NOx(氮氧化物)是城市環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測關(guān)注的主要指標之一,其通過誘發(fā)多種呼吸道疾病而影響人體健康,并產(chǎn)生一系列次生危害。NOx是“十二五”4項約束性控制指標之一, 2012年3月,新修訂的《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》(GB3095-2012)收緊了NOX濃度限值。未來一段時間,我國NOX污染走勢如何,應怎樣優(yōu)化NOx監(jiān)測,成為業(yè)界普遍關(guān)注的話題。
城市環(huán)境空氣中NOX的監(jiān)測
根據(jù)第一次全國污染源普查公報,我國NOX主要來源于電力行業(yè)、機動車尾氣和非金屬礦物制品業(yè),這三大領(lǐng)域合計排放量占NOX排放總量的83%。由此可見,NOX的總量控制要抓住重點行業(yè)和重點區(qū)域,構(gòu)建以防治火電行業(yè)排放等為核心的工業(yè)NOX防治體系和以防治機動車排放等為核心的生活NOX防治體系。
總體來看,我國城市環(huán)境空氣中NOX的年均濃度相對穩(wěn)定、安全。從2013年監(jiān)測結(jié)果看,年均濃度全部達標,且75%以上符合一級標準。就年變化趨勢而言,2008年以來,城市環(huán)境空氣中 NO2的濃度穩(wěn)中有升,與工業(yè)經(jīng)濟增長較快、機動車排放增加等因素有關(guān)。從季度變化趨勢看,NOx濃度在冬季較高,夏季最低。每年污染最嚴重的月份集中在11月~次年2月,而6月~8月的NOx濃度最低。
究其原因,冬季氣溫低,燃煤采暖等加大了NOx排放,同時,冬季大氣環(huán)境容量最小,NOx在壓縮了的大氣空間里易發(fā)生累積。而大氣環(huán)境容量在夏季變大,同時,由于盛行南風或東南風,大氣環(huán)境相對潔凈,稀釋作用強,因此NOx的污染較輕。
我國城市環(huán)境空氣中NOX的監(jiān)測情況與美國具有可比性。美國從1979年開始要求監(jiān)測環(huán)境空氣中的NO2,對人口超過100萬的城市,最少要布設兩個監(jiān)測點位。其中,一個監(jiān)測城市內(nèi)的最高NO2濃度,另一個要求設在NO2排放量最高區(qū)域的下風向。2006年完成的回顧性評價結(jié)果表明,在全美范圍內(nèi),NO2濃度值一般遠低于標準限值,是相對安全的環(huán)境空氣質(zhì)量指標,因此不再提強制監(jiān)測要求,得到美國環(huán)保局批準后,可撤銷原設點位。
根據(jù)國內(nèi)外監(jiān)測數(shù)據(jù),城市環(huán)境空氣中的NOX主要源自化石燃料的燃燒,特別是機動車的普及,推動城市NO2日濃度變化呈“雙峰雙谷”分布特征。兩次峰值分別出現(xiàn)在上午9:00~11:00和夜間19:00~21:00,且夜間峰值高于白天;兩次谷值出現(xiàn)在凌晨5:00~7:00和下午15:00~17:00,明顯受機動車排放影響。交通早高峰后,NO2不斷累積,從7點到11點,濃度不斷升高,之后有所回落,下午3~5點達到低谷;隨著交通晚高峰到來,NO2濃度又逐漸上升,并在夜間19:00~21:00達到最高值。此后,隨著人群夜間活動減少,NO2濃度開始緩慢下降。
完善NOX監(jiān)測的建議
NOX減排處于非常艱難的膠著狀態(tài)。一方面,重化工業(yè)比重大,結(jié)構(gòu)性污染問題突出,消化存量污染壓力大;另一方面,家庭汽車保有量增加,新開工企業(yè)為數(shù)眾多,NOX排放增量依然較大。這也是在很多城市觀測到環(huán)境空氣中NOX濃度呈升高趨勢的主要原因。就全國而言,2013年地級及以上城市NO2的年均濃度為0.032mg/m3,較2012年增加了14.3%。
我國一直堅持對SO2和NOX的監(jiān)測,總體來看,SO2污染減輕,NOX污染有加劇趨勢。與此同時,灰霾天氣數(shù)量增多。由此看來,NOX排放量增加,以及新增揮發(fā)性有機物和氨氣等的排放,可能引發(fā)更為復雜的光化學反應,從而使城市環(huán)境空氣質(zhì)量急劇下降。因此,NOx可能是比SO2更敏感的指標,應密切跟蹤NOX濃度的變化,并分析其對光化學反應和PM2.5生成的影響。
一是重新確定NOX監(jiān)測目標。美國1971年就制訂了NO2監(jiān)測標準,但直到1979年才提出監(jiān)測要求,而且考慮到人口過百萬的城市才會出現(xiàn)NO2污染問題,只對此種特大城市才作監(jiān)測要求。早期的NOX監(jiān)測主要考慮健康影響,后來同時關(guān)注光化學活性。自美國開展NO2監(jiān)測以來,點位數(shù)量一直相對穩(wěn)定,即使自2006年不再強制要求監(jiān)測,對NO2的監(jiān)測也未終止。其原因在于盡管NO2的健康威脅并不大,但O3模型等需要NOX數(shù)據(jù),加上公眾參與、溯源前驅(qū)物等原因,因此仍堅持對NO2的監(jiān)測。
目前美國保留的對NO2的監(jiān)測,仍有近一半是針對健康影響的。其中,超過36%的點位特意設在人口密集區(qū)。另外,還包括最高濃度區(qū)監(jiān)測、污染點源監(jiān)測、背景監(jiān)測、區(qū)域傳輸監(jiān)測、生物生態(tài)影響監(jiān)測等目的。
從國內(nèi)監(jiān)測情況看,環(huán)境空氣中NO2的濃度并不對健康構(gòu)成嚴重威脅。然而,SO2濃度下降、NO2濃度升高后,灰霾污染立即加重,這表明NO2的其他化學或物理效應較強。因此,NO2監(jiān)測目的設計及監(jiān)測點位確定,是很有研究價值的。調(diào)整NO2監(jiān)測網(wǎng)絡時要綜合考慮多種因素,使其既滿足健康保護需要,又能達到科研目的。
二是加強點源和減排監(jiān)測。NOX污染主要來自化石燃料的燃燒,火電、水泥、鋼鐵燒結(jié)、煉焦等工業(yè)企業(yè)是重要貢獻者。要加強針對這些點源的減排并監(jiān)測其效果。
機動車占NOX排放量的40%~60%。機動車屬于近地面排放,對城市環(huán)境空氣中NO2濃度升高的貢獻在70%以上,是環(huán)境NOX污染的主要來源。在城市內(nèi)可觀測到,在交通擁堵路段,NO2濃度明顯偏高。機動車限行,加強機動車尾氣治理,以及改善路網(wǎng)結(jié)構(gòu)等都是防治NOX污染的有效措施。同時,應在典型路段開展定位監(jiān)測,用以評價控制效果。
三是加強對NOX環(huán)境效應的研究。NOX除了直接引起呼吸道疾病,還會產(chǎn)生其他次生環(huán)境危害,如其轉(zhuǎn)化為硝酸根離子后,導致酸沉降;作為前驅(qū)物,可以使地面臭氧濃度升高;生成細小顆粒物,帶來PM2.5污染;沉降到地面后,使水體富營養(yǎng)化等。NOX參與環(huán)境化學的機理非常復雜,催化作用明顯,應加強相關(guān)基礎研究,以更好地了解NOX的環(huán)境效應,并指導NOX減排工作。