城市大氣環(huán)境PM2.5濃度變化特征及治理研究

張 雪 崔向波

（1 徐州市環(huán)保集團(tuán)環(huán)境科技有限公司 江蘇徐州 221005 2 徐州重型機(jī)械有限公司 江蘇徐州 221018）

引言

隨著環(huán)保意識(shí)和環(huán)保理念的增強(qiáng)，人們更加重視日常的居住環(huán)境質(zhì)量，對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視程度越來越高，所采取的措施和投入力度也更大。目前，一些主要城市已經(jīng)配備了城市大氣環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)時(shí)在線發(fā)布監(jiān)測結(jié)果，使人們隨時(shí)掌握城市環(huán)境狀況。根據(jù)生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的《2020 中國生態(tài)環(huán)境狀況公報(bào)》數(shù)據(jù)顯示，2020 年337 個(gè)地級(jí)及以上城市中，以PM2.5 為首要污染物的超標(biāo)天數(shù)占總超標(biāo)天數(shù)的51.0%，PM2.5 年均濃度為33 微克/立方米，PM2.5 超標(biāo)天數(shù)比例為6.8%，無論是作為首要污染物的超標(biāo)天數(shù)，還是整體的超標(biāo)天數(shù)，均位居六項(xiàng)主要監(jiān)測指標(biāo)之首[1～3]。根據(jù)醫(yī)療機(jī)構(gòu)的流行病學(xué)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，PM2.5 與就診率、呼吸器官疾病發(fā)病率乃至死亡率等不利健康效應(yīng)之間均有密切關(guān)聯(lián)。目前，世界各國均制定了PM2.5 均值，我國PM2.5 標(biāo)準(zhǔn)值是24小時(shí)均值濃度低于75 微克/立方米才算達(dá)標(biāo)，而根據(jù)WHO 數(shù)據(jù)，PM2.5 國際標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)值為24 小時(shí)內(nèi)低于25 微克/立方米。細(xì)顆粒物（PM2.5）粒徑更為細(xì)小，能夠長期漂浮于城市上空的大氣環(huán)境中，而且不易沉降，是城市大氣環(huán)境監(jiān)測六項(xiàng)主要指標(biāo)之一，是大氣環(huán)境中大量有毒有害物質(zhì)的載體。研究發(fā)現(xiàn)PM2.5可以直接經(jīng)過呼吸道進(jìn)入人體肺部，沉積于肺泡，并且經(jīng)血液循環(huán)從而對(duì)人體產(chǎn)生更大危害。因此，加強(qiáng)城市大氣環(huán)境中的PM2.5 濃度變化特征分析，并根據(jù)其變化規(guī)律采取有針對(duì)性防治措施，具有積極的現(xiàn)實(shí)意義。

1 城市空氣PM2.5 污染現(xiàn)狀

從已經(jīng)發(fā)布的相關(guān)研究成果來看，尚未對(duì)城市大氣環(huán)境中的PM2.5 進(jìn)行大規(guī)模、系統(tǒng)性研究，只是將城市的一些監(jiān)測點(diǎn)位獲得的PM2.5 短期結(jié)果作為研究對(duì)象。從生態(tài)環(huán)境部歷年發(fā)布的主要城市生態(tài)環(huán)境狀況結(jié)果來看，分析城市PM2.5 日均濃度值監(jiān)測的數(shù)據(jù)規(guī)律，主要呈現(xiàn)出如下時(shí)間、空間和區(qū)域性特點(diǎn)[4～6]。

1.1 時(shí)間變化特點(diǎn)

從各地主要城市公布的大氣環(huán)境中的PM2.5 濃度值變化情況來看，通常PM2.5 月均濃度值最大值（峰值）一般出現(xiàn)在3-5 月份，最低值一般在6-8 月，11 月后又呈現(xiàn)出一個(gè)較為顯著的上升態(tài)勢。因此，從季節(jié)變化來看，通常是春季城市大氣環(huán)境中PM2.5濃度值最大，夏季最小，一般為城市大氣環(huán)境中的PM2.5 濃度均值春季＞秋季＞冬季＞夏季。當(dāng)然，一些北方城市，冬季燃煤使用量激增，也有不少城市冬季的城市PM2.5 含量均值要高于秋季。城市大氣環(huán)境中PM2.5 含量濃度值的季節(jié)性變化，主要的因素與城市所在區(qū)域的氣象條件、污染源排放結(jié)構(gòu)以及監(jiān)測時(shí)間的長短等，都有著密切關(guān)聯(lián)。

1.2 空間變化特點(diǎn)

從公布的全國各大城市PM2.5 含量的變化情況來看，城市環(huán)境中PM2.5 質(zhì)量濃度的垂直分布情況來看，隨著高度的逐漸增加，其環(huán)境中的PM2.5 含量濃度逐漸下降。如，夏季的城市大氣環(huán)境中的邊界層PM2.5 質(zhì)量濃度通常為近地面相應(yīng)值的90%左右，而在冬季，城市大氣環(huán)境中的邊界層PM2.5 質(zhì)量濃度通常為近地面相應(yīng)值的70%-80%之間。一般高度上升至30-40 米左右時(shí)，城市大氣環(huán)境中的PM2.5 濃度值變化趨于平緩。

1.3 區(qū)域變化特點(diǎn)

我國地大物博，東西南北各個(gè)城市之間的氣候條件、溫度差異較大，總體來看，北方城市大氣環(huán)境中的PM2.5 濃度值要顯著高于南方城市。2020 年168 個(gè)城市環(huán)境質(zhì)量排名中，安陽、石家莊、太原和唐山位居靠后，海口、舟山、廈門、黃山則位居前列。南方城市中，沿海城市最為清潔。城區(qū)中的大氣環(huán)境中PM2.5 濃度要顯著高于郊區(qū)，城市交通區(qū)域的污染濃度又要高于城市普通區(qū)域的城市大氣環(huán)境質(zhì)量中的PM2.5 濃度值。

2 城市空氣PM2.5 主要來源

城市大氣環(huán)境PM2.5 的來源具有多樣性、復(fù)雜性。總體來看，城市大氣環(huán)境中的PM2.5 污染物來自日益增長的機(jī)動(dòng)車尾氣排放、工業(yè)污染排放、各種揚(yáng)塵和生產(chǎn)生活燃煤等。

PM2.5 污染物粒子散射及吸收太陽輻射和地面射出的長波輻射，從而對(duì)大氣層之間，以及地面的PM2.5 污染物輻射收支產(chǎn)生影響。此外，細(xì)顆粒物阻擋太陽光直抵地球表面，增加大氣層可見光光學(xué)厚度，降低抵達(dá)地面太陽能，并降低地面溫度值。從城市發(fā)展及其PM2.5 污染物來源分析來看，其主要有以下因素[7]。

2.1 機(jī)動(dòng)車尾氣

城市機(jī)動(dòng)車尾氣排放是大氣環(huán)境中細(xì)顆粒物濃度增加的主要因素之一。據(jù)公安部統(tǒng)計(jì)，2021 年，我國機(jī)動(dòng)車保有量達(dá)到3.95 億輛，其中，汽車3.03 億輛。有79 個(gè)城市的汽車保有量超過了100 萬輛，同比增加了9 個(gè)城市。北京、成都、重慶三個(gè)城市的汽車保有量超過了500 萬輛。隨著城市機(jī)動(dòng)車保有量的持續(xù)增加，因機(jī)動(dòng)車尾氣排放而加重城市大氣環(huán)境中的PM2.5 含量。此外，城市道路交通通行質(zhì)量、機(jī)動(dòng)車燃油品質(zhì)等，都是影響大氣環(huán)境中PM2.5 濃度值的重要因素。

2.2 工業(yè)污染

城市發(fā)展過程中，化工、石油、制藥、水泥等行業(yè)領(lǐng)域的廢氣排放，不僅會(huì)增強(qiáng)城市大氣環(huán)境中的PM2.5 污染物濃度值，也具有極大的危害性。這些工業(yè)領(lǐng)域排放的廢氣中，粒徑＜2.5 微米的超細(xì)顆粒表面大多還會(huì)富集著許多微量重金屬元素，以及化工企業(yè)的有機(jī)污染物，超細(xì)顆粒物含有有毒有害成分，危害性極大。近年來，各地陸續(xù)關(guān)停了高耗能、高排放和高污染型企業(yè)，也加快了傳統(tǒng)工業(yè)工藝轉(zhuǎn)型升級(jí)，空氣環(huán)境質(zhì)量持續(xù)得到改善。

2.3 揚(yáng)塵

城市揚(yáng)塵是一種混合源類，來自于各單一塵源類的顆粒物混合組成。因此，城市揚(yáng)塵既是城市大氣環(huán)境中空氣顆粒物排放源類，也是各單一塵源類所排放的顆粒物接受體。揚(yáng)塵是加劇城市大氣環(huán)境中PM2.5 污染物濃度值升高的又一重要因素。城市化進(jìn)程過程中，需要修建道路交通、房地產(chǎn)開發(fā)，大量施工揚(yáng)塵會(huì)增加城市大氣環(huán)境中的PM2.5 污染物濃度。其中，裸露地、拆遷揚(yáng)塵、建筑揚(yáng)塵、運(yùn)輸殘土揚(yáng)塵等，是城市揚(yáng)塵的主要來源。

2.4 秸稈焚燒

秸稈焚燒是農(nóng)村農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作業(yè)后的附帶農(nóng)作物廢物處理方式之一。過去，秸稈常被用以作為生活燃料，隨著農(nóng)村生活條件的改善，農(nóng)村生活能源結(jié)構(gòu)發(fā)生重要轉(zhuǎn)變，大量煤氣、煤炭應(yīng)用成為日常主要生活能源。大量秸稈主要采取焚燒方式處理，秸稈焚燒成為加劇城市大氣環(huán)境中PM2.5 污染物濃度值呈現(xiàn)出季節(jié)性變化的又一重要因素。春秋兩季是城市周邊農(nóng)村秸稈焚燒最多的季節(jié)。

2.5 燃煤

城市細(xì)顆粒物主要來自工業(yè)生產(chǎn)和市民的生活獲得，包括煤炭、石油等化石燃料，也包括植物秸稈和生活垃圾等生物質(zhì)燃燒。尤其是北方每年冬季供暖季，燃燒褐煤后，排放的煤煙排放，城市加劇城市大氣環(huán)境中PM2.5 濃度的重要因素。此外，城市露天燒烤油煙也是影響城市環(huán)境質(zhì)量，加劇城市大氣環(huán)境中PM2.5 含量的重要因素。

3 城市空氣PM2.5 危害分析

城市空氣中PM2.5 的危害是長期的、顯見的，既有對(duì)市民身體健康的不利影響，也有對(duì)道路交通、人們出行的負(fù)面影響。

PM2.5 是一種顆粒直徑≤2.5 微米的顆粒物。這些細(xì)顆粒物可經(jīng)過肺部，影響人體健康[8]。PM2.5 主要包含水溶性無機(jī)離子、元素碳、有機(jī)碳、重金屬等。而且，城市大氣環(huán)境中的PM2.5 受城市所在區(qū)域、季節(jié)、能源結(jié)構(gòu)既工業(yè)發(fā)展水平等因素影響。PM2.5 具有復(fù)雜的化學(xué)成分，屬于復(fù)合型污染物。據(jù)統(tǒng)計(jì)，常年生活在PM2.5 污染物含量嚴(yán)重的地區(qū)，暴露于高水平的PM2.5 會(huì)明顯增加患急性心腦血管及呼吸系統(tǒng)疾病。WHO 出版的《空氣質(zhì)量準(zhǔn)則》指出，PM2.5 濃度達(dá)到3.5 微克/立方米，人的健康風(fēng)險(xiǎn)便會(huì)比10 微克/立方米的情形增加15%。

根據(jù)病理學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，PM2.5 濃度超標(biāo)會(huì)加劇呼吸系統(tǒng)和心血管系統(tǒng)的損傷，長期暴露于PM2.5濃度超標(biāo)環(huán)境下，會(huì)影響肺功能、肺部、循環(huán)系統(tǒng)炎癥、免疫功能、氧化應(yīng)激等在內(nèi)的一系列機(jī)制性變化。重污染大氣環(huán)境中，常見的炭黑組分會(huì)顯著改變葡萄球菌生物膜結(jié)構(gòu)、組分及功能，影響多種抗生素抵抗力，增加肺炎鏈球菌對(duì)肺炎鏈球菌治療藥物青霉素的耐藥性。此外，長期暴露于PM2.5 污染物環(huán)境中，二次污染成分中的硫酸鹽、硝酸鹽及細(xì)胞活性氧化物變化關(guān)聯(lián)性最強(qiáng)。而且，PM2.5 污染物中還含有多種有機(jī)化合物，其中，多環(huán)芳烴污染物還具有致癌性。

PM2.5 污染不僅對(duì)人體健康構(gòu)成威脅，也會(huì)影響大氣環(huán)境的能見度，影響日常交通出行。PM2.5 對(duì)氣候的影響主要包括直接影響，例如，PM2.5 濃度值超標(biāo)會(huì)阻擋太陽光照射地球表面，增大可見光光學(xué)厚度。PM2.5 中的炭黑顆粒物能夠吸收太陽短波輻射，影響太陽輻射傳輸，使大氣溫度增大，地表溫度會(huì)進(jìn)一步降低，也影響地球長波輻射，最終會(huì)導(dǎo)致大氣環(huán)境中的對(duì)流停滯，不利于污染物的擴(kuò)散、稀釋。PM2.5對(duì)氣候的間接影響，主要包括因顆粒物粒子在云層中形成云凝結(jié)核和冰核，隨著濃度的增加會(huì)增強(qiáng)或減弱降雨量，且會(huì)改變?cè)朴甑念愋汀M2.5 濃度達(dá)到一定值后，會(huì)改變空氣顏色，降低空氣能見度。有研究表明，大氣環(huán)境中的PM2.5 濃度值越高，天氣的能見度會(huì)明顯降低。究其原因，主要是因PM2.5 顆粒物中具有散光作用，顆粒物散射會(huì)降低能見度。

4 城市空氣PM2.5 防治措施

城市大氣環(huán)境中的PM2.5 具有較強(qiáng)的負(fù)面影響，做好PM2.5 污染防治刻不容緩。對(duì)其防治應(yīng)根據(jù)其污染來源采取積極有效的措施。從城市大氣環(huán)境中的PM2.5 排放源來看，主要有自然源、人為排放源等兩種。

其中，自然源主要由自然因素導(dǎo)致，人為控制有限。預(yù)防和控制城市空氣中的PM2.5 濃度主要是做好人為活動(dòng)的排放控制，嚴(yán)格做好人類活動(dòng)污染物排放的防治工作。根據(jù)城市空氣中的PM2.5 主要來源來看，做好防治可重點(diǎn)從以下幾個(gè)方面采取有效措施[9]。

4.1 機(jī)動(dòng)車尾氣污染控制

近年來，隨著工業(yè)化、城市化進(jìn)程的加快，以及機(jī)動(dòng)車給市民帶來的便捷出行體驗(yàn)，城市機(jī)動(dòng)車保有量呈現(xiàn)出大幅增長的態(tài)勢。大量研究顯示，機(jī)動(dòng)車尾氣排放是城市PM2.5 的主要來源。為此，一要控制機(jī)動(dòng)車保有量。從城市空氣PM2.5 污染源分析來看，加劇城市大氣環(huán)境細(xì)顆粒物濃度增加的最直接、最主要的因素便是機(jī)動(dòng)車尾氣排放。為此，要根據(jù)城市發(fā)展規(guī)模，嚴(yán)格控制機(jī)動(dòng)車保有量的增長，限制燃油機(jī)動(dòng)車的數(shù)量。二要大力推廣清潔能源機(jī)動(dòng)車使用。鼓勵(lì)市民乘用綠色環(huán)保清潔型機(jī)動(dòng)車出行，或者乘用公共交通工具，減少燃油私家車的使用頻率。三要加大老舊車輛淘汰力度。做好城市機(jī)動(dòng)車保有量摸底登記工作，加大淘汰老舊燃油機(jī)動(dòng)車，以及黃標(biāo)車力度。四是提高燃油品質(zhì)。大力提高燃油品質(zhì)，積極推廣國標(biāo)V 排放標(biāo)準(zhǔn)，提高燃油焚燒效率，減少污染物排放。

4.2 工業(yè)污染控制

積極做好城市PM2.5 工業(yè)污染源防治，大力實(shí)施污染物排放濃度及主要污染物總量控制制度，尤其是要加強(qiáng)鋼鐵、醫(yī)藥、發(fā)電等重點(diǎn)行業(yè)的污染防治工作，要求企業(yè)加快技術(shù)革新，安裝凈化裝置，或者其他防護(hù)措施。同時(shí)，要優(yōu)化城市工業(yè)結(jié)構(gòu)，大力引進(jìn)綠色、環(huán)保、節(jié)能型行業(yè)企業(yè)，嚴(yán)格控制污染型企業(yè)發(fā)展。

4.3 揚(yáng)塵污染控制

城市大氣環(huán)境中的揚(yáng)塵污染物主要來自交通、施工現(xiàn)場等。一方面，要改善城市公共基礎(chǔ)交通設(shè)施，提高車輛的通勤效率，減少車輛運(yùn)行怠速時(shí)間。另一方面，要積極做好城市公共交通道路的清潔，增加灑水車的灑水頻率，減少城市道路路面揚(yáng)塵。加強(qiáng)市容管理，要求特殊運(yùn)輸車輛要及時(shí)清洗，防止車輪攜帶泥土，加劇路面污染。

針對(duì)城市建筑施工過程中產(chǎn)生的揚(yáng)塵問題，要求施工單位切實(shí)承擔(dān)起職責(zé)，做好建筑施工工地登記造冊(cè)，加強(qiáng)裸露地面揚(yáng)塵控制，加大城市地面綠化面積，提高城市植被覆蓋率。

4.4 煤煙污染控制

鼓勵(lì)市民使用清潔燃料，開發(fā)利用內(nèi)燃機(jī)使用的液化石油氣、醇類、壓縮天然氣，以及氫燃料等清潔能源。同時(shí)，注重推廣風(fēng)能、太陽能、地?zé)崮艿惹鍧嵞茉础４送猓€要加強(qiáng)生態(tài)環(huán)保知識(shí)宣傳和普及，鼓勵(lì)市民積極參與生態(tài)環(huán)保工作，掌握基本的生態(tài)環(huán)保知識(shí)，從而自覺投入到生態(tài)環(huán)境保護(hù)，尤其是PM2.5 污染防治工作中，為堅(jiān)決打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)貢獻(xiàn)力量。

結(jié)語

隨著工業(yè)化、城市化進(jìn)程的加快，世界許多國家紛紛制定了相應(yīng)的空氣環(huán)境污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，我國也于2012 年，將PM2.5 濃度值作為六項(xiàng)主要污染物排放監(jiān)測項(xiàng)目，納入日常的城市大氣環(huán)境監(jiān)測范圍，并實(shí)時(shí)對(duì)外發(fā)布監(jiān)測結(jié)果，為相關(guān)部門及時(shí)掌握空氣中的PM2.5 污染程度，以及采取有效應(yīng)對(duì)措施提供了現(xiàn)實(shí)依據(jù)。城市空氣中的PM2.5 具有較強(qiáng)的破壞性，不僅會(huì)威脅到市民的身體健康，還會(huì)影響日常的交通出行，對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響較大，其污染來源具有廣泛性等特點(diǎn)，在后期的防治過程中應(yīng)采取切實(shí)有效的辦法，針對(duì)主要污染源采取更加有針對(duì)性的防治措施，綜合施策，切實(shí)提升城市空氣PM2.5 治理效果，堅(jiān)決打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)，為市民營造更加舒適、安全的生活環(huán)境。