城市環境空氣中臭氧的污染綜合分析報告
——以西安市城區2013年環境空氣臭氧監測數據為例

杜新黎, 杜 濤, 李養養, 曹 磊, 關建玲, 丁 強

(陜西省環境監測中心站，陜西 西安 710077)

新近頒布的《環境空氣質量標準》(GB3095-2012)增加了臭氧8小時濃度限值。近年來，在試行新標準的城市中，如我省關中城市群時有臭氧超標現象，而且是晴天麗日、陽光普照，感覺空氣質量不錯，但監測結果卻顯示空氣質量輕度污染。這回“肇事”的不是大家關心的PM2.5，而是臭氧。本文主要以西安市城區2013年度環境空氣中臭氧濃度及其變化監測數據為例，分析其來源，提出控制對策，供研究和決策參考。

1 臭氧及其來源分析

1.1 臭氧及其“好壞”

臭氧，英文名稱Ozone，氣體密度(0℃，g/L)2.144；液體密度(-150℃，g/cm3)1.473，氣態臭氧厚層帶藍色，有刺激性腥臭氣味，濃度高時與氯氣氣味相像；液態臭氧深藍色，固態臭氧紫黑色。另外，臭氧為純凈物。在常溫下，易分解，生成氧氣和氧原子，用于水的消毒和空氣的臭氧化，在化學工業中用作強氧化劑。臭氧很不穩定，在常溫常態常壓下即可分解為氧氣。

在離地表20-30公里的高空，臭氧是“好東西”，是阻止太陽紫外線輻射危害地球生物的天然屏障。但在地面，臭氧是危害人體健康的“壞東西”。輻射增強、氣溫增高導致地表臭氧濃度升高，此時，大氣中的氣態污染物也能被氧化成細顆粒物，對PM2.5的形成有促進作用。夏季，往往PM2.5濃度高的時候，臭氧濃度也很高。臭氧對人體健康的危害主要是強烈刺激呼吸道，造成肺功能改變，引起氣道反應和氣道炎癥增加、哮喘加重等。很多植物對臭氧比較敏感，植物葉面可出現點彩狀和青銅色傷斑。臭氧對建筑材料、衣物及其他物質材料等有損壞作用，如加速橡膠和塑料老化，使紡織品褪色等。

1.2 地面臭氧的主要來源

臭氧同鉛污染、硫化物等一樣，它也是源于人類活動，汽車、燃料、石化等都是臭氧的重要污染源。在車水馬龍的街上行走，常常看到空氣略帶淺棕色，又有一股辛辣刺激的氣味，這就是通常所稱的光化學煙霧。臭氧就是光化學煙霧的主要成分，它不是直接被排放，而是轉化而成的，比如汽車排放的氮氧化物，只要在陽光輻射及適合的氣象條件下就可以生成臭氧。隨著汽車和工業排放的增加，地面臭氧污染成為普遍現象。

強陽光中的強紫外線確實是光化學煙霧污染的觸發條件，但是并不是有陽光的地區都一定會出現臭氧超標。出現臭氧超標的根本原因其實是人類活動排放了生成臭氧的前驅污染物。形成臭氧的“前驅物”主要有氮氧化物、VOC(揮發性有機物)和一氧化碳，它們都是一次污染物，當空氣中的這些污染物超過了大氣的正常容納程度，在紫外線強烈的情況下就會發生光化學反應而生成臭氧。

臭氧是二次污染物，所以要治理臭氧必須先治理它的前驅物二氧化氮、VOC、CO等。二氧化硫的來源主要是油品和煤的燃燒產生的，氮氧化物主要來自于高溫燃燒，一氧化碳主要來自不完全燃燒。但VOC的來源非常復雜廣泛，涉及到上千種物質和眾多產業，其中主要包括石油化工、造船、汽車制造等需要大規模噴涂的產業、印刷、造紙、家具、膠合板、化妝用品、文具、家庭裝修，以及人們忽視的電子行業的清洗環節。

2 西安市城區2013年度臭氧污染基本情況

西安市城區現有國控環境空氣自動站13個，從2012年起采用新的環境空氣標準進行監測，由3個因子增加到6個因子，環境空氣質量評價采用AQI(空氣質量指數)。AQI在50以下為優，509-100為良，100-150為輕度污染，150-200為中度污染，200-300為重度污染，超過300則屬于嚴重污染。

臭氧1小時平均濃度一級、二級標準限值分別為0.16μg/m3、0.20 μg/m3；臭氧日最大8小時濃度限值一級、二級標準分別為0.10μg/m3、0.16 μg/m3。

2.1 臭氧月際8小時平均濃度超標狀況

2013年度西安市城區臭氧8小時平均濃度超標28天，1小時平均濃度值超標3天，1小時和8小時平均濃度值均超標2天，超標情況詳見表1。

表1 臭氧月超標天數統計表 單位：天

其中七、八月份連續多天超標，臭氧夏天超標頻率高于其他季節。

2.2 臭氧日最大8小時平均濃度超標點位情況

臭氧日最大8小時平均濃度超標點位情況見表2，西安市13個點位中有9個點臭氧曾超標。高壓開關、經開區和曲江的超標天數位居前三名。

表2 臭氧超標點位統計表 單位：天

2.3 臭氧8小時平均濃度變化情況

西安市各點位臭氧8小時最大濃度值見表3和圖1。

由表可知，2013年度，臭氧8小時平均濃度最大值為264 μg/m3，超標0.65倍，最大值出現在臨潼點位。從監測數據上來看，城市郊區的臭氧超標天數比城區多。原因是在一定條件下，城市近地面的臭氧被汽車尾氣排放的一氧化氮“吃掉”了，被氧化為二氧化氮。這樣，給地面監測造成了城區臭氧污染輕、郊區污染重的現象。另外與機動車、工業污染源直接排放的一次污染物不一樣。臭氧大部分是二次污染物，需要通過前驅物(氮氧化物和揮發性有機化合物)在陽光照射下，通過光合作用產生。而前驅物主要來自城市污染源，比如機動車尾氣等。前驅物排放后至臭氧形成需要幾個小時。某一時刻，前驅物在市區開始反應。等幾個小時后才會生成臭氧，而這個時候。臭氧早已經被風吹到城市的四周去了。

表3 臭氧各點位8小時平均濃度最大值 單位：μg/m3

圖1臭氧各點位8小時平均濃度最大值

2.4 臭氧8小時平均濃度月際變化情況

由表4和圖2可知，臭氧最大8小時平均濃度出現在6月份，6-10月臭氧濃度偏高.超標與強陽光有關，而空氣中一項未納入監測的污染物VOCs，在光化學作用下，是導致臭氧超標的最重要因素之一。

表4 臭氧8小時濃度月際變化 單位：μg/m3

圖2臭氧8小時濃度月積變化圖

2.5 臭氧一天24小時的變化情況

選取7月-8月份臭氧變化較大的月份，分析一天24小時的變化規律，在氣象條件穩定的情況下，一定是太陽出來之后逐漸升高，見圖3.12時至16時臭氧濃度由高向低變化，14時達到峰值。

圖3 7月25日-8月3日臭氧城市小時均值濃度統計圖

3 西安市臭氧的主要污染來源分析

(1)臭氧污染與機動車尾氣排放密切相關。尾氣主要含有一氧化碳、氮氧化物和碳氫化合物，這些化學物質遇到光之后，就會發生化學反應產生臭氧，光照越強，臭氧污染越嚴重。西安市汽車保有量200萬輛，污染物氮氧化物、一氧化碳和顆粒物的排放總量約為30萬噸。其中氮氧化物18萬噸。環境空氣中二氧化氮的濃度有上升的趨勢，在2012年西安市二氧化氮的年均濃度超過二氧化硫。

(2)臭氧污染與工業污染源密切相關，其中：火電、冶金、建材、石油化工、合成材料、制藥、塑料加工、表面涂裝、電子產品與設備制造、包裝、印刷等等行業貢獻較大。西安市有電廠6家，關中城市群有21家。關中地區燃煤量約達五千多萬噸，西安市工業污染源排放二氧化硫約9萬噸，氮氧化物約8萬噸煙塵約3萬噸，形成臭氧的“前驅物”。

(3)臭氧污染與房地產開發有密切關系，VOC是揮發性有機化合物的英文簡稱，通常所說的油漆、乳膠漆中對人體有害的化學物質(重金屬除外)指的就是VOC。墻壁、天花板、地面等建材，以及乳膠漆、墻紙、絕熱材料、粘合劑等裝飾材料都是VOC的主要來源。

(4)飲食業、干洗業、印刷業對環境空氣污染有一定作用。國人喜歡吃煎炸、爆炒的食物。每人每天消耗油10-50克，還有調料，西安市城區每天排放到空氣中的VOC約0.5萬噸。干洗劑、油墨、氣霧劑的排放形成臭氧的“前驅物”。

4 城區臭氧污染防治的基本對策

從城市可持續發展的角度講，對大氣臭氧污染的防治要采取多種手段結合，主要應采取以下幾方面手段。

4.1 強化機動車污染防治，有效控制氮氧化物的排放

大力開展可持續交通體系建設，發展關中“五市一區”城市公交系統，鼓勵購買清潔能源公交車，控制機動車保有量。

為配合機動車國Ⅳ、國Ⅴ排放標準的實施，在關中城市群應加大國Ⅳ配套成品車用汽油和柴油的供應。

實施國家第Ⅳ階段排放標準。擴大環保監督抽查覆蓋范圍，確保企業批量生產的車輛達到排放標準要求。

加強營運車輛強制報廢的有效管理和監控，加強廢舊汽車拆解回收環境監管，推進“黃標車”加速淘汰進程，對“黃標車”實行區域限行

4.2 明確重點控制區，實施分區分類管理

劃分重點控制區，對重點控制區和一般控制區實施差異化的控制要求。

優化工業空間布局，西安市禁止新建燃煤燃油電廠(除熱電聯產以外的火電廠)、水泥、鋼鐵、石化及煤化工等重污染項目，現有企業要不斷改進設計、使用清潔能源和原料，改造為先進的生產工藝技術與設備、改善管理，提升清潔生產水平，逐步達到行業一級清潔水平。

加快產業結構調整，在單位面積排放強度大的地區要進一步加強產業結構調整，遏制高耗能、高污染產業過快發展；以技術、經濟可行為依據，對重點行業的排放標準、清潔生產標準以及落后產能標準進行修訂，倒逼火電、鋼鐵、水泥建材、焦化、有色、化工等重點行業提升產業技術水平，優化發展方式，減少污染物新增量。

4.3 加強能源清潔利用，控制區域煤炭消費總量

加大清潔能源使用，充分利用天然氣、地熱能、太陽能、風能、煤層氣、生物質能。

劃定高污染燃料禁燃區，發展城市集中供熱，建立清潔能源利用的重點示范項目，優化清潔能源分配方案，控制煤炭消費要求。

4.4 實施多污染物協同控制，全面改善空氣質量

推進二氧化硫、氮氧化物減排，大力削減顆粒物污染排放，推進揮發性有機物污染防治，強化有毒廢氣污染防治，開展溫室氣體排放控制，深化面源污染管理

4.5 創新區域管理機制，提升聯防聯控管理能力

建立關中城市群大氣污染聯防聯控聯席會議制度；實現區域大氣污染源統一監管；建立重大項目環境影響評價會商機制；建立環境信息共享機制；建立關中城市群大氣污染跨界傳輸評估機制；建立關中城市群大氣污染預警應急機制。

創新環境管理政策措施：完善財稅補貼激勵政策；深入推進價格與金融貿易政策；開征揮發性有機物排污費；全面推行排污許可證制度；實施重點行業環保核查制度；推行污染治理設施建設運行特許經營；實施環境信息公開制度；推進城市環境空氣質量達標管理；試行區域排污交易。

4.6 提高區域大氣污染預警應急能力

加強環境監測實驗室大氣污染應急能力建設。加強西安市環境監測站的應急監測儀器、實驗室相關檢測設備的配備，保證能夠應對突發性大氣污染事件的監測能力。

完善大氣污染預警及應急響應機制，增強應急能力。建立以環境質量監測、污染源監測和環境信息支撐為核心的環境監測信息網；利用區域動態排放源清單、模型模擬、通訊網絡、計算機網絡等技術手段，搭建區域突發性污染事件監測預報預警平臺。

4.7 加強宣傳教育，提高公眾的環保意識

增強環保意識和加強環保教育，提高市民對大氣污染的認識程度，使市民了解大氣環境保護和防治污染的意義，激發市民保護大氣的熱情和積極性，將保護環境深入到每個人的生活中，從而制止資源浪費和污染大氣的行為。

5 結語

新修訂的《環境空氣質量標準》(GB3095-2012)已經把臭氧濃度限值納入其中，2012年已經在京津冀、長三角、珠三角等重點區域以及直轄市和省會城市實施；2013年已經在113個環境保護重點城市和國家環保模范城市實施；2015年將在所有地級以上城市實施；2016年1月1日起將在全國實施新標準。西安市從2012年試點實施，2013年正式實施，兩年多的實踐證明，在治理城市環境空氣中臭氧的污染時，要從源頭抓起，從治理形成臭氧的“前體物”做起，不斷減少排放，加大清潔能源使用，才能全面改善城市環境空氣質量。

[1] 環境保護部，國家質量監督檢驗檢疫總局.環境空氣質量標準[GB 3095-2012][S]. 中國環境科學出版社，2012.

[2] 環境保護部.環境空氣質量指數(AQI)技術規定(試行)(HJ 633-2012)[S]. 中國環境科學出版社，2012.

[3] 西安市環境保護局.西安環境質量報告(2013年度)[R].西安市環境保護局，2013.

[4] 晏國政，王井懷.專家詳解臭氧污染三大疑問[OL].[2013-09-21]http://news.xinhuanet.com/politics/2013-09/21/c_117440117.htm.

[5] 佚名.臭氧的益處與危害[OL].[2012-11-25]http://www.tahua.net/thread-460438-1-1.html.

[6] 劉軍，劉雙，張馳.晴天臭氧就超標不能老怪太陽[OL].[2012-09-14]http://roll.sohu.com/20120914/n353108548.shtml.