京津冀地區(qū)nox與vocs協(xié)同減排的必要性及路徑優(yōu)化

“十三五”時(shí)期以來，我國(guó)的環(huán)境污染治理力度之大前所未有，大氣環(huán)境質(zhì)量明顯改善。但是，大氣污染防治形勢(shì)仍然嚴(yán)峻。2020年，全國(guó)大氣pm_2.5年均質(zhì)量濃度是世界衛(wèi)生組織準(zhǔn)則值的6.6倍，仍有37.1%的城市pm_2.5濃度超過國(guó)家二級(jí)環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。o₃污染呈現(xiàn)持續(xù)升高態(tài)勢(shì)，京津冀“2+26”城市的o₃日最大8小時(shí)濃度第90百分位數(shù)約為美國(guó)洛杉磯等污染較重城市的1.5倍—1.8倍，o₃已成為僅次于pm_2.5的影響空氣質(zhì)量的重要污染物。因此，pm_2.5和o₃協(xié)同控制已成為持續(xù)改善空氣質(zhì)量的關(guān)鍵。

優(yōu)化nox與vocs協(xié)同減排路徑的必要性

pm_2.5和o₃的生成具有共同來源，nox和vocs是兩者共同的前體物，因此對(duì)pm_2.5和o₃的協(xié)同控制具備基本條件。nox和vocs在一定比例下通過大氣光化學(xué)反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生o₃。如果nox和vocs控制比例不當(dāng)可能導(dǎo)致o₃濃度的增加，還可能進(jìn)一步影響二次顆粒物的生成。因此，只有優(yōu)化nox與vocs協(xié)同減排路徑，才能實(shí)現(xiàn)pm_2.5和o₃的協(xié)同治理。

優(yōu)化nox和vocs減排策略，將長(zhǎng)期濃度的持續(xù)降低與短期減少高濃度暴露的需求銜接起來，還能在減排期間帶來顯著的健康和生態(tài)收益。從長(zhǎng)期來看，可以成本最小為目標(biāo)，確定達(dá)標(biāo)要求下nox和vocs減排的最優(yōu)策略。但由于實(shí)現(xiàn)空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)需要大量減少前體物排放，可能需要10年以上的時(shí)間，因此即使減排總量確定，不同的nox和vocs控制路徑可以在減排期間產(chǎn)生不同的收益。由于當(dāng)前o₃對(duì)vocs較為敏感，因此在vocs排放控制速度更快的情況下，能在整個(gè)nox控制期間內(nèi)盡早額外降低pm_2.5和o₃濃度，減少pm_2.5和o₃對(duì)人群健康和生態(tài)系統(tǒng)帶來的不利影響，從而產(chǎn)生額外的且高于vocs控制成本的健康和生態(tài)效益。

nox深度減排是實(shí)現(xiàn)京津冀地區(qū)pm_2.5和o₃達(dá)標(biāo)的關(guān)鍵

近年觀測(cè)數(shù)據(jù)表明，京津冀地區(qū)硝酸鹽區(qū)域性污染十分突出，已經(jīng)成為pm_2.5中最主要的二次無機(jī)組分，其濃度快速上升已成為pm_2.5爆發(fā)式增長(zhǎng)的關(guān)鍵因素之一。nox是硝酸鹽的前體物，因此控制pm_2.5污染需要對(duì)nox進(jìn)行控制。o₃高污染時(shí)段出現(xiàn)在夏季，受夏季氣象條件和較高的自然源vocs排放等因素的影響，nox的深度減排才能最終降低這一時(shí)段的o₃濃度。但需注意的是，由于非線性響應(yīng)關(guān)系，從短期來看，nox的單一減排可能使得o₃濃度增加，因此，在制定近期的減排策略時(shí)，需要考慮如何協(xié)同控制vocs和nox。而當(dāng)我們討論達(dá)標(biāo)要求下的減排需求時(shí)，nox的控制是必不可少的，它的深度減排對(duì)于持續(xù)降低pm_2.5濃度、減少o₃生成至關(guān)重要。

控制o₃污染在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家也是一個(gè)難題，美國(guó)大洛杉磯地區(qū)（南海岸空氣盆地）是全美最大的不達(dá)標(biāo)區(qū)域。與北京的情況類似，洛杉磯也經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)逆溫現(xiàn)象，導(dǎo)致當(dāng)?shù)匚廴疚飻U(kuò)散不出去，nox與vocs在大氣中相互作用形成更多o₃。鑒于當(dāng)?shù)氐乩砼c氣候特點(diǎn)，南海岸空氣質(zhì)量管理局（scaqmd）考慮了三個(gè)o₃的控制策略（僅治理nox的策略、僅治理vocs的策略、nox—vocs均等策略），通過大量數(shù)據(jù)采集和建模分析，最終決定，把nox排放削減作為其o₃控制的主要策略，同時(shí)采取適當(dāng)策略性的vocs減排。這一策略能緩解o₃在nox富集地區(qū)初期的增加，實(shí)現(xiàn)o₃濃度達(dá)標(biāo)，并為pm_2.5等的治理帶來協(xié)同效應(yīng)。

京津冀地區(qū)需制定季節(jié)性的減排策略

不同季節(jié)，pm_2.5與o₃濃度的特征有較大差異，二者對(duì)前體物排放的響應(yīng)也不同，因此污染治理需要各有側(cè)重。在冬季，o₃化學(xué)處于vocs敏感區(qū)，nox減少會(huì)使o₃增加。但冬季o₃濃度本身較低，應(yīng)側(cè)重于對(duì)pm_2.5的控制。但如果只控制nox而不控制vocs，可能會(huì)增加大氣氧化性并顯著影響二次pm_2.5的形成，因此需要在當(dāng)前冬季錯(cuò)峰生產(chǎn)措施的基礎(chǔ)上進(jìn)一步強(qiáng)化vocs控制。夏季，pm_2.5和o₃需協(xié)同控制。o₃對(duì)nox排放的敏感性增大，nox排放量的大幅減少對(duì)于o₃污染控制效果比vocs減排帶來的效果更好。因此，需要在vocs強(qiáng)化措施的基礎(chǔ)上進(jìn)一步降低區(qū)域nox排放，促進(jìn)降低o₃峰值濃度。

京津冀地區(qū)vocs和nox減排比例如何設(shè)置？

nox與vocs的相對(duì)大小是影響o₃化學(xué)的重要因素之一。減排比例的比值會(huì)受季節(jié)、控制區(qū)域范圍大小等的影響。當(dāng)僅城市單獨(dú)減排時(shí)，vocs的減排要高于nox。但當(dāng)區(qū)域聯(lián)合控制時(shí)，o₃對(duì)nox的敏感性增加，控制范圍越大，nox的減排帶來的o₃控制效果越好。vocs/nox減排比例在一年內(nèi)變化也較大，考慮區(qū)域聯(lián)合控制，從冬至夏，京津冀各城市nox/vocs減排比例的比值中位數(shù)約從0.95（12月）降到0.02（7月）。當(dāng)nox減排量超過36%—53%時(shí)，vocs減排效果將小于nox。

以北京為例，冷季（1月—2月、11月—2月）vocs/nox的減排比值約在0.68—0.87，主要是避免氧化性增強(qiáng)促進(jìn)二次顆粒物生成。暖季（5月—9月）所需vocs/nox減排比值較低（約0.37，7月無須vocs控制可使?jié)舛冉档停?。冷暖季相交的時(shí)段，vocs/nox比值約為0.44。這一時(shí)期，o₃濃度不高，但仍需注意nox控制的短期不利影響。

還需注意的是，隨著減排的進(jìn)行，需考慮污染物化學(xué)生成敏感性的變化調(diào)整協(xié)同控制策略。在冷季，當(dāng)nox持續(xù)減排超過40%—51%時(shí)，其減排對(duì)于o₃的控制效果將高于vocs。在暖季，當(dāng)nox持續(xù)減排超過近21%時(shí)，可進(jìn)一步促進(jìn)o₃對(duì)nox敏感性向正敏感性的轉(zhuǎn)變，因此當(dāng)減排進(jìn)行到這一程度，就可以更加重視對(duì)nox排放的削減。