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京津冀地区NOx与VOCs协同减排的必要性及路径优化
来源:爱游戏官方网站入口 作者:爱游戏app手机版下载 发布时间: 2022-10-03 07:15:38

  “十三五”时期以来,我国的环境污染治理力度之大前所未有,大气环境质量明显改善。但是,大气污染防治形势仍然严峻。2020年,全国大气2.5 年均质量浓度是世界卫生组织准则值的6.6倍,仍有37.1%的城市3 日最大8小时浓度第90百分位数约为美国洛杉矶等污染较重城市的1.5倍—1.8倍,

  PM 2.5 和O 3 的生成具有共同来源,NOx和VOCs是两者共同的前体物,因此对PM 2.5 和O 3 的协同控制具备基本条件。NOx和VOCs在一定比例下通过大气光化学反应会产生O 3 。如果NOx和VOCs控制比例不当可能导致O 3 浓度的增加,还可能进一步影响二次颗粒物的生成。因此,只有优化NOx与VOCs协同减排路径,才能实现PM 2.5 和O 3 的协同治理。

  优化NOx和VOCs减排策略,将长期浓度的持续降低与短期减少高浓度暴露的需求衔接起来,还能在减排期间带来显著的健康和生态收益。从长期来看,可以成本最小为目标,确定达标要求下NOx和VOCs减排的最优策略。但由于实现空气质量达标需要大量减少前体物排放,可能需要10年以上的时间,因此即使减排总量确定,不同的NOx和VOCs控制路径可以在减排期间产生不同的收益。由于当前O 3 对VOCs较为敏感,因此在VOCs排放控制速度更快的情况下,能在整个NOx控制期间内尽早额外降低PM 2.5 和O 3 浓度,减少PM 2.5 和O 3 对人群健康和生态系统带来的不利影响,从而产生额外的且高于VOCs控制成本的健康和生态效益。

  近年观测数据表明,京津冀地区硝酸盐区域性污染十分突出,已经成为PM 2.5 中最主要的二次无机组分,其浓度快速上升已成为PM 2.5 爆发式增长的关键因素之一。NOx是硝酸盐的前体物,因此控制PM 2.5 污染需要对NOx进行控制。O 3 高污染时段出现在夏季,受夏季气象条件和较高的自然源VOCs排放等因素的影响,NOx的深度减排才能最终降低这一时段的O 3 浓度。但需注意的是,由于非线性响应关系,从短期来看,NOx的单一减排可能使得O 3 浓度增加,因此,在制定近期的减排策略时,需要考虑如何协同控制VOCs和NOx。而当我们讨论达标要求下的减排需求时,NOx的控制是必不可少的,它的深度减排对于持续降低PM 2.5 浓度、减少O 3 生成至关重要。

  控制O 3 污染在欧美发达国家也是一个难题,美国大洛杉矶地区(南海岸空气盆地)是全美最大的不达标区域。与北京的情况类似,洛杉矶也经常会出现逆温现象,导致当地污染物扩散不出去,NOx与VOCs在大气中相互作用形成更多O 3 。鉴于当地地理与气候特点,南海岸空气质量管理局(SCAQMD)考虑了三个O 3 的控制策略(仅治理NOx的策略、仅治理VOCs的策略、NOx—VOCs均等策略),通过大量数据采集和建模分析,最终决定,把NOx排放削减作为其O 3 控制的主要策略,同时采取适当策略性的VOCs减排。这一策略能缓解O 3 在NOx富集地区初期的增加,实现O 3 浓度达标,并为PM 2.5 等的治理带来协同效应。

  不同季节,PM 2.5 与O 3 浓度的特征有较大差异,二者对前体物排放的响应也不同,因此污染治理需要各有侧重。在冬季,O 3 化学处于VOCs敏感区,NOx减少会使O 3 增加。但冬季O 3 浓度本身较低,应侧重于对PM 2.5 的控制。但如果只控制NOx而不控制VOCs,可能会增加大气氧化性并显著影响二次PM 2.5 的形成,因此需要在当前冬季错峰生产措施的基础上进一步强化VOCs控制。夏季,PM 2.5 和O 3 需协同控制。O 3 对NOx排放的敏感性增大,NOx排放量的大幅减少对于O 3 污染控制效果比VOCs减排带来的效果更好。因此,需要在VOCs强化措施的基础上进一步降低区域NOx排放,促进降低O 3 峰值浓度。

  NOx与VOCs的相对大小是影响O 3 化学的重要因素之一。减排比例的比值会受季节、控制区域范围大小等的影响。当仅城市单独减排时,VOCs的减排要高于NOx。但当区域联合控制时,O 3 对NOx的敏感性增加,控制范围越大,NOx的减排带来的O 3 控制效果越好。VOCs/NOx减排比例在一年内变化也较大,考虑区域联合控制,从冬至夏,京津冀各城市NOx/VOCs减排比例的比值中位数约从0.95(12月)降到0.02(7月)。当NOx减排量超过36%—53%时,VOCs减排效果将小于NOx。

  以北京为例,冷季(1月—2月、11月—2月)VOCs/NOx的减排比值约在0.68—0.87,主要是避免氧化性增强促进二次颗粒物生成。暖季(5月—9月)所需VOCs/NOx减排比值较低(约0.37,7月无须VOCs控制可使浓度降低)。冷暖季相交的时段,VOCs/NOx比值约为0.44。这一时期,O 3 浓度不高,但仍需注意NOx控制的短期不利影响。

  还需注意的是,随着减排的进行,需考虑污染物化学生成敏感性的变化调整协同控制策略。在冷季,当NOx持续减排超过40%—51%时,其减排对于O 3 的控制效果将高于VOCs。在暖季,当NOx持续减排超过近21%时,可进一步促进O 3 对NOx敏感性向正敏感性的转变,因此当减排进行到这一程度,就可以更加重视对NOx排放的削减。

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