泉州市臭氧污染的特征研究及污染防控探讨
摘要：研究表明，局地VOCs与NOx的光化学反应是我国城市地区近地表臭氧污染的主要来源，本文通过研究城市周边地区臭氧生成机理和分析泉州市中心市区2015-2017年臭氧监测数据，探讨城市周边地区臭氧污染防控措施。
关键词：城市周边地区；臭氧；二次污染物；污染防控探讨
中图分类号：X831 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）07-0054-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.07.029
Study on characteristics of ozone pollution in Quanzhou City and discussion on prevention and control of pollution
Wang Zhiqiang
（Quanzhou Environmental Monitoring Station，QuanZhou Fujian 362100，China）
Abstract：The research shows that the photochemical reaction between local VOCs and NOx is the main source of near-surface ozone pollution in urban areas of China. This paper studies the ozone production mechanism in the surrounding areas of cities and analyzes the ozone monitoring data of urban areas in Quanzhou from 2015 to 2017. Explore the prevention and control measures of ozone pollution in the surrounding areas of the city.
Key words：Urban peripheral areas； Ozone； Secondary pollutants； Prevention and control of pollution
臭氧被稱作地球的“保护伞”，但近地表的臭氧就是重要的空气污染物，是光化学污染的指示性物质，一旦臭氧浓度超标，即表明可能出现光化学污染，尤其是到了夏季，臭氧常成为首要污染物。近地表臭氧主要有四个来源，分别为平流层及对流层高层臭氧通过垂直运动向近地表的传输、上风向污染源区传输和局地挥发性有机化合物（VOCs）与氮氧化物（NOx）光化学反应[1]。基于数学模型的研究表明，局地VOCs与NOx的光化学反应是我国城市地区近地表臭氧污染的主要来源，控制VOCs与NOx排放是城市地区近地表臭氧污染控制的关键。随着泉州市经济和工业的飞速发展，特别是皮革、陶瓷、石材、制鞋、包装印刷、石化等工业的发展以及机动车数量的急速增加，导致VOCs等臭氧前体物排放量急剧增加，城市周边地区容易积聚VOCs、NOX等污染物，在适宜太阳辐射强度和气象条件下，极易引起环境空气臭氧超标[2]。
1 城市地区近地表臭氧超标的原因
图1 VOCs与NOx光化学反应示意图
臭氧是典型的二次污染物，是VOCs与NOx的光化学反应的产物。在城市周边地区，清晨，大量的VOCs和NO由汽车尾气及其他源排入大气，污染物峰值出现在早交通高峰；随着NO浓度的下降，NO2浓度增大，臭氧等二次污染物随着阳光增强和NO2、VOCs浓度降低而积聚起来（详见图1）。臭氧等二次污染物的峰值常出现在午后，环境空气臭氧超标也集中在该时段。据统计，2015-2017年泉州市中心城区（鲤城区、丰泽区）共有22次臭氧超标，其中有16次出现在12：00～15：00之间。
2 臭氧污染防控形势
泉州市作为福建省的重要的工业城市，其VOCs排放总量约为3.5万t，福建省排名第一，占全省排放总量的27%左右。其中石化、化纤、橡胶、塑料、皮革、纺织、表面涂装、制鞋、印刷等工业排放占VOCs排放总量的约50%，机动车尾气约为40%。2012-2017年泉州规模以上工业各类能源消耗基本都呈现增长的趋势，工业企业能源消耗以原油和原煤为主，其中原煤消耗量由2012年的1279.0万t增加到2017年的1378.9万t，增长了7.8%；原油的消耗量由2012年的1104.2万t增加到2017年的2087.1万t，增加了89.0%。2017年年末，全市民用汽车保有量达到127.39万辆，比上年末增长12.5%；其中私人汽车保有量116.64万辆，增长11.7%；营运汽车总数77959辆，其中客运车辆8549辆、货运汽车60078辆。分析2015-2017年的臭氧监测数据，泉州市中心城区臭氧浓度变化具有明显的季节性特征，夏季、秋季臭氧浓度较高，春季、冬季相对较低。据统计，2017年夏季、秋季臭氧平均浓度分别为137μg/m3、149μg/m3，较2016年同期上升15 %、31%，地区臭氧污染问题有进一步恶化的趋势。
3 臭氧污染防控对策探讨
3.1 合理规划城市周边产业布局
泉州市中心城区人口密度较大、机动车保有量多，NOx排放强度较大，控制VOCs排放可以有效降低本地臭氧生成浓度。分析近10年的地面气象资料，结果显示泉州中心城区夏季和秋季主导风向分别为偏南风、东北风[3-4]。夏季，城市周边地区最主要的VOCs外来源集中在晋江和石狮（中心城区西南方向），通过淘汰落后产能和建立南安（中心城区西北方向）涉VOCs企业集中工业园区，安置晋江和石狮地区符合产业政策的涉VOCs企业，能够有效降低臭氧污染季节外来输送VOCs，降低本地臭氧生成。秋季，城市周边地区最主要的VOCs外来源集中在泉港和惠安（中心城区东北方向，该地区为石化工业园区），通过控制涉VOCs企业进入和实行《石化行业VOCs技术控制方案》，降低臭氧污染季节外来输送VOCs，减少本地臭氧生成[5]。
3.2 实施分段控制方案
从国内外现有的经验可知，臭氧的污染控制难度非常大，污染控制措施是一个持续的计划过程和一套不断发展的控制计划监管制度，每过一段时间（3-5年），就要对计划进行升级，增加新的控制措施，修订旧的措施和消除或搁置一些措施，实施分段控制方案能够有效提高臭氧污染控制效果。
（1）近期污染控制方案主要从企业管控、减少机动车尾气排放、开展臭氧源解析三方面进行推进。在企业管控方面，强制推行涉VOCs排放企业清洁生产审核；开展石化、有机化工等行业泄漏检测与修复工作，降低无组织VOCs排放；排查清理涉VOCs排放的“散乱污”企业，并调查涉VOCs排放企业制定泉州市挥发性有机物污染防治“一厂一策”管控措施。在减少机动车尾气排放方面，发展公共交通、鼓励绿色出行，减少私人汽车使用频率；加大老旧汽车淘汰力度，在公共交通领域逐步用新能源车替代燃油车，并在全社会推广新能源汽车[6]。在开展臭氧源解析方面，委托中国科学院地球环境研究所对泉州市臭氧污染成因和来源进行解析，明确臭氧污染事件主要成因以及主要来源，定量计算各类排放源的贡献，识别外界输送和本地排放的贡献，从而提高臭氧大气污染防治工作的针对性和科学性。
（2）中远期控制方案主要有应用臭氧源解析成果，完善环境空气质量模型，同時对防控措施效果进行评估和调整。一是开展泉州市挥发性有机物控制措施效果评估，基于近中期采取的控制措施，结合泉州市VOCs和NOx等大气污染物在内的排放清单和空气质量模型，模拟泉州地区臭氧的空间分布特征，并与国控点的臭氧的监测结果进行对比，综合评估近中期采取的控制措施效果；针对典型臭氧污染事件，着重分析现有控制措施的不足之处，归纳总结出下一步需要控制的方向。二是开展涉VOCs企业的常规监测分析，监控重点VOCs排放单位，获取长期VOCs时空分布资料，分析VOCs种类的浓度变化特征，借鉴已有主要VOCs污染源的种类成分谱资料，实现高时间分辨率的来源解析，针对活性强的VOCs污染源进行专项削减工作[7]。
3.3 采取臭氧污染季节削峰控制措施
投资建立监测和预警预报平台，及时向属地政府发布预警信息，结合大气污染物排放清单资料，模拟臭氧小时浓度结果，针对臭氧小时浓度峰值超标的情况，确定需要进一步削减的VOCs或NOx区域或具体的大气污染源，并通过该平台发布给相关环境监察执法人员。执法人员在获得预警预报平台发布的执法区域和污染源的地理位置后，按照无一遗漏的原则，逐一对上述区域所有涉VOCs排放或NOx排放的企业进行排查，同时针对各涉VOCs重点排放行业（如石化、化纤、表面涂装、印刷、制鞋、皮革和印染纺织等8大类）进行强化检查。根据模拟结果，确定上述主要行业减产或停产，确保臭氧小时浓度峰值不发生进一步升高，通过削减臭氧小时浓度峰值，降低8小时浓度水平。
4 结束语
综上所述，城市周边地区臭氧污染成因复杂，治理难度大、见效慢，做好VOCs和NOx的污染防控，是防治臭氧污染的关键。
参考文献
[1]Altshuller A P. Production of aldehydes as primary emissions and from secondary atmospheric reactions of alkenes and alkanes during the night and early morning hours[J]. Atmospheric Environment Part A General Topics， 1993， 27（27）：21-32.
[2]Alvarado，A.，Tuazon，E.C.，Aschmann，S.M.，Arey，J.andAtkinson，R.Products and mechanisms of the gas-phasereactions of OH radicals and O3 with 2-methyl-3-buten-2-ol[J].Atmospheric Environment， 1999， 33（18）：2893-905.
[3]魏恩棋，时庭锐，尹彦勋等.天津市大气中羰基化合物特征[J].中国环境监测，2011，27（2）：37-41.
[4]张远航，邵可声等.中国城市光化学烟雾污染研究[J].北京大学学报（自然科学版），1998，34（2-3）：392-400.
[5]周雪明，谭吉华，项萍，何晓朗，郭送军，段菁春，贺克斌，马永亮，邓思欣，司徒淑娉.佛山市冬夏季羰基化合物污染特征[J].中国环境科学，2017，37（03）：844-850.
[6]刘峰，朱永官，王效科.我国地面臭氧污染及其生态环境效应[J].生态环境，2008，17（4）：1674-1679.
[7]GB 3095-2012，环境空气质量标准[S].
收稿日期：2018-04-23
作者简介：王志强（1984-），男，本科，工程师，研究方向为大气环境监测。
关键词：城市周边地区；臭氧；二次污染物；污染防控探讨
中图分类号：X831 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）07-0054-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.07.029
Study on characteristics of ozone pollution in Quanzhou City and discussion on prevention and control of pollution
Wang Zhiqiang
（Quanzhou Environmental Monitoring Station，QuanZhou Fujian 362100，China）
Abstract：The research shows that the photochemical reaction between local VOCs and NOx is the main source of near-surface ozone pollution in urban areas of China. This paper studies the ozone production mechanism in the surrounding areas of cities and analyzes the ozone monitoring data of urban areas in Quanzhou from 2015 to 2017. Explore the prevention and control measures of ozone pollution in the surrounding areas of the city.
Key words：Urban peripheral areas； Ozone； Secondary pollutants； Prevention and control of pollution
臭氧被稱作地球的“保护伞”，但近地表的臭氧就是重要的空气污染物，是光化学污染的指示性物质，一旦臭氧浓度超标，即表明可能出现光化学污染，尤其是到了夏季，臭氧常成为首要污染物。近地表臭氧主要有四个来源，分别为平流层及对流层高层臭氧通过垂直运动向近地表的传输、上风向污染源区传输和局地挥发性有机化合物（VOCs）与氮氧化物（NOx）光化学反应[1]。基于数学模型的研究表明，局地VOCs与NOx的光化学反应是我国城市地区近地表臭氧污染的主要来源，控制VOCs与NOx排放是城市地区近地表臭氧污染控制的关键。随着泉州市经济和工业的飞速发展，特别是皮革、陶瓷、石材、制鞋、包装印刷、石化等工业的发展以及机动车数量的急速增加，导致VOCs等臭氧前体物排放量急剧增加，城市周边地区容易积聚VOCs、NOX等污染物，在适宜太阳辐射强度和气象条件下，极易引起环境空气臭氧超标[2]。
1 城市地区近地表臭氧超标的原因
图1 VOCs与NOx光化学反应示意图
臭氧是典型的二次污染物，是VOCs与NOx的光化学反应的产物。在城市周边地区，清晨，大量的VOCs和NO由汽车尾气及其他源排入大气，污染物峰值出现在早交通高峰；随着NO浓度的下降，NO2浓度增大，臭氧等二次污染物随着阳光增强和NO2、VOCs浓度降低而积聚起来（详见图1）。臭氧等二次污染物的峰值常出现在午后，环境空气臭氧超标也集中在该时段。据统计，2015-2017年泉州市中心城区（鲤城区、丰泽区）共有22次臭氧超标，其中有16次出现在12：00～15：00之间。
2 臭氧污染防控形势
泉州市作为福建省的重要的工业城市，其VOCs排放总量约为3.5万t，福建省排名第一，占全省排放总量的27%左右。其中石化、化纤、橡胶、塑料、皮革、纺织、表面涂装、制鞋、印刷等工业排放占VOCs排放总量的约50%，机动车尾气约为40%。2012-2017年泉州规模以上工业各类能源消耗基本都呈现增长的趋势，工业企业能源消耗以原油和原煤为主，其中原煤消耗量由2012年的1279.0万t增加到2017年的1378.9万t，增长了7.8%；原油的消耗量由2012年的1104.2万t增加到2017年的2087.1万t，增加了89.0%。2017年年末，全市民用汽车保有量达到127.39万辆，比上年末增长12.5%；其中私人汽车保有量116.64万辆，增长11.7%；营运汽车总数77959辆，其中客运车辆8549辆、货运汽车60078辆。分析2015-2017年的臭氧监测数据，泉州市中心城区臭氧浓度变化具有明显的季节性特征，夏季、秋季臭氧浓度较高，春季、冬季相对较低。据统计，2017年夏季、秋季臭氧平均浓度分别为137μg/m3、149μg/m3，较2016年同期上升15 %、31%，地区臭氧污染问题有进一步恶化的趋势。
3 臭氧污染防控对策探讨
3.1 合理规划城市周边产业布局
泉州市中心城区人口密度较大、机动车保有量多，NOx排放强度较大，控制VOCs排放可以有效降低本地臭氧生成浓度。分析近10年的地面气象资料，结果显示泉州中心城区夏季和秋季主导风向分别为偏南风、东北风[3-4]。夏季，城市周边地区最主要的VOCs外来源集中在晋江和石狮（中心城区西南方向），通过淘汰落后产能和建立南安（中心城区西北方向）涉VOCs企业集中工业园区，安置晋江和石狮地区符合产业政策的涉VOCs企业，能够有效降低臭氧污染季节外来输送VOCs，降低本地臭氧生成。秋季，城市周边地区最主要的VOCs外来源集中在泉港和惠安（中心城区东北方向，该地区为石化工业园区），通过控制涉VOCs企业进入和实行《石化行业VOCs技术控制方案》，降低臭氧污染季节外来输送VOCs，减少本地臭氧生成[5]。
3.2 实施分段控制方案
从国内外现有的经验可知，臭氧的污染控制难度非常大，污染控制措施是一个持续的计划过程和一套不断发展的控制计划监管制度，每过一段时间（3-5年），就要对计划进行升级，增加新的控制措施，修订旧的措施和消除或搁置一些措施，实施分段控制方案能够有效提高臭氧污染控制效果。
（1）近期污染控制方案主要从企业管控、减少机动车尾气排放、开展臭氧源解析三方面进行推进。在企业管控方面，强制推行涉VOCs排放企业清洁生产审核；开展石化、有机化工等行业泄漏检测与修复工作，降低无组织VOCs排放；排查清理涉VOCs排放的“散乱污”企业，并调查涉VOCs排放企业制定泉州市挥发性有机物污染防治“一厂一策”管控措施。在减少机动车尾气排放方面，发展公共交通、鼓励绿色出行，减少私人汽车使用频率；加大老旧汽车淘汰力度，在公共交通领域逐步用新能源车替代燃油车，并在全社会推广新能源汽车[6]。在开展臭氧源解析方面，委托中国科学院地球环境研究所对泉州市臭氧污染成因和来源进行解析，明确臭氧污染事件主要成因以及主要来源，定量计算各类排放源的贡献，识别外界输送和本地排放的贡献，从而提高臭氧大气污染防治工作的针对性和科学性。
（2）中远期控制方案主要有应用臭氧源解析成果，完善环境空气质量模型，同時对防控措施效果进行评估和调整。一是开展泉州市挥发性有机物控制措施效果评估，基于近中期采取的控制措施，结合泉州市VOCs和NOx等大气污染物在内的排放清单和空气质量模型，模拟泉州地区臭氧的空间分布特征，并与国控点的臭氧的监测结果进行对比，综合评估近中期采取的控制措施效果；针对典型臭氧污染事件，着重分析现有控制措施的不足之处，归纳总结出下一步需要控制的方向。二是开展涉VOCs企业的常规监测分析，监控重点VOCs排放单位，获取长期VOCs时空分布资料，分析VOCs种类的浓度变化特征，借鉴已有主要VOCs污染源的种类成分谱资料，实现高时间分辨率的来源解析，针对活性强的VOCs污染源进行专项削减工作[7]。
3.3 采取臭氧污染季节削峰控制措施
投资建立监测和预警预报平台，及时向属地政府发布预警信息，结合大气污染物排放清单资料，模拟臭氧小时浓度结果，针对臭氧小时浓度峰值超标的情况，确定需要进一步削减的VOCs或NOx区域或具体的大气污染源，并通过该平台发布给相关环境监察执法人员。执法人员在获得预警预报平台发布的执法区域和污染源的地理位置后，按照无一遗漏的原则，逐一对上述区域所有涉VOCs排放或NOx排放的企业进行排查，同时针对各涉VOCs重点排放行业（如石化、化纤、表面涂装、印刷、制鞋、皮革和印染纺织等8大类）进行强化检查。根据模拟结果，确定上述主要行业减产或停产，确保臭氧小时浓度峰值不发生进一步升高，通过削减臭氧小时浓度峰值，降低8小时浓度水平。
4 结束语
综上所述，城市周边地区臭氧污染成因复杂，治理难度大、见效慢，做好VOCs和NOx的污染防控，是防治臭氧污染的关键。
参考文献
[1]Altshuller A P. Production of aldehydes as primary emissions and from secondary atmospheric reactions of alkenes and alkanes during the night and early morning hours[J]. Atmospheric Environment Part A General Topics， 1993， 27（27）：21-32.
[2]Alvarado，A.，Tuazon，E.C.，Aschmann，S.M.，Arey，J.andAtkinson，R.Products and mechanisms of the gas-phasereactions of OH radicals and O3 with 2-methyl-3-buten-2-ol[J].Atmospheric Environment， 1999， 33（18）：2893-905.
[3]魏恩棋，时庭锐，尹彦勋等.天津市大气中羰基化合物特征[J].中国环境监测，2011，27（2）：37-41.
[4]张远航，邵可声等.中国城市光化学烟雾污染研究[J].北京大学学报（自然科学版），1998，34（2-3）：392-400.
[5]周雪明，谭吉华，项萍，何晓朗，郭送军，段菁春，贺克斌，马永亮，邓思欣，司徒淑娉.佛山市冬夏季羰基化合物污染特征[J].中国环境科学，2017，37（03）：844-850.
[6]刘峰，朱永官，王效科.我国地面臭氧污染及其生态环境效应[J].生态环境，2008，17（4）：1674-1679.
[7]GB 3095-2012，环境空气质量标准[S].
收稿日期：2018-04-23
作者简介：王志强（1984-），男，本科，工程师，研究方向为大气环境监测。
