浅谈宿迁市臭氧污染现状及其管控治理

＊薛俊 仲加林

（江苏省宿迁环境监测中心 江苏 223800）

1.引言

在平流层，臭氧可以吸收对人体有害的紫外线，保护地球上的生物，被称为“地球保护伞”；在对流层，臭氧不仅会对地球的气候变化产生不利影响，更给人体健康和植被生态带来危害，被称为“健康杀手”[1]。作为重要污染物，臭氧成为治理重点，《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二0三五年远景目标的建议》提出：“强化多污染协同控制和区域协同治理，加强细颗粒物和臭氧协同控制，基本消除重污染天气。”宿迁作为长三角地区臭氧污染较为突出的城市，其管控、治理成为当前乃至今后很长一段时间的重要内容。

2.臭氧的概念及其形成机理概述

(1)臭氧的概念

图1 “十三五”期间宿迁市与江苏省年均O3-8H 90Per对比

臭氧（O3），常温、常压下无色，低浓度下无味，高浓度腐蚀鼻黏膜产生腥味，具有强氧化性。1984年德国化学家首次将这种具有刺激性气味的气体命名为臭氧，意为“可嗅的”。特征是结构相对稳定，比较活泼。

(2)臭氧的形成机理

在对流层中，一般认为，NOx与VOCs是O3生成的主要前体物。NO2在光照的条件下反应生成O3，O3又会氧化NO生成NO2和O2，稳定的NO-NO2-O3反应循环，不会导致环境O3浓度上升；但大气中共存的VOCs可在·OH氧化作用下生成VOCs中间体（RO2·,HO2·），其与O3竞争氧化NO，进而导致O3净增[2]。

3.宿迁市臭氧污染现状

(1)臭氧污染现状统计

图2 “十三五”期间宿迁市臭氧出现天数情况统计

“十三五”期间，宿迁市年均O3-8H 90Per值由150μg/m3升高到170μg/m3，同全省年均值相比，比值逐年升高，且于2019年起年均位数值超过全省164μg/m3的均值；同时，臭氧作为首要污染物出现的天数由2016年的90天升高到2019年163天，臭氧作为首要污染物出现的超标天数也由2016年20天增加到2019年的69天，占全年污染物总超标天数的50%以上（注：因2020年经历超长梅雨季等气象原因，宿迁市臭氧作为首要污染物出现的天数及作为首要污染物出现的超标天数与2019年相比，均有所下降，分别为152天、45天）。由此可见，宿迁市臭氧污染现状不容乐观，且从全国重点城市污染物浓度年际变化趋势看，臭氧变化一枝独秀，逐年增加，臭氧污染的管控工作已迫在眉睫。

图3 2013年-2019年全国重点城市污染物浓度年际变化

(2)宿迁市工业污染物排放统计

“十三五”期间，全市工业废气排放量有所下降，氮氧化物排放量以及挥发性有机物排放量呈显著下降趋势，但绝对值依然较大。

表1 2016年-2020年宿迁市废气及主要污染物排放情况统计表

从行业分布看，工业氮氧化物排放量最多的是电力、热力生产和供应业，占全市工业排放量的68.3%。

表2 2020年宿迁市主要行业废气污染物排放情况

现阶段，宿迁市仍处于城市化、工业化进程快速发展阶段，除西北方向为骆马湖外，中心城区其余方向上分布九个工业园区，且工业园区边界不清晰，城乡结合部缓冲区较窄，导致城区直接承接周边工业排放影响，特别是园区企业整体质态层次不高，低效高污染小企业普遍，工业排放成为制约环境空气质量整体改善的关键性因素。

(3)机动车保有量及其增长情况

“十三五”期间，全市机动车快速增长，2016年增长4.0%，2017年增长9.7%，2018年增长6.4%，2019年增长9.1%，2020年增长8.8%，增长有所波动，但仍保持高速增长趋势。

表3 2016年-2020年度宿迁市机动车保有量增长情况

根据相关研究，机动车在怠速和减速时排放CO和HC最多，在加速和匀速时排放NOx最多[3]。现阶段，中心城区尚未建设东西方向城市快速路，且建成区面积较小，商业区较为集中，早晚高峰时段道路拥堵较为严重，也由于宿迁市整体交通运输结构以公路货运为主，致使北京路、南京路等外环道路通行负荷较重；同时，从走航监测情况来看，早晚高峰时段供电局站点周边金鹰、宝龙商圈区域VOCs浓度水平整体较高，且公安部门大数据平台显示，洪泽湖路、青年路和西湖路汽车通行量占中心城区在网通行量的32.6%，特别是金鹰、宝龙商圈较为拥堵，车辆怠速行驶，排放大量VOCs，对区域臭氧浓度的升高贡献明显。

(4)宿迁市臭氧生成来源解析

①臭氧与前体物VOCs和NOx之间的关系

臭氧的生成与NOx、VOCs的活性呈高度非线性，三者的关系非常复杂。EKMA曲线是研究三者复杂线性关系的一种方法。在此基础上，进行多元化回归分析，即可对臭氧的控制区属性进行判断。EKMA曲线能定性定量的描述臭氧前体物的关系。图4中三角形为所选时间段NOx和VOCs的氧化速率，棱形为当天NOx和VOCs的氧化速率，根据每天臭氧氧化速率的变化来分析臭氧控制情况。根据分析期间最近时间的臭氧生成位置，分析该段时间内所采取的控制措施是否有控制效果。

图4 2020年宿迁市臭氧与前体物EKMA曲线图

图4中X轴表示VOCs反应活性，即VOCs与OH自由基的反应速率；Y轴表示NOx的浓度；图中曲线表示在对应的VOCs反应活性和NO2浓度下，大气总氧化剂的生成速率（P(Ox)，即每小时O3+NO2的生成量），用颜色表示P(Ox)值的大小。红色三角形表示2020年1月1日-12月15日的时间范围内，VOCs反应活性和NO2浓度所在位置，蓝色圆点表示12月15日VOCs反应活性和NO2浓度所在位置。从宿迁市2020年臭氧与前体物VOCs和NOx之间的关系图看，就整体情况而言，宿迁市2020年的观测值多分布在EKMA曲线脊线上方，臭氧生成主要受VOCs控制区，而且随着NOx的削减而升高，即应该优先进行VOCs的控制，以合理的控制臭氧生成速率。

图5 2020年宿迁市VOCs源解析饼状图

②PMF源解析

通过TH-300B大气环境挥发性有机物（C2-C12）在线监测系统监测获取得2020年数据，进行PMF模型计算，宿迁市VOCs最主要的排放源有：燃烧源排放、工业排放、机动车尾气、植物排放以及溶剂涂料排放。

4.对策建议

一是精准施策，加强源头工程治理。现阶段，宿迁市仍处于以工业为主的产业结构、以煤为主的能源结构、以公路为主的运输结构调整周期。“十四五”期间，必须主攻产业结构、能源结构和交通结构调整，引导低端低效产能退出。如通过建设家具制造、汽车喷涂和喷绘写真行业集中喷涂中心“绿岛”，城市有轨交通配送网络和货运中转运输“绿岛”，建设标杆示范工地“绿岛”，引导使用新型外墙保温装饰一体板替代传统粉刷工艺，实现污染物统一收集、集中治理，从源头上实现减排。

二是科学施治，深入持续开展大气污染攻坚。通过制订实施重点攻坚任务，突出加强大气重点时段、重点区域、重点污染源综合防治，特别是加强膜材料产业园、生态化工科技产业园和高新技术开发区挥发性有机物排放以及木材加工行业治理，不断提升治污攻坚的精准性、科学性。

三是协同联动，建立健全长效管控机制。加强化工企业、工业涂装和油品运输等重点行业的VOCs治理及与管控，实施专项污染整治。优化交通路线，建设城市东西方向快速路，缓解道路拥堵，并联合公安、交通等部门建立长效执法机制，常态化推进高污染车辆联合路检。密切关注气象变化，快速联动气象部门，减轻不利气象条件影响。