細顆粒物（PM2.5）和臭氧（O3）的協(xié)同治理研究

段銀鳳，李重民，田春雨

（安陽市固體廢物和化學品技術管理中心，河南 安陽 455000）

以習近平同志為核心的黨中央高度重視大氣污染防治，把改善空氣質(zhì)量作為重大的民生工程。在“十三五”期間，通過政策引領、科計研發(fā)、具體落實等舉措，PM2.5濃度得到有效控制，各地空氣質(zhì)量明顯改善，但在某些地區(qū)依然會遭受PM2.5的污染，臭氧污染程度在逐步增加，進一步影響空氣質(zhì)量。

在大氣污染防治的過程中有兩個最主要的約束指標：一個是未達標城市的PM2.5濃度較2015年下降18%，二是城市優(yōu)良天數(shù)要達到80%以上[1]。經(jīng)過不懈努力，PM2.5造成的污染得到有效緩解，城市優(yōu)良天數(shù)增多，尤其在需要供暖的秋冬季，霧霾天數(shù)明顯減少，可是臭氧造成的污染卻不斷加重。例如，河南省安陽市在2020年空氣質(zhì)量為優(yōu)、良的共有181天，與上年相比增加31天，中度污染天氣共有37天，與上年相比減少5天，重度污染天氣共有23天，與上年相比減少6天。優(yōu)、良天數(shù)達標比例為49.4%，與上年相比，達標比例增加8.4個百分點，河南省安陽市環(huán)境空氣質(zhì)量污染程度顯著減輕。可是，在2020年中，河南省安陽市環(huán)境空氣中臭氧日最大8小時滑動均值濃度范圍為（7～300）ng/m3，超標率達到23%；臭氧最大8小時滑動均值年90百分位數(shù)濃度達到190 ng/m3（超標0.2倍），因此2020年河南省安陽市臭氧最大8小時均值單項因子綜合評價超二級。而且，在2020年影響安陽市空氣質(zhì)量的首要污染物為細顆粒物，以細顆粒物為首要污染物的污染天數(shù)占全部污染天數(shù)的比例為49.7%；其次是臭氧，占比為44.3%。從數(shù)據(jù)可以看出，河南省安陽市，霧霾天數(shù)、中度污染、重度污染天數(shù)在減少，可是細顆粒物和臭氧問題突出，造成大氣污染，影響正常的生產(chǎn)和生活。

為了打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)，要以PM2.5和臭氧為關鍵著手點，深入開展大氣污染防治。為此，本篇文章探究PM2.5和臭氧之間的聯(lián)系，分析污染來源并提出相應的協(xié)同治理措施。

1 PM2.5和臭氧的關系

1.1 PM2.5和臭氧的概念

顆粒物，又稱塵，是指氣溶膠體系中均勻分散的各種固體或液體微粒。PM2.5又稱為細顆粒物，是指環(huán)境空氣中空氣動力學當量直徑小于等于2.5um的顆粒物。它能較長時間懸浮于空氣中，其在空氣中含量濃度越高，就代表空氣污染越嚴重。PM2.5粒徑小、范圍廣、活性強，易附帶有毒，且在大氣中的停留時間長，輸送距離遠，因而會對人體健康和大氣環(huán)境質(zhì)量產(chǎn)生較大影響。臭氧，又名三原子氧、超氧，分子式是O3，是氧氣的同素異形體，在常溫下，是一種由特殊臭味的淡藍色氣體。大氣層中的氧氣發(fā)生光化學反應時會產(chǎn)生臭氧，在距離地球表面（15 km～25 km）的高空，受太陽紫外照射，形成了包圍在地球外圍的空間的臭氧層，厚厚的臭氧層正是人類賴以生存的保護傘。不過地表的臭氧卻會對人體和農(nóng)作物產(chǎn)生危害，臭氧對眼睛和呼吸道有刺激作用，對肺功能也有影響，其作為一種溫室氣體，也能夠?qū)е聡乐氐臏厥倚?/p>

1.2 PM2.5和臭氧的作用機制

PM2.5化學成分復雜，來源較多，既有污染源直接排放到空氣中生成的一次PM2.5，也有經(jīng)過大氣光化學反應生成的二次PM2.5，比如硫酸根離子（SO42-）、硝酸根離子（NO3-）、銨根離子（NH4-）以及其他有機物等，均是目前重要的大氣污染物。經(jīng)過多年努力，一次PM2.5排放已經(jīng)有效降低。有些地區(qū)以二次PM2.5污染為主，標志著我國大氣污染防治已進入新的階段。而可揮發(fā)性有機物（VOCs）和氮氧化物（NOX）是臭氧與二次PM2.5的共同前體物，這說明二者同源共生。

揮發(fā)性有機物（VOCs）主要通過氧化等化學反應過程形成二次有機氣溶膠（SOA），氣溶膠粒子通過輻射的吸收作用會影響地面的輻射強度，進而影響臭氧的生成。當氣溶膠濃度適度增加且不太高時，氣溶膠表面 NOx 的光解速率會被增強，有利于臭氧的生成；PM2.5與大氣微量氣體（特別是臭氧及其前體物）發(fā)生反應，干擾輻射強度，會影響臭氧生成。PM2.5中的硫酸根離子（SO42-）、硝酸根離子（NO3-）、二次有機氣溶膠（SOA）的生成過程主要受大氣氧化過程的影響，而大氣自由基主要來源于臭氧及其他物質(zhì)的光解反應，進而臭氧會影響SO42-、NO3-、SOA等物質(zhì)的生成，影響PM2.5濃度[2]。

PM2.5與臭氧有密切的關聯(lián)性，其相互作用主要體現(xiàn)在3個方面：①兩者同源共生，揮發(fā)性有機物（VOCs）和氮氧化物（NOx）是其共同前體，二次有機氣溶膠（SOA）與臭氧相互依存；②氣溶膠粒子會干擾地面輻射強度，影響光解效率，進而會影響臭氧的生成；③氣溶膠粒子通過相互作用發(fā)生化學反應，生成新的二次有機氣溶膠（SOA），使得整個反應更加復雜[3]。

2 PM2.5和臭氧的來源分析

PM2.5和臭氧具有共同的前體物質(zhì)，大多來自人類活動，以及包括工業(yè)廢氣、餐飲油煙、汽車尾氣、汽修噴涂，季節(jié)性不利氣象造成的污染等。

2.1 工業(yè)廢氣污染

一些地區(qū)工業(yè)布局不合理，傳統(tǒng)制造業(yè)比例偏重，部分生產(chǎn)企業(yè)未完成工藝優(yōu)化，仍然把生物質(zhì)作為動力源，使用煤、石油等燃料提供能量，釋放二氧化碳（CO2）、二氧化硫（SO2）等物質(zhì)，污染空氣質(zhì)量；生產(chǎn)車間和實驗室因凈化設備缺少或操作不當致?lián)]發(fā)性有機物（VOCs）排放到空氣中，VOCs作為PM2.5和臭氧的共同前體物質(zhì)，會給大氣污染防控帶來壓力；工業(yè)園區(qū)距離城區(qū)較近，廢水、廢氣、廢渣如果沒有經(jīng)過合法、正當排放，會通過揮發(fā)、光解、氧化等過程釋放氮氧化物（NOX）進入大氣，危害空氣質(zhì)量。

2.2 餐飲油煙污染

特別是對于一些經(jīng)營面積較小、人流量不大的店鋪，油煙凈化器安裝率偏低，或者即使安裝了油煙凈化器也可能存在未按要求打開使用、清潔不及時、損壞維修不及時等問題，導致餐飲行業(yè)油煙清潔凈化效果差、整治不徹底；甚至一些路邊攤販露天經(jīng)營，未安裝油煙凈化裝置。

2.3 汽車尾氣污染

汽車尾氣污染是指由汽車排放的廢氣造成的環(huán)境污染，主要污染物為一氧化碳（CO）、碳氫化合物（HC）、氮氧化物（NOX）、二氧化硫（SO2）以及固體顆粒物等。其中一氧化碳（CO）經(jīng)過氧化生成二氧化碳（CO2），會導致溫室效應；碳氫化合物（HC）會引起光化學煙霧；氮氧化物（NOX）轉(zhuǎn)化為硝酸根離子（NO3-）、二氧化硫（SO2）轉(zhuǎn)化為硫酸根離子（SO42-）、以及固體顆粒物等都能夠?qū)е翽M2.5濃度升高，給大氣污染防控帶來壓力。另外，道路上還可能看到黑煙車在上路行駛，排放的尾氣成分復雜，對人體和環(huán)境均有危害。

2.4 汽修噴涂行業(yè)污染

一些汽修店和室外油料裝飾作業(yè)缺乏廢氣處理設施，甚至未按環(huán)保要求，露天噴涂，廢氣排放嚴重。在進行噴涂作業(yè)時，會產(chǎn)生有害氣體，比如揮發(fā)性有機物（VOCs），引起PM2.5和臭氧的濃度升高，加重環(huán)境負擔和治污成本。

2.5 季節(jié)性氣象造成污染

在秋冬季節(jié)，PM2.5濃度會波動性增加，主要是由于在夏季氣象條件變化較快，容易出現(xiàn)暴雨天，濕度增加、溫度較高有利于粒子的二次轉(zhuǎn)化，而到了秋冬季節(jié)，風速加大甚至伴有沙塵，導致?lián)P塵增加，從而導致PM2.5濃度升高。在春夏季，臭氧濃度值會高于秋冬季，主要是由于除了污染源排放外，光照、溫度是影響臭氧濃度變化的主要因素，夏季溫度高、光照強，臭氧的光化學反應活躍，而隨著秋冬季節(jié)溫度降低，太陽輻射減弱，臭氧生成能力降低。

2.6 管理不善造成污染

為改善大氣質(zhì)量，建筑工地實行“六個百分百”，具體是指：建筑工地周邊圍擋100%、場內(nèi)物料堆放覆蓋100%、土方開挖濕法作業(yè)100%、進場道路路面硬化100%、出入車輛清洗100%、渣土車輛密閉運輸100%。但是，部分建筑工地未能嚴格按照“六個百分百”執(zhí)行，場地內(nèi)揚塵問題突出，細顆粒物含量升高，導致PM2.5濃度升高，造成環(huán)境污染。在一些城鄉(xiāng)接合部和鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域，出現(xiàn)秸稈、枯葉、生活垃圾焚燒現(xiàn)象，會產(chǎn)生大量氮氧化物（NOX）、二氧化硫（SO2）、碳氫化合物（HC）以及可吸入顆粒物等，其中氮氧化物（NOX）和碳氫化合物（HC）在陽光作用下可能產(chǎn)生二次污染物臭氧等。

3 PM2.5和臭氧的危害分析

3.1 降低環(huán)境質(zhì)量

PM2.5濃度升高會導致霧霾的發(fā)生，在霧霾天，空氣中的濕度較高，霧滴提供了吸附和反應場所，空氣中的二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOX）等氣體會通過大氣化學反應生成PM2.5顆粒物，集聚的PM2.5顆粒物會加劇霧霾的發(fā)生，二者相互作用。霧霾的出現(xiàn)能夠降低道路可見度，增加道路交通風險，易附帶有毒、有害物質(zhì)且輸送距離遠，對人體健康和環(huán)境質(zhì)量產(chǎn)生較大影響。另外，PM2.5對氣候也有影響。PM2.5能夠影響成云和降雨過程，間接影響氣候變化。細顆粒物PM2.5能夠作為雨水凝結(jié)核的來源之一，在有些條件下，細顆粒物PM2.5增多，“分食”水分，使大氣中雨滴無法長大，導致藍天白云比之前更少；在有些條件下，細顆粒物PM2.5會增加雨滴凝結(jié)核數(shù)量，使大氣中雨滴增多，可能導致暴雨的出現(xiàn)。

高濃度的臭氧會使植物葉子變黃甚至枯萎，對植物造成損害，甚至造成農(nóng)林植物減產(chǎn)，經(jīng)濟效益下降等危害。另外，臭氧會導致光化學煙霧的產(chǎn)生，使空氣附帶淺棕色，并伴隨辛辣刺激氣味。

3.2 危害身體健康

PM2.5作為細顆粒物，可以被吸入肺泡中，不經(jīng)過肝臟解毒而進入血液循環(huán)，會加重呼吸系統(tǒng)疾病，其中的有害氣體、重金屬等溶解在血液中，產(chǎn)生嚴重后果。

存在對流層中的臭氧不僅會影響大氣氧化性，而且受到強氧化性的影響，會與多種大氣污染物發(fā)生化學轉(zhuǎn)化，對人類、生態(tài)環(huán)境等造成危害。即使是較低濃度的臭氧也會影響人體健康，患有哮喘的人群，尤其是兒童、老年人以及長期在戶活動或工作的人都屬于近地層臭氧污染的易感人群，容易受到臭氧污染的影響。特別是對于兒童來說，其肺部還處于發(fā)育階段，更容易患哮喘，面臨更大患病風險[4]。

PM2.5和臭氧的共同作用會抑制心肌組織抗氧化能力，并且促進炎癥因子生成，破壞血管內(nèi)皮功能結(jié)構(gòu)，使血管內(nèi)膜通透性增加，從而誘發(fā)心血管疾病發(fā)病甚至導致死亡[5]。

3.3 增加社會負擔

為應對大氣污染，國家自2013年以來就陸續(xù)出臺防治政策、法規(guī)、標準等，因此，我國空氣質(zhì)量得到明顯改善，PM2.5的治理取得良好成績，細顆粒物污染天數(shù)減少，污染程度減輕，但是與此同時，臭氧污染問題卻不斷凸顯，影響社會生產(chǎn)和生活。

PM2.5和臭氧造成的污染，會危害身體健康，導致出現(xiàn)各種疾病，加重家庭經(jīng)濟負擔。尤其是對于一些剛剛實現(xiàn)脫貧的家庭來說，遭受大氣導致的病癥危機一定程度上可能會導致返貧，打擊再脫貧信心，影響脫貧成果。并且污染造成的環(huán)境問題，無論是大氣污染，還是水體污染，抑或是土壤污染，都能加重政府治理成本，影響企業(yè)正常生產(chǎn)，阻礙經(jīng)濟社會發(fā)展。

4 PM2.5和臭氧的治理措施

4.1 健全管理體系

深入貫徹實施黨中央、國務院的決策部署，將大氣污染防控作為推動提升空氣質(zhì)量的總抓手，以新產(chǎn)業(yè)、新能源為重點，大力開展綠色轉(zhuǎn)型，不斷減少大氣污染物。以改善環(huán)境空氣質(zhì)量為核心，堅持方向不變、力度不減，突出精準治污、科學治污、依法治污。建立揮發(fā)性有機物（VOCs）、氮氧化物（NOX）監(jiān)測網(wǎng)絡，從源頭減少PM2.5和臭氧的前體衍生物；建立PM2.5和臭氧預警系統(tǒng)，建設全面覆蓋的空氣質(zhì)量監(jiān)測站點，提高預警能力，做到早發(fā)現(xiàn)、早預防、早防治；完善建立應急處置預案，制定不同程度的協(xié)同減排措施，強化主體責任，逐條逐項責任到人；加強聯(lián)合執(zhí)法，加大執(zhí)法力度，協(xié)同各區(qū)域政府及其生態(tài)環(huán)境部門，聯(lián)防聯(lián)控，減少空氣污染。

4.2 加大研發(fā)力度

應該加大對揮發(fā)性有機物（VOCs）、氮氧化物（NOX）治理體系的技術研發(fā)，以技術為支撐建立排放準則。通過技術研發(fā)，促進產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整。堅決遏制高耗能、高污染產(chǎn)業(yè)的盲目擴張，嚴查排放物，對不符合標準的項目停建停批；通過技術創(chuàng)新，促進傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)向綠色低碳化改造，使用清潔能源提供能量，從源頭減少碳氫化合物（HC）、氮氧化物（NOX）的排放，使用清潔技術改造工藝，從生產(chǎn)過程減少污染廢氣的排放。增加清潔能源使用，減少煤炭、石油等使用量，安全高效發(fā)展核電、風電等動力源，加快建設輸電通道，提高輸電比例。加快使用 VOCs 控制技術，構(gòu)建系統(tǒng)化、精準化的臭氧污染治理體系以及PM2.5控制體系。

4.3 加大VOCs和NOX協(xié)同減排

加大對VOCs和NOX的整治工作，確保協(xié)同減排工作落到實處，加強中央以及地方監(jiān)管力度；創(chuàng)設完備的獎懲舉措，制定行業(yè)排放標準，對達標區(qū)域、企業(yè)等樹立標桿，進行獎勵，對于落后、超標區(qū)域、地方給予適當懲罰措施，激發(fā)積極性和先進性。加大對VOCs和NOX排放特征的研究力度，持續(xù)更新VOCs和NOX的排放清單，制定精準化的排放方案和治理措施，實現(xiàn)VOCs和NOX協(xié)同減排，減少PM2.5濃度和臭氧濃度，為大氣污染防控助力。

4.4 加強種植園林植物

綠色植物不僅可以防風固沙、保持水土，并且對凈化環(huán)境、防治污染作用更為重要。植物以葉綠體為場所，以大氣中二氧化碳（CO2）為原料，在陽光作用下進行光合作用，不斷制造自身生長所需的有機物，也能向大氣中不斷補充新鮮的氧氣。因此，綠色植物具有凈化環(huán)境的作用。另外，有些園林植物更對大氣中的有害成分具有抗性。在城市綠化過程中，按照適地適樹、生態(tài)優(yōu)先、生物多樣性等原則，種植適合當?shù)氐膱@林植物。比如在城市內(nèi)硬化路面以及高速公路上，由于來往車輛較多，會產(chǎn)生大量的二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOX）等有害氣體，為了改善道路環(huán)境條件，可以在公路隔離網(wǎng)外圍，以及道路隔離網(wǎng)以內(nèi)（如中央隔離帶、路緣空地等）種植灌叢植物，既能充分凈化公路交通中的空氣污染，也能保護司乘人員身心健康。

4.5 加強移動源、面源管理控制

移動源對大氣環(huán)境影響較大，包括汽車尾氣排放、揚塵、甚至黑煙車等。加強對移動源的管理控制，有助于降低大氣污染物含量。加強對來往車輛管理，尤其對黑煙排放車輛及時制止，并加大對大型貨運車輛的違規(guī)處罰力度。同時，加強面源管理控制，深入工地現(xiàn)場查看六個百分百是否達標實現(xiàn)，深入汽修廠、小區(qū)等查看是否存在噴涂、露天電焊等違規(guī)行為，深入鄉(xiāng)郊、鄉(xiāng)村查看是否存在散煤燃燒、秸稈、枯葉等生物質(zhì)燃燒等現(xiàn)象。

5 結(jié)論

在大氣污染防治過程中，仍需把PM2.5和臭氧作為切入點，深入探究二者作用機制，加強推進共同前體物質(zhì)揮發(fā)性有機物（VOCs）和氮氧化物（NOX）的協(xié)同減排，落實全面具體的治理措施，改善環(huán)境質(zhì)量，減少PM2.5和臭氧對大氣質(zhì)量的危害。