淺談PM2.5的危害及我國的控制歷程與經(jīng)驗(yàn)

張瑾，薛彩鳳，溫彪，楊桂實(shí)，李宏宇，武宇鵬，李宏艷*，何秋生，李彥君

(1．太原科技大學(xué)環(huán)境與安全學(xué)院，太原 030024；2．呂梁市生態(tài)環(huán)境局柳林分局，柳林 033300)

隨著經(jīng)濟(jì)和城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，我國出現(xiàn)了嚴(yán)重的空氣污染問題。其中，大氣顆粒物(PM)是導(dǎo)致空氣污染的主要污染物之一，特別是細(xì)顆粒物(PM2.5)已經(jīng)成為我國大多數(shù)城市的首要污染物[1]。PM2.5污染最直觀的環(huán)境表現(xiàn)就是重污染天氣的發(fā)生，大氣呈現(xiàn)渾濁狀態(tài)，顏色偏黃色或橙灰色，能見度低于10km，持續(xù)時間可長達(dá)幾天。近幾年，我國大城市頻繁出現(xiàn)重污染天氣，影響區(qū)域涉及京津冀、珠江三角洲、長江三角洲、汾渭平原、成渝盆地等地區(qū)。2013年1月持續(xù)一個月的極端重污染天氣覆蓋了我國超過2.5%(130萬km2)的國土面積，影響了我國超過50%(約8億)的人口[2]，對生態(tài)環(huán)境和人體健康造成了嚴(yán)重威脅，并成為科學(xué)界、政府和公眾關(guān)注的環(huán)境焦點(diǎn)。我國政府和相關(guān)部門一直致力于大氣污染的防治工作及空氣質(zhì)量的長期改善，出臺了一系列的相關(guān)政策。目前，《大氣污染防治行動計(jì)劃》(簡稱“大氣十條”)確定的目標(biāo)雖然已經(jīng)如期實(shí)現(xiàn)，全國空氣質(zhì)量總體改善，但大氣污染形勢仍然不容樂觀，個別地區(qū)污染較重，冬季重污染問題依然突出[3]。大氣污染治理已進(jìn)入瓶頸期，極有必要對前期工作進(jìn)行及時梳理和總結(jié)，并針對現(xiàn)有問題尋找新的對策。

1 PM2.5的危害

PM2.5是一種顆粒直徑≤2.5μm的可入肺顆粒物，是由無機(jī)物質(zhì)和有機(jī)物質(zhì)組成的復(fù)雜混合物，主要包括水溶性無機(jī)離子、元素碳(EC)、有機(jī)碳(OC)、重金屬等。受地域、季節(jié)、能源結(jié)構(gòu)、工業(yè)水平等因素影響，不同地區(qū)其化學(xué)組成成分差異很大[4]。國內(nèi)大氣PM2.5來源廣，既有一次源又有二次源，成分具有復(fù)合型污染特征。PM2.5復(fù)雜的化學(xué)成分可引起多種多樣的健康危害[6]。目前，國內(nèi)外采用的主要研究方法包括人群流行病學(xué)調(diào)查和毒理學(xué)研究。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在2013年1月的重污染期間，120呼救人數(shù)明顯增多，其中急性心腦血管及呼吸系統(tǒng)疾病應(yīng)急呼叫率增加最為顯著[7]。劉凱[8]等報道，2015年，因長期暴露在高水平的可吸入顆粒物(PM10)中導(dǎo)致我國死亡人數(shù)達(dá)到12.5萬。世界衛(wèi)生組織(WHO)在2005年版的《空氣質(zhì)量準(zhǔn)則》中指出：當(dāng)PM2.5年均濃度達(dá)到35μg/m3時，人的死亡風(fēng)險比10μg/m3的情形約增加15%[9]。

毒理學(xué)研究的關(guān)注點(diǎn)多著重于大氣PM2.5及其成分對呼吸和心血管系統(tǒng)損傷的效應(yīng)機(jī)制，發(fā)現(xiàn)大氣PM2.5或其組分暴露可引起包括肺功能、肺部和循環(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[10]。Hussey等[11]發(fā)現(xiàn)重污染空氣中的常見組分——炭黑能顯著改變肺炎鏈球菌和金黃色葡萄球菌的生物膜結(jié)構(gòu)、組分和功能，并調(diào)整生物膜對蛋白質(zhì)降解和多種抗生素的抵抗力，從而增加了肺炎鏈球菌對青霉素(治療肺炎鏈球菌的首選藥物)的抗性。一項(xiàng)體外毒理學(xué)研究將人體支氣管上皮細(xì)胞暴露于大氣PM2.5中，發(fā)現(xiàn)二次污染成分中的硫酸鹽和硝酸鹽與細(xì)胞活性氧產(chǎn)物的變化關(guān)聯(lián)性最強(qiáng)[12]。PM2.5中富含多種有機(jī)化合物，其中多環(huán)芳烴(PAHs)屬于致癌物，具有很強(qiáng)的毒性，其中苯并芘的致癌性最強(qiáng)[13]。Raaschou等[13]通過對8個國家14個隊(duì)列研究數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出肺癌患病風(fēng)險升高與空氣中銅、鐵、鉀、硫、硅、鎳、鋅等元素濃度有關(guān)，特別是元素硫和元素鎳，這些元素通常會附著在顆粒物上。值得注意的是，近幾年已有研究開始探索大氣污染影響人體健康的新型機(jī)制，如表觀遺傳標(biāo)記變化。并且有研究發(fā)現(xiàn)，DNA甲基化(表觀遺傳標(biāo)記之一)改變與老化、癌癥和心血管疾病等有關(guān)，而環(huán)境暴露因素可能通過改變DNA甲基化影響機(jī)體健康[14]。

PM2.5污染不僅嚴(yán)重危害群眾健康，而且對氣候和大氣能見度有著很大的影響。顆粒物對氣候的影響包括直接影響和間接影響兩個方面。直接影響是指顆粒物能直接阻擋太陽光抵達(dá)地球表面，使可見光光學(xué)厚度增大。其中炭黑顆粒物能夠吸收太陽短波輻射，放射紅外輻射，從而影響太陽輻射傳輸，加熱大氣，降低地表溫度和影響地球長波輻射。這種對地表和大氣的雙重作用會影響到對流層大氣的溫度層結(jié)，引起空氣對流停滯，極不利于污染物的擴(kuò)散[15]。間接影響主要是指顆粒物粒子可以作為云凝結(jié)核和冰核在云雨形成和增長過程中起重要作用，不但增強(qiáng)或減弱降雨量，并且可以改變云雨類型；顆粒物濃度變化影響云的形成，云的變化反過來對氣候有巨大影響，如可使非降水性云轉(zhuǎn)換成降水性云[16]。顆粒物濃度較高時會使天空顏色改變，使能見度降低。相關(guān)研究表明，重污染天氣時，PM2.5的濃度明顯高于平時，且PM2.5的濃度越高，能見度越低[17]。大氣污染物中顆粒物的散光作用是造成能見度降低的主要因素，顆粒物散射能造成60%～95%的能見度減弱，其中以PM2.5及其所含硫酸鹽、硝酸鹽及炭黑最為重要[16]。

2 我國PM2.5政策發(fā)展

在大氣污染的背景下，清潔空氣就是一種重要的公共物品，實(shí)施大氣污染治理、改善空氣質(zhì)量需要堅(jiān)實(shí)的政策支撐。公共政策在我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起著重要作用。1987年全國人大常委會發(fā)布了第一部《大氣污染防治法》后，一系列相關(guān)政策法規(guī)相繼出臺，20世紀(jì)90年代大氣污染物排放相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也陸續(xù)出臺。自2008年舉辦北京奧運(yùn)會，尤其是2012年和2013年以京津冀、長三角等為首的城市群出現(xiàn)大面積重污染天氣后，大氣污染治理問題才真正引起了全社會的廣泛關(guān)注和政府部門的高度重視。相關(guān)部門不僅對現(xiàn)有政策、法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)先后進(jìn)行了修訂，同時陸續(xù)增加了以“大氣十條”為代表的相關(guān)新政策。圖1為與我國大氣PM2.5相關(guān)的主要政策的發(fā)布/實(shí)施時間序列。2011年1月1日原環(huán)境保護(hù)部發(fā)布了《環(huán)境空氣PM10和PM2.5的測定重量法》，首次對PM2.5的測定進(jìn)行了規(guī)范。2011年12月5日，《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》提出，在基本監(jiān)控項(xiàng)目中增設(shè)PM2.5年均、日均濃度限值以及臭氧8小時濃度限值，新標(biāo)準(zhǔn)于2016年全面實(shí)施。2011年12月21日，在第七次全國環(huán)境保護(hù)工作大會上，原環(huán)境保護(hù)部部長周生賢公布了PM2.5和臭氧監(jiān)測時間表，全國PM2.5監(jiān)測將分“四步走”。2012年2月29日國務(wù)院常務(wù)會議發(fā)布新修訂的《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3095—2012)，其中增加的主要內(nèi)容之一就是PM2.5濃度限值(日均值定為75μg/m3，年均值為35μg/m3)，納入各省區(qū)市強(qiáng)制監(jiān)測范疇。2012年10月11日，原環(huán)境保護(hù)部副部長吳曉青表示，新的《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》頒布后，新標(biāo)準(zhǔn)要按“三步走”目標(biāo)實(shí)施，即到2020年，主要污染物排放得到控制，環(huán)境安全得到有效保障；到2030年，污染物排放總量得到全面控制，環(huán)境質(zhì)量全面改善；到2050年，環(huán)境質(zhì)量與人民群眾日益提高的物質(zhì)生活水平相適應(yīng)，與社會主義現(xiàn)代化強(qiáng)國相適應(yīng)[18]。按照計(jì)劃，2012年年底前，京津冀、長三角、珠三角等重點(diǎn)區(qū)域以及直轄市、計(jì)劃單列市和省會城市要按新標(biāo)準(zhǔn)開展監(jiān)測并發(fā)布數(shù)據(jù)。

圖1 我國大氣細(xì)顆粒物(PM2.5)相關(guān)政策發(fā)布/實(shí)施時間序列圖

為改善我國的空氣污染狀況，特別是減少我國北方地區(qū)供暖季節(jié)重污染天氣的發(fā)生頻率，國務(wù)院于2013年提出了治理空氣污染問題的《大氣污染防治行動計(jì)劃》政策，又稱“大氣十條”。這是國務(wù)院在2013年所發(fā)布的又一大氣污染防治總體規(guī)劃，其奮斗目標(biāo)為到2017年，全國地級及以上城市PM10濃度比2012年下降10%以上，優(yōu)良天數(shù)逐年提高；京津冀、長三角、珠三角等區(qū)域PM2.5濃度分別下降25%、20%、15%左右，其中北京市PM2.5年均濃度控制在60μg/m3左右。“大氣十條”明確了大氣污染防治總體思路，著重強(qiáng)化以PM2.5為重點(diǎn)的大氣污染防治工作，為全國及重點(diǎn)區(qū)域、重點(diǎn)城市的空氣質(zhì)量改善提出了具體要求?！吨腥A人民共和國大氣污染防治法》是關(guān)注大氣污染、防治大氣污染的重要法律，最新版已于2015修訂，并于2016年1月實(shí)施。我國“十三五”規(guī)劃在2016年將PM2.5濃度目標(biāo)納入了環(huán)境保護(hù)工作的績效考核，要求地級及以上且空氣質(zhì)量未達(dá)標(biāo)的城市在“十三五”期間將PM2.5的年均濃度降低18%以上。國務(wù)院于2018年7月公開發(fā)布了《打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動計(jì)劃》，其中PM2.5污染削減相對不明顯的地區(qū)，如山西、陜西、安徽等省份的多數(shù)城市受到了重點(diǎn)關(guān)注[19]。

3 我國PM2.5污染改善進(jìn)展

大氣污染的改善和政府對大氣環(huán)境的嚴(yán)密監(jiān)管也是分不開的。隨著移動互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、區(qū)塊鏈技術(shù)等的發(fā)展，世界已進(jìn)入“大數(shù)據(jù)時代”。我國政府對大氣環(huán)境的監(jiān)管也越來越精細(xì)，從國控點(diǎn)發(fā)展到省控點(diǎn)，到現(xiàn)在的熱點(diǎn)網(wǎng)格技術(shù)、激光雷達(dá)城市顆粒物移動監(jiān)測、走航監(jiān)測、無人機(jī)開展污染源現(xiàn)場勘查和衛(wèi)星遙感監(jiān)測等。熱點(diǎn)網(wǎng)格技術(shù)是生態(tài)環(huán)境部推動大數(shù)據(jù)技術(shù)在非現(xiàn)場監(jiān)管中的典型應(yīng)用。近日，生態(tài)環(huán)境部刊文指出，在疫情期間，熱點(diǎn)網(wǎng)格技術(shù)通過非現(xiàn)場幫扶，充分發(fā)揮大氣環(huán)境監(jiān)管“千里眼”功能，遠(yuǎn)程指導(dǎo)各地有序開展熱點(diǎn)網(wǎng)格的針對性排查，以非現(xiàn)場幫扶的方式，提高了環(huán)境執(zhí)法效能[25]。激光雷達(dá)移動監(jiān)測可以快速掃描監(jiān)測并生成污染分布圖，直觀地描述污染源的擴(kuò)散趨勢，有效識別污染物的空間分布特征，快速識別排放源，從而量化跨區(qū)域污染傳輸及工業(yè)排放對城區(qū)空氣質(zhì)量的影響。走航監(jiān)測能夠?qū)崟r監(jiān)測沿途空氣質(zhì)量，繪制重點(diǎn)區(qū)域VOCs濃度圖像，標(biāo)記異常點(diǎn)位，實(shí)現(xiàn)“測管”協(xié)同，第一時間追蹤分析污染源情況。通過無人機(jī)勘查，可以對潛在排放源進(jìn)行定性識別，據(jù)此制定環(huán)境執(zhí)法監(jiān)管措施或技術(shù)改革方案。衛(wèi)星監(jiān)測可在全球尺度對大氣污染狀況進(jìn)行快速評估，所提供的空間觀測數(shù)據(jù)和氣溶膠參數(shù)可用于監(jiān)測大氣PM2.5的分布、來源、成分及傳輸[26]。

4 政策啟示及建議

總體上看，自我國在2013年發(fā)布《大氣污染防治行動計(jì)劃》，開始實(shí)施嚴(yán)格的污染控制措施以來，很多城市的空氣質(zhì)量得到了大幅改善。但是，我國清潔空氣政策的實(shí)施力度和空氣質(zhì)量管理存在明顯的地區(qū)差異，為改善空氣質(zhì)量投入的資源主要集中在京津冀、長三角和珠三角等重點(diǎn)地區(qū)。另外，全國及重點(diǎn)區(qū)域大氣顆粒物仍以PM2.5為主，占比60%～65%。雖然這一比值近五年來有所下降，但是僅下降了2%～3%，并不顯著[18]。生態(tài)環(huán)境部同時指出，2019年全國未達(dá)標(biāo)的261個城市PM2.5濃度同比下降2.4%，與前三年年均7.7%的改善幅度相比，下降速度明顯放緩，這說明對PM2.5的控制已進(jìn)入瓶頸期。目前，我國《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3095—2012)中的PM2.5濃度限值主要采用世界衛(wèi)生組織(World Health Organization，WHO)在2005年發(fā)布的第一階段目標(biāo)指導(dǎo)值，即PM2.5年平均濃度為35μg/m3。如果以WHO導(dǎo)則值年均濃度10μg/m3來衡量，目前我國還沒有城市能達(dá)到這一標(biāo)準(zhǔn)[18]，因此我國環(huán)境空氣質(zhì)量形勢依然嚴(yán)峻。據(jù)研究報道，2013—2017年P(guān)M2.5濃度的降低主要得益于對SO2和燃煤排放一次顆粒物的控制[27]，其結(jié)果是有機(jī)物和硝酸鹽在PM2.5中所占的比重越來越大[28]。鑒于目前SO2的減排空間已經(jīng)很小，下一步要繼續(xù)降低PM2.5濃度，就必須加強(qiáng)對氮氧化物(NOx)和揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)等的排放控制。不同區(qū)域?qū)τ赑M2.5的控制力度和進(jìn)程不平衡，因此在下一步的PM2.5治理中，區(qū)域協(xié)同控制也將變得更加重要。

我國北方地區(qū)冬季頻繁發(fā)生大面積的重污染天氣是由于污染物排放和大氣過程之間的復(fù)雜相互作用造成的。目前我國真正實(shí)現(xiàn)超低排放的行業(yè)只有火電行業(yè)，鋼鐵行業(yè)是第二個正在推行超低排放的行業(yè)，減排效果的發(fā)揮還需要時間。根據(jù)我國鋼鐵工業(yè)環(huán)境統(tǒng)計(jì)年報，2018年重點(diǎn)統(tǒng)計(jì)鋼鐵企業(yè)顆粒物、SO2的噸鋼排放量比2006年分別下降74.3%、80.6%，為大氣質(zhì)量改善做出了巨大貢獻(xiàn)。但2018年我國粗鋼產(chǎn)量比2006年增加了119.4%，2019年又繼續(xù)同比增加8.3%，鋼產(chǎn)量高達(dá)9.96億噸，占全球鋼鐵產(chǎn)量的53.3%。鋼鐵產(chǎn)量的快速增長，抵消掉了一些治理效果[29]。如何在增加產(chǎn)能的同時還能控制好污染物的排放，也是未來PM2.5治理需要考慮的問題。

PM2.5污染問題尚未得到完全解決，以臭氧(O3)為特征污染物的大氣光化學(xué)污染問題又開始凸顯。據(jù)報道，2019年，全國337個地級及以上城市O3濃度同比上升6.5%，以O(shè)3為首要污染物的超標(biāo)天數(shù)占總超標(biāo)天數(shù)的41.8%，導(dǎo)致全國優(yōu)良天數(shù)比率同比損失2.3個百分點(diǎn)[23]。O3具有強(qiáng)氧化性，不僅會影響大氣氧化性并加劇全球氣候變暖，而且對人體危害極大，可誘發(fā)多種呼吸系統(tǒng)疾病和心腦血管疾病。因此，對O3污染的協(xié)同控制也需要引起足夠重視[27]。

大氣污染程度不僅和排放有關(guān)，也和大氣環(huán)境容量相關(guān)。大氣環(huán)境容量是一個城市或一個區(qū)域在空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)時，最大能容納各種大氣污染物的排放量，其大小會因氣候、氣象條件等因素影響而動態(tài)變化。就平均水平而言，京津冀及周邊地區(qū)“2+26”城市秋冬季大氣污染物排放量大大超出了環(huán)境容量，在極端不利氣象條件下，甚至能超出環(huán)境容量的4倍[31]。這種情況如果長時間持續(xù)，就會導(dǎo)致出現(xiàn)重污染。在2019年1月到2月期間，受不利氣象條件影響，京津冀及周邊地區(qū)、汾渭平原PM2.5濃度同比分別上升24.1%、26.6%[23]。

從上述問題可以看出，我國大氣污染的治理任務(wù)依然任重道遠(yuǎn)。我國絕非在短期內(nèi)就能全面實(shí)現(xiàn)大氣霧霾污染治理，必須有長效的制度安排。基于此，本文提出以下三個方面的建議：(1)隨著控制PM2.5污染力度的增強(qiáng)，治理標(biāo)準(zhǔn)的提升，對污染企業(yè)排放PM2.5及其前體物的管控力度需要進(jìn)一步加強(qiáng)，管控區(qū)域范圍也需要進(jìn)一步擴(kuò)大。(2)提高公眾對PM2.5危害的認(rèn)識，對于各個行業(yè)，特別是轉(zhuǎn)型產(chǎn)業(yè)，必須穩(wěn)步淘汰落后產(chǎn)能，走可持續(xù)發(fā)展的常態(tài)化軌道，促進(jìn)大氣質(zhì)量的持續(xù)改善，而不能為了實(shí)現(xiàn)地方經(jīng)濟(jì)指標(biāo)而放松管理。(3)不同城市的大氣環(huán)境容量不同。因此針對不同區(qū)域應(yīng)建立“一市一策”管控機(jī)制，政府部門應(yīng)主動扶持和培養(yǎng)地方科研力量參與大數(shù)據(jù)的管理與分析，借助大數(shù)據(jù)平臺建立快捷高效的空氣質(zhì)量預(yù)報預(yù)警機(jī)制，針對不同情況制定相應(yīng)的應(yīng)急措施，能夠在易發(fā)生重度污染的情況下達(dá)到有效“削峰”。此舉不僅可避免大數(shù)據(jù)資源的荒廢，同時可提升政府的管理能力。(4)在當(dāng)前PM2.5污染尚不能短期消除的情況下，應(yīng)建立PM2.5化學(xué)成分的優(yōu)先管控名單，借助源解析手段優(yōu)先控制有毒有害物質(zhì)的排放和生成，最大限度地保護(hù)居民的身體健康。