低碳背景下太原市大氣O3和PM2.5協同防治研究

何秋生，李宏艷，崔 陽，郭利利，田 曉，王 爽

(太原科技大學 環境科學與工程學院，太原 030024)

為適應國家生態環境保護的需求，太原市以產業布局、城市建設和交通優化為主，包括重污染企業的停產遷建，城中村改造和城區快速路網建設等，城市面貌和環境質量得到顯著改善。PM2.5污染得到顯著改善，但顆粒物仍然是首要污染物，全面達到一級標準仍有很大差距。太原城區O3濃度持續上升，O3污染治理已成為大氣污染防治的核心工作內容之一。根據O3污染生成機理，制定因地制宜的前體物(VOCs和NOx)協同減排目標和措施，關注重點行業，從典型企業入手推進減排工作，是實現“十四五”時期太原市大氣PM2.5和O3污染的協同治理的基礎和保障。

1 空氣質量現狀

太原市城區環境空氣質量綜合指數自2016年到2020年，從7.66持續下降到5.91，空氣質量改善明顯，總體向好。優良天數統計顯示，2020年太原市優良率達61%，中度污染以上天數由2016年的52天減少到2020年的27天，下降比率達48%.各項環境污染物濃度顯著下降。首先，城中村改造和集中供暖的散煤消除的成效顯著，SO2和CO顯著降低，2020年相比2016年分別下降75%和46%(圖1).2020年太原市PM2.5和PM10年均濃度分別為54和95 μg/m3，相比2016年分別下降18%和24%；年均NO2高達45 μg/m3，基本未下降，個別時段升高明顯，O3呈明顯上升趨勢，從2016年的140 μg/m3上升到2020年的186 μg/m3，上升幅度達33%，特別是在6-9月的夏季，O3超標天數占45%左右。太原市大氣污染從煤煙型向以PM2.5和O3為特征的區域復合型演變。面臨PM2.5和O3污染日益凸顯的雙重壓力，太原市環境空氣質量改善需加強夏季VOCs和秋冬季PM2.5綜合治理。

圖1 2016-2020年太原市六參污染物濃度

2 PM2.5和O3污染特征

VOCs和NOX是大氣O3生成的重要前體物[9-10]。太原及周邊區域的焦化、爐窯和機動車等是NOX的主要排放源，受煙氣脫硝效率的影響，一直保持較高態勢。太原市VOCs的水平從2015年77.07 μg/m3降低到2019年的51.37 μg/m，C2-C5低碳化合物占比為70%左右，其中低分子烯烴占比47%～87%，顯示極大的O3生成潛勢[10-14]。煤焦相關污染物乙烷、乙烯、乙醛和苯等總貢獻達60%以上[9]?？刂平够袠I烯烴類化合物的排放對太原市夏季O3污染防控至關重要。

源解析結果顯示太原市VOCs和PM2.5主要來源于焦化、機動車尾氣、燃煤、工業、溶劑使用和生物質燃燒等[5,8-12]。焦化源污染排放VOCs和NOX貢獻整體超過30%，O3生產潛勢超過50%；燃煤貢獻在20%～30%，秋冬季貢獻明顯升高；機動車貢獻在20%左右，夏季以非道路移動機械影響為主[9-12]。受特殊的氣象條件和地形的影響，太原市VOCs和NOX主要來自太鋼和清徐及孝義等地焦化工業污染排放[9-12]，秋冬季受氣溫影響，邊界層下降，太原及南部晉中和呂梁四縣表現出污染一體積累升高，并在夜間向太原市城區“倒灌”的特征。太原市大氣污染控制需要做好地區污染消減，同時應該進行太原盆地焦化等重點行業的聯防聯控[15-16]。

3 大氣污染協同防治

按照國家生態環境部要求，太原市大氣環境治理經歷了煙塵防治、煙氣脫硫(SO2)、總量控制、復合型污染防治階段，從污染排放水平和總量控制為核心，向以大氣環境質量改善為目標的轉變。預計2021年底太原市PM2.5、PM10、SO2、NO2和O3年均濃度在52 μg/m3、84 μg/m3、13 μg/m3、41 μg/m3和186 μg/m3左右，維持2021年變化幅度，至“十四五”末太原市PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO和O3年均濃度在44 μg/m3、52μg/m3、5 μg/m3、25 μg/m3、1.3 mg/m3和186 μg/m3左右。其中SO2、NO2和CO已同時達國家二級標準(60 μg/m3、40 μg/m3、4 mg/m3)和WHO指導值(20 μg/m3、40 μg/m3、4 mg/m3)，PM10已達國家二級標準(70 μg/m3).假設到2030年太原市其他污染物平均濃度也達國家二級標準，那么PM2.5和O3需分別降低20.5%和14.0%；到2060年這些污染物基本滿足WHO指導值，那么在2030年的基礎上，到2060年PM2.5、PM10和O3需分別降低71.4%、61.5%和37.5%(圖2).可見要實現此目標值，太原市要在“十四五”期間重點加強對高污染和高能耗行業的污染減排。

圖2 2020-2060年太原市空氣質量指標預測

鑒于大氣污染物與溫室氣體具有同根同源、同時排放的特征，統籌好減污降碳工作，以二氧化碳排放達峰目標與碳中和愿景為牽引，把降碳作為源頭治理的主要抓手，以產業、能源、交通等結構調整為手段，協同控制溫室氣體與污染物排放，優化空氣質量改善排放路徑，實現減污降碳協同增效[17-18]?；?020年太原市重點行業排放清單，太原市協同控制思路為：

(1)基于空氣質量改善的需求，以PM2.5和O3協同控制，進行污染源減排，落后產能的淘汰和現有企業的嚴格超低排放標準的實施，十四五后，進行結構調整和產能的消減。

(2)考慮到山西能源供應的特殊性，電力和焦炭超過70%外輸，按照2030年的目標要求，節能減碳應以降低火電和焦炭的產能產量為主[19]。

(3)考慮到太原運輸結構的特殊性，加快推進“公轉鐵”，可減少CO2、氮氧化物1077.97噸和11.50噸，同2020年底相比均減少35%.

此外，積極推進太原西北區域植樹造林，涵養水源，增加自然碳匯，也是地區生態環境持續發展的重要內容。

4 結語

“十四五”時期是我國實現“碳達峰”目標的關鍵期。煤焦作為主導的能源和產業結構，太原市需要在國家中部和黃河流域高質量發展精神和政策指引下，實施產業機構調整和增加碳匯，實現“減污降碳”的中長期轉型發展規劃。