宜春市城區(qū)2015—2019年臭氧污染特征分析及防治對(duì)策

劉慧婷，李 薇

(宜春職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江西 宜春 336000)

0 引言

臭氧(O3)是氧氣(O2)的同素異形體，在常溫下，它是一種具有特殊臭味的淡藍(lán)色氣體。在高空中，氧可以形成臭氧層，從而保護(hù)人類(lèi)避免紫外線的直接輻射。但出現(xiàn)在大氣層中的低空臭氧，卻是城市光化學(xué)煙霧的一種成分，對(duì)人類(lèi)有害。

近地面臭氧是城市大氣的重要污染物，它不是污染源直接排放產(chǎn)生的，而是由氮氧化物(NOX)、揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)等前體物在合適的氣象條件下反應(yīng)產(chǎn)生[1-3]。

臭氧污染比PM2.5污染更具隱蔽性，PM2.5的濃度超標(biāo)時(shí)，空氣能見(jiàn)度下降，人們更容易感知污染的存在，及時(shí)采取防范措施。但臭氧達(dá)到了污染濃度，從視覺(jué)上是看不出來(lái)的，雖然看起來(lái)藍(lán)天白云，但臭氧濃度可能已經(jīng)超標(biāo)了[4]。臭氧幾乎能與任何生物組織反應(yīng)，對(duì)呼吸道的破壞性很強(qiáng)；會(huì)刺激眼睛，使視覺(jué)敏感度和視力降低；會(huì)阻礙血液輸氧功能，造成組織缺氧等。孕婦和兒童是受臭氧污染的最危險(xiǎn)人群[5]。

從2013年開(kāi)始宜春市城區(qū)大氣污染主要是PM2.5污染，但近2a隨著大氣污染治理強(qiáng)度加大，PM2.5濃度明顯下降，臭氧污染問(wèn)題卻日益凸顯。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

宜春市城區(qū)共有5個(gè)空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，分別為檳榔水業(yè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)、宜春學(xué)院北校區(qū)監(jiān)測(cè)點(diǎn)、市廣電局監(jiān)測(cè)點(diǎn)、市氣象局監(jiān)測(cè)點(diǎn)和市石油公司監(jiān)測(cè)點(diǎn)[6]。監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括細(xì)顆粒物(PM2.5)、可吸入顆粒物(PM10)、二氧化硫(SO2)、二氧化氮(NO2)、一氧化碳(CO)和臭氧(O3)。

本研究所使用的近地面污染物濃度數(shù)據(jù)來(lái)源于宜春市環(huán)境監(jiān)測(cè)站2015—2019年例行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

1.2 評(píng)價(jià)方法

臭氧8小時(shí)(O3-8h)是一個(gè)滑動(dòng)平均值，是根據(jù)一天中8∶00—24∶00間臭氧最高的連續(xù)8h得出的平均濃度值，作為評(píng)價(jià)這一天臭氧污染水平的標(biāo)準(zhǔn)。依據(jù)《GB3095-2012環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》來(lái)判定臭氧超標(biāo)情況，O3-8h質(zhì)量濃度大于二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(160μg/m3)即為超標(biāo)。(輕度污染：160μg/m3

2 結(jié)果與討論

2.1 總體概況

宜春市位于江西省西北部，地處贛西北山區(qū)向贛撫平原過(guò)渡地帶，地形復(fù)雜多樣，地勢(shì)自西北向東南傾斜。具有亞熱帶濕潤(rùn)氣候特點(diǎn)，春夏之交濕潤(rùn)多雨，夏秋間晴熱干燥，冬季陰冷[7]。尤其是夏秋季，宜春市城區(qū)光照時(shí)間長(zhǎng)、氣溫高、濕度低、近地面風(fēng)速小。當(dāng)大氣中機(jī)動(dòng)車(chē)及其他各類(lèi)污染源排放的NOX和VOCs充足時(shí)，易發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)生成高濃度臭氧，在不利于擴(kuò)散條件下極易出現(xiàn)臭氧污染[8]。

近5a，宜春市城區(qū)臭氧超標(biāo)時(shí)間呈增加趨勢(shì)。2015年宜春市城區(qū)沒(méi)有出現(xiàn)臭氧污染超標(biāo)情況。2016—2019年，臭氧超標(biāo)時(shí)間分別為9d、11d、10d和50d，均為輕度污染，對(duì)應(yīng)的O3-8h年超標(biāo)率分別為23.7%、18.3%、31.3%和83.3%。由此可見(jiàn)宜春市城區(qū)臭氧污染問(wèn)題逐漸加重。

2.2 年變化特征分析

首要污染物是指每日空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)>100時(shí)，空氣質(zhì)量分指數(shù)最大的污染物[9]。圖1給出了2015—2019年宜春市城區(qū)O3為首要污染物的變化情況。

由圖1可以看出，O3為首要污染物的累計(jì)時(shí)間，除2017年比2016年減少之外，基本上為逐年增加趨勢(shì)，尤其是2018、2019年這2a，O3為首要污染物的累計(jì)時(shí)間大幅增加至96d、145d，O3成為繼PM2.5后的另一重要污染物[9]。

宜春市城區(qū)2015—2019年O3年均質(zhì)量濃度變化趨勢(shì)如圖2所示。從整體上看，O3質(zhì)量濃度呈緩慢上升趨勢(shì)，2016—2018年3a間O3年均質(zhì)量濃度基本持平，保持在78～79μg/m3，而2015—2016年O3年均質(zhì)量濃度有一個(gè)明顯上升過(guò)程，升高了13μg/m3，2018—2019年有更大上升，升高了16μg/m3，達(dá)到95μg/m3。

2.3 月和季節(jié)變化特征分析

宜春市城區(qū)O3月均質(zhì)量濃度具有一定的月變化特征，從圖3可看出，1—5月O3質(zhì)量濃度逐漸升高，6—7月有所回落，8—9月再大幅上升，9月為O3污染最為嚴(yán)重的時(shí)候，即發(fā)生在夏秋之季，2019年9月O3月均質(zhì)量濃度達(dá)到167μg/m3，超出二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值。9月之后開(kāi)始下降。5年O3月均質(zhì)量濃度大致呈“雙峰”型分布，這一特征與柴敏平等[10]對(duì)江西全省11個(gè)設(shè)區(qū)城市O3月變化特征一致。O3月均質(zhì)量濃度在5月和9月達(dá)到峰值(分別為99μg/m3和116μg/m3)，6月和8月次高(分別為93μg/m3和100μg/m3)，12月O3月均質(zhì)量濃度最低。

7月份O3質(zhì)量濃度存在一個(gè)低點(diǎn)，主要原因是7月前后宜春市處于梅雨季節(jié)，降水量大且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，不利于空氣中的NOX和VOCs生成O3。光照減少及溫度降低等氣象條件的改變是導(dǎo)致O3濃度下降的重要因素[11]。

按照我國(guó)氣候情況將全年數(shù)據(jù)劃分為4個(gè)季節(jié)，12月—次年2月為冬季，3—5月為春季，6—8月為夏季，9—11月為秋季[12]。由于O3的生成受不同氣象條件影響，所以在各季節(jié)的變化特征也有所不同，圖4統(tǒng)計(jì)了宜春市城區(qū)5a的季節(jié)性平均O3質(zhì)量濃度趨勢(shì)情況。

由圖4可以看出，2015、2016年O3濃度呈現(xiàn)出較為一致的變化趨勢(shì)，主要表現(xiàn)為夏季濃度較高，春秋季略低，且2016年各季節(jié)濃度均高于2015年。2017年春季濃度最高。2018、2019年O3濃度秋季最高，且2019春夏秋三季濃度均高于2018年，冬季濃度比2018年略低?？傮w而言，O3濃度高值主要集中在春末和夏秋季，尤其是2019年夏秋季濃度進(jìn)一步上升，遠(yuǎn)高于往年水平。

2.4 O3與其他污染物的關(guān)系

2.4.1 O3與顆粒物

圖5給出了宜春市城區(qū)5a間顆粒物月均質(zhì)量濃度和O3月均質(zhì)量濃度的關(guān)系。2015—2019年宜春市城區(qū)顆粒物超標(biāo)總時(shí)間累計(jì)達(dá)到121d，高于5a間O3超標(biāo)累計(jì)總時(shí)間80d，但變化趨勢(shì)呈相反情況。冬春季顆粒物濃度最高，污染最嚴(yán)重，而此時(shí)O3濃度較低。夏秋季是O3污染最嚴(yán)重的時(shí)段，此時(shí)顆粒物濃度較低。

顆粒物與O3雖為不同類(lèi)型的大氣污染物，但顆粒物本身具有消光作用，可以吸收和散射太陽(yáng)輻射[13]，從而削弱光化學(xué)反應(yīng)生成O3的幾率。

2.4.2 O3與其前體物NO2和CO

O3濃度變化受其前體物NOX、CO和VOCs濃度變化的影響，其產(chǎn)生和消耗決定于光化學(xué)反應(yīng)[14]。圖6給出了宜春市城區(qū)5a間NO2、CO月均質(zhì)量濃度與O3月均質(zhì)量濃度的關(guān)系。

從圖6中可以看出，NO2、CO月均濃度變化趨勢(shì)和O3正好相反，冬季濃度較高，夏季濃度較低。主要是由于夏季光化學(xué)反應(yīng)強(qiáng)烈，前體物消耗較多，生成O3濃度高，而冬季太陽(yáng)輻射弱，前體物消耗少，O3生成也較少[15]。

3 臭氧污染成因及對(duì)策建議

3.1 臭氧污染成因分析

城市臭氧污染與前體物(NOX、VOCs)的人為大量排放密切相關(guān)，NOX、VOCs在太陽(yáng)輻射作用下通過(guò)光化學(xué)反應(yīng)生成O3[16]，造成臭氧污染。

(1)機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放

隨著城市化進(jìn)程加快，宜春市城區(qū)機(jī)動(dòng)車(chē)保有量快速增長(zhǎng)，汽車(chē)尾氣排放量激增，排放到大氣中的NOX和VOCs總量不斷增加，致使地面臭氧濃度不斷升高[17]。

(2)工廠企業(yè)污染物排放

石化、煉焦、醫(yī)藥、化工、印刷、噴涂等行業(yè)存在NOX和VOCs等超標(biāo)排放。此外，一些工廠企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中，由于設(shè)備老化、密閉程度不高、環(huán)保設(shè)備投資較少等原因造成NOX和VOCs排放量增加[5]。

3.2 臭氧污染防控建議

(1)環(huán)保部門(mén)要加強(qiáng)對(duì)臭氧污染的重視，開(kāi)展專項(xiàng)督查和診治。

(2)減少機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放。一方面加強(qiáng)機(jī)動(dòng)車(chē)管理，特別是黃標(biāo)車(chē)和老舊車(chē)輛的路檢路查力度，另一方面緩解交通擁堵，疏通道路，減少大量車(chē)輛長(zhǎng)期低速怠速行駛產(chǎn)生的尾氣排放。

(3)倡導(dǎo)低碳出行。優(yōu)化交通線路，調(diào)高城區(qū)停車(chē)費(fèi)用，鼓勵(lì)引導(dǎo)市民使用共享單車(chē)。

(4)加大對(duì)工廠企業(yè)的監(jiān)管力度。切實(shí)從源頭上嚴(yán)控、中間嚴(yán)管、末端嚴(yán)懲[5]。把涉及NOX和VOCs排放的單位作為重點(diǎn)監(jiān)管對(duì)象。

(5)加強(qiáng)宣傳，掃除盲區(qū)。在市民中宣傳普及臭氧污染的相關(guān)知識(shí)，只有讓大眾掃除了盲區(qū)，才能引起大家的重視和關(guān)注，才能有效推動(dòng)預(yù)防和治理[18]。

4 結(jié)論

(1)宜春市城區(qū)2015—2019年O3為首要污染物、超標(biāo)時(shí)間及年均質(zhì)量濃度逐年增加，尤其是2019年呈現(xiàn)快速增加形勢(shì)。O3污染有加重趨勢(shì)。

(2)總體而言，O3質(zhì)量濃度春末和夏秋季最高。O3質(zhì)量濃度月均特征呈現(xiàn)雙峰分布，5月和9月達(dá)到峰值，7月呈回落趨勢(shì)，這與宜春市城區(qū)雨季情況相符。

(3)O3質(zhì)量濃度與顆粒物質(zhì)量濃度呈相反規(guī)律，顆粒物在冬春季污染嚴(yán)重，O3在夏秋季為主要污染。O3質(zhì)量濃度與NO2、CO質(zhì)量濃度也呈相反規(guī)律，這是因?yàn)镹O2、CO為O3的前體物，在夏秋季光照強(qiáng)烈的情況下，NO2、CO通過(guò)光化學(xué)反應(yīng)生成O3，所以NO2、CO質(zhì)量濃度減小，O3質(zhì)量濃度增大。

(4)應(yīng)加強(qiáng)環(huán)保部門(mén)認(rèn)識(shí)、加強(qiáng)機(jī)動(dòng)車(chē)管理、倡導(dǎo)低碳出行、加大對(duì)工廠企業(yè)的監(jiān)管力度和加強(qiáng)群眾宣傳。