西安地區環境空氣PM2.5污染與霧霾治理研究

張苑

摘要：監測期（2010年1月至2012年12月）內采集到的數據顯示，西安市三年內PM2.5含量平均值依次為73.470±55.357μg/m3、107.208±75.626μg/m3、110.010±77.449μg/m3，和國家規定的二級標準（35μg/m3）相比，三年PM2.5含量都嚴重超標。同比數據顯示，三年內每個季節PM2.5含量平均值都呈上升趨勢。這說明西安市環境污染情況還在不斷惡化。

我們首先要通過科學的方法采集數據，對西安市內的PM2.5積累足夠的認識，進而采取針對性的政策和措施降低西安空氣PM2.5含量，營造良好的生產生活空氣環境。

關鍵詞：空氣污染，PM2.5，環境治理，西安

一、 PM2.5形成的原因

細顆粒物，俗稱PM2.5，它是所有漂浮在大氣中的直徑不足2.5μm的顆粒物的統稱。從化學上來講，它是一種成分及其復雜并且多變的混合物，很多大氣污染物都是它的來源，主要包括一次粒子元素碳（EC）、有機碳（OC）以及土壤中的揚塵。

二、PM2.5濃度變化特征

1.近三年觀測PM2.5濃度逐年變化特征

本文對2009年11月至2012年12月之間對西安市內監測點的空氣PM2.5質量濃度高分辨率分布特征進行了相關監測研究。

下表總結了監測期內PM2.5年均濃度變化范圍，我們可以得知監測期內PM2.5年均濃度依次是73.470±55.357μg/m3、107.208±75.626μg/m3、110.010±77.449μg/m3。很明顯目前的實際情況遠遠超出了新標準，超標部分呈現倍數增長，分別是新標準的2.1倍、3.06倍、3.14倍。超標部分的遞增趨勢說明了工業發展和機動車數量劇增使西安市PM2.5污染情況還在進一步惡化。

高分辨率監測PM2.5濃度年均變化范圍 *.Ds標準偏差

時間 最高值 年均值 ±Ds* 年均值超

μg/m3 μg/m3 標倍數

2010年 391.200 73.470±55.357 2.10

2011年 598.300 107.208±75.626 3.06

2012年 428.400 110.010±77.449 3.14

2.PM2.5濃度四季變化變化特征

以季節為X軸，PM2.5含量為Y軸建立坐標系，把TEOM在線自動檢測系統搜集到的監測數據年平均值在平面坐標系中描繪出來（如下圖），其中季節時間劃分點為12月21日至下年3月19日為冬季；3月20日至6月20日為春季；6月21日至9月21日為夏季；9月22日至12月20日為秋季。

下圖反映的是四季中一天之內的PM2.5質量濃度平均值。監測期內個季節濃度都大于二級日均標準限值（75μg/m3），冬、秋、春、夏四季超出部分所占比例依次為64.09%、62.40%、50.05%、38.00%。圖中可以看出各季節中春、冬兩季的PM2.5質量濃度最高值到最低值之間的距離明顯比秋、夏兩季更長。究其原因是因為在冬季取暖等民生工程會燃燒大量的煤炭，排放更多污染物到大氣中，尤其在春節期間PM2.5濃度一度飆升到一年之中的最高值，同時，受到西安地理和氣象條件的束縛，污染物難以擴散到周邊其他城市。這兩方面的原因造成了冬季PM2.5值格外高。春節期間PM2.5出現最高值的原因是我們中國人的傳統除夕夜燃放鞭炮這類人為因素造成的。到春季之后，濃度最高值和最低值之間的差距依舊很大，不過由于天氣的回暖，供暖工業的減產使得PM2.5的濃度基本上都保持在較低水平。春季出現的最高值是非人為因素造成的，西安市三面被山圍繞，深處谷地，春季氣溫比較低，在這樣的地理和氣候條件下，污染物很難游離到其他地方。秋季到來后，西安市降雨明顯增多，雨水能夠將部分顆粒物下沉至地面，所以秋季PM2.5濃度最高峰會比春季低，然而整個秋季的PM2.5平均濃度高于春季接近冬季，這說明了秋季污染源在一直排放污染物，交通造成的污染全年都有，除此之外在秋季這個農業的收獲季節，西安市周邊很多農民將廢棄的秸稈和其他農作物的植株直接露天燃燒，釋放大量污染物到大氣中去。夏季PM2.5濃度變化相對比較平緩并且保持在較低的水平。這是因為夏季來臨環境溫度升高，有利于空氣的流動，顆粒物就隨著空氣的流動而擴散。

3.冬季三時段PM2.5 中碳組分變化序列

上文提到PM2.5是一種混合物，而在PM2.5粒子中，最為常見的就是以有機碳（OC）和元素碳（EC）的形式存在的碳組分。OC也是一種混合物，它是由污染源直接排放的一次有機碳（POC）和排放氣體接觸到空氣和其他物質后發生化學變化產生的二次有機碳（SOC）；EC是由于化石燃料和其他燃燒物質在沒有接觸到足夠氧氣的情況下發生不完全燃燒后直接排放到大氣中的。數據顯示，OC主要是芳香族、酸類等類型多樣的化合物，它里面含有一些對生物體具有很高毒性的物質。不同的是，EC對人體的危害在于它具有較強的吸附性，很多半揮發性物質的小粒子都能聚集在它上面。OC和EC不僅對于人體和其他生物體的健康造成危害，同時由于它們的物理特征，光遇到OC粒子后會發生散射，EC粒子甚至能夠吸收光和熱量，在它們的共同作用下，大氣能見度以及氣候和地面輻射都會受到影響。所以，研究PM2.5中OC和EC濃度對于了解大氣復合型污染進而采取針對性手段提升居民生活環境空氣質量具有積極作用。

我們分別在2012年采暖期（（2011.11.15～2012.3.15）的三個時段采集高分辨率大氣氣溶膠樣品，1月22日正午至1月26日凌晨為Ⅰ時段，這一時期正好是我國傳統新年時期，為慶祝新年到來民眾大量燃放鞭炮；2月6日上午九點至2月10日凌晨為Ⅱ時段，Ⅱ時段正是人們工作的時間，而且天氣晴朗，污染物排放比較穩定；3月14日凌晨至3月16日凌晨，西安市空氣中含有大量的沙塵，然后天氣開始降雨。在上述的每一個時段每隔三個小時采集一次PM2.5樣品，總共得到96個樣品。樣品中碳組分濃度水平序列情況見下圖。樣品數據顯示，一月至三月之間PM2.5濃度兩次達到最高值。I時段內1月22日（除夕）凌晨～23日正午時刻PM2.5濃度呈遞增趨勢，23日上午九點至正午這段時間內的均值達到534.924μg/m3，這時候大氣能見度低至0.6公里，而造成這種情形最主要的原因就是鞭炮的燃放導致PM2.5濃度升高。Ⅲ時段內3月14日下午九點～15日上午三點受到外來沙塵的影響，PM2.5濃度上升速率很大，15日凌晨至上午三點出現最高值360.806μg/m3。

冬季高分辨率采樣PM2.5及其碳組分濃度變化序列

三、西安地區空氣治理對策

PM2.5形成的原因以及來源多種多樣，考慮到空氣的區域流通性，針對西安地區的空氣PM2.5污染現狀，筆者認為應該采取“實時監測、技術整治、政策管理”三位一體的防治手段。

1.實時監測

利用相關科學知識和研究理論成果，展開對PM2.5的檢測和深入研究，準確認識西安市內PM2.5污染情況和變化規律。加大對區域內PM2.5源解析研究的投入，盡可能使用更多的源解析方法和技術，清楚了解西安市內PM2.5來源及分布，為進一步降低PM2.5含量做足準備工作。

2.技術研究

（1）控制前體物

在所有能夠生成二次粒子的污染物中，以SO2和NOX最為常見，這是因為釋放污染物的人類行為比如行駛機動車和燃燒煤炭以及燃放鞭炮都能產生大量的SO2和NOX。所以控制前體物其實可以理解為控制SO2和NOX的生成及排放，開發和利用新的潔凈能源，以及降低目前化學燃料中硫元素和氮元素的成分都是是可取的途徑。

（2）控制二次粒子生成條件

污染物必須在一定的空間條件和氣象環境下下才能生成二次粒子并積累。只要采取人為手段錯開空間條件或是在不同的氣象條件下采取不同的控制措施，都能減少甚至避免二次粒子的生成。

3 .政策管理

（1）加強機動車尾氣塵的防治工作

在以夏季為主的非采暖期，機動車尾氣是造成西安市PM2.5含量居高不下的主要污染源之一。政府要積極探尋科學的機動車管理辦法并出臺相應的政策，解決城市交通擁堵的問題，加大對道路兩旁綠化帶和綠化植物的投入，扶持凈化機動車尾氣排放創新型企業的發展，積極開發綠色燃料，鼓勵民眾自我淘汰燃油快、污染排放多的老舊機動車，減少以柴油為動力的機動車的數量，讓老百姓盡量使用公共交通工具出行等。

引進清潔能源作為汽車動力和燃料油。現階段，世界上不少重視環保的國家，比如德國等歐洲國家制定了在柴油中強制性添加一定比例的生物柴油的規定，以減輕機動車的廢氣污染。上海公交巴士一汽公司廢物利用，將地溝油制成的生物柴油并制成混合燃料，在10余條公交路線車上示范應用成功，并準備進一步擴大推行力度，同時上海市還將混有生物柴油的燃料油引入到垃圾焚燒廠，降低為燃燒后的廢氣排放，西安作為空氣污染較為嚴重的城市，有必要引進相關的清潔能源。

（2）杜絕西安市近郊生物質的露天燃燒

由于經濟回報低和缺少出路的原因，我國很多地區的農民都采用就地焚燒的方式解決掉利用價值低的農作物植株。這種行為不但會加劇空氣污染情況，有時甚至會降低一定區域內的大氣能見度導致交通事故和飛行時間延緩等，正是因為這些錯綜復雜的后果，農業部和原國家環保總局、財政部等機構共同通過并出臺了《秸稈禁燒和贈送和利用管理辦法》，并與陜西、河北、北京多省市地方政府簽訂了“農作物秸稈綜合利用和禁燒工作”協議書，同時還撥款3000萬元作為專項資金，大力發展秸稈腐爛還田技術，為農民處理廢棄農作物植株尋找出路，爭取在五年之內取得一定成果。

西安市在麥子收割和秋天收獲時期，市區周邊的郊區和部分高速公路兩旁的秸稈焚燒現象十分普遍，政府要積極采取措施，引導農民采用其他方法處理廢物農作物植株，減少PM2.5污染物的重要來源。

（3）制定揚塵控制政策

研究發現，建筑施工、拆遷以及城市內的裸露地面是造成西安市內揚塵不斷惡化的原因。為此，政府要將綠化任務責任到人，制定有利于環境保護的建筑施工管理條例，加強市內綠化建設，劃定具有清晰界限的垃圾對方區，確保清潔運輸的有效性，加快城市道路灑水和清潔頻率。同時為了增加城市清潔的有效性，灑水車要全部配備霧化效果更為突出的噴嘴，這樣噴出的水分子能夠直接進入空氣中，通過下沉作用降低空氣中顆粒物的含量，降低揚塵帶來的環境污染危害。

防止建筑揚塵要從以下幾個方面入手：第一，科學規范房屋拆遷現場的管理，拆遷完工后，場地要執行綠化防塵步驟。所有超出使用期限的土地，人民政府要及時依法強制收回，再交由城市園林綠化主管機構進行綠化處理；第二，大力倡導建筑工地使用散裝混凝土。凡是建筑工地屬于主城區范圍的，一律禁止混凝土攪拌機在市內直接操作；第三，加大對建筑工地現場的管理力度，施工現場周圍必須要增設圍欄或其他能夠起到隔離作用的設施。第四，嚴格控制建筑材料在運輸中存在的環境污染隱患帶來的危害，施工車輛及機器離開施工現場時候必須先經過一定的清洗處理，避免車輛將污染物帶入施工現場以外的區域，同時，堆放在工地上的建筑用渣土也必須有防塵措施。第五，及時清理建筑工地。一旦工程完工后，要盡快清楚工地上的殘留污染物，市區道路施工要選擇合理的時間進行，對施工過程中產生的揚塵的管理相對工業污染的控制簡單一些，只要政府出臺相關政策并加強管制即可。

4.建立預防體系，阻止PM2.5污染進一步加劇

（1）創新管理機制，建立和提升區域聯防聯控管理能力

采取區域大氣污染聯防聯控政策和相關手段 ，探索污染源確定辦法，構建城市群聯防聯控體系，將西安市周邊城市全部納入該體系中來，對區域內的空氣環境進行統一管理，一旦即將發生或已經發生重大環境污染事故，及時通知體系內的所有成員，立刻采取措施進行隔離和處理，有效控制污染物的釋放，提高區域內空氣質量。

（2）明確重點控制區，實施分區分類管理

通過污染源確定辦法，對常見的污染源地區進行分級處理。采取針對性預警機制和措施，嚴格控制污染源，合理布局城市工業，加快產業結構調整，在最大程度上利用大自然自帶的環境凈化能力，避免空氣污染不斷惡化。