城市大氣環境PM2.5濃度變化特征及治理淺析

陳其勝，韓 錕，薛娟霞*

（1.甘肅省白銀生態環境監測中心，甘肅 白銀 730900；2.靖遠煤業集團劉化化工有限公司，甘肅 靖遠 730900）

引言

隨著環保意識的增強，人們對居住環境質量越來越重視，相關部門加大了環境保護力度。目前，我國許多主要城市已經安裝了城市大氣環境自動監測系統，實時在線發布監測數據，讓居民可以隨時了解城市環境狀況。根據生態環境部發布的2022年中國生態環境狀況公報數據，PM2.5在337個地級及以上城市中是主要污染物，占總超標天數的51.0%，PM2.5年均濃度為33微克/立方米。PM2.5是導致呼吸系統疾病的主要因素，對人體健康造成不利影響。因此，加強對城市大氣環境中PM2.5濃度變化特征的研究，并根據其規律采取有針對性的防治措施，具有積極的現實意義。

1 城市空氣PM2.5 污染現狀

1.1 時間變化特征

在季節性變化方面，冬季通常是PM2.5濃度較高的季節，這主要與冷暖空氣交替、穩定的氣象條件以及取暖和工業生產等活動增加了顆粒物排放量有關。夏季通常是PM2.5濃度較低的季節，因為夏季的氣象條件有利于顆粒物的擴散和稀釋，同時降雨等氣象因素也有助于清除大氣中的顆粒物。

在日變化特點方面，城市空氣中的PM2.5濃度通常呈現出明顯的日間高峰和夜間低谷。白天，交通運輸、工業生產和建筑施工等活動達到高峰，導致顆粒物排放量增加，從而使PM2.5濃度升高；而夜間這些活動減少，加上夜間的穩定氣象條件，PM2.5濃度相對較低[1]。

1.2 空間變化特征

城市大氣環境中PM2.5濃度的空間變化特征是指不同地區之間、城市內部不同區域之間的PM2.5濃度分布差異。這些差異受到多種因素的影響，包括地理位置、氣象條件、人口密度、工業結構等。沿海城市通常比內陸城市的PM2.5濃度要低，因為海洋可以稀釋空氣中的顆粒物。同時，高山地區的PM2.5濃度也較低，因此山區空氣通常更加清新；相反，盆地地區的PM2.5濃度較高，因為盆地地勢低洼，容易積聚顆粒物。在氣象條件穩定的地區，PM2.5濃度較高的可能性較大，因為穩定的氣象條件有助于顆粒物的積聚；相反，氣象條件不穩定的地區，PM2.5濃度較低。人口密度大的地區通常會有更多的交通和工業活動，從而導致PM2.5排放量增加。工業結構也會影響PM2.5濃度，工業污染是PM2.5的主要來源之一[2]。

1.3 區域變化特征

城市大氣環境中PM2.5濃度的區域變化特征是指不同城市或地區之間的PM2.5濃度差異。這些差異受到地理、氣象、人口密度、工業結構等多種因素的影響，導致不同區域的空氣質量不同。城市所處的地理位置對PM2.5濃度有顯著影響。沿海城市由于海洋的作用，PM2.5濃度較低、空氣較清新；內陸城市或地勢低洼的盆地地區，受地理位置的限制，容易出現PM2.5積聚、濃度較高的現象。氣象條件對PM2.5濃度的分布也有重要影響，例如風向和風速會影響顆粒物的擴散和輸送。風向帶人口密度大的城市通常會有更多的交通和工業活動，導致PM2.5排放量增加。因此，人口密度高的城市往往PM2.5濃度較高。

2 城市空氣中PM2.5的主要來源

2.1 機動車尾氣排放

機動車尾氣排放是指汽車和其他機動車輛在運行過程中釋放出的各種氣體和顆粒物。這些排放物包括有害氣體和微小的顆粒物，其中尤以柴油車輛的排放為甚。柴油車輛通常使用柴油作為燃料，其尾氣中含有大量微小顆粒，這些顆粒物被歸類為PM2.5，因為它們的直徑小于或等于2.5微米。柴油車輛尾氣排放中PM2.5含量較高，因此成為城市空氣中PM2.5的主要來源之一[3]。

2.2 工業排放

工業生產過程中的燃燒、化學反應和生產操作會釋放出有害廢氣，其中包括各種污染物，如氮氧化物（NOx）、二氧化硫（SO2）、揮發性有機化合物（VOCs）等。這些顆粒物在排放源附近或被風力傳播到城市空氣中，增加了城市PM2.5的濃度。工業生產中的物料處理、搬運和加工過程會產生粉塵，這些粉塵包括各種物質，如金屬、化學物質、木材、礦物等。粉塵未經有效控制，可以成為PM2.5的來源。廢物焚燒過程中釋放的廢氣和顆粒物也包含PM2.5，焚燒過程不受有效控制，廢氣和顆粒物就會排放到城市大氣中，影響空氣質量。

2.3 建筑施工和揚塵

在建筑和道路施工中，挖掘、土方運輸、建筑材料的加工和運輸等都會產生大量顆粒物和粉塵，其中包括PM2.5。

在建筑工地進行基礎設施建設時，經常需要挖掘和運輸大量的土壤和石料，這些活動會產生大量的揚塵，特別是在干燥和風速較大的天氣條件下。這些揚塵中包含PM2.5顆粒物，被風力傳播到城市空氣中，增加了PM2.5的濃度。建筑工地通常涉及多種作業，包括破碎、切割、鉆孔、噴涂和裝飾等，這些作業會產生細小的顆粒物，其中一部分可以成為PM2.5的組成部分。建筑材料如混凝土、磚塊、石料等，要在建筑工地附近加工和運輸，也會產生大量的PM2.5。如果建筑材料的加工和運輸不受有效控制，這些顆粒物會對空氣質量產生負面影響[4]。

2.4 秸稈焚燒

在農村地區或城市郊區，農民處理農田秸稈和垃圾，常常采用焚燒的方式，這會釋放大量的PM2.5。秸稈焚燒是指農民將莊稼地里的秸稈和其他農作物殘余物燃燒成灰燼，這個過程會產生大量的顆粒物和煙霧，并產生大量的PM2.5。秸稈焚燒不僅釋放PM2.5顆粒物，還排放一系列有害氣體，如一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOx）和揮發性有機化合物（VOCs）等。

2.5 煤炭燃燒

煤炭燃燒過程中產生的顆粒物主要包括可吸入顆粒物（PM10）和細顆粒物（PM2.5）。PM2.5是其中更小、更危險的顆粒物，因其細小的尺寸能夠深入人體呼吸道并進入血液循環，對人體健康危害更大。燃煤排放的PM2.5不僅包括固體顆粒物，還含有各種化學物質，如硫化物、氮氧化物、重金屬等，這些物質在大氣中與其他氣體發生反應，形成細顆粒物，會對空氣質量產生負面影響。

3 城市空氣PM2.5 危害分析

3.1 對呼吸系統的危害

PM2.5顆粒物的吸入可觸發哮喘，導致人體出現呼吸急促、咳嗽、喘鳴聲等癥狀。慢性阻塞性肺病是一組包括慢性支氣管炎和肺氣腫在內的慢性呼吸系統疾病，長期接觸PM2.5會加速慢阻肺病的發展，使患者的肺功能逐漸下降，呼吸變得更加困難。PM2.5顆粒物的刺激作用會導致支氣管炎，表現為呼吸道黏膜的炎癥和黏液分泌增加，引發咳嗽和咳痰。PM2.5暴露還會削弱肺部的免疫功能，增加呼吸道感染的風險，包括細菌和病毒性感染。肺癌風險增加被認為與長期接觸高濃度的PM2.5顆粒物相關，尤其對吸煙者的危害更大。

3.2 對心血管系統的危害

人們長期接觸PM2.5顆粒物時，這些微小的顆粒物會對心血管系統產生嚴重危害，特別是對老年人和已經存在心血管疾病的患者。PM2.5顆粒物進入人體后，可觸發炎癥反應，導致血管內皮細胞損傷和血管收縮。長期的PM2.5暴露與冠心病、心絞痛、心肌梗塞等心臟疾病的發病率和嚴重程度相關。PM2.5顆粒物的影響不僅限于心臟，還會引發中風；PM2.5暴露還會引發心律不齊，即心跳節奏異常。

3.3 對兒童和老年人的危害

兒童的呼吸系統處于發育中，呼吸道較窄，免疫系統尚未完全成熟。因此，PM2.5對兒童的影響更大，高濃度的PM2.5會出現呼吸系統發育問題，如氣道炎癥和哮喘等，對氣道損害更為顯著。老年人免疫系統相對較弱，器官功能逐漸下降，因此老年人更容易受到PM2.5的危害。高濃度的PM2.5會導致老年人現有的健康問題加重，如心血管疾病和呼吸系統疾病。PM2.5污染會導致老年人的生活質量顯著下降，因為老年人可能更容易受到呼吸系統癥狀的困擾，限制了他們的日?；顒雍蜕缃粎⑴c。

3.4 其他危害

高濃度的PM2.5顆粒物在大氣中懸浮并散播，會降低大氣能見度，導致霧霾和霾天氣的出現。PM2.5沉降到地面后，會覆蓋在植被表面，影響植被的正常生長和光合作用，導致植物葉片變黃、過早凋落，影響農業產量和生態系統的穩定性。PM2.5顆粒物中含有腐蝕性物質，如酸性物質和氧化物等，這些顆粒物附著在建筑物和基礎設施的表面，會加速其腐蝕和損壞，增加維護和修復成本。PM2.5顆粒物在降雨時會被沖刷到地表水體中，導致水體污染。大氣中的PM2.5顆粒物能夠影響地球的輻射平衡，導致氣候變化。

4 城市空氣PM2.5 防治措施

4.1 強化交通管理

相關部門可以實施激勵政策，如減免或優惠公共交通費用、設立專用公交車道、提供收費停車位等，鼓勵市民選擇公共交通出行。強化機動車輛的排放控制，包括實行尾氣排放標準、定期進行車輛檢測和維護等，可以確保車輛在道路上運行時盡量少排放污染物。合理的城市規劃和土地利用可以減少交通需求，例如合理布局住宅區與商業區和工業區，以減少通勤距離。通過教育和宣傳活動，可以提升市民對環保出行方式的認知，鼓勵他們主動選擇環保出行方式[2]。

4.2 治理工業污染

工業企業可以通過升級生產工藝和設備，減少污染物的產生。例如采用低排放的生產方式、更高效的能源利用和更環保的原材料，有助于降低顆粒物和有害氣體的排放量。安裝煙氣凈化裝置是一種有效的方式，可以捕獲和減少顆粒物的排放，這些裝置包括電除塵器、濕式脫硫裝置和顆粒物過濾器等。相關企業可以通過定期檢查和維護設備、監測廢氣以及采用廢氣處理技術來確保工業廢氣的合規排放。廢氣排放標準的執行對于降低PM2.5濃度至關重要，而投資研發新的清潔技術和解決方案，可以提高工業生產的環保性，是減少工業污染的長期策略。

4.3 控制工地揚塵

工地施工時，裸露的土地容易產生揚塵，為了減少土壤顆粒的飄散，相關人員可以在工地上覆蓋穩定性強的材料，如草皮、沙袋、覆蓋布等。這些材料可以有效固定土壤顆粒，防止其被風吹散。濕潤施工是減少揚塵的有效方法，通過在工地噴水或使用噴水車，可以保持施工場地的濕潤，降低揚塵的發生率。在一些高塵工程中，可以采用專門的防塵設備，如風網、風墻、噴霧系統等，這些設備可以減少空氣中的塵埃顆粒，提高空氣質量。在道路施工和運輸過程中，車輛輪胎會攜帶塵土，導致道路塵埃飛揚，定期清掃道路可以減少道路上的塵埃，減輕揚塵污染。

4.4 控制秸稈燃燒

秸稈焚燒會釋放大量的PM2.5和其他有害物質。為降低秸稈焚燒的影響，相關部門需推廣替代方法，如秸稈還田、秸稈堆肥等。改進垃圾焚燒設備，安裝高效的煙氣凈化裝置，降低焚燒過程中的PM2.5排放；還可以強化野外用火管理，設立禁燒區并規范用火行為，降低火災風險并減少PM2.5的排放。提升公眾對燃燒控制的認識非常重要，相關部門可以通過教育和宣傳活動，向居民普及燃燒對空氣質量和健康的影響，鼓勵他們采取環保的燃燒方式或選擇替代方法。

4.5 使用清潔能源

天然氣是一種清潔能源，在燃燒過程中排放的顆粒物較少，而且幾乎不會產生硫氧化物和氮氧化物等有害物質。廣泛采用天然氣作為能源，尤其是在城市供暖、電力生產和交通領域，可以顯著減少PM2.5的排放。風能和太陽能是可再生清潔能源，通過建設風力發電和太陽能電池板，可以大幅降低對高排放能源的依賴，從而減少PM2.5的來源。在建筑領域，采用清潔能源供暖和供電，如采用地源熱泵和太陽能熱水器等，可以降低建筑工地和供暖設施的顆粒物排放量。相關部門和企業需加強清潔能源的研究和開發，尋求更高效、更經濟的清潔能源技術，以滿足不斷增長的能源需求，并減少對高排放能源的依賴。

5 總結

隨著工業化和城市化的迅速發展，各國都采取了一系列措施應對空氣環境污染。我國自2012年起，將PM2.5作為主要污染物之一進行信息監測和發布，并及時采取應對措施。PM2.5對健康、交通、生態環境等都有嚴重影響，且污染來源廣泛。因此，在后續的治理過程中，我們需要有針對性地采取有效措施，綜合施策，提升PM2.5治理效果，確保城市空氣質量，創造更宜居的環境。