夏季环境空气中臭氧污染特征及防治对策探析

白 雪，常晓晨

(1.内蒙古自治区乌兰察布生态环境监测站，乌兰察布 012000；2.乌兰察布市生态环境局化德分局，乌兰察布 013350)

0 引 言

本文利用天津(NCP)和上海(YRD)城市和郊区的一组观测资料进行了比较研究，平均而言，天津的总VOC浓度和反应活性大约是上海的2～3倍。两个城市中心的VOC成分在某种程度上类似于汽车排放和区域工业来源的影响。工业相关物种如轻烯烃和重烷烃是天津郊区总VOC混合物的重要组成部分，而芳烃在上海郊区占主导地位。虽然人为源对VOC的总浓度起主要作用，但异戊二烯对郊区的总反应性有相当大的抑制作用。

1 夏季环境空气中臭氧污染特征

1.1 峰值明显

夏季，武清地区以西南风为主，尤其是6ms以下的西风，天津市区也是如此。在tieta站点，臭氧浓度最高为139 ppbv，平均值为42 ppbv。在NOX方面，两个城市中心的概率分布相当相似，峰值约为25 ppbv，尾部明显超过50 ppbv。白天加强局部交通NO排放有助于维持较高水平的NOx，并抑制上海城市臭氧的产生。在交通受限的日子里，由于繁忙时间的交通，氮氧化物的双峰日变化是明显的。在天津市区，NO和VOC排放显著，观测分析表明臭氧形成对两种预游标都是敏感的。在天津郊区，NOx浓度往往低于25 ppbv，虽然污染事件浓度超过50 ppbv，但偶尔也会出现OC-cur[1]。

1.2 氮氧化物含量高

臭氧的产生完全受到可得的氮氧化物的限制。来源有限在上海郊区，NOx浓度仍然接近10 ppbv，没有显示出日变化。臭氧光化学的灵敏度在这一领域有很大的变化。最后，我们发现上海的臭氧问题是一个城市规模的问题。在上海郊区，甲苯对总OH活性、对二甲苯和异戊二烯的反应尤为重要.顶级物种的成分几乎完全是芳烃和轻烯烃。由于金山是一个交通负荷较低的住宅区，除生物源VOCisopene外，其馀的活性芳香族和烯烃类物质都应归因于大型石化企业的排放。今后涉及更广泛观测的调查将有助于我们进一步了解这两个特大城市的臭氧问题，并扩大目前结论的适用范围。天津地区(300～400 ppbC)的总烃含量较高，约为上海总浓度的2至3倍。在这两个城市中心，汽车排放无疑是对VOC构成的次要贡献.交通指示物甲基叔丁基醚在天津市区平均约为14 ppbC，而在上海郊区为6 ppbC(本文未显示)，而在城市和郊区则分别为1.5 ppbC和0.5 ppbC。两个特大城市城市大气中的VOC组由50%左右的芳烃组成，其次是烷烃和烯烃。在两个工业化郊区，除了总浓度的显着差异外，总体水平也有显著差异[2]。

1.3 工业溶剂蒸发

在武清，50%以上的VOCs是由烷烃组成的，单用正己烷就占11%。电子和制药工业中溶剂的蒸发可能为重烷烃(C>5)以及甲苯(10%)和二甲苯(7%)等芳香物种提供了丰富的来源。正如在人口稀少的石油化工基地所预期的那样，金山的主要成分是芳香族(占72%)，可从炼油过程中大量释放出来。甲苯非常重要，约占总混合物的50%.事实上，在石油化工排放的影响下，金山、城市和郊区的甲苯碳原子浓度非常接近(约50 ppbC)，上海市区的甲苯环境水平仅为其他地区的一半，VOC的反应性与臭氧的形成比测量混合比更重要。与对人类健康和福利构成威胁的高臭氧事件联系在一起。相对而言，天津地区每小时臭氧平均超过80 ppbv的概率较高，表明该地区的臭氧污染更为严重，而且与上海夏季相比，公众臭氧暴露风险也较高。[3]

2 夏季环境空气中臭氧污染特征及防治对策

2.1 严格限制地方排放将有助于减少高臭氧浓度的发生

相比之下，天津的臭氧污染是一个区域性问题。迫切需要在区域范围内减少臭氧前体排放，以控制臭氧问题。由于东风在取样期间普遍占优势，人为成因碳氢化合物的组成变化非常有限。个别物种的相对臭氧形成潜力根据OH-反应活性加权当量浓度进行评估。在所有地点，前10种至少占总反应性的70%左右。在城市中，与臭氧形成关系最密切的物种的排名也有点相似，其中m，p-二甲苯和甲苯是最重要的。VOC的总反应性主要是由芳香族物质造成的，这些物质被认为主要是由城市中的汽车排放的。然而，异戊二烯的相对重要性差别很大，从先前研究中的微不足道(排名低于第50位)到本研究中的相当大(在前5位内)。植被盖度的季节变化和生物排放强度的变化是导致研究中的年异戊二烯平均值与夏季水平的差异的原因之一。与城市地区不同的是，在10种物种中，芳香族和烯烃族都占大多数，如Ran等人(2011年)所示，伊索林对总反应性的影响最大。这可能是由于生长良好的郊区的异戊二烯排放强烈，异戊二烯的OH反应活性比大多数人类物种高得多，跨2-丁烯和顺-2-丁烯可能与石油生产和合成橡胶生产有关。它们的组分约占总活性的19%。另外，在武清地区，一些与工业相关的重烷烃(如正己烷)的重要性也是它的另一个特殊方面。正己烷是一种广泛使用的清洁溶剂，也包含在汽油和石油产品中[4]。

2.2 增强臭氧和消耗臭氧的物理-化学过程之间的动态平衡

上海市区的臭氧概率分布与郊区完全不同。大多数小时数据(～60%)集中在城市中心的0～20 ppbv范围内。臭氧浓度在0～5 ppbv之间的频率最高可达22%，其次为5～10 ppbv，其次为15%。由于监测地点位于市中心，那里有许多塔楼，由于树冠效应，速度通常较低，并受到湍流的干扰。臭氧浓缩更容易受到局部化学和化学过程的影响。繁忙交通所产生的强NO排放很可能是上海市区臭氧水平极低的高频率的原因。臭氧浓度最高为124 ppbv，平均值为21 ppbv。在上海郊区，平均臭氧浓度为37 ppbv，最高时平均为139 ppbv。臭氧概率分布峰值约为20 ppbv，可能代表在此位置最有可能遇到的动态平衡，即增强臭氧和消耗臭氧的物理化学过程之间的动态平衡[5]。

3 结束语

夏季，天津市区和城郊常发生长时间(>6 h)的高臭氧浓度(>80 ppbv)，而高臭氧浓度的发生时间较短(通常<4 h)，而上海的臭氧浓度较低，表明天津地区臭氧污染较多。臭氧行为的这种差异在很大程度上归因于上海天金地区VOC浓度和反应性的提高。基于测量的模型模拟也揭示了臭氧产生速率对VOC反应性的类似影响。