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美国近地面臭氧污染治理之路

来源: 美国环保协会 作者:王旭豪 人气: 发布时间:2020-08-12 11:47:42

谈及空气污染,PM2.5被大众认为是“罪魁祸首”,其实,还有另一个绝不容忽视的重要因子——臭氧(O3)。2019年,中国以臭氧为首要空气污染物的城市环境空气质量超标天数占总超标天数41.8%,仅次于PM2.5(占45%)。中国环境科学学会臭氧污染控制专业委员会组织近日起草了《中国大气臭氧污染防治蓝皮书(2020年)(征求意见稿)》,正在公开征求意见。

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图1:美国西雅图市

臭氧问题近期尤为凸显。疫情期间,由于工业生产与交通活动减少,今年1至3月,五类首要大气污染物(PM2.5、NO2、PM10、SO2、CO)皆明显减少。但是,入夏以来,中国城市范围内出现了不等程度的臭氧污染。

以北京为例,5月1日发生了近地面臭氧重度污染事件,下午短时内臭氧小时浓度一度突破300μg/m3(微克/立方米),当天臭氧日最大8小时平均第90百分位浓度平均值(简称“臭氧评价值”)超过了中国国家二级标准的180%。

这里的一个名词——近地面臭氧——很值得关注。近地面臭氧通常由人类活动排放的氮氧化物和挥发性有机物在光照和高温下反应而成,是有害光化学烟雾的主要成分,容易造成环境污染,还可能对人类健康产生危害。与“近地面”相对应的概念是 “高层臭氧”。它处于平流层,对人类来说是紫外线的屏障。

近年来,近地面臭氧污染治理已被纳入中国空气污染治理工作范畴。而自1971年首次将近地面臭氧污染治理纳入空气质量监测内容起,美国已积累了近50年的经验。美国环保协会近日(EDF)梳理了美国近地面臭氧治理之路,以期向中国臭氧污染治理工作提供可以为借的他山之石。

一、美国近地面臭氧治理的历史经验

1.标准与政策制定

相较其他大气污染物,美国对于近地面臭氧标准的改动更为频繁,且指标的缩紧幅度更大。

在1971年,美国首次将近地面臭氧纳入空气质量监测内容,并将其一级浓度标准设定为0.08ppm。而后,随着近地面臭氧人类健康影响的科学研究不断深入,研究者们逐渐认识到,人体在中等浓度的臭氧中暴露6-8小时相比于在高浓度臭氧中暴露1-3小时受到的健康损害更大,且6-8小时的暴露时间也更加符合臭氧污染本身的特点。

基于这一结论,EPA于1979年将监测1小时浓度值改为监测8小时浓度值。在浓度指标方面,EPA至今共在NAAQS中对近地面臭氧的达标浓度进行了四次修改。指标由1979年的0.12ppm缩紧至2015年的0.07ppm,四次修改的总体紧缩幅度达到41.7%。不论是监测内容还是浓度指标,近地面臭氧的相关标准一直是NAAQS中最受关注,修订最多的内容之一。

值得一提的是,标准的修改会推动防治政策的更新,美国对于近地面臭氧防治政策的制定建立在一系列科学研究与经济分析的基础之上。这些研究与分析的最重要的表现形式之一就是EPA出台的政策影响分析文件(Regulatory Impact Analyses, RIA)。

2.政策的执行与监测

在政策执行运作方面,美国拥有一套科学研究奠定基础,EPA发号施令,州政府落实政策,最终再由EPA验收成效的运作体系(图1)。首先,由学界的相关科研成果提供科学依据;EPA以此为基础发布RIA论证新指标及新政策的科学性与可行性,并指导美国各州对自身的当前相关环境状况进行认知,各州随后颁布相应的州级政策执行计划(State Implementation Plan, SIP),履行执行政策的法定义务。SIP出台后,EPA将指导各州政府对政策的实施效果进行跟踪,评估成果,确保各州按期实现既定目标。

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图2:美国近地面臭氧(及其他大气污染物)防治政策运作体系

在臭氧污染监测方面,美国在上世纪90年代开始部署光化学评估监测网络(Photochemical Assessment Monitoring Stations, PAMS),监测臭氧污染地区的近地面臭氧、氮氧化物、VOCs浓度以及相关气象参数,为研究污染成因及其扩散过程提供数据支持。

3.治理政策成效评估

美国采用连续三年时间内的第四日均8小时最大浓度平均值作为评判依据,评估臭氧浓度是否达到其法定空气质量标准。用于评估的臭氧浓度数据主要由各州负责监测,并向EPA提供。

美国的近地面臭氧监测站点基本分为三类:

  • 一是EPA在各州直接建立的美国国家空气质量监测及预报网络(Clean Air Status and Trends Network, CASRNET),该网络下属站点共97个,可监测包括臭氧在内的所有六种美国清洁空气法案规定的空气污染物,主要由EPA负责运营维护;

  • 二是由各州、地区、部落的空气污染治理部门负责建设的地方监测站点,这些站点根据各自空气质量状况确定污染物监测对象,其中具备臭氧监测能力的站点超过1500个;

  • 三是专门用于臭氧污染监测以及臭氧污染科学研究的PAMS监测站,主要位于美国西岸的加利福尼亚州,中部的德克萨斯州及东北大西洋沿岸等近地面臭氧污染较为严重的地区。

EPA通过以上三类监测站点汇总各地臭氧数据后,根据当前国家环境空气质量标准(National Ambient Air Quality Standard)中的臭氧浓度限值判定各个州及地区的近地面臭氧浓度是否达标。对于未达标的地区,EPA还会按照当地臭氧浓度超出法定标准的数值对其超标程度进行分级,并指导其后续的臭氧治理行动。

二、美国近地面臭氧污染治理过程中的问题与挑战

美国在近地面臭氧污染治理在不断发展的进步历程中也遇到了一系列问题,这主要体现在:

科学层面上,近地面臭氧形成机制和臭氧污染对人体健康影响的复杂性导致臭氧问题长时间处于“边探索,边规划,边治理”的状态。

虽然近地面臭氧在1971年就被列为大气污染物之一,但美国花费了20多年的时间,在大量的科学研究后才于上世纪九十年代决定建立起光化学评估监测网络对近地面臭氧进行监控,并以此作为研究臭氧治理方法的科学工具。在研究形成机理的同时,关于臭氧对人体健康影响的研究也处在不断更新的过程中,而这一方面的研究又是作为设定监测浓度指标之科学依据的存在。

经济角度上,费用-效益的受众不对称性导致臭氧污染治理难以在政策层面得到落实并取得显著成效。

以EPA在2015年将近地面臭氧浓度指标缩紧至0.07ppm为例,缩紧指标的科学依据是EPA认为新标准带来的相关疾病发病率及过早死亡率降低所带来的货币化健康收益远高于各排放行业执行此标准所需的经济成本。EPA原计划于2011年就颁布这一标准,但由于落实该标准的成本投入方(氮氧化物和VOCs排放行业等)并不是实行该标准的完全受益者(公众群体),这一费效不对称性让臭氧污染治理难以得到经济层面的支持 。在各方不断的角力中,EPA直至2015年才将这一新规颁布实施。

政治体制上,经济发展与环境保护的优先级不同导致美国政府会基于政治目的搁置臭氧乃至其他大气污染物的治理工程。

仍以2015年EPA更新臭氧浓度标准为例,有报道指出,美国前总统奥巴马出于希望在2015年连任总统的目的,才将此标准由2011年推迟至2015年实施。新标准的实施注定会导致石油化工和火力发电等臭氧前体物排放大户的减产,从而拖累美国经济发展,进而影响选民对于奥巴马政府的信心。

此外,主张“环境保护为经济发展让路”和“简化环境监管制度”的特朗普政府在上台后,在不到两个月时间内,就由共和党众议院代表皮特·奥尔森(Pete Olson)和参议院代表雪莱·摩尔·卡皮托(Shelley Moore Capito)先后通过能源与商务委员会和环境与公共工程委员会向两院分别提交了推迟执行奥巴马政府于2015年颁布的臭氧浓度新标准的法案。

三、对中国的启示 

基于上述对于美国近地面臭氧防治的历史经验介绍和现存问题分析,我们针对中国目前的臭氧污染治理情况提出以下建议:

尽早谋划,长远部署,完善臭氧污染的监测治理体系。

2020年是中国大气污染防治攻坚战的决胜之年,在大部分约束性指标提前达标的背景之下,预防夏季高温天气时的臭氧污染成为了打赢这场三年攻坚战的一块“难啃的骨头”。抓实、抓细臭氧前体物的减排,尤其是VOCs的减排,能够在短期实现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体系,彻底弄清臭氧污染的“前因后果”,用更加清晰的科学理论指引臭氧治理工作的开展,不失为我国臭氧治理的一个长期工作着眼点。在这方面,美国的PAMS光化学监测网络十分具有参考价值。

更加注重利用科学研究作为依据,独立分析各项大气污染物防治工程的成本及效益。

目前国内包括近地面臭氧在内的各项空气污染物浓度控制标准基本参考世界卫生组织(WHO)的相关指标制定,虽然具有权威性,但缺少对于基于我国国情的政策影响分析。在这一方面,我国应该借鉴EPA经验,参考其RIA文件的编写思路,合理利用科学研究与经济学研究成果,以我国实际情况出发,从社会经济,居民健康等角度分析大气污染防治过程中产生的成本和效益,并将分析结果进行标准化的比较。

(编辑:Nicola)

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