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臭氧取代PM2.5成为首要污染,怎么治理

发布:2016-05-29 10:24      点击:

 
北京近几日持续高温,该市环保监测中心预报显示,从5月18日开始,首要污染物不是颗粒物而是臭氧。5月19日开始连续三天,当日14时臭氧浓度一度超过200ug/m3标准。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  北京的臭氧污染并非孤例。检索媒体报道发现,2016年,关于臭氧超标的最早报道见于4月4日,南京出现今年第一个臭氧超标污染天。在上海,5月1日至18日有7个污染日,首要污染物中,除了1天为PM10外,其余6天均为臭氧。在郑州,5月份截止到18日,臭氧作为首要污染物天数达到11天,占比为61.1%。

近年来,臭氧一度在夏季稳居长江三角洲与珠江三角洲地区污染物之首。根据环保部公布的数据,2013年8月全国74个城市空气质量超标天数中,以臭氧为首要污染物的天数占比超过七成,而PM2.5仅占19.8%。

“在天是佛,下地成魔”

臭氧本是聚集在距地面20-35公里的臭氧层,是保护地球的卫士。但是,近些年来,地面臭氧的浓度却在在不断增长。臭氧引发的危害都是急性的,会强烈刺激呼吸道,引起气道反应和气道炎症增加、哮喘加重;影响呼吸系统,容易对肺部产生急性危害,比如肺气肿。因此,就有专家称臭氧是“在天是佛,下地成魔”。

地面臭氧,除少量由平流层传输外,大部分是由人为排放的“NOx(氮氧化物)”和“VOCs(挥发性有机物)”,在高温光照条件下二次转化形成的。NOx主要来自机动车、发电厂、燃煤锅炉和水泥炉窑等排放;VOCs主要来自机动车、石化工业排放和有机溶剂的挥发等。

因此,当二氧化硫超标,削减其排放就能达到减少污染的目的。但是,这种方法不能直接用于对臭氧的控制。学界认为,臭氧治理需利用EKMA曲线,通过控制臭氧前体物NOx和VOCs来控制臭氧。

EKMA曲线显示了NOx和VOCs对于臭氧生成的复杂关系。当 VOCs与NOx浓度比值偏大的时候,臭氧生成处于 NOx 控制区,臭氧浓度随 NOx 增加而增加,VOCs的变化对臭氧的影响不大;反之,当VOCs与NOx比值较小时,臭氧生成处于VOCs控制区,臭氧浓度随VOCs增加而增大,NOx浓度增加反而会使臭氧浓度降低。

美国:治了西部,落了东部

治理臭氧的经验也可取他山之石,环保组织亚洲清洁空气中心的一份报告回顾了美国治理臭氧污染的过程。

早在上世纪50年代洛杉矶光化学污染事件之后,美国就已认定了近地面的臭氧浓度过高是因为NOx和VOCs过度排放引起的。治理VOCs排放,特别是严格控制机动车排放的举措在西海岸的洛杉矶城市群取得了一定效果。

但这在东部城市效果不佳。直到1977年,有学者研究发现,中西部的污染传输导致了东北部城市的臭氧严重超标——东部各州处于中西部各州的下风向,一个州排放的前体物——特别是固定高架源排放的NOx,能输送到其他州。

亚洲清洁空气中心的报告认为:从本地污染控制的角度来说,应当优先控制 VOCs 还是 NOx 并没有一个简单的答案。因为不同地区的臭氧生产机制各异,即使同一个地区的不同时间点也不一样,取决于当时的气象条件、排放特征等因素。基本的研究共识认为 VOCs 控制(和/或辅以 NOx 控制)对于缓解城市区域的局地臭氧污染很有帮助,但区域臭氧污染控制的最佳策略是减少高架源的 NOx 排放。

区域协同,强力扭转各自为营局面

在认识到臭氧的传输问题之后,美国地方政府开始尝试设立臭氧区域协同治理。

早前,臭氧浓度长期不能达标的东北各州(包括纽约、马萨诸塞、新泽西、缅因、新罕布什尔、佛蒙特、罗德岛、康涅狄格)的空气污染管理者就已经尝试由下至上进行协商,建立了东北各州空气管理协调机构(NESCAUM)。但是这一努力并没有改变各州的行动策略,环境政策的制定仍然是建立在本州利益基础上,而非区域性策略。

直到1990年臭氧传输委员会(OTC)的建立,才从根本上改变了“各自为营”的局面,形成了以州为主导,联邦政府和各州共同议事和协调的区域性合作机制。

1990年11月,《清洁空气法修正案》正式授权划定臭氧传输区域(OTR),并要求未达标区域污染源应用合理可得控制技术。同时建立氧传输委员会(OTC),旨在协调东北部和大西洋沿岸中部各州的控制计划。

从1991年召开第一次会议并把马里兰州环境委员选为主席开始,美国东北各州正式实施区域臭氧控制策略。OTC由各州代表以及EPA(美国环保署)成员组成,协调制定区域NOx、VOCs 减排策略并督促实施。OTC 的职责包括风险评估和模型研究、移动源的管理和固定源的管理,其中,固定源NOx 排放是区域臭氧控制策略的重点。

1994年,OTR范围内除了弗吉尼亚之外的所有州开始采取一致行动:要求控制250 mmBTU/小时(百万英制热单位)以上工业排放源及15 MW 以上的电厂;设置区域排放控制总量,给各州分配排污许可量,并允许排放源之间进行交易;在5-9 月臭氧高浓度季节期间所有排放源都需要持有NOx 排污许可证才能生产并排放。

更大区域管控初见其效

就在东北各州的联合行动时,电力市场的开发却带来了新的挑战。

臭氧不达标的东北各州都被要求应用合理可用控制技术,而许多中西部州为达标州,并不需要。

于是,当电力市场开放后,东北各州就可从发电成本更低的中西部州购买,这导致了两个后果:东北各州的电厂可能因面临严格的NOx 控制要求而失去市场竞争力;更重要的是,污染物也从中西部各州影响到处于下风向的、原本就不能达标的东部各州。

为了应对这一难题,1995年,EPA和各州的环境委员会组建了臭氧传输评估组(OTAG),由EPA 与东部37州共同组成。1997 年,OTAG 基于研究指出控制电厂NOx 排放是解决臭氧污染传输问题的最佳路径,该工作组认为中西部的NOx 减排将有助于东部各州臭氧达标。

于是在1997年,EPA要求上风向各州修改他们的州实施计划(State  Implementation  Plan , SIP),该措施通常被称为 NOx SIP Call,实施范围也包括美国东部22个州和哥伦比亚地区,相比OTC的范围更大,涵盖了更广地域。

NOx SIP Call OTC区域NOx控制政策类似:每年的5月至9月;为每个州设定排放总量上限,但对于每个州应如何达到控制目标没有规定,各州有选择达标对策的空间;允许污染源之间进行排污许可交易。

这些措施整体取得了很好的效果,特别是在90年代中期后排放下降趋势显著,自1997年到2004年,氮氧化物排放减少了25%,VOCs排放减少了21%。相应地带来了更大幅度的臭氧浓度降低。

 

区域管控并未就此止步。尝到了区域管控的甜头,在臭氧标准加严之后,2015 年,EPA在2005 年发布了《清洁空气州际法规》,旨在对25个东部州与华盛顿特区的电力行业NOx 和SO2进行大幅度总量削减。到2015年,又发布了仍然针对电厂的《跨州空气污染法规》,范围增加到了27个州,旨在尽快帮助下风向各州的空气质量达标。