唐孝炎專訪:防治臭氧汙染重在減少氮氧化物排放

文丨鳳凰網主筆 陳芳

據「新華視點」報導，6月初，環保部公布的《2016中國環境狀況公報》顯示，臭氧已經成為京津冀、長三角地區僅次於PM2.5的空氣汙染物，在珠三角地區更是取代PM2.5成為首要空氣汙染物。面對日益嚴峻的臭氧汙染，環保部已採取部署PM2.5和臭氧的協同控制、出臺VOCs的治理政策標準、削減氮氧化物排放等措施。

6月15日，臭氧問題權威專家、中國工程院院士、北京大學環境科學與工程學院教授唐孝炎院士接受政能亮訪談，談臭氧汙染的成因與防治。

嘉賓簡介

唐孝炎，中國工程院院士、北京大學環境科學與工程學院教授、聯合國環境署臭氧層損耗環境影響評估組共同主席。唐孝炎院士在大氣臭氧、酸雨和大氣細顆粒物化學方面作過許多具有開拓性和創造性的系統工作，創建了我國最早的環境化學專業；領導組織了蘭州光化學煙霧大規模現場綜合研究，最早發現我國光化學煙霧；曾獲國家科技進步一等獎、國家環保總局臭氧層保護個人特別金獎、美國國家環保局平流層臭氧保護獎等國內國際多個獎項。

一、有害的臭氧與保護人體的臭氧有何不同？

政能亮：今年五月六月，環保部曾兩次發布臭氧汙染預警。您早在2013年接受媒體採訪時就提到注意臭氧汙染。對公眾而言，過去臭氧一直被宣傳為保護地球的東西，現在的臭氧汙染是怎麼回事？

唐孝炎：我們對臭氧汙染的關注，始於1974年在蘭州西固化工區的研究，一直到現在。

1989年到2010年這段時間，國內對臭氧問題關注比較多，但那時談的是高層大氣中的臭氧，即平流層臭氧。平流層臭氧是好東西，能吸收掉強紫外射線，使人體得到保護。我們現在講的臭氧是近地面的，就不是好東西了，相反會帶來一些影響，主要表現在對人體呼吸道和心血管的影響，對農作物和古典文物的保護也有一定的影響。

臭氧從哪兒來的？實際上跟二氧化氮（NO₂）有關。二氧化氮在太陽紫外射線作用下發生光解，產生一氧化氮（NO）和一個原子氧。這個原子氧是不穩定的，很快就會和空氣中20%左右的氧氣生成臭氧（O₃）。因為還有一氧化氮存在，生成的臭氧立即與一氧化氮作用，重新再生成二氧化氮，回到原點。但是由於大氣中存在大量的揮發性有機化合物（VOCs），情況就有了變化。

大氣中存在的揮發性有機物（VOCs）在太陽紫外射線的作用下，對大氣中的自由基起增殖作用，產生大量自由基，自由基在大氣中是個氧化性物質。大氣是具有氧化性的，實際上這是大氣的本質。如果沒有大氣氧化性，地球表面就會一直排放一氧化碳，轉化不了二氧化碳，人類就無法生存。而引起氧化性的物質也是一直存在的，就是大氣裡的自由基。

但原來的自由基沒那麼高，20年前，國外的專家在空氣清潔地區做過測定，每立方釐米空氣中大概有106個自由基。2004年，我們在中國汙染地區測定的自由基濃度已經達到每立方釐米空氣中有108個自由基，比清潔地區多了100倍。汙染地區為什麼那麼多的自由基？就是排放的一次汙染物在大氣中與揮發性有機化合物反應，由於揮發性有機化合物的排放量也很大，結果就造成自由基的增殖反應速度比乾淨地區快幾十到百倍。

臭氧和PM2.5都是二次汙染物，又都是由一次汙染物轉變而來。以前的臭氧本底濃度約為30個PPb左右，但在光化學煙霧時期能達到200個PPb，1個PPb等於2微克／立方米。

二、臭氧與光化學煙霧什麼關係？

政能亮：您對臭氧汙染的關注始於1974年領導組織的蘭州光化學煙霧大規模現場綜合研究，那也是首次發現我國光化學煙霧，那次的研究結果是怎樣的？

唐孝炎：1974年，當時我們在北大陝西漢中分校設立了環境化學學科，甘肅省環保所找到我們描述了蘭州西固地區出現的夏季的汙染，使當地的小學生上課時流淚，發現蘭州夏季出現的汙染和冬季燒煤產生的二氧化硫汙染不一樣，而且出現了跟美國洛杉磯光化學煙霧事件類似的徵狀，除了對人體的影響，發現植物也受到傷害。1950年代初期，美國洛杉磯光化學煙霧事件中，最早的發現是電線經常遭到腐蝕，臭氧除了對人體有影響以外，對植物和各地的文物古蹟都會造成影響。

這種情況下，甘肅環保所找到我們，希望幫他們鑑別是哪一種汙染。那時候正處文革時期，研究條件非常困難，我們跟國外沒有任何交道，有些書籍和文獻都是影印的，完全靠自己動手建立測定和驗證的方法。

經過三四年的時間，我們正式測到了一種在大氣中不會自己生存的物質，叫過氧乙醯硝酸酯，英文名為PAN，這是光化學煙霧的特徵汙染物。並且也發現了區域輸送現象，在西固化工區西部45公裡下風向地區測到了高值的臭氧，跟當時洛杉磯光化學煙霧的傳輸徵狀類似。通過測到的PAN，加上高值的臭氧和VOC、NOx等氣態汙染物，1978年，我們確定蘭州汙染是光化學煙霧。

1980年得到國家科委和國家環保局的對蘭州工作的支持後，我們在蘭州又正式開展了大規模的大氣物理和化學的監測，一直到1984年，這項研究工作才基本結束。這次進一步弄明白了蘭州光化學煙霧的成因：蘭州西固有一片石油化工區排放了大量揮發性有機化合物（VOCs），附近還有個氮肥廠排放了大量氮氧化物，這兩種物質排到空氣中與太陽光中的弱紫外光接觸，發生非常快速的系列光化學反應。在這個過程中，原來的一次汙染物轉變成二次汙染物，而氣態二次汙染物最明顯的就是臭氧，還有大量的自由基，以及一些細小顆粒物即我們現在關注的PM2.5。

70年代蘭州西固地區的光化學煙霧與洛杉磯光化學煙霧，最大不同是源的不同。

三、造成臭氧汙染的源有哪些？

政能亮：源分別是什麼？

唐孝炎：洛杉磯的光化學煙霧的主要來源是汽車尾氣，蘭州主要是化工汙染，那時候沒有多少汽車，這是主要的區別。之後，我們到東北大慶、上海金山化工等石油化工區也研究了臭氧問題，發現每個地方都有自己的特點。因為與地理位置、太陽光強度、一次汙染物的排放都有關係。

洛杉磯當時有二三百萬輛機動車，但受洛杉磯光化學煙霧影響最大的地方，是在其下風向的幾百公裡處，說明是輸送過去的。因為汽車多的地方排放的一氧化氮和臭氧發生作用，使臭氧削減了，必然在輸送一段時期後在比較遠的地方出現高值。蘭州的情況正好相反，因為沒有那麼多的一氧化氮。蘭州西固本地當時測的臭氧濃度是200多個PPb，到了下風向地區變成400多個PPb。

政能亮：造成臭氧汙染的源並不是單一的？汽車多的地方臭氧不會太高什麼原因？

唐孝炎：只要條件符合，臭氧是會生成的，並不完全取決於是汽車尾氣、石油化工或者其它什麼。

根據我們的觀測，城市地區的地面的臭氧濃度一般來講不容易過高，我們曾經在北京前門交通中心點測到過臭氧的濃度為零，原因就是那裡的汽車很多，汽車尾氣中的一氧化氮馬上會把升高的臭氧作用掉，即NO+O₃，變成NO2+O2。

臭氧晚上也不會太高，因為沒有太陽光了，它必須是在太陽光紫外射線的作用下，才會很快生成。

四、普通人如何感知臭氧汙染？

政能亮：我們現在的臭氧濃度高嗎？有沒有要特別注意的地方？

唐孝炎：這兒的臭氧濃度雖然超標但不算高。我們國家最早的臭氧標準，是1979年我做完蘭州試驗定的，每年只能允許有一次達到200微克／立方米，設定標準主要考慮人體承受能力。世界衛生組織規定的地面臭氧的指導值（2005年）為100微克／立方米，這是保證人體健康的限值，一般國家的標準在達不到這個值的時候，可以略高。我們國家現在是跟著美國標準走的，判斷臭氧超標常常是連續八小時的均值高於150微克／立方米。

政能亮：按照這個標準，我們國家最近幾年出現的臭氧超標情況多嗎？

唐孝炎：我們國家的一些大城市，如北京、上海、南京、成都、合肥等到夏天都有超標，珠三角地區秋季有超標。天氣很好，PM2.5濃度不高，但臭氧超標了。對孩子和老人有些影響，主要是呼吸道、氣管、肺部以及心血管等。

政能亮：臭氧汙染在大城市會像PM2.5那樣暴發嗎？

唐孝炎：現在不會，因為國家已經注意到了臭氧汙染，臭氧濃度超標也不會高出太多，不會出現蘭州和洛杉磯那樣程度的光化學煙霧。

政能亮：與霧霾主要發生在冬季不同，臭氧汙染主要在夏季？

唐孝炎：北京4月份就開始了，一直到9月份，個別到10月份。往南邊去，太陽光越強，越高，但南方夏季雨水較多，臭氧不會太高，廣州高值出現在9-11月。

政能亮：對公眾而言，臭氧汙染並沒有像霧霾那樣引起足夠的關注，如何提高這方面的認識？

唐孝炎：臭氧是沒有顏色，有一點味道，但不是特別強的氣體，很難感覺到。有一個日本專家他可以用鼻子感覺出來臭氧的濃度，我到現在也感覺不出來。目前這種兩三百個ppb的濃度一般是聞不著的。PM2.5 是顆粒體，它的組分對陽光有吸收和散射的作用，因此可以看到灰濛濛的一片。但是用作淨化劑的臭氧能聞得到味道。

政能亮：除了影響人體，臭氧影響農作物是怎麼回事？

唐孝炎：影響小麥、水稻等農作物顆粒的生長過程，導致產量下降。對蔬菜也有毀壞作用，譬如蘭州當時發現西紅柿、菠菜的葉子反面生鏽的現象。光化學煙霧很有意思，影響植物的纖維，葉子正面看不出來，反面會生鏽。

五、臭氧和PM2.5有沒有關係？

政能亮：臭氧和PM2.5都是二次汙染物，這個怎麼理解？

唐孝炎：PM2.5和臭氧都是二次汙染物，揮發性有機化合物與氮氧化合物造成大氣氧化性的增強，使得一次汙染物——二氧化硫、氮氧化合物與有機物，發生轉化變成二次汙染物。實際上是大氣氧化性大大加強了，也就是說自由基的濃度升高了。臭氧和PM2.5在大氣氧化性的作用下一般情況應該都是增高的，但是二者的形成條件是有所不同的。 臭氧是需要在光輻射較強的情況下容易產生，而PM2.5則會影響陽光的強度，所以當氣象條件特別是逆溫層形成的時候，空氣的流通量較小的情況下，PM2.5的生成影響了地面受到的輻射量，也就影響了臭氧的生成。所以，在夏秋季節的氣象條件下，臭氧的影響會比較顯著。到了晚秋和冬季，陽光強度已不利於臭氧的生成，當氣象條件不利時，高濃度的一次汙染物快速轉變成PM2.5，甚至出現重汙染。

政能亮：您很早就關注了臭氧問題和PM2.5，但公眾關注點更多在霧霾，以為臭氧汙染是最近才有。

唐孝炎：實際霾與霧都是氣象術語，霾是PM2.5造成的後果。

早在1995年有關部門讓我去談下一個五年計劃應抓的重點，我就講到必須注意細顆粒物，但當時沒有引起足夠重視，專家講的話一般要滯後多年才能被接受。

1997年我就提出，我們國家的大氣汙染類型已經變型了，由原來一直關注的煤煙型汙染到了複合型汙染，就是煤煙加上汽車尾氣、揚塵、各種各樣的VOCs，變成了非常複合的大氣汙染環境。

2013年我國開始出現重汙染天氣，實際上我們很早就測了，只是那時候沒有測PM2.5，但PM10汙染指數已經達到七八百甚至上千。大家關注是因為看見天灰濛濛的，但實際看到的不是PM2.5，而是PM2.5對大氣光的一種反應。我們這裡呈現是灰濛濛的，有的國家是黃色，也有的國家是粉紅的，什麼顏色跟一次汙染物的組成和量的多少有關。灰濛濛的顏色，跟一次汙染物中的黑炭有關。

PM2.5是由氣態物質轉化變成顆粒狀態。這一轉化過程是大家現在花大力氣在研究的，是由納米級開始的，好多問題還在探索過程中，但大面上已經清楚了，就是氮氧化物在太陽光作用下發生了一系列的光化學反應，速度快的不得了，中間起主要作用的就是自由基。

六、產生VOCs和氮氧化合物的源有哪些？

政能亮：無論是PM2.5還是臭氧，很關鍵的兩種物質就是VOCs和氮氧化合物。產生VOCs的源有哪些？

唐孝炎：現在我們國家的主要問題還是出現在城市，城區基本是VOCs起控制作用，農村郊區人為的VOCs量就少了。VOCs的汙染源主要是工業，相當部分是城市的化工工業，幾乎所有的燃燒源都會產生VOCs。VOCs還來自於我們的日常生活和活動。比如機動車、加油站、建築塗料、家具製造、餐飲、噴塗，平時量不是很大，但到重汙染時影響就大了。還有就是大量的無組織排放。

政能亮：氮氧化合物的源主要有哪些？

唐孝炎：來自燃燒過程。和二氧化硫主要來自於含硫原料的燃燒不同，氮氧化合物除了來自於含氮原料的燃燒以外，它還來自空氣裡含有的氮氣和氧氣在高溫燃燒時自己合成變成的氮氧化合物。

政能亮：很多地方政府和企業以為天然氣是清潔能源，以為更換了天然氣能源就沒汙染了，其實不是？

唐孝炎：天然氣不能說是清潔燃料，比煤、油好一點，就是沒有硫。使用天然氣的時候，燃燒的溫度超過了氧氣與氮合成的溫度，就會有氮氧化合物產生。用天然氣替代煤，硫沒有了，但是氮氧化合物的排放量不比用煤少。成都最明顯，天然氣用的很多，以為自己沒問題了，但現在成都氮氧化合物濃度很高，夏天太陽光強的時候，臭氧問題就突出了。

七、如何防治臭氧汙染？

政能亮：目前在臭氧的防治上有什麼辦法？

唐孝炎：就是減VOCs，減氮氧化合物。但每個地方還不一樣，因為VOCs和氮氧化合物之間是非線性關係，並不是減VOCs這麼多，NO₂也減這麼多就是好的。在北京奧運期間我們測試，VOCs減的很多，氮氧化合物也往下減，結果，臭氧濃度反而會升高，所以減VOCs是更主要的。這是由每一個城市的地理位置、氣象和汙染物的排放種類等方方面面的因素決定的。現在我們國家的VOCs排放量還在上升，迫切的就是一定要把VOCs降下來。VOCs的源和活性組分的情況是很複雜的，分布亦廣，如果不把VOCs的排放降下來，要避免臭氧的升高是行不通的。

現在政府已經認識到這一點，十三五規劃已將VOCs的減排最為重要指標之一。我們國家治理汙染有個先後次序，最早只注意到二氧化硫，十二五規劃時才抓氮氧化合物，十三五規劃開始抓VOCs。說實在的有些滯後了，國外經驗告訴我們，早一點採取措施不會那麼嚴重。

我們這些年的治理是有成效的，但不可能一下子治理那麼多，這也是事實，因為中國還要發展，每年還要保證6%左右的GDP增長，全治理的乾乾淨淨，哪來的發展？

現在我們面臨的客觀情況是這樣的：一是氣象完全控制不了，只能聽天由命；二是汙染源可以控制，但是控制不了太多；第三，汙染源位置，這是可以採取措施的。氣象是外因，汙染物多是內因，如果我們能一下把汙染物解決了，氣象條件再差也不要緊。但目前情況我們不可能一下把汙染物降到很多，怎麼辦？必須抓緊氣象條件，環保部門與氣象部門密切合作。先總結這幾年的重汙染過程，總結哪些氣象條件下最容易出現重汙染過程，哪些重汙染源在重汙染氣象條件經過的地區。如果正好在某一個氣象點的路徑上，能不能考慮搬遷？但企業搬遷要注意一個問題，避免石油化工與鋼鐵連在一起，這是我們1989年在湄洲灣做研究時最大的教訓，同一個地區既是鋼鐵又是石化，VOCs加上二氧化硫、氮氧化物等一次排放物，PM2.5等問題都會暴發。

另外我們可以學習美國的辦法，對秸稈燃燒是限燒不是禁燒，根據氣象條件分成幾個區域，比如今天下午A區可以燒，必須今天下午燒掉，第二天或第三天B區燒，根據氣象條件一個區一個區地輪流。

美國的光化學煙霧跟倫敦的煙霧事件至今已有60多年的歷史了，他們採取了很多的措施，得到了有效的治理，但是也還沒有根本地解決問題。不過，他們的治理經驗是我們今天應該和正在學習的。我們的大氣汙染問題不是一朝一夕就形成的，也不是一朝一夕就能解決的，這是發展過程中必然會出現的問題，要完全解決汙染物問題是一個長期的過程，需要有充分的思想準備。

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