京津冀地區NOx與VOCs協同減排的必要性及路徑優化

京津冀地區nox與vocs協同減排的必要性及路徑優化

“十三五”時期以來，我國的環境污染治理力度之大前所未有，大氣環境質量明顯改善。但是，大氣污染防治形勢仍然嚴峻。2020年，全國大氣pm_2.5年均質量濃度是世界衛生組織準則值的6.6倍，仍有37.1%的城市pm_2.5濃度超過國家二級環境空氣質量標準。o₃污染呈現持續升高態勢，京津冀“2+26”城市的o₃日最大8小時濃度第90百分位數約為美國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的影響空氣質量的重要污染物。因此，pm_2.5和o₃協同控制已成為持續改善空氣質量的關鍵。

優化nox與vocs協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pm_2.5和o₃的協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反應會產生o₃。如果nox和vocs控制比例不當可能導致o₃濃度的增加，還可能進一步影響二次顆粒物的生成。因此，只有優化nox與vocs協同減排路徑，才能實現pm_2.5和o₃的協同治理。

優化nox和vocs減排策略，將長期濃度的持續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收益。從長期來看，可以成本最小為目標，確定達標要求下nox和vocs減排的最優策略。但由于實現空氣質量達標需要大量減少前體物排放，可能需要10年以上的時間，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生不同的收益。由于當前o₃對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nox控制期間內盡早額外降低pm_2.5和o₃濃度，減少pm_2.5和o₃對人群健康和生態系統帶來的不利影響，從而產生額外的且高于vocs控制成本的健康和生態效益。

nox深度減排是實現京津冀地區pm_2.5和o₃達標的關鍵

近年觀測數據表明，京津冀地區硝酸鹽區域性污染十分突出，已經成為pm_2.5中最主要的二次無機組分，其濃度快速上升已成為pm_2.5爆發式增長的關鍵因素之一。nox是硝酸鹽的前體物，因此控制pm_2.5污染需要對nox進行控制。o₃高污染時段出現在夏季，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段的o₃濃度。但需注意的是，由于非線性響應關系，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，需要考慮如何協同控制vocs和nox。而當我們討論達標要求下的減排需求時，nox的控制是必不可少的，它的深度減排對于持續降低pm_2.5濃度、減少o₃生成至關重要。

控制o₃污染在歐美發達國家也是一個難題，美國大洛杉磯地區（南海岸空氣盆地）是全美最大的不達標區域。與北京的情況類似，洛杉磯也經常會出現逆溫現象，導致當地污染物擴散不出去，nox與vocs在大氣中相互作用形成更多o₃。鑒于當地地理與氣候特點，南海岸空氣質量管理局（scaqmd）考慮了三個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），通過大量數據采集和建模分析，最終決定，把nox排放削減作為其o₃控制的主要策略，同時采取適當策略性的vocs減排。這一策略能緩解o₃在nox富集地區初期的增加，實現o₃濃度達標，并為pm_2.5等的治理帶來協同效應。

京津冀地區需制定季節性的減排策略

不同季節，pm_2.5與o₃濃度的特征有較大差異，二者對前體物排放的響應也不同，因此污染治理需要各有側重。在冬季，o₃化學處于vocs敏感區，nox減少會使o₃增加。但冬季o₃濃度本身較低，應側重于對pm_2.5的控制。但如果只控制nox而不控制vocs，可能會增加大氣氧化性并顯著影響二次pm_2.5的形成，因此需要在當前冬季錯峰生產措施的基礎上進一步強化vocs控制。夏季，pm_2.5和o₃需協同控制。o₃對nox排放的敏感性增大，nox排放量的大幅減少對于o₃污染控制效果比vocs減排帶來的效果更好。因此，需要在vocs強化措施的基礎上進一步降低區域nox排放，促進降低o₃峰值濃度。

京津冀地區vocs和nox減排比例如何設置？

nox與vocs的相對大小是影響o₃化學的重要因素之一。減排比例的比值會受季節、控制區域范圍大小等的影響。當僅城市單獨減排時，vocs的減排要高于nox。但當區域聯合控制時，o₃對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減排比例在一年內變化也較大，考慮區域聯合控制，從冬至夏，京津冀各城市nox/vocs減排比例的比值中位數約從0.95（12月）降到0.02（7月）。當nox減排量超過36%—53%時，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促進二次顆粒物生成。暖季（5月—9月）所需vocs/nox減排比值較低（約0.37，7月無須vocs控制可使濃度降低）。冷暖季相交的時段，vocs/nox比值約為0.44。這一時期，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，隨著減排的進行，需考慮污染物化學生成敏感性的變化調整協同控制策略。在冷季，當nox持續減排超過40%—51%時，其減排對于o₃的控制效果將高于vocs。在暖季，當nox持續減排超過近21%時，可進一步促進o₃對nox敏感性向正敏感性的轉變，因此當減排進行到這一程度，就可以更加重視對nox排放的削減。