我國臭氧污染形勢分析及防控對策建議
摘要：近幾年，我國臭氧（O3）污染呈加重趨勢，以O(shè)3為首要污染物的中度及以上污染天數(shù)占比呈上升趨勢，O3已成為影響我國環(huán)境空氣質(zhì)量的重要因素，其中京津冀及周邊地區(qū)、長三角地區(qū)污染物超標(biāo)天數(shù)中以O(shè)3為首要污染物的天數(shù)占比已經(jīng)超過以細(xì)顆粒物（PM2.5）為首要污染物的天數(shù)。影響臭氧污染的因素十分復(fù)雜，O3生成與其前體物揮發(fā)性有機物（VOCs）、氮氧化物（NOx）排放總量及其比例密切相關(guān)，呈非線性化學(xué)響應(yīng)關(guān)系，且對氣象因素異常敏感。因此，控制O3污染應(yīng)更加強調(diào)精準(zhǔn)性與科學(xué)性，建議“十四五”期間以VOCs、NOx減排為抓手，強化O3與PM2.5的協(xié)同控制，以大工程帶動大減排，完善激勵與約束并舉的經(jīng)濟政策，顯著提升監(jiān)測監(jiān)管能力，推動O3污染問題逐步改善。
我國O3污染形勢
自2013年相繼實施《大氣污染防治行動計劃》《打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動計劃》以來，我國環(huán)境空氣質(zhì)量改善效果明顯，空氣中二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）、可吸入顆粒物（PM10）、細(xì)顆粒物（PM2.5）、一氧化碳（CO）濃度顯著下降，尤其是PM2.5污染控制取得顯著成效，但是臭氧（O3）污染卻呈逐年加重的趨勢，O3污染防控形勢嚴(yán)峻。
O3污染呈逐年加重趨勢
2019年，全國337個地級及以上城市（以下簡稱“337個城市”）O3日最大8小時濃度第90分位數(shù)的平均值為148微克/米3，相比2015年、2017年增幅分別為20.7%、8.6%，其中京津冀及周邊地區(qū)、長三角地區(qū)、汾渭平原、蘇皖魯豫交界地區(qū)四個重點區(qū)域相比2015年增幅分別達(dá)34.3%、27.1%、40.7%、23.0%，均超過全國平均增幅（見圖1）。2019年全國O3超標(biāo)城市個數(shù)為103個，其中80%的城市分布在京津冀及周邊地區(qū)（28個）、長三角地區(qū)（25個）、汾渭平原（9個）、蘇皖魯豫交界地區(qū)（21個）四個區(qū)域，這些區(qū)域已成為我國O3污染的重災(zāi)區(qū)。337個城市污染物超標(biāo)天數(shù)中以O(shè)3為首要污染物的天數(shù)占比逐年增加，從2015年的12.5%增加到2019年的41.7%，僅次于以PM2.5為首要污染物的天數(shù)占比（45.0%），特別是京津冀及周邊地區(qū)、長三角地區(qū)超標(biāo)天數(shù)中以O(shè)3為首要污染物的天數(shù)占比已超過以PM2.5為首要污染物的天數(shù)（見圖2）。O3已經(jīng)成為影響我國空氣質(zhì)量的重要污染物。
O3污染程度總體上要明顯低于PM2.5
目前我國O3日最大8小時濃度平均值的二級標(biāo)準(zhǔn)與世界衛(wèi)生組織（WHO）的過渡期目標(biāo)值一致，是WHO指導(dǎo)值的1.6倍、美國標(biāo)準(zhǔn)的1.14倍、歐盟標(biāo)準(zhǔn)的1.33倍，我國O3空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)限值與歐美發(fā)達(dá)國家水平差距不大。但我國PM2.5濃度年均值、日均值二級標(biāo)準(zhǔn)僅與WHO第一階段過渡值接軌，分別是WHO年均濃度指導(dǎo)值、日均濃度指導(dǎo)值的3.5倍、3倍，美國標(biāo)準(zhǔn)年均值、日均值的2.9倍、2.1倍；歐盟標(biāo)準(zhǔn)僅規(guī)定了PM2.5的年均值，我國標(biāo)準(zhǔn)是其1.4倍。雖然我國的O3污染在近年來呈現(xiàn)持續(xù)加重的趨勢，但是總體而言，PM2.5仍然是影響我國大氣環(huán)境和人體健康最主要的污染物。2019年我國337個城市PM2.5年均濃度的均值是WHO準(zhǔn)則值的3.6倍，而O3日最大8小時濃度第90百分位數(shù)的均值是WHO準(zhǔn)則值的1.5倍。全球疾病負(fù)擔(dān)研究中針對我國的分析表明，我國由于大氣環(huán)境PM2.5暴露導(dǎo)致的健康風(fēng)險約為O3暴露的5倍[1]。
從O3污染水平看，我國O3污染略高于歐美，京津冀及周邊地區(qū)、長三角地區(qū)污染水平高于美國西部地區(qū)。總體上，我國O3污染水平相當(dāng)于美國2000年左右的水平，遠(yuǎn)低于美國1950年前后光化學(xué)煙霧事件多發(fā)時期的O3濃度。
O3超標(biāo)以輕度污染為主，但中重度污染占比呈增長趨勢
2019年全國337個城市O3日最大8小時平均濃度超標(biāo)率為7.9%，超標(biāo)天中輕度污染占比88.6%，京津冀及周邊地區(qū)、長三角地區(qū)、汾渭平原、蘇皖魯豫交界地區(qū)O3超標(biāo)天中輕度污染占比分別為79.8%、89.7%、90.0%、91.0%，全國及重點區(qū)域O3超標(biāo)天均以輕度污染為主。2015—2019年，全國337個城市O3超標(biāo)天中中度及以上污染占比從7.2%上升到11.4%，其中京津冀及周邊地區(qū)中度及以上污染占比上升最為顯著，比例上升幅度高達(dá)11.3個百分點（見圖3），全國及重點區(qū)域中度及以上污染天占比呈增長趨勢。因此，O3污染防治在提高優(yōu)良天比率的同時，應(yīng)著重加強中重度污染控制，有效降低O3污染的急性健康影響。
O3污染區(qū)域性特征顯著
O3及其前體物影響范圍廣、持續(xù)時間長、傳輸距離遠(yuǎn)，呈現(xiàn)明顯的區(qū)域性污染特征。區(qū)域內(nèi)城市間及區(qū)域間O3相互影響顯著，污染分布較為均勻，一般無明顯的污染熱點城市。全國空氣質(zhì)量觀測數(shù)據(jù)顯示，我國O3污染過程主要集中在以“北京—西安—杭州”為頂點的三角區(qū)范圍內(nèi)，假定區(qū)域內(nèi)一半以上城市O3日平均濃度同時超標(biāo)為一次區(qū)域性污染過程，該區(qū)域內(nèi)2019年內(nèi)共發(fā)生16次區(qū)域性O(shè)3污染過程，極端條件時O3超標(biāo)城市占比達(dá)90%以上，影響面積約78萬千米2，O3污染的區(qū)域性特征明顯強于PM2.5。其中，京津冀及周邊地區(qū)2019年共發(fā)生了20余次區(qū)域性O(shè)3污染過程，最大影響范圍達(dá)28個城市，最長持續(xù)時間為19天。因此，建議“十四五”期間O3防控應(yīng)在更大的區(qū)域范圍進(jìn)行聯(lián)防聯(lián)控。
影響O3污染的因素
O3是大氣中VOCs和NOx等污染物在太陽紫外線輻射作用下，通過光化學(xué)反應(yīng)生成的二次污染物。O3形成機理十分復(fù)雜，不同地區(qū)、不同時段O3污染成因存在較大差異，但是共性特征包括：前體污染物VOCs和NOx排放總量大，特別是VOCs尚未得到有效控制；O3與VOCs、NOx排放之間呈現(xiàn)非線性響應(yīng)關(guān)系，O3生成化學(xué)過程復(fù)雜；O3污染對光照、溫度、相對濕度和降水等氣象因素異常敏感。
O3生成前體物排放量大
“十二五”以來，我國全面實施NOx排放總量控制，NOx排放量在2012年首現(xiàn)“拐點”，以燃煤電廠為主的高架源NOx治理取得顯著成效，但移動源和大量工業(yè)爐窯NOx排放量降幅較小。目前，我國人為源VOCs排放量巨大，據(jù)估算約為2500萬噸，超出同期煙粉塵、NOx排放量的40%左右，是SO2排放量的3.6倍，遠(yuǎn)高于美國、歐盟等發(fā)達(dá)經(jīng)濟體。此外，VOCs排放來源、構(gòu)成極為復(fù)雜，從排放來源看，涉VOCs排放的工業(yè)門類多達(dá)460余個，工業(yè)企業(yè)數(shù)量有上百萬家，還有大量來自交通源、生活源、天然源的VOCs排放；從排放構(gòu)成看，已監(jiān)測出的VOCs組分有數(shù)百種。VOCs、NOx排放總量大且集中在重點區(qū)域是導(dǎo)致O3污染較重的根本原因，此外由于VOCs排放來源廣泛、多以無組織排放為主，減排難度較大，使得VOCs與NOx減排比例失衡，可能也是造成O3污染加重的因素之一。
前體物之間的比例關(guān)系
O3生成不僅與前體物VOCs、NOx排放量有關(guān)，同時與兩者的比例密切相關(guān)，呈現(xiàn)復(fù)雜的非線性響應(yīng)關(guān)系。經(jīng)典的EKMA曲線可用于揭示VOCs和NOx生成O3的復(fù)雜關(guān)系[3]（見圖4），在VOCs和NOx為坐標(biāo)軸的圖上，O3等值曲線是一條條近似等高線的“L”型曲線，連接不同O3等值線的拐點可以形成一條“脊線”，在脊線上方，NOx相對VOCs過量，稱為VOCs控制區(qū)—O3防控以控制VOCs排放為主；在脊線下方，VOCs相對NOx過量，稱為NOx控制區(qū)—O3防控以控制NOx為主。在VOCs控制區(qū)，VOCs排放保持不變，減排NOx，O3濃度有可能上升。相關(guān)研究表明，我國O3污染重點區(qū)域總體上為VOCs與NOx協(xié)同控制區(qū)，但多數(shù)市區(qū)為VOCs控制區(qū)，主要受烯烴、芳香烴和醛類的控制。因此，“十四五”期間O3控制應(yīng)強調(diào)VOCs和NOx協(xié)同減排，特別是應(yīng)加大VOCs的減排力度。
強輻射、高溫、低濕等氣象條件
O3濃度受太陽輻射、溫度、相對濕度、風(fēng)向和風(fēng)速等氣象條件影響大，同時也會與顆粒物等其他污染物發(fā)生相互作用。在區(qū)域性O(shè)3污染過程中，O3濃度與日最高溫度呈現(xiàn)較好的正相關(guān)關(guān)系，在晴朗的天氣條件下，區(qū)域性O(shè)3污染多發(fā)生于日最高溫度高于30℃的情況，O3污染過程的結(jié)束，多與區(qū)域性的降雨或風(fēng)速變強有關(guān)。對京津冀及周邊地區(qū)的分析結(jié)果表明，溫度越高、相對濕度越低、風(fēng)速越小，越有利于光化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，在平均氣溫30℃以上、日平均相對濕度在25%～75%、持續(xù)偏南風(fēng)、較低風(fēng)速時O3日平均濃度普遍較高[4-5]。與PM2.5相比，O3對氣象因素的影響更加敏感。
以2019年9月為例，全國平均氣溫同比升高1.1℃，華北東南部、華中、華南等地濕度同比下降10%左右，導(dǎo)致9月O3日最大8小時濃度第90百分位數(shù)的平均值同比上升24.7%；此外，模型模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)，重點區(qū)域夏季7月O3日最大8小時平均濃度受氣象條件影響的年際變化可達(dá)30%。因此，對于O3的評價與考核應(yīng)盡可能采用多年滑動平均值，以消除氣象條件的隨機影響。
O3污染防控對策建議
強化PM2.5與O3協(xié)同控制
在未來一段時間，持續(xù)降低PM2.5濃度仍將是我國大氣環(huán)境管理的核心目標(biāo)，而在控制PM2.5污染的同時，強化與O3的協(xié)同控制，盡快遏制O3濃度快速上升的趨勢并使之下降，將是藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)下一階段工作的主線。
VOCs和NOx是造成PM2.5和O3污染的共同前體物。PM2.5與O3的協(xié)同控制，主要反映在更加科學(xué)地開展VOCs和NOx排放控制。因此在下一階段的工作中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)PM2.5與O3協(xié)同控制的需求，調(diào)整污染物減排和污染治理的重點，強化對VOCs與NOx減排要求，從管理理念、控制指標(biāo)、重點任務(wù)、重點措施、環(huán)境政策等方面出發(fā)，建立支撐PM2.5與O3協(xié)同控制的大氣環(huán)境管理框架；通過優(yōu)化大氣污染防治區(qū)域劃分、不同時段重點污染物減排策略設(shè)計等，形成有利于協(xié)同控制和精準(zhǔn)治理的大氣環(huán)境管理體系。
減排VOCs為近期O3污染防治重心
O3污染防治的主要目的是減少其暴露對于人體健康的影響。病理學(xué)和流行病學(xué)的研究均表明，日死亡率與O3濃度存在弱的正相關(guān)關(guān)系，但O3年平均濃度與健康表現(xiàn)的相關(guān)關(guān)系不突出[6]，因此控制O3應(yīng)當(dāng)把重點放在相對高濃度的O3污染上，更加強調(diào)以中重度O3污染控制為主，降低O3污染的急性健康影響，保護(hù)人群健康，提升公眾幸福感、獲得感、安全感；與此同時兼顧O3輕度超標(biāo)天數(shù)的控制，推進(jìn)O3污染程度總體降低，空氣質(zhì)量全面改善。
在全球氣候變化的大背景下，近年來區(qū)域性極端氣象條件出現(xiàn)的頻率越來越高，如2019年9月后半段和2020年5月前半段，我國東部很多城市都出現(xiàn)了遠(yuǎn)超過常年平均水平的高溫天氣，推高了O3濃度，一些城市甚至出現(xiàn)了O3重度污染。因此氣象波動帶來的影響會加大未來O3濃度變化趨勢的不確定性，給我國設(shè)置O3濃度相關(guān)的環(huán)境目標(biāo)造成一定困難。但是，由于我國出現(xiàn)中度和重度O3污染的城市基本上都屬于VOCs控制區(qū)，大幅削減VOCs排放量必將有利于減少中重度O3污染。因此在“十四五”期間，可以通過設(shè)置VOCs減排指標(biāo)，推動大規(guī)模的區(qū)域性VOCs減排，實現(xiàn)O3污染防治目的。
加快實施VOCs減排重大工程
協(xié)同控制PM2.5與O3污染，核心是持續(xù)科學(xué)大幅削減主要大氣污染物排放量，尤其是要加大VOCs減排力度。結(jié)合我國VOCs排放特征、分布特點等，建議以京津冀及周邊地區(qū)、長三角地區(qū)、汾渭平原、蘇皖魯豫交界地區(qū)以及珠三角、成渝、長株潭、遼寧中部等為重點區(qū)域，以工業(yè)涂裝、石化、化工、包裝印刷以及油品儲運銷等為重點領(lǐng)域，以結(jié)構(gòu)減排、工程減排、管理減排、協(xié)同減排為主要路徑，全面實施原輔材料替代、通用設(shè)施無組織排放管理、治污設(shè)施“三率”（廢氣收集率、治污設(shè)施同步運行率和去除率）提升、汽油油品升級、含VOCs廢物高效收集轉(zhuǎn)運處置等重大工程，構(gòu)建綜合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、排放標(biāo)準(zhǔn)、管理制度、技術(shù)政策、經(jīng)濟政策“五位一體”的VOCs綜合管理體系，推動實現(xiàn)VOCs排放大幅削減。
通過嚴(yán)格執(zhí)行大宗有機溶劑產(chǎn)品VOCs含量限值標(biāo)準(zhǔn)，大力推進(jìn)低（無）VOCs含量原輔材料替代工程，從源頭大幅度削減VOCs產(chǎn)生量。通過加強儲罐、裝卸、設(shè)備管線組件、污水處理廠等通用設(shè)施污染源項管理，全面加強無組織排放控制。通過提高“三率”，提升生產(chǎn)過程全鏈條VOCs綜合去除效率。通過“一行一策”“一企一策”等管理制度，提升涉VOCs企業(yè)的精細(xì)化管控水平。通過加嚴(yán)控制夏季汽油油品蒸汽壓，降低汽車VOCs蒸發(fā)排放。此外，VOCs減排不僅應(yīng)著眼于生產(chǎn)過程，還應(yīng)擴展至含VOCs廢物儲存轉(zhuǎn)運處置的末端環(huán)節(jié)，杜絕VOCs污染的跨介質(zhì)、跨地域轉(zhuǎn)移。應(yīng)將盛裝過VOCs物料的包裝容器、含VOCs廢料（渣、液）、廢吸附劑等通過加蓋、封裝等方式密閉存放，充分利用危險廢物管理制度體系，通過及時轉(zhuǎn)運、高效處置等方式，實現(xiàn)VOCs排放協(xié)同控制。
完善激勵與約束并舉的經(jīng)濟政策
將VOCs排放全面納入環(huán)境保護(hù)稅是促進(jìn)企業(yè)加強污染治理和彌補環(huán)境外部性的長效經(jīng)濟手段。VOCs環(huán)境保護(hù)稅配合排污許可證、總量控制、重點行業(yè)VOCs綜合治理等政策手段，將有力推進(jìn)VOCs綜合治理和污染減排。征收VOCs環(huán)境保護(hù)稅應(yīng)遵循循序漸進(jìn)、逐步推進(jìn)的原則，優(yōu)先選擇VOCs排放量大、光化學(xué)反應(yīng)活性強，同時治理技術(shù)、排放核算方法均較為成熟的重點行業(yè)先行征收，為全面征收積累經(jīng)驗。此外，應(yīng)充分考慮企業(yè)治理水平實行差別化征稅政策，對治理水平高、排放濃度低的企業(yè)減免稅收；對超標(biāo)排放企業(yè)加征稅率，使環(huán)境保護(hù)稅更好地發(fā)揮價格杠桿和調(diào)劑作用。
消費稅政策是調(diào)節(jié)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、引導(dǎo)消費方向、推動產(chǎn)品升級換代的有力經(jīng)濟手段。為從源頭上管控含VOCs產(chǎn)品的生產(chǎn)和使用，建議進(jìn)一步擴大有機溶劑產(chǎn)品消費稅征收范圍，包括溶劑型涂料、油墨、膠粘劑、稀釋劑等。關(guān)于納稅人范圍，建議覆蓋境內(nèi)生產(chǎn)和境外進(jìn)口產(chǎn)品。關(guān)于稅率計算，應(yīng)綜合考慮傳統(tǒng)溶劑型產(chǎn)品和低VOCs含量產(chǎn)品的價差、使用成本差異、治理成本差異等因素，選擇合理的稅率。
夯實VOCs綜合治理基礎(chǔ)能力
我國VOCs控制起步晚，管理基礎(chǔ)薄弱，加強VOCs綜合治理基礎(chǔ)能力建設(shè)至關(guān)重要。應(yīng)建立以質(zhì)量改善為核心的VOCs綜合管控技術(shù)體系，圍繞環(huán)境空氣質(zhì)量改善目標(biāo)需求，基于當(dāng)?shù)豋3和PM2.5污染生成機理，確定主控因子。強化大氣VOCs觀測結(jié)果應(yīng)用，獲取環(huán)境中VOCs的時空分布、濃度及化學(xué)組成，充分考慮各種VOCs物質(zhì)的環(huán)境效應(yīng)和毒性，利用本地VOCs排放清單和源解析結(jié)果，確定VOCs控制的重點地區(qū)、重點行業(yè)和重點物種，建立起一套與空氣質(zhì)量管理緊密掛鉤的VOCs綜合管控方案。
針對重點行業(yè)制定“一行一策”差異化、分源項、全過程的防控措施。鑒于VOCs物質(zhì)易揮發(fā)、無組織逸散排放占比大的特征，要打破傳統(tǒng)污染控制偏好于末端排放的控制方法，緊密結(jié)合行業(yè)特色、源類特點，建立起從源頭替代到過程控制再到末端治理的全過程防控技術(shù)路徑。
綜合運用各種監(jiān)測監(jiān)管手段，確保治污措施落地見效。加強無組織排放和有組織排放、廠區(qū)環(huán)境和廠界環(huán)境的監(jiān)測力度。加強對治理設(shè)施運行情況的監(jiān)控，包括設(shè)備運行時間、關(guān)鍵運行參數(shù)、耗材或藥劑使用量、危險廢物處置量、有機溶劑消耗量、能源消費量等，通過連續(xù)監(jiān)測記錄，確保治污設(shè)施正常高效運行。加強物料衡算監(jiān)控手段的利用，根據(jù)企業(yè)溶劑使用量，以及溶劑回收量、殘留廢物中VOCs含量、治理設(shè)施VOCs去除量等綜合判定污染排放情況，實現(xiàn)對生產(chǎn)工藝全流程VOCs減排情況的監(jiān)管和評估。
