城市大气臭氧污染特征分析与治理路径探究

王 杨

（大连市生态环境事务服务中心，辽宁 大连 116000）

引言

能源结构的改变、人口规模的增大以及社会经济的不断发展等都是引发城市大气臭氧污染的关键因素[1]。

臭氧污染物会引发城市光化学烟雾污染，对人民身心健康、城市建筑及农作物生长等产生较大不良影响[2]。2023年初，生态环境部门公布了《2022年各城市环境空气质量状况》，从中能够看出我国339个地级及以上城市平均空气质量优良天数占比为87.1%，相较于2021年降低了1.0个百分点。在大气环境污染物各项指标当中，臭氧平均浓度数据为147 μg/m3，是仅有一个同比增加的污染物指标。对长三角地区共计41个城市环境监测数据进行分析，可以看出2022年这些城市的臭氧平均浓度达到了164 μg/m3，同比增加了7.4%。相关研究数据显示，臭氧污染和前体物、风速、气压及相对湿度等息息相关，所以各个城市所表现出的臭氧污染特征与影响因素等会有一定的区别[3]。

近年来，因为臭氧污染引发的环境问题受到了社会的高度重视，国外较早便采取了相关措施治理臭氧，如美国颁布了《清洁空气法》，欧洲国家创设了网上监测系统，能够第一时间发出警报，做到安全预防[4]。我国也采取了相应的治理手段，使得PM2.5浓度越来越小，而臭氧浓度却变得越来越高，给治理工作带来了非常大的挑战，成为现阶段我国大气污染防治的重心所在[5]。

1 臭氧污染的来源

1.1 自然来源

在大自然中许多气象和生物活动都会产生臭氧。

第一，地球大气层中的臭氧层，因为其离地面距离较远不会对人类产生较大的影响，然而相关研究表明，当低于240 um波长的紫外线照射到臭氧层时，会导致臭氧分解并产生氧原子，之后再和下方的氧分子反应产生臭氧，当这种反应持续时，会导致臭氧不断向地球方向蔓延[6]。

第二，在大自然当中若出现了较多生物遗体堆积，在其腐烂期间也会出现较多的氮氧化物，当接触到阳光之后便会转化成臭氧，从而引发臭氧污染。

第三，在雷暴天气空气中的氧气发生电解反应产生臭氧，当缺少雨水的冲洗也会发生臭氧污染。

1.2 光化学烟雾

光化学烟雾指的是燃烧化石燃料产生的废气，在受到高强度太阳光照射与烟雾催化作用下会产生毒性大、危害高的废气，如表1所示，大部分的臭氧污染均是由于光化学烟雾产生的[7]。通常来说，光化学烟雾会通过以下几种方式产生臭氧，一是石油化工类企业在生产制造过程中，冶炼石油、油气挥发等均会提高环境中的氮氧化物、挥发性有机物的含量，并在光化学烟雾作用下产生臭氧；二是燃烧废气，在进行煤炭燃烧过程中，若未按照标准要求进行脱氮、脱硝处理，便会导致燃烧中产生较多的CO、NO等废气，在燃煤烟雾的作用下会产生臭氧；三是在人们日常通行使用的汽车尾气中，也会在光化学烟雾作用下产生臭氧。

表1 光化学烟雾

2 城市大气臭氧污染特征

2.1 空间特征

臭氧污染表现出较为明显的地域性特征，一般来说在我国北方城市，臭氧浓度在一年12个月内呈现出倒置的“V”字形，绝大多数城市在6月份的臭氧浓度最高，之后慢慢降低[8]。相比之下，我国南方城市的臭氧浓度的月变化特性也有自身规律，通常臭氧浓度呈现出“M”字形，在每年的5月与6月两个月臭氧浓度会变得比较高，之后逐渐降低，在进入到10月份之后，臭氧浓度又会慢慢增加并达到顶峰。整体看来，南方城市的臭氧浓度要高于北方城市，同时臭氧含量超标的天数占比更高，另外在东部地区与西部地区的臭氧浓度变化情况也存在一定的差异，其臭氧浓度峰值产生的时间各不相同[9]。

具体到某个城市，通常情况下市区与郊区是臭氧污染的重灾区，并且城郊地区臭氧含量更大，污染十分严重。之所以产生这种现象，是因为城市污染物会对处于下风口的臭氧产生较大影响。由于臭氧有着良好的活性，城市较为严重的大气污染物会暂时让臭氧分解变成其他类型污染物，随着城市空气的流动会将这些污染物吹向郊区，之后会再次反应产生臭氧。相关研究数据表明，即便位于城区下风口相距150千米的农业种植区域，仍然存在大量的臭氧，并引发臭氧污染。另外，臭氧含量也有着较为显著的区域性特征，相关研究数据显示，经济发展水平较高的城市，如我国的北、上、广、深城市及工业制造较为集中地区，其排放的大气污染物也会对周边地区产生影响，提高了臭氧污染程度。

从总体臭氧污染分布状况来看，臭氧污染主要出现在长三角、珠三角等发展进程较快的城市，因为这些地区经济发展速度快、工业生产制造聚集、人口密度大、汽车数量多尾气排放严重，均会造成臭氧污染，使得这些区域的臭氧含量不断增加。近年来，臭氧检测技术获得了突破性发展，进一步完善了臭氧监测工作。为了提高这部分地区的环境质量，应加大对臭氧浓度的监测，采取有效的手段治理臭氧污染。

2.2 时间特征

相关研究数据表明，臭氧污染还表现出较为显著的时间特性，一般来说城市环境中的臭氧浓度与温度呈现出线性关系，两者之间有着紧密的联系，臭氧含量会随着月份变化而出现相应的改变，通常情况下一月份臭氧含量最低，之后慢慢升高，在6月份到达最大，同时表现出较强的季节性特征，冬季时期臭氧浓度含量最低，而在夏季臭氧含量最高[10]。另外，在一天当中臭氧浓度也表现出明显的特征，在每天清晨与夜晚时期臭氧含量最低，而臭氧含量最高的时间点会随着城市所处地理位置的变化而存在一定的差异，大量研究数据显示，在13∶00—15∶00时间段内，由于太阳光照强度最高，大部分地区的臭氧含量最高值均出现在该时间段。臭氧是一种二次污染物，主要是因为氮氧化物在光化学反应作用下产生的，臭氧含量最大值一般会出现在氮氧化物产生后的3～4小时。另外，自然天气的改变也会对臭氧含量产生一定的影响，相关研究数据显示，天气良好的晴天空气中会含有较多臭氧，相比之下阴天、雨天等不易产生臭氧，空气中的臭氧浓度较低。此外，联系臭氧浓度日变化特性，氮氧化物含量最高时臭氧浓度较低，而当氮氧化物含量降低后臭氧浓度会升高，说明较高含量的氮氧化物可以抑制臭氧的产生。

3 城市大气臭氧污染治理路径

3.1 贯彻落实协同治理思想

城市大气臭氧污染表现出较强的区域性与系统性特征，在进行大气臭氧污染治理时应当结合不同城市臭氧污染的时间与空间特性，贯彻落实协同治理思想。

第一，需要在长三角、珠三角等臭氧污染较为严重的地区积极开展臭氧监测工作，创设完善的光化学立体监测体系和地区臭氧污染协调体制，在国家的统一规定下落实各个地区的联防联控政策。另外，要加强对各个城市实时臭氧含量的监测，同时结合监测数据，科学合理规划各个城市的臭氧污染治理对策，保证治理方法的切实可行性。

第二，进一步提高科技投入力度，根据城市大气臭氧污染监测数据，深入分析各个城市出现臭氧污染的深层次原因，全面把握各城市臭氧污染的主要影响因素，在此基础之上提出详细、全面的减排方案。

第三，推动气象部门、环保部门、市政部门及交通部门等的协作，在各部门之间建立稳定高效的沟通渠道，形成长效执法体制，促进家具生产、工业涂装及油品运输等相关产业的污染防治常态化。

3.2 构建臭氧污染预警系统

古语有云“凡事预则立，不预则废”。从臭氧污染层面来看预防的作用高于整治，打造臭氧污染预警系统具有十分重大的意义，是目前技术探究的重中之重。2016年，在全国范围内创设了空气质量检测与预防信息平台，利用该平台将各个地区的实时臭氧含量数据显示出来，实现了对空气污染的监测，为了使得该平台系统在污染预警上发挥更大的作用，还应当积极学习与借鉴国外先进的技术与成熟经验，不断健全空气质量预警系统。此外，还需要加强部门之间的改革与创新，提高不同部门的沟通交流效率和效果，提高空气质量预警与预报的精准性，尤其是对各个地区空气中的臭氧含量进行预测，实时、精准展现各个城市空气质量监测数据。

3.3 构建应急减排系统

以臭氧污染的时间特征为基础构建应急减排系统，依照臭氧浓度值大小、臭氧浓度变化特性等采取分级处理措施，明确不同类型企业的减排预期，深入分析与落实污染物排放量管控体制，针对存在较大污染的企业、行业等设置季节性的排放标准，严格控制该时间段内的VOCs、NOx等污染物的排放量，同时还需要在生产许可证中进一步明确各个季度允许的最大排放量，促使产业朝向绿色化生产方向转型。针对污染较为严重的企业，尤其是排放大量VOCs的企业，要根据企业的生产经营规律采取限产、间断性生产等治理方案，对一些污染特别严重的企业要禁止其生产。另外，相关部门还需要增大巡查力度，采用定期检查与随机抽查相结合的方式，最大限度防止污染问题的产生，利用严格的排查来实现应急减排的目的。

3.4 严格控制污染源

在进行城市大气臭氧污染治理过程中，要想获得良好的治理效果，还要严格控制污染源。

第一，重点关注高污染企业的排放情况，提高对其的监管。一般来说，医药生产、石油化工企业及皮革生产企业等均会在生产中产生大量的VOCs、NOx等污染物，所以必须加强对这部分企业的监管与监测，在企业的排污口位置安装污染物监测设备，同时加强与环保部门的沟通交流，让各区域环保部门能够及时准确了解污染物监测数据。环境监测 部门要制定明确的标准，要求各个企业污染物排放量要在国家相关标准规定的范围之内。结合VOCs排放目录，深入分析与探究污染源，进一步提高企业自身的污染监测水平，全面精准掌握污染的种类、出现缘由，从而有针对性地采取管控策略，加大对城市大气臭氧污染的治理。

第二，注重降低汽车尾气的排放。汽车尾气会对环境产生一定的影响，所以在开展臭氧污染治理工作时，还需要注重降低汽车尾气的污染物排放量。为此，一些城市采取了机动车限行的控制策略，然而并没有取得良好的效果，这是因为这种方法没有从根源上控制汽车尾气污染物的排放。基于此，国家应当要提高汽车尾气排放标准，促使汽车生产企业进行技术改革与创新，对于尾气检测不达标的汽车严禁进入市场售卖，实现对臭氧污染的控制。

第三，提高对燃煤污染的管控。燃煤污染是引发臭氧污染的重要因素之一。所以，相关部门要严格控制化工厂、火电厂等企业的燃煤污染，加强对燃煤质量的查验，避免将低劣质量燃煤投入到生产中，最大限度降低燃煤污染。

4 结语

城市大气臭氧污染有着明显的时间与空间特征，会对人体健康、环境等产生较大不良影响。所以，必须重视对城市大气臭氧污染的治理，贯彻落实协同治理思想，构建臭氧污染预警系统与应急减排系统，严格控制污染源，有效防治大气臭氧污染，提高大气环境质量。