西安地區(qū)環(huán)境空氣PM2.5污染與霧霾治理研究

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摘要：監(jiān)測期（2010年1月至2012年12月）內(nèi)采集到的數(shù)據(jù)顯示，西安市三年內(nèi)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(guī)定的二級標(biāo)準(zhǔn)（35μg/m3）相比，三年P(guān)M2.5含量都嚴(yán)重超標(biāo)。同比數(shù)據(jù)顯示，三年內(nèi)每個(gè)季節(jié)PM2.5含量平均值都呈上升趨勢。這說明西安市環(huán)境污染情況還在不斷惡化。

我們首先要通過科學(xué)的方法采集數(shù)據(jù)，對西安市內(nèi)的PM2.5積累足夠的認(rèn)識，進(jìn)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(chǎn)生活空氣環(huán)境。

關(guān)鍵詞：空氣污染，PM2.5，環(huán)境治理，西安

一、 PM2.5形成的原因

細(xì)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(tǒng)稱。從化學(xué)上來講，它是一種成分及其復(fù)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(jī)碳（OC）以及土壤中的揚(yáng)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(nèi)監(jiān)測點(diǎn)的空氣PM2.5質(zhì)量濃度高分辨率分布特征進(jìn)行了相關(guān)監(jiān)測研究。

下表總結(jié)了監(jiān)測期內(nèi)PM2.5年均濃度變化范圍，我們可以得知監(jiān)測期內(nèi)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(shí)際情況遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了新標(biāo)準(zhǔn)，超標(biāo)部分呈現(xiàn)倍數(shù)增長，分別是新標(biāo)準(zhǔn)的2.1倍、3.06倍、3.14倍。超標(biāo)部分的遞增趨勢說明了工業(yè)發(fā)展和機(jī)動車數(shù)量劇增使西安市PM2.5污染情況還在進(jìn)一步惡化。

高分辨率監(jiān)測PM2.5濃度年均變化范圍 *.Ds標(biāo)準(zhǔn)偏差

時(shí)間 最高值 年均值 ±Ds* 年均值超

μg/m3 μg/m3 標(biāo)倍數(shù)

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(jié)為X軸，PM2.5含量為Y軸建立坐標(biāo)系，把TEOM在線自動檢測系統(tǒng)搜集到的監(jiān)測數(shù)據(jù)年平均值在平面坐標(biāo)系中描繪出來（如下圖），其中季節(jié)時(shí)間劃分點(diǎn)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(nèi)的PM2.5質(zhì)量濃度平均值。監(jiān)測期內(nèi)個(gè)季節(jié)濃度都大于二級日均標(biāo)準(zhǔn)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(jié)中春、冬兩季的PM2.5質(zhì)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?yàn)樵诙救∨让裆こ虝紵罅康拿禾浚欧鸥辔廴疚锏酱髿庵?，尤其在春?jié)期間PM2.5濃度一度飆升到一年之中的最高值，同時(shí)，受到西安地理和氣象條件的束縛，污染物難以擴(kuò)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(jié)期間PM2.5出現(xiàn)最高值的原因是我們中國人的傳統(tǒng)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(yè)的減產(chǎn)使得PM2.5的濃度基本上都保持在較低水平。春季出現(xiàn)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?qū)⒉糠诸w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(gè)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(gè)農(nóng)業(yè)的收獲季節(jié)，西安市周邊很多農(nóng)民將廢棄的秸稈和其他農(nóng)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?yàn)橄募緛砼R環(huán)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(kuò)散。

3.冬季三時(shí)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(jī)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(jī)碳（POC）和排放氣體接觸到空氣和其他物質(zhì)后發(fā)生化學(xué)變化產(chǎn)生的二次有機(jī)碳（SOC）；EC是由于化石燃料和其他燃燒物質(zhì)在沒有接觸到足夠氧氣的情況下發(fā)生不完全燃燒后直接排放到大氣中的。數(shù)據(jù)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(zhì)。不同的是，EC對人體的危害在于它具有較強(qiáng)的吸附性，很多半揮發(fā)性物質(zhì)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(shí)由于它們的物理特征，光遇到OC粒子后會發(fā)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(fù)合型污染進(jìn)而采取針對性手段提升居民生活環(huán)境空氣質(zhì)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(gè)時(shí)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(shí)段，這一時(shí)期正好是我國傳統(tǒng)新年時(shí)期，為慶祝新年到來民眾大量燃放鞭炮；2月6日上午九點(diǎn)至2月10日凌晨為Ⅱ時(shí)段，Ⅱ時(shí)段正是人們工作的時(shí)間，而且天氣晴朗，污染物排放比較穩(wěn)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(gè)時(shí)段每隔三個(gè)小時(shí)采集一次PM2.5樣品，總共得到96個(gè)樣品。樣品中碳組分濃度水平序列情況見下圖。樣品數(shù)據(jù)顯示，一月至三月之間PM2.5濃度兩次達(dá)到最高值。I時(shí)段內(nèi)1月22日（除夕）凌晨～23日正午時(shí)刻PM2.5濃度呈遞增趨勢，23日上午九點(diǎn)至正午這段時(shí)間內(nèi)的均值達(dá)到534.924μg/m3，這時(shí)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(dǎo)致PM2.5濃度升高。Ⅲ時(shí)段內(nèi)3月14日下午九點(diǎn)～15日上午三點(diǎn)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(diǎn)出現(xiàn)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(qū)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(qū)域流通性，針對西安地區(qū)的空氣PM2.5污染現(xiàn)狀，筆者認(rèn)為應(yīng)該采取“實(shí)時(shí)監(jiān)測、技術(shù)整治、政策管理”三位一體的防治手段。

1.實(shí)時(shí)監(jiān)測

利用相關(guān)科學(xué)知識和研究理論成果，展開對PM2.5的檢測和深入研究，準(zhǔn)確認(rèn)識西安市內(nèi)PM2.5污染情況和變化規(guī)律。加大對區(qū)域內(nèi)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(shù)，清楚了解西安市內(nèi)PM2.5來源及分布，為進(jìn)一步降低PM2.5含量做足準(zhǔn)備工作。

2.技術(shù)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?yàn)獒尫盼廴疚锏娜祟愋袨楸热缧旭倷C(jī)動車和燃燒煤炭以及燃放鞭炮都能產(chǎn)生大量的SO2和NOX。所以控制前體物其實(shí)可以理解為控制SO2和NOX的生成及排放，開發(fā)和利用新的潔凈能源，以及降低目前化學(xué)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(huán)境下下才能生成二次粒子并積累。只要采取人為手段錯(cuò)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(qiáng)機(jī)動車尾氣塵的防治工作

在以夏季為主的非采暖期，機(jī)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(xué)的機(jī)動車管理辦法并出臺相應(yīng)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(jī)動車尾氣排放創(chuàng)新型企業(yè)的發(fā)展，積極開發(fā)綠色燃料，鼓勵(lì)民眾自我淘汰燃油快、污染排放多的老舊機(jī)動車，減少以柴油為動力的機(jī)動車的數(shù)量，讓老百姓盡量使用公共交通工具出行等。

引進(jìn)清潔能源作為汽車動力和燃料油?，F(xiàn)階段，世界上不少重視環(huán)保的國家，比如德國等歐洲國家制定了在柴油中強(qiáng)制性添加一定比例的生物柴油的規(guī)定，以減輕機(jī)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(yīng)用成功，并準(zhǔn)備進(jìn)一步擴(kuò)大推行力度，同時(shí)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(yán)重的城市，有必要引進(jìn)相關(guān)的清潔能源。

（2）杜絕西安市近郊生物質(zhì)的露天燃燒

由于經(jīng)濟(jì)回報(bào)低和缺少出路的原因，我國很多地區(qū)的農(nóng)民都采用就地焚燒的方式解決掉利用價(jià)值低的農(nóng)作物植株。這種行為不但會加劇空氣污染情況，有時(shí)甚至?xí)档鸵欢▍^(qū)域內(nèi)的大氣能見度導(dǎo)致交通事故和飛行時(shí)間延緩等，正是因?yàn)檫@些錯(cuò)綜復(fù)雜的后果，農(nóng)業(yè)部和原國家環(huán)保總局、財(cái)政部等機(jī)構(gòu)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(nóng)作物秸稈綜合利用和禁燒工作”協(xié)議書，同時(shí)還撥款3000萬元作為專項(xiàng)資金，大力發(fā)展秸稈腐爛還田技術(shù)，為農(nóng)民處理廢棄農(nóng)作物植株尋找出路，爭取在五年之內(nèi)取得一定成果。

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

（3）制定揚(yáng)塵控制政策

研究發(fā)現(xiàn)，建筑施工、拆遷以及城市內(nèi)的裸露地面是造成西安市內(nèi)揚(yáng)塵不斷惡化的原因。為此，政府要將綠化任務(wù)責(zé)任到人，制定有利于環(huán)境保護(hù)的建筑施工管理?xiàng)l例，加強(qiáng)市內(nèi)綠化建設(shè)，劃定具有清晰界限的垃圾對方區(qū)，確保清潔運(yùn)輸?shù)挠行裕涌斐鞘械缆窞⑺颓鍧嶎l率。同時(shí)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(jìn)入空氣中，通過下沉作用降低空氣中顆粒物的含量，降低揚(yáng)塵帶來的環(huán)境污染危害。

防止建筑揚(yáng)塵要從以下幾個(gè)方面入手：第一，科學(xué)規(guī)范房屋拆遷現(xiàn)場的管理，拆遷完工后，場地要執(zhí)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(shí)依法強(qiáng)制收回，再交由城市園林綠化主管機(jī)構(gòu)進(jìn)行綠化處理；第二，大力倡導(dǎo)建筑工地使用散裝混凝土。凡是建筑工地屬于主城區(qū)范圍的，一律禁止混凝土攪拌機(jī)在市內(nèi)直接操作；第三，加大對建筑工地現(xiàn)場的管理力度，施工現(xiàn)場周圍必須要增設(shè)圍欄或其他能夠起到隔離作用的設(shè)施。第四，嚴(yán)格控制建筑材料在運(yùn)輸中存在的環(huán)境污染隱患帶來的危害，施工車輛及機(jī)器離開施工現(xiàn)場時(shí)候必須先經(jīng)過一定的清洗處理，避免車輛將污染物帶入施工現(xiàn)場以外的區(qū)域，同時(shí)，堆放在工地上的建筑用渣土也必須有防塵措施。第五，及時(shí)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(qū)道路施工要選擇合理的時(shí)間進(jìn)行，對施工過程中產(chǎn)生的揚(yáng)塵的管理相對工業(yè)污染的控制簡單一些，只要政府出臺相關(guān)政策并加強(qiáng)管制即可。

4.建立預(yù)防體系，阻止PM2.5污染進(jìn)一步加劇

（1）創(chuàng)新管理機(jī)制，建立和提升區(qū)域聯(lián)防聯(lián)控管理能力

采取區(qū)域大氣污染聯(lián)防聯(lián)控政策和相關(guān)手段 ，探索污染源確定辦法，構(gòu)建城市群聯(lián)防聯(lián)控體系，將西安市周邊城市全部納入該體系中來，對區(qū)域內(nèi)的空氣環(huán)境進(jìn)行統(tǒng)一管理，一旦即將發(fā)生或已經(jīng)發(fā)生重大環(huán)境污染事故，及時(shí)通知體系內(nèi)的所有成員，立刻采取措施進(jìn)行隔離和處理，有效控制污染物的釋放，提高區(qū)域內(nèi)空氣質(zhì)量。

（2）明確重點(diǎn)控制區(qū)，實(shí)施分區(qū)分類管理

通過污染源確定辦法，對常見的污染源地區(qū)進(jìn)行分級處理。采取針對性預(yù)警機(jī)制和措施，嚴(yán)格控制污染源，合理布局城市工業(yè)，加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，在最大程度上利用大自然自帶的環(huán)境凈化能力，避免空氣污染不斷惡化。