清华大学环境学院王书肖、邢佳、丁点：京津冀地区NOx与VOCs协同减排的必要性及路径优化

文章导读

PM2.5和O3的生成具有共同来源，NOx和VOCs是两者共同的前体物，因此对PM2.5和O3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O3。如果NOx和VOCs控制比例不当可能导致O3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PM2.5和O3的协同治理。

▲来源：中国环境报   作者：王书肖、邢佳、丁点

“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PM2.5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PM2.5浓度超过国家二级环境空气质量标准。O3污染呈现持续升高态势，京津冀“2+26”城市的O3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，O3已成为仅次于PM2.5的影响空气质量的重要污染物。因此，PM2.5和O3协同控制已成为持续改善空气质量的关键。

优化NOx与VOCs协同减排路径的必要性

PM2.5和O3的生成具有共同来源，NOx和VOCs是两者共同的前体物，因此对PM2.5和O3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O3。如果NOx和VOCs控制比例不当可能导致O3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PM2.5和O3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O3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PM2.5和O3浓度，减少PM2.5和O3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。

NOx深度减排是实现京津冀地区PM2.5和O3达标的关键

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PM2.5中最主要的二次无机组分，其浓度快速上升已成为PM2.5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PM2.5污染需要对NOx进行控制。O3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O3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O3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PM2.5浓度、减少O3生成至关重要。

控制O3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O3。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O3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O3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O3在NOx富集地区初期的增加，实现O3浓度达标，并为PM2.5等的治理带来协同效应。

京津冀地区需制定季节性的减排策略

不同季节，PM2.5与O3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，O3化学处于VOCs敏感区，NOx减少会使O3增加。但冬季O3浓度本身较低，应侧重于对PM2.5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PM2.5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，PM2.5与O3需协同控制。O3对NOx排放的敏感性增大，NOx排放量的大幅减少对于O3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O3峰值浓度。

京津冀地区VOCs和NOx减排比例如何设置？

NOx与VOCs的相对大小是影响O3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，O3对NOx的敏感性增加，控制范围越大，NOx的减排带来的O3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，O3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O3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O3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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