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凈氣技術

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美國近地面臭氧污染治理之路

來源: 美國環保協會 作者:王旭豪 人氣: 發布時間:2020-08-12 11:47:42

談及空氣污染,PM2.5被大眾認為是“罪魁禍首”,其實,還有另一個絕不容忽視的重要因子——臭氧(O3)。2019年,中國以臭氧為首要空氣污染物的城市環境空氣質量超標天數占總超標天數41.8%,僅次于PM2.5(占45%)。中國環境科學學會臭氧污染控制專業委員會組織近日起草了《中國大氣臭氧污染防治藍皮書(2020年)(征求意見稿)》,正在公開征求意見。

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圖1:美國西雅圖市

臭氧問題近期尤為凸顯。疫情期間,由于工業生產與交通活動減少,今年1至3月,五類首要大氣污染物(PM2.5、NO2、PM10、SO2、CO)皆明顯減少。但是,入夏以來,中國城市范圍內出現了不等程度的臭氧污染。

以北京為例,5月1日發生了近地面臭氧重度污染事件,下午短時內臭氧小時濃度一度突破300μg/m3(微克/立方米),當天臭氧日最大8小時平均第90百分位濃度平均值(簡稱“臭氧評價值”)超過了中國國家二級標準的180%。

這里的一個名詞——近地面臭氧——很值得關注。近地面臭氧通常由人類活動排放的氮氧化物和揮發性有機物在光照和高溫下反應而成,是有害光化學煙霧的主要成分,容易造成環境污染,還可能對人類健康產生危害。與“近地面”相對應的概念是 “高層臭氧”。它處于平流層,對人類來說是紫外線的屏障。

近年來,近地面臭氧污染治理已被納入中國空氣污染治理工作范疇。而自1971年首次將近地面臭氧污染治理納入空氣質量監測內容起,美國已積累了近50年的經驗。美國環保協會近日(EDF)梳理了美國近地面臭氧治理之路,以期向中國臭氧污染治理工作提供可以為借的他山之石。

一、美國近地面臭氧治理的歷史經驗

1.標準與政策制定

相較其他大氣污染物,美國對于近地面臭氧標準的改動更為頻繁,且指標的縮緊幅度更大。

在1971年,美國首次將近地面臭氧納入空氣質量監測內容,并將其一級濃度標準設定為0.08ppm。而后,隨著近地面臭氧人類健康影響的科學研究不斷深入,研究者們逐漸認識到,人體在中等濃度的臭氧中暴露6-8小時相比于在高濃度臭氧中暴露1-3小時受到的健康損害更大,且6-8小時的暴露時間也更加符合臭氧污染本身的特點。

基于這一結論,EPA于1979年將監測1小時濃度值改為監測8小時濃度值。在濃度指標方面,EPA至今共在NAAQS中對近地面臭氧的達標濃度進行了四次修改。指標由1979年的0.12ppm縮緊至2015年的0.07ppm,四次修改的總體緊縮幅度達到41.7%。不論是監測內容還是濃度指標,近地面臭氧的相關標準一直是NAAQS中最受關注,修訂最多的內容之一。

值得一提的是,標準的修改會推動防治政策的更新,美國對于近地面臭氧防治政策的制定建立在一系列科學研究與經濟分析的基礎之上。這些研究與分析的最重要的表現形式之一就是EPA出臺的政策影響分析文件(Regulatory Impact Analyses, RIA)。

2.政策的執行與監測

在政策執行運作方面,美國擁有一套科學研究奠定基礎,EPA發號施令,州政府落實政策,最終再由EPA驗收成效的運作體系(圖1)。首先,由學界的相關科研成果提供科學依據;EPA以此為基礎發布RIA論證新指標及新政策的科學性與可行性,并指導美國各州對自身的當前相關環境狀況進行認知,各州隨后頒布相應的州級政策執行計劃(State Implementation Plan, SIP),履行執行政策的法定義務。SIP出臺后,EPA將指導各州政府對政策的實施效果進行跟蹤,評估成果,確保各州按期實現既定目標。

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圖2:美國近地面臭氧(及其他大氣污染物)防治政策運作體系

在臭氧污染監測方面,美國在上世紀90年代開始部署光化學評估監測網絡(Photochemical Assessment Monitoring Stations, PAMS),監測臭氧污染地區的近地面臭氧、氮氧化物、VOCs濃度以及相關氣象參數,為研究污染成因及其擴散過程提供數據支持。

3.治理政策成效評估

美國采用連續三年時間內的第四日均8小時最大濃度平均值作為評判依據,評估臭氧濃度是否達到其法定空氣質量標準。用于評估的臭氧濃度數據主要由各州負責監測,并向EPA提供。

美國的近地面臭氧監測站點基本分為三類:

  • 一是EPA在各州直接建立的美國國家空氣質量監測及預報網絡(Clean Air Status and Trends Network, CASRNET),該網絡下屬站點共97個,可監測包括臭氧在內的所有六種美國清潔空氣法案規定的空氣污染物,主要由EPA負責運營維護;

  • 二是由各州、地區、部落的空氣污染治理部門負責建設的地方監測站點,這些站點根據各自空氣質量狀況確定污染物監測對象,其中具備臭氧監測能力的站點超過1500個;

  • 三是專門用于臭氧污染監測以及臭氧污染科學研究的PAMS監測站,主要位于美國西岸的加利福尼亞州,中部的德克薩斯州及東北大西洋沿岸等近地面臭氧污染較為嚴重的地區。

EPA通過以上三類監測站點匯總各地臭氧數據后,根據當前國家環境空氣質量標準(National Ambient Air Quality Standard)中的臭氧濃度限值判定各個州及地區的近地面臭氧濃度是否達標。對于未達標的地區,EPA還會按照當地臭氧濃度超出法定標準的數值對其超標程度進行分級,并指導其后續的臭氧治理行動。

二、美國近地面臭氧污染治理過程中的問題與挑戰

美國在近地面臭氧污染治理在不斷發展的進步歷程中也遇到了一系列問題,這主要體現在:

科學層面上,近地面臭氧形成機制和臭氧污染對人體健康影響的復雜性導致臭氧問題長時間處于“邊探索,邊規劃,邊治理”的狀態。

雖然近地面臭氧在1971年就被列為大氣污染物之一,但美國花費了20多年的時間,在大量的科學研究后才于上世紀九十年代決定建立起光化學評估監測網絡對近地面臭氧進行監控,并以此作為研究臭氧治理方法的科學工具。在研究形成機理的同時,關于臭氧對人體健康影響的研究也處在不斷更新的過程中,而這一方面的研究又是作為設定監測濃度指標之科學依據的存在。

經濟角度上,費用-效益的受眾不對稱性導致臭氧污染治理難以在政策層面得到落實并取得顯著成效。

以EPA在2015年將近地面臭氧濃度指標縮緊至0.07ppm為例,縮緊指標的科學依據是EPA認為新標準帶來的相關疾病發病率及過早死亡率降低所帶來的貨幣化健康收益遠高于各排放行業執行此標準所需的經濟成本。EPA原計劃于2011年就頒布這一標準,但由于落實該標準的成本投入方(氮氧化物和VOCs排放行業等)并不是實行該標準的完全受益者(公眾群體),這一費效不對稱性讓臭氧污染治理難以得到經濟層面的支持 。在各方不斷的角力中,EPA直至2015年才將這一新規頒布實施。

政治體制上,經濟發展與環境保護的優先級不同導致美國政府會基于政治目的擱置臭氧乃至其他大氣污染物的治理工程。

仍以2015年EPA更新臭氧濃度標準為例,有報道指出,美國前總統奧巴馬出于希望在2015年連任總統的目的,才將此標準由2011年推遲至2015年實施。新標準的實施注定會導致石油化工和火力發電等臭氧前體物排放大戶的減產,從而拖累美國經濟發展,進而影響選民對于奧巴馬政府的信心。

此外,主張“環境保護為經濟發展讓路”和“簡化環境監管制度”的特朗普政府在上臺后,在不到兩個月時間內,就由共和黨眾議院代表皮特·奧爾森(Pete Olson)和參議院代表雪萊·摩爾·卡皮托(Shelley Moore Capito)先后通過能源與商務委員會和環境與公共工程委員會向兩院分別提交了推遲執行奧巴馬政府于2015年頒布的臭氧濃度新標準的法案。

三、對中國的啟示 

基于上述對于美國近地面臭氧防治的歷史經驗介紹和現存問題分析,我們針對中國目前的臭氧污染治理情況提出以下建議:

盡早謀劃,長遠部署,完善臭氧污染的監測治理體系。

2020年是中國大氣污染防治攻堅戰的決勝之年,在大部分約束性指標提前達標的背景之下,預防夏季高溫天氣時的臭氧污染成為了打贏這場三年攻堅戰的一塊“難啃的骨頭”。抓實、抓細臭氧前體物的減排,尤其是VOCs的減排,能夠在短期實現臭氧污染的有效控制。而在末端治理之上,建立起完善的臭氧污染治理體系,徹底弄清臭氧污染的“前因后果”,用更加清晰的科學理論指引臭氧治理工作的開展,不失為我國臭氧治理的一個長期工作著眼點。在這方面,美國的PAMS光化學監測網絡十分具有參考價值。

更加注重利用科學研究作為依據,獨立分析各項大氣污染物防治工程的成本及效益。

目前國內包括近地面臭氧在內的各項空氣污染物濃度控制標準基本參考世界衛生組織(WHO)的相關指標制定,雖然具有權威性,但缺少對于基于我國國情的政策影響分析。在這一方面,我國應該借鑒EPA經驗,參考其RIA文件的編寫思路,合理利用科學研究與經濟學研究成果,以我國實際情況出發,從社會經濟,居民健康等角度分析大氣污染防治過程中產生的成本和效益,并將分析結果進行標準化的比較。

(編輯:Nicola)

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