基于空氣PM2.5治理模型的空氣質(zhì)量控制管理*

甘 宇

（湖南信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410200）

1 引言

現(xiàn)代科技促進了工業(yè)的不斷發(fā)展，在工業(yè)的發(fā)展過程中，卻給大氣環(huán)境帶來了嚴重的污染。目前我國許多地區(qū)的空氣中，PM2.5污染問題越來越嚴重，而PM2.5中的顆粒物，是導(dǎo)致霧霾的主要原因。隨著霧霾天氣的頻繁出現(xiàn)，給人們的身體帶來了極大的危害，嚴重地影響了人們的健康。

關(guān)于PM2.5的成因，還有時空分布情況，以及演變規(guī)律問題，應(yīng)當結(jié)合環(huán)境保護標準中PM2.5和演變規(guī)律，建立數(shù)學(xué)模型，同時應(yīng)當合理地考慮風力和濕度情況，根據(jù)天氣和季節(jié)因素進行研究。要對長沙的PM2.5進行分析，就要充分利用長沙市的監(jiān)測數(shù)據(jù)，并依據(jù)分析結(jié)果制訂全年的平均治理指標，還有年底的治理計劃。根據(jù)估算情況，一般都會設(shè)計三項專項治理方案，并進行對比分析，選擇可以達到預(yù)定標準的減排計劃[1].

2 PM2.5的形成和分布以及未來演變分析

在一般情況下，PM2.5形成可以分為三種情況：第一種情況，是直接以固態(tài)形式出現(xiàn)，并排出一次粒子的情況。第二種情況，是由高溫情況下，排放的氣態(tài)物質(zhì)，最終冷凝成為一次粒子；第三種情況，是氣態(tài)前污染物，經(jīng)過大氣多相的化學(xué)反應(yīng)，最終轉(zhuǎn)化成二次粒子。當PM2.5變化以后通常會發(fā)生演變，而這種演變包括了擴散與衰減現(xiàn)象。由于每天都有一定量的PM2.5排放，所以在演變與衰減階段，應(yīng)當考慮風力和濕度，還有天氣和季節(jié)變化影響，導(dǎo)致了PM2.5變化情況。對于自身與其他物質(zhì)的反應(yīng)情況，也應(yīng)當給予特別的注意。在長沙市的污染物觀測中，通過對資料和數(shù)據(jù)的分析，可以了解可吸入顆粒PM10、還有一氧化碳CO，以及臭氧O3的平均濃度值。發(fā)現(xiàn)這些因素與PM2.5平均濃度值，是非線性相關(guān)。

結(jié)合相關(guān)結(jié)論可知，在污染的過程中，隨著PM2.5濃度升高，會影響天氣條件。對于近地面的小風和靜風、以及高濕等天氣條件，是不利于PM2.5擴散的。在混合層和溫度層，對PM2.5的演變有重要影響，而近地面的逆溫和等溫層，大氣相對比較穩(wěn)定，所以不利于垂向擴散。

通過長沙市的13個監(jiān)測點，得到了PM2.5含量會隨著時間變化，相關(guān)的數(shù)據(jù)也會發(fā)生變化。長沙市的13個監(jiān)測點，在PM2.5含量方面，在空間和數(shù)據(jù)分布上，要根據(jù)時間與風速關(guān)系進行相關(guān)分析。在冬季的PM2.5濃度較高，但是這期間的氣溫較低，而且風力較大，所以每日不同時間的PM2.5濃度，是有很大差距的。在春季的PM2.5濃度值，一般都是逐漸降低的，這時的PM2.5濃度較小，在風力和濕度以及溫度方面，與冬季的情況有明顯區(qū)別。根據(jù)研究可知，PM2.5質(zhì)量與風速和風向有一定關(guān)系，當風速較大時，通常擴散條件比較好，污染物容易遷移，PM2.5擴散比較快。當經(jīng)歷大風之后，PM2.5維持在低濃度的時間較長。PM2.5的質(zhì)量和濃度還與氣溫有關(guān)，當空氣中的細粒子，受到強冷空氣活動影響時，PM2.5質(zhì)量濃度會隨時間變化，而規(guī)律性地波動。降雨和降雪情況下，對PM2.5具有很強的稀釋效果，在冬季的PM2.5質(zhì)量濃度，是一年中變化最大的，而夏季的變化相對比較平緩。冬季用電量較大，在取暖過程中，煤的燃燒量也較大，再加上汽車尾氣的排放量，這些情況都對PM2.5有很大影響[2]。

根據(jù)對長沙市PM2.5數(shù)據(jù)分析，已知長沙市的PM2.5與其他各污染物，有一定的相關(guān)性[3]，在進行時空分布特點分析時，應(yīng)當結(jié)合相關(guān)資料，對污染來源進行分析。通過對相關(guān)系數(shù)分析可知，CO濃度值與PM2.5相關(guān)性最高，SO2、NO2和PM10與PM2.5濃度值，也具有一定的相關(guān)性。

3 治理方案分析

通過相關(guān)的分析，要想減少空氣中的PM2.5，就要從燃煤排放和交通排放，還有建筑和工業(yè)，以及土壤方面入手。其中SO2主要是由燃煤鍋爐排放導(dǎo)致的，而CO的產(chǎn)生主要是煤和各種油因為不完全燃燒導(dǎo)致的。對于這些情況，可以采用先進技術(shù)，有效地降低SO2含量。通過大量的植樹造林，可以有效地改變能源結(jié)構(gòu)。還要大力發(fā)展太陽能、核能等新能源技術(shù)，這些新能源可以代替礦物質(zhì)燃燒，有效解決這些污染問題。要想降低PM2.5濃度，需要大量的資金投入，還要合理地制定治理方案。

在中國的碳排放強度較大，不僅影響了湖南省的低碳經(jīng)濟發(fā)展水平，也在長沙市未來人口規(guī)模預(yù)測中，產(chǎn)生一定程度的影響。人口發(fā)展與PM2.5監(jiān)測數(shù)據(jù)，是有一定關(guān)系的。所以在制訂未來發(fā)展計劃時，應(yīng)當考慮長沙市未來的發(fā)展方向，還有經(jīng)濟支柱問題，以及SO2、NO2、PM10和CO排放問題。充分考慮這些因素對人體的危害，以及PM2.5濃度的演變過程，要建立PM2.5的治理模型作為該地區(qū)的PM2.5治理標準，以此來制定目標方案：①確定相關(guān)的治理目標：在全市PM2.5的年平均濃度方面，未來五年內(nèi)應(yīng)當降至35 μg/m3以內(nèi)。在這個過程中，要充分考慮燃料消耗情況，還有交通運輸業(yè)發(fā)展情況，以及建筑業(yè)和工業(yè)排放量情況，要提高排放標準，從而達到減排效果；②改變交通模式，增加節(jié)約能源使用，才能有效降低尾氣排放，推廣自行車和電動車的環(huán)保出行方式；③運用財稅政策，限制污染加劇情況。長沙市的PM2.5年平均濃度為280 μg/m3，假設(shè)未來五年內(nèi)，呈現(xiàn)逐年減少的情況，實現(xiàn)年終平均濃度指標為35 μg/m3。綜合治理費用，每減少一個PM2.5濃度，需要投入一個費用單位為百萬元，而專項治理投入費用，是當年減少PM2.5濃度的0.005倍（百萬元）。由于PM2.5主要來源是交通運輸排放、工業(yè)燃料和燃煤，還有硫化物和氮氧化合物，以及工業(yè)和建筑業(yè)排放導(dǎo)致的，要想更好地治理，就需要考慮污染源，還有排放量以及治理期間。對于每年逐次減少的排放因素，要考慮減少各類污染源，進行專項治理，雖然在費用方面要大于綜合治理，但治理效果較好[4]。

4 結(jié)論

本文通過對PM2.5的形成，還有演變與擴散方式分析，全面地考慮了風力和濕度等天氣，以及季節(jié)因素帶來影響。對長沙地區(qū)的污染源，以及各個影響因素進行了分析，并設(shè)計了空氣質(zhì)量管理和控制方案。運用非線性模型，求出了最優(yōu)解，選擇了治理經(jīng)費最少的方案，并給出了投入預(yù)算最合理方案。通過對空氣質(zhì)量的控制，還有管理方案的推算，初步解決了PM2.5問題，為改善空氣質(zhì)量，起到了積極的推動作用。