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【环保分析】重视VOCs减排后臭氧(O3)污染却异常增强的现象

2020年春节的灰霾天气引发激烈争论。在防治新冠肺炎的特殊时期,居民几乎整个正月都居家自龙8官网首页保护,按理说生产生活强度下降了,城区环境空气质量应大幅改善,但灰霾仍象幽灵一样,在部分地区的上空游荡着不肯离去。

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     虽然离群众的预期尚有差距,但这个时期的环境空气质量确实好转了。据有关资料介绍,京津冀周边“2+26”城市,一次PM2.5的排放量较春节前减少24%,PM10减少30%,SO2减少19%,NOx减少46%,VOCs减少27%。这个结果再次表明,没有大气污染物的排放就没有环境空气质量的恶化,坚持减排才能收获更多的蓝天。


     在以“静”致胜的防疫期,O3却出现了异常的污染增强现象。以湖南省2020年农历正月(1月25-2月22日)为例,初步统计数据显示,14个设区市(州)的O3日最大8小时第90百分位数的月均浓度值为89微克/立方米,较上年同期的74微克/立方米升高了20%多。长沙、株洲和湘潭三市作为经济集中区,大气污染相对较重,O3浓度更是较上年同期升高了40%多。


     上述O3污染异常增强是一种偶然现象吗?笔者对此进一步作了深入分析。首先,选取长沙市2019和2020年2 月18 日作单日比较(图1)。2019年的这一天是阴天,2020年则是晴天,日平均气温分别为9℃和 1℃。完全可比的自然条件是不存在的,粗略对照这两天的O324小时浓度变化曲线,发现符合以前观察到的一般规律。2019年的这一天,没有阳光,O3浓度波动式变化。2020年2月18日,市民继续宅在家里,街面几乎无车行驶,企业也未复工复产,也就是只有基础的大气污染物排放,臭氧浓度变化曲线的形状与平常一样,但浓度升高的起始时间略有提前高,高O3浓度持续的时间有所延长。这意味着减排NOx和VOCs并没有改变O3的日浓度变化规律,但提高了O3浓度值。  


 

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图1  2019年和2020年2月18日长沙市臭氧的小时浓度变化曲线


     环境空气背景站和城区点位在这个特殊时期的O3污染特征有所不同。环境空气背景站受人类活动影响较小,理论上O3的浓度应相对稳定,实测数据也支持这个结论。南岳衡山国家环境空气背景站2020年正月的O3日最大8小时第90百分位数浓度为108微克/立方米(日均值则为84.4微克/立方米),而2019年同期的O3浓度为 92.4微克/立方米(日均值70.0微克/立方米),上升幅度20.6 %。衡阳市是距离这个背景点最近的设区市,2020年正月的O3浓度为88 微克/立方米,而2019年同期的O3浓度为69微克/立方米,幅度达27.5%。由此可见,2020年正月的O3浓度总体有所上升,但城区的增幅明显偏高。


     生产生活排放的大气污染物下降越多,O3浓度增幅反而越大的现象还可从另外两个角度得到证实。长沙、邵阳和湘西州分别代表了三种城市经济发展水平,其O3浓度在2020年正月较上年同期的增幅各为45.1%、8.1%和9.3%;以株洲市为例,再比较市区和县城的情况,结果表明,株洲市区和攸县的O3浓度在2020年正月较上年同期的增幅分别为39.4%和35.2%。


     本次疫情期间,全国其他地区也普遍观察到了O3浓度升高的情况。按目前确定的防治策略,可以说,在这个特殊时期,机动车尾气、喷涂、印刷等行业的NOx和VOCs减排真正到位了,O3浓度应该下降,但反而出现了升高的异常现象,需要深入探讨,以此更全面认识O3污染问题。

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     首先,在环境空气6项常规考核指标中,O3的污染特征最不确定。颗粒物、SO2和NOx污染是典型的生产生活排放所致,本底浓度低,减排就能看到数据变小。CO的浓度相对稳定,排放源附近有可能监测到高浓度,但环境空气中一般波动不大,而且远低于标准值,属安全性较高的指标。只有O3浓度这几年观察到了逐渐升高的趋势,特别是背景站的O3浓度高于城区,各地每年5月和9月的O3浓度甚至高于6-8月,云南、贵州很多工业欠发达城市(镇)的O3浓度也很高。可以说,O3的自然背景污染与人为污染交织在一起,使其控制难度远高于另外5项指标,要充分认识到这个问题的复杂性。


     其次,有关O3污染的基础研究还谈不上充分。O3是一种强氧化剂,本身是不稳定存在。因此,即使室外的O3浓度高,飘入室内后,立即被反应消耗,室内O3浓度很少出现超标现象。城市(镇)上空是一个巨大的气体反应器,可用黑箱理论来分析。O3的输入包括垂直和水平的交换,以及黑箱内的反应生成,输出则主要是黑箱内各种还原性污染物的反应消耗。黑箱内发生了成百上千的O3生成或消耗反应,目前认识了冰山一角,大量的可能还不为人知,这需要开展长期的基础研究。目前比较现实的研究手段就是结果导向,暂不细究复杂的反应过程,因为现在既掌握不全可能发生的化学反应,也不清楚每个反应的贡献率,还不具备说清的条件。在这种情况下,要重点加强宏观分析,准确判断趋势。


     新冠肺炎疫期内,除基础的生产生活排放外,以前要求重点整治的O3污染来源行业总体关停到位,O3浓度反而升高了。由此看来,人类生产生活排放的大气污染物综合后总体是还原性的,也就是消耗O3、降低环境空气中O3浓度的。这与在高温天气里观测到的现象一致,很多大型活动的外围保障有力,机动车限行和企业限停产到位,O3浓度反而上去了。受监测能力限制,环境空气中存在的自然或人为有机污染物的种类和浓度还列不出清单,也就无法勾勒出O3生成或消耗的全景图,从而靶向治理。但这并不意味着无所作为,很多大气污染物本来就是“三致”物质,减排对降低O3浓度不一定起作用,但对提高环境空气的安全性是必不可少的,也是需要长期坚持的,这个方向不能变,力度不能减。 

                              

     最后,O3污染具有鲜明的时段特征,一般只发生在每年的5-10月,每天也主要集中在上午9点至下午6点。很多国家只是将其列为健康参考指标,实时发布加强个人防护的预警信息,建议居民主动避开直接暴露,而龙8官网首页国列为必考指标,体现了对人民群众更高的健康保护要求。但这几年的实践表明,O3是一个复杂而敏感的指标,尤其是对环境空气背景站,因为O3超标,优良率也只有90%多。在城区,超标的污染指标更多,叠加到一起,就构成了某地环境空气质量达标的“天花板”,不利于调动地方人民政府开展大气污染防治工作的积极性。需要开展回顾性分析,进一步客观认识这个指标的科学内涵,准确分析O3污染的变化趋势,探讨经济、真正管用的防治技术。对O3污染机理的研究目前仍是肤浅的,解决这个难题,首先应借鉴国际经验,出对题目,然后给出参考答案,督促各地狠抓落实,直至取得预期成果。

作者:罗岳平、彭庆庆、张琴。VOCs减排工作站再编辑

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转自VOCs减排工作站公众号



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