政策。另外，要加強(qiáng)對各個城市實時臭氧含量的監(jiān)測，同時結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)，科學(xué)合理規(guī)劃各個城市的臭氧污染治理對策，保證治理方法的切實可行性。

第二，進(jìn)一步提高科技投入力度，根據(jù)城市大氣臭氧污染監(jiān)測數(shù)據(jù)，深入分析各個城市出現(xiàn)臭氧污染的深層次原因，全面把握各城市臭氧污染的主要影響因素，在此基礎(chǔ)之上提出詳細(xì)、全面的減排方案。

第三，推動氣象部門、環(huán)保部門、市政部門及交通部門等的協(xié)作，在各部門之間建立穩(wěn)定高效的溝通渠道，形成長效執(zhí)法體制，促進(jìn)家具生產(chǎn)、工業(yè)涂裝及油品運輸?shù)认嚓P(guān)產(chǎn)業(yè)的污染防治常態(tài)化。

3.2 構(gòu)建臭氧污染預(yù)警系統(tǒng)

古語有云“凡事預(yù)則立，不預(yù)則廢”。從臭氧污染層面來看預(yù)防的作用高于整治，打造臭氧污染預(yù)警系統(tǒng)具有十分重大的意義，是目前技術(shù)探究的重中之重。2016年，在全國范圍內(nèi)創(chuàng)設(shè)了空氣質(zhì)量檢測與預(yù)防信息平臺，利用該平臺將各個地區(qū)的實時臭氧含量數(shù)據(jù)顯示出來，實現(xiàn)了對空氣污染的監(jiān)測，為了使得該平臺系統(tǒng)在污染預(yù)警上發(fā)揮更大的作用，還應(yīng)當(dāng)積極學(xué)習(xí)與借鑒國外先進(jìn)的技術(shù)與成熟經(jīng)驗，不斷健全空氣質(zhì)量預(yù)警系統(tǒng)。此外，還需要加強(qiáng)部門之間的改革與創(chuàng)新，提高不同部門的溝通交流效率和效果，提高空氣質(zhì)量預(yù)警與預(yù)報的精準(zhǔn)性，尤其是對各個地區(qū)空氣中的臭氧含量進(jìn)行預(yù)測，實時、精準(zhǔn)展現(xiàn)各個城市空氣質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)。

3.3 構(gòu)建應(yīng)急減排系統(tǒng)

以臭氧污染的時間特征為基礎(chǔ)構(gòu)建應(yīng)急減排系統(tǒng)，依照臭氧濃度值大小、臭氧濃度變化特性等采取分級處理措施，明確不同類型企業(yè)的減排預(yù)期，深入分析與落實污染物排放量管控體制，針對存在較大污染的企業(yè)、行業(yè)等設(shè)置季節(jié)性的排放標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格控制該時間段內(nèi)的VOCs、NOx等污染物的排放量，同時還需要在生產(chǎn)許可證中進(jìn)一步明確各個季度允許的最大排放量，促使產(chǎn)業(yè)朝向綠色化生產(chǎn)方向轉(zhuǎn)型。針對污染較為嚴(yán)重的企業(yè)，尤其是排放大量VOCs的企業(yè)，要根據(jù)企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營規(guī)律采取限產(chǎn)、間斷性生產(chǎn)等治理方案，對一些污染特別嚴(yán)重的企業(yè)要禁止其生產(chǎn)。另外，相關(guān)部門還需要增大巡查力度，采用定期檢查與隨機(jī)抽查相結(jié)合的方式，最大限度防止污染問題的產(chǎn)生，利用嚴(yán)格的排查來實現(xiàn)應(yīng)急減排的目的。

3.4 嚴(yán)格控制污染源

在進(jìn)行城市大氣臭氧污染治理過程中，要想獲得良好的治理效果，還要嚴(yán)格控制污染源。

第一，重點關(guān)注高污染企業(yè)的排放情況，提高對其的監(jiān)管。一般來說，醫(yī)藥生產(chǎn)、石油化工企業(yè)及皮革生產(chǎn)企業(yè)等均會在生產(chǎn)中產(chǎn)生大量的VOCs、NOx等污染物，所以必須加強(qiáng)對這部分企業(yè)的監(jiān)管與監(jiān)測，在企業(yè)的排污口位置安裝污染物監(jiān)測設(shè)備，同時加強(qiáng)與環(huán)保部門的溝通交流，讓各區(qū)域環(huán)保部門能夠及時準(zhǔn)確了解污染物監(jiān)測數(shù)據(jù)。環(huán)境監(jiān)測 部門要制定明確的標(biāo)準(zhǔn)，要求各個企業(yè)污染物排放量要在國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍之內(nèi)。結(jié)合VOCs排放目錄，深入分析與探究污染源，進(jìn)一步提高企業(yè)自身的污染監(jiān)測水平，全面精準(zhǔn)掌握污染的種類、出現(xiàn)緣由，從而有針對性地采取管控策略，加大對城市大氣臭氧污染的治理。

第二，注重降低汽車尾氣的排放。汽車尾氣會對環(huán)境產(chǎn)生一定的影響，所以在開展臭氧污染治理工作時，還需要注重降低汽車尾氣的污染物排放量。為此，一些城市采取了機(jī)動車限行的控制策略，然而并沒有取得良好的效果，這是因為這種方法沒有從根源上控制汽車尾氣污染物的排放。基于此，國家應(yīng)當(dāng)要提高汽車尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)，促使汽車生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行技術(shù)改革與創(chuàng)新，對于尾氣檢測不達(dá)標(biāo)的汽車嚴(yán)禁進(jìn)入市場售賣，實現(xiàn)對臭氧污染的控制。

第三，提高對燃煤污染的管控。燃煤污染是引發(fā)臭氧污染的重要因素之一。所以，相關(guān)部門要嚴(yán)格控制化工廠、火電廠等企業(yè)的燃煤污染，加強(qiáng)對燃煤質(zhì)量的查驗，避免將低劣質(zhì)量燃煤投入到生產(chǎn)中，最大限度降低燃煤污染。

4 結(jié)語

城市大氣臭氧污染有著明顯的時間與空間特征，會對人體健康、環(huán)境等產(chǎn)生較大不良影響。所以，必須重視對城市大氣臭氧污染的治理，貫徹落實協(xié)同治理思想，構(gòu)建臭氧污染預(yù)警系統(tǒng)與應(yīng)急減排系統(tǒng)，嚴(yán)格控制污染源，有效防治大氣臭氧污染，提高大氣環(huán)境質(zhì)量。