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城市越“安静”污染越严重?面对挤掉PM2.5的新“祸首”,上海怎么办
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来源:上观新闻 作者:陈玺撼 刘再骋 2022-07-23 14:39
摘要:“深水区”的治理难度更大,对城市精细化治理水平提出挑战。

从2015年的53微克/立方米开始,上海PM2.5年均浓度逐年稳步降低,去年,这一社会高度关注的数值首次降到了“2”字头,为27微克/立方米,“史上最低”。

随着PM2.5浓度的降低,越来越多的“水晶天”开始出现,但在日前举行的“2022民生访谈”中,上海市生态环境局局长程鹏却对未来一段时期内的空气污染形势持谨慎态度。

因为,“蓝天下也会有污染”,而且造成这种污染的主要污染物臭氧,从2017年起,就已取代PM2.5,成为上海大气治理领域的首要污染物,其作为首要污染物的污染天数超过了PM2.5。

臭氧长期以来都披着“友善”的外衣,隐藏着对人与环境的潜在危害。“暴露”后,也不似PM2.5那般容易驯服,自2015年以来,上海臭氧日最大8小时平均第90百分位数浓度始终在145微克/立方米至181微克/立方米的区间内徘徊,两起两落。

“的确遏制了上升势头,但未形成明显的持续下降趋势。”程鹏表示,上海的“蓝天保卫战”将继续坚持PM2.5与臭氧协同控制的路线,但“深水区”的治理难度更大,对城市精细化治理水平提出挑战。

2022年7月4日,酷热,外滩游客稀少  赖鑫琳 摄

仲昭宇 制图

图中红色代表臭氧,“蓄谋已久”,终于赶走PM2.5,坐上头把交椅

臭氧变首要污染物

1840年,德国科学家宣布发现臭氧。此后直至20世纪的很长一段时间内,臭氧都被视作一种有益气体,可用于消毒、涂料生产加工、食物保鲜,其最知名的功能莫过于吸收紫外辐射,保护地球生命。

上世纪五六十年代美国洛杉矶爆发的光化学烟雾事件是世上首次大型臭氧污染事件,击碎了臭氧的“好人”滤镜。有研究称,当时洛杉矶地区的臭氧浓度达到上千微克/立方米,造成大量市民头痛、呼吸困难、患红眼病。

这是因为臭氧也分好坏,“在天为佛,在地为魔”:约90%的臭氧处于离地10公里到50公里的平流层,能够吸收紫外辐射,保护地球生命;剩余约10%的臭氧处于近地面,浓度超过一定水平,会对人体健康及动植物生长造成一系列的负面影响。

仲昭宇 制图

平流层和对流层臭氧光化学反应示意图

臭氧被证实可造成多种健康风险。美国环保署的研究证明,瞬时或长时间暴露于高浓度臭氧,不仅可能引起哮喘、呼吸道感染等呼吸系统疾病,还可能造成中风、心律失常等心血管疾病,以及儿童自闭症和阿尔茨海默症等神经系统疾病。

复旦大学公共卫生学院教授陈仁杰等人2010年发表的上海市近地面臭氧污染健康影响评价认为,2008年,近地面臭氧污染导致上海归因健康的经济损失超出32亿元。

遇到臭氧污染天气,待在室内是最有效的防控方法,因为臭氧是活跃气体,容易跟物体表面发生反应并消失,室内臭氧浓度比较低。目前尚无严谨的科学证据表明戴口罩和使用空气净化器可有效防护臭氧危害。

仲昭宇 制图

臭氧还会阻碍植物光合作用,进而对生态系统和农作物造成损失。有学者研究了2013年至2019年臭氧污染对江苏稻麦产量的影响,认为每年臭氧污染致使农作物减产上百万吨。

近年来,随着PM2.5污染得到有效治理,以及对臭氧开展的持续监测,臭氧污染的威胁越发明显,正在步步逼近。

2019年9月23日,华北平原和珠三角区域首先出现臭氧浓度超标,此后,臭氧污染超标区域进一步扩大并向内陆延伸,29日形成了北起沈阳、南至海口、东起宁波、西至重庆的臭氧污染带,覆盖近320万平方公里国土面积,污染带内臭氧浓度日评价值的平均值超过200微克/立方米。

也是在2019年,5月23日那天,上海出现了全年唯一的重度污染天气,首要污染物正是臭氧。

生态环境部发布的《2021中国生态环境状况公报》显示,2021年,168个地级及以上城市,臭氧为首要污染物的超标天数占到总超标天数的41.6%,超过PM2.5成为“罪魁祸首”。

在长三角地区,臭氧污染的问题更加突出。2021年,臭氧为首要污染物的超标天数占到总超标天数的55.4%。

今年前5个月,臭氧是唯一“拖后腿”的

越“安静”污染越严重?

今年3月至5月,上海正常生产生活秩序受到疫情的严重影响,不少企业停工停产,马路也变得“安静”了许多。

但出人意料的是,这3个月内,上海竟然出现了14天的空气污染,其中13天的首要污染物都是臭氧。

今年4月,上海臭氧日最大8小时平均第90百分位数浓度为176微克/立方米,同比上升27.5%,在全国进行排名的168座城市中列第147名。

今年上半年,上海臭氧浓度为156微克/立方米,较去年同期还有10%左右的升幅。

仲昭宇 制图

“安静”下来的城市为何会有臭氧污染?这与臭氧的形成机制有密切关系。

上海市环境科学研究院大气环境研究所所长黄成表示,大部分臭氧是由人为排放的氮氧化物和挥发性有机物在高温光照条件下产生化学反应形成。

氮氧化物主要来自机动车、发电厂、燃煤锅炉和水泥炉窑等排放。

挥发性有机物与氮氧化物有部分相同的来源,此外还存在于油漆、印刷油墨、粘合剂、密封剂等来源广泛的有机溶剂中,植物也会排放挥发性有机物。

“氮氧化物是原料,挥发性有机物是燃料,但不是说这两种前体污染物少了,臭氧就一定会少。”黄成表示,臭氧浓度与两种前体污染物是非线性关系,如果两种前体污染物下降的幅度不一致,在复杂的生成机制下,臭氧的背景浓度反而会提升。

这也就部分解释了路上看不到什么车辆,但臭氧污染会出现的原因。

上海市环境监测中心大气室副主任王茜告诉解放日报·上观新闻记者,在日常监测中,时常发现氮氧化物浓度很高的区域和时段,臭氧浓度反而比较低,比如交通高峰时、交通繁忙的中心城区,汽车排放的尾气多,一氧化氮等氮氧化物浓度高,对臭氧的滴定作用增强,导致臭氧保持在较低的浓度水平。

类似今年疫情封控期间的臭氧污染现象,近年来也时常在春节返乡潮后的上海城区出现。“这并不意味着机动车尾气排放多,就有利于臭氧污染的治理。”王茜表示,臭氧污染形成的机制十分复杂,需要更坚实的科技支撑。

2022年4月1日,外滩,马路上仅有工作车辆来回行驶  海沙尔 摄

车辆尾气能降低臭氧污染?不一定,去年5月,生产生活秩序井然的上海也出现了臭氧污染;去年2月至6月,臭氧浓度也维持在较高的水平

臭氧生成的这种复杂关系,使得治理臭氧时常使用一个词:协同。

黄成表示,目前一种比较主流的观点认为,将挥发性有机物和氮氧化物削减的比例控制在2:1至3:1之间,可有效减少臭氧超标天数,但往往实际操作中,挥发性有机物和氮氧化物的削减比例很难达到理想状态,挥发性有机物的削减幅度往往不及氮氧化物。

“除了前体污染物排放的协同削减,本地和区域、城区和郊区的协同防控也十分重要。”

极端高温天气、气候变暖等原因带来的臭氧污染加剧是一个全球性、普遍性状况。

长三角地区地处亚热带季风气候区,区域温差较小,初春相对湿度较低,紫外线增强,而夏季又多盛行偏南风,高温湿润多雨,春夏时节显著的气候特征有利于臭氧的生成。上海臭氧超标通常出现在4月至9月晴朗、高温的日子。

王茜注意到,上海近几年的臭氧峰值是在2017年,那一年温度特别高,2018年、2019年台风较多,臭氧超标天数相对减少。

今年梅雨季,上海还出现了“空梅”现象,较去年同期气温偏高、相对湿度偏低、风速偏小,这些因素共同推高了臭氧浓度。

今年6月,上海臭氧日最大8小时平均第90百分位数浓度为181微克/立方米,同比上升23.1%。

协同减排3.0版

“上海目前能够将臭氧污染控制在相对稳定的水平,证明了早一步走协同治理路线的科学性。”上海市生态环境局大气环境与应对气候变化处处长周军表示,参照美国、日本等国家的臭氧治理经验,他们均在选择偏重于削减氮氧化物或挥发性有机物排放的路线后,投向了两者协同减排治理路线的“怀抱”。

日本就是一个很典型的例子。2001年以后,日本开始实施减少机动车氮氧化物排放的对策,氮氧化物和PM2.5浓度下降得很明显,但是臭氧污染随之突显。2004年,日本修订相关法律,花力气削减挥发性有机物排放总量后,臭氧浓度在2009年大幅下降。

从2013年起,上海就开始“两条腿走路”——控制氮氧化物排放的同时,开展两轮挥发性有机物治理。

在氮氧化物的控制上,上海聚焦钢铁、电厂、交通等重点行业和领域。全市燃煤电厂2017年已全面完成超低排放改造。目前,国三柴油车限行淘汰工作也已完成,累计淘汰国三柴油车8.43万辆。

在挥发性有机物治理方面,上海在2013年至2017年启动第一轮工业挥发性有机物治理,“刚柔并举”。

一方面通过法律法规、标准、排污许可制度等倒逼,另一方面运用经济杠杆,出台专项补贴政策,累计发放资金2.38亿元,推动末端治理设施在企业的普及,以及企业原辅料、生产工艺、设备等的绿色转型。

2020年,上海启动第二轮工业挥发性有机物治理,在达标排放基础上推动企业“超量减排”,确定了重点治理的6大工业领域、4个通用工序、1类重点企业,及5大类重点挥发性有机物。

仅2021年,上海就完成了1042家企业的工业源挥发性有机物深度综合治理。

徐汇区汽修店安装的智能监管系统,车辆喷漆、烘漆时有没有进“烤箱”,污染物吸附装置是开还是关,关键排放口污染物浓度是否达标,都能在线监测  陈玺撼 摄

环境治理符合边际效益递减规律,越往后,即使治理力度大,效果也可能很不明显。

在臭氧治理上,要实现长久且稳定的成效,目前国际上还没有十分成熟的案例,都是在进入“深水期”后遭遇瓶颈。即便在治理臭氧起步较早的美国和日本,浓度近几年也有微弱上扬。

周军表示,上海臭氧污染治理有两个挑战,未来要攻克。

一是氮氧化物和挥发性有机物协同削减的比例难以保持理想状态,这样的组合对控制臭氧不利。上海氮氧化物减排的难度相对较小、成效更好,而挥发性有机物的控制是短板,较容易发现的“防治点”都进行了整改,剩下的都是难点。

二是排放总量依然较大。上海单位面积的挥发性有机物排放强度在国内处在前列,这也解释了城市“静默期”内为何臭氧污染会增多。

“近年来,上海城区总体处于‘挥发性有机物控制区’,优先治理挥发性有机物,可使臭氧治理效益最大化。”黄成表示,目前对于臭氧污染贡献较大的挥发性有机物的认知还不足,对“潜在”的高贡献度物种的研究还不够。未来的重点是找到它们,进而构建源谱库和排放清单,为精准治理、控制排放指明方向。

近年来上海城区总体处于挥发性有机物控制区,在控制臭氧污染上,削减挥发性有机物排放比氮氧化物更有效

据透露,上海生态环境部门已开始进行第三轮工业挥发性有机物治理的前瞻性研究。

“结合‘双碳’,从碳污同治、调整能源结构、回收利用等方面去挖潜。”周军表示,挥发性有机物以后能不能不产生?或者排放到大气前就被用掉了?这些是治理臭氧污染的根本路径。

题图来源:陈玺撼 摄
题图说明:上海市环境监测中心的监测车,可追踪汽车尾气中的臭氧前体污染物
文中未署名图片来源:上海市环境科学研究院、上海市环境监测中心
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