我國城市大氣環(huán)境問題綜述

肖青戰(zhàn)，武 強(qiáng)

(1陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 土木工程學(xué)院，陜西 咸陽 712000；2西安交通大學(xué) 人居學(xué)院，陜西 咸陽 712000)

城市化率代表每個國家的現(xiàn)代化發(fā)展水平，人口集中的城市或城市群匯集著每個國家主要科技、文化、藝術(shù)、教育的機(jī)構(gòu)和人才,是每個國家、地區(qū)的政治、經(jīng)濟(jì)、文化中心。隨著我國社會的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,城市化進(jìn)程不斷加快,目前我國城市化率截至2019年底首次超過60%[1]，目前包括北上廣深、成都、重慶等城市的實際管理人口均已超2 000萬，不少強(qiáng)二線城市的實際管理人口超過1 000萬，現(xiàn)有城市數(shù)量已超過600個,百萬人口以上的特大城市已超過30個。城市人口的集中代表生產(chǎn)效率的提高，但超大城市的人類活動已經(jīng)強(qiáng)烈地作用于城市地質(zhì)環(huán)境,城市空氣質(zhì)量不斷惡化，水資源短缺和污染、廢物物圍城、城市規(guī)劃與管理跟不上超大城市發(fā)展等有關(guān)問題日益突出,直接影響和間接制約著我國城市的長遠(yuǎn)發(fā)展。

1 城市大氣污染的原因

城市大氣污染是指大氣污染物的濃度達(dá)到有害的程度，以至達(dá)到破壞生態(tài)系統(tǒng)和人類正常生存和發(fā)展的條件，對人及自然界造成危害的現(xiàn)象[2]。城市大氣污染成因有自然因素(如火山爆發(fā)、森林災(zāi)害、巖石風(fēng)化等)和人為因素(如工業(yè)廢氣、燃料、汽車尾氣和核爆炸等)，但是現(xiàn)代城市的空氣污染主要是城市人類活動造成的。

1.1 人為因素的影響

我國正處于工業(yè)化中后期，經(jīng)濟(jì)增長的主要動力來自第二產(chǎn)業(yè)的增長，嚴(yán)重依賴高能耗、高污染的產(chǎn)業(yè)。2019年我國粗鋼產(chǎn)量占全球粗鋼產(chǎn)量的53%；水泥產(chǎn)量超過全球水泥總產(chǎn)量的60%,我國能源結(jié)構(gòu)以煤為主，是世界上最大的煤炭生產(chǎn)國和消費(fèi)國[3]。2016年，我國能源消費(fèi)總量43.6億t標(biāo)煤，其中原煤生產(chǎn)占能源生產(chǎn)總量的69.6%，火力發(fā)電占全國發(fā)電量70%以上，凸顯煤炭在我國能源消費(fèi)中的主體地位[4]，工業(yè)生產(chǎn)、城市周圍的電廠及冬季取暖鍋爐燃燒將大量的粉塵及有害化合物排放到城市大氣中,造成嚴(yán)重的城市大氣污染。改革開放近四十年來經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展,人民整體生活水平不斷提高,機(jī)動車擁有量呈逐年遞增趨勢：公安部交通管理局2019年7月3日發(fā)布消息稱,2019上半年全國機(jī)動車保有量達(dá)3.4億輛,新登記汽車1 242萬輛,新領(lǐng)證駕駛?cè)? 408萬人。截至2019年6月,全國汽車保有量達(dá)2.5億輛,私家車達(dá)1.98億輛，汽車新注冊登記1 242萬輛[5]。機(jī)動車數(shù)量的迅速增長,在給人民生活、工作帶來方便的同時,進(jìn)一步加重了市區(qū)的大氣環(huán)境污染。由于城市自身的擴(kuò)張，自然環(huán)境被開發(fā)用于建設(shè)工廠、住宅、道路等基礎(chǔ)設(shè)施，造成大量綠地的消失，地面裸露，城市空氣失去植物的調(diào)節(jié)作用，區(qū)別于原始森林，城市空氣的品質(zhì)大幅下降。

1.2 自然因素的影響

城市大氣污染與城市的生產(chǎn)活動密切相關(guān)，同時污染物在大氣中的遷移、擴(kuò)散過程也受制于大氣氣象因素和當(dāng)?shù)爻鞘械乩憝h(huán)境。我國的城市大氣污染最嚴(yán)重的季節(jié)是冬季,最輕的季節(jié)是夏季，城市大氣環(huán)境質(zhì)量表現(xiàn)出從南到北、從沿海至內(nèi)陸逐步變差的趨勢[6]。大氣污染與氣候變化相互影響，大氣污染可以通過影響輻射收支影響氣候，如冬季我國北方城市逆溫層的出現(xiàn)使城市的污染空氣無法擴(kuò)散開來，全國北方城市的空氣質(zhì)量明顯落后于南方城市；南方受海洋大氣影響，降水多，顆粒物不易在空氣中長期停留，我國南方地區(qū)空氣質(zhì)量優(yōu)于北方。大氣污染物的擴(kuò)散也受城市的地理因素限制，與地形、地貌、海陸位置、城鎮(zhèn)分布等地理因素密切相關(guān),這些因數(shù)在小范圍內(nèi)引起大氣溫度、氣壓、風(fēng)向、風(fēng)速、湍流的變化,對大氣污染物擴(kuò)散產(chǎn)生間接影響。典型的如陜西關(guān)中地區(qū)，盆地地形，不利于大氣流動，冬季霧霾擴(kuò)散條件不利，相同的城市規(guī)模，西安的空氣質(zhì)量同期不如鄭州。

2 城市大氣污染的危害

2.1 生存環(huán)境

大氣污染物目前已知約有100多種，按其存在狀態(tài)可分為兩大類：一種是氣溶膠狀態(tài)污染物,另一種是氣體狀態(tài)污染物[7]。這些物質(zhì)被吸入后能夠直接刺激呼吸道,引起咳嗽、噴嚏和呼吸困難等人體不適。其慢性作用還會導(dǎo)致人體免疫力減弱,誘發(fā)慢性呼吸道疾病,嚴(yán)重的還可引起肺水腫、肺癌。相對于可見的大氣污染霾，隨著城市汽車保有量逐漸增多，城市大氣具有潛在的光化學(xué)煙霧危險性。光化學(xué)煙霧是在適合的氣象條件下，汽車尾氣中的碳?xì)浠衔镌陉柟庾饔孟掳l(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，生成高濃度臭氧及過氧乙酰硝酸酯、醛、酮、酸、細(xì)粒子氣溶膠等二次污染物，形成一次污染物和二次污染物共存的污染[8]。這種煙霧使人眼睛發(fā)紅，咽喉疼痛，呼吸憋悶、頭昏、頭痛，導(dǎo)致呼吸系統(tǒng)弱的老人、兒童呼吸衰竭死亡。工業(yè)廢氣中同時含有多種有毒有害化學(xué)物質(zhì),如鎘、鈹、銻、鉛、鎳、錳、汞、砷、氟化物、石棉、有機(jī)氯殺蟲劑等。這些化學(xué)物質(zhì)雖然濃度很低,但可在體內(nèi)逐漸蓄積,影響神經(jīng)系統(tǒng)、內(nèi)臟功能和生殖、遺傳等，其中砷、鎳、鈹、鉻、多環(huán)芳烴及其衍生物還具有致癌作用[9-10]。

2.2 生物環(huán)大氣污染

污染對生物生存環(huán)境的影響是多方面的，雖然大氣中CO2濃度的升高對植物光合作用有正面的促進(jìn)作用，但隨著CO2、SO2等污染物柒物的濃度升高，地球表達(dá)70%以上的是海洋，全球海洋酸化，整個海洋的生態(tài)平衡將打破，大量海洋生物將失去賴以生存的環(huán)境。地球大氣中的氧氣主要來源于海洋藻類，海洋藻類的滅絕將導(dǎo)致全球大氣中氧氣含量發(fā)生變化，進(jìn)一步改造全球生物多樣性。全球CO2的濃度的升高將增強(qiáng)溫室效應(yīng)，海水溫度上長，海水中溶解的CO2及兩極嚴(yán)寒地區(qū)凍土層中CO2進(jìn)一步釋放到大氣中，形成溫室效應(yīng)正反饋機(jī)制，地球溫度將進(jìn)一步升高，如果這一進(jìn)程過于猛烈，生物的適應(yīng)性跟不上環(huán)境溫度的改變，將造成更多的生物面臨生存威脅。

2.3 基礎(chǔ)設(shè)施

城市巨量化石燃料的消耗，大量的CO2、SO2、NOx排放到大氣中，這些氣態(tài)化合物在大氣中反應(yīng)生成硫酸、硝酸和碳酸，這些酸性物質(zhì)隨著大氣降水形成酸雨[11]。目前幾乎所有的城市基礎(chǔ)設(shè)施都是由鋼材及混凝土構(gòu)成的，這些城市基礎(chǔ)設(shè)施暴露在大氣中，輕度的酸化會使混凝土碳化，建筑材料表面美觀度下降，鋼結(jié)構(gòu)日常維護(hù)費(fèi)用上升，嚴(yán)重的酸雨會使混凝土中的硅酸鈣轉(zhuǎn)化為鈣礬石，體積膨脹，混凝土構(gòu)件表面開裂，保護(hù)層剝蝕，混凝土內(nèi)部鋼筋生銹后會造成容積擴(kuò)張膨脹，混凝土承擔(dān)很大拉力而裂開?；炷撂蓟揭欢ǔ潭葧r，基礎(chǔ)設(shè)施將大量產(chǎn)生裂縫，降低其使用限期，甚至影響結(jié)構(gòu)安全，全社會將因酸雨造成的基礎(chǔ)設(shè)施快速退化而承受巨額經(jīng)濟(jì)損失。

3 應(yīng)對城市大氣污染的措施

3.1 淘汰落后產(chǎn)能，改進(jìn)燃煤技術(shù)

我國由于歷史、經(jīng)濟(jì)，自然資源稟賦等方面的原因，煤炭在中國能源結(jié)構(gòu)中近期具有不可替代性，限于國家能源安全，煤炭仍將是未來相當(dāng)長的一段時間內(nèi)我國的主要能源。為了打好藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)，一方面對于傳統(tǒng)高耗能企業(yè),在壓縮過剩產(chǎn)能的同時，在生產(chǎn)過程中應(yīng)大力引進(jìn)和發(fā)展先進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)技術(shù),淘汰落后生產(chǎn)技術(shù)、工藝,提高能源綜合利用率和生產(chǎn)效率，減少煤炭燃燒時所產(chǎn)生的污染大氣的物質(zhì)；另一方面大力推廣廢氣凈化新工藝,采用除塵技術(shù)、液體吸收技術(shù)、回收處理技術(shù)等技術(shù)手段[12-14],加強(qiáng)對污染物排放的控制,對工業(yè)廢氣進(jìn)行合理化處理,以達(dá)到國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 限制汽車增長，推廣新能源汽車

2015年環(huán)保部已經(jīng)完成對京津冀、長三角、珠三角的9個城市污染源解析，明確北京、杭州、廣州、深圳四城的首要污染來源是機(jī)動車。汽車尾氣排放被默認(rèn)為是城市大氣污染的罪魁禍?zhǔn)字籟15]。我國燃油車保有量現(xiàn)居世界首位，數(shù)量還在瘋長，為減少尾氣污染，因此,除了限制私家數(shù)量和推行公共交通工具之外,還應(yīng)加強(qiáng)對機(jī)動車污染控制技術(shù)的研發(fā),改進(jìn)發(fā)動機(jī)的燃燒設(shè)計,并提高油品燃燒質(zhì)量,使油品得到充分燃燒,從而減少有害廢氣排放。目前隨著新能源汽車技術(shù)的不斷發(fā)展，雖然新能源車也需要消耗電能，與燃油車的尾氣污染集中爆發(fā)在城市區(qū)域內(nèi)相比，大部分城市發(fā)電廠的地理位置均位于郊縣地帶，以北京地區(qū)為例，大型發(fā)電廠無不位于北郊、南郊等地區(qū)，在遠(yuǎn)離城市的區(qū)域，環(huán)境污染的容許值要遠(yuǎn)超城市地區(qū)，發(fā)電廠造成的污染被最大限度的稀釋，從城市局部空氣質(zhì)量改善來講，新能源汽車是改善城市空氣質(zhì)量的重要措施。

3.3 改善能源結(jié)構(gòu)，不斷拓展非化石能源來源

不斷提高天然氣產(chǎn)量，推進(jìn)頁巖氣、煤層氣等非常規(guī)油氣資源勘探開發(fā)，增加油氣戰(zhàn)略進(jìn)口通道、國內(nèi)油氣管網(wǎng)、城市配網(wǎng)和戰(zhàn)略儲備庫建設(shè)。結(jié)合產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，有序引導(dǎo)高污染高能耗企業(yè)向中西部能源基地適度集中，減少長距離能源輸送。在做好生態(tài)環(huán)境保護(hù)和移民搬遷安置的前提下大力發(fā)展水電，在確保安全的基礎(chǔ)上慎重發(fā)展核電。加大太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?、煤層氣、生物質(zhì)能等清潔能源利用，加快分布式能源發(fā)展，提高國家電網(wǎng)對清潔能源發(fā)電的接納能力。

3.4 推廣節(jié)能建筑

建筑是城市的主體，推廣節(jié)能建筑，對于改善我國城市空氣質(zhì)量同樣具有重要意義。我國建筑能耗的總量近年來在國家能源總消費(fèi)量中所占的比例已從20世紀(jì)七十年代末的10%，上升到27.45%[16]。國家建設(shè)部科技司研究表明，隨著我國城市化率的不斷提高和人民生活水平的改善，我國建筑耗能最終將達(dá)到國家能源總消耗量的35%左右[17]。改善城市規(guī)劃，大力推廣建筑節(jié)能技術(shù),在城市規(guī)劃、設(shè)計、建造(新建、改建、擴(kuò)建)、改進(jìn)和使用過程中,執(zhí)行不斷提高建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn),采用節(jié)能型的構(gòu)造、工藝、設(shè)備、材料和產(chǎn)品,提高建筑保溫隔熱性能和空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的效率,加強(qiáng)建筑物日常運(yùn)行管理,利用可再生能源,在保證建筑物室內(nèi)舒適性的前提下,減少采暖供熱、空調(diào)制冷制熱、照明、熱水供應(yīng)的能耗，大力發(fā)展節(jié)能綠色建筑與綠色城市,將間接改善城市的空氣質(zhì)量。

4 展 望

目前我國的城市化率才達(dá)到60%，相比發(fā)達(dá)國家，還有10%～25%的發(fā)展空間，還有大量人口將匯集到相應(yīng)的城市中，未來我國的城市空氣與水環(huán)境問題將更加突出，和諧社會建設(shè)仍面臨巨大挑戰(zhàn)。城市環(huán)境問題涉及社會治理及當(dāng)前社會的科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平，一方面政府需要從宏觀的戰(zhàn)略方面,以可持續(xù)發(fā)展的理念為準(zhǔn)則，在城市治理過程中不斷完善經(jīng)濟(jì)、法制、文化方面等制度建設(shè)，在群眾中樹立正確的生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)價值觀；另一方面不斷加大在城市大氣污染、水資源短缺與污染治理技術(shù)上不斷投入，通過技術(shù)驅(qū)動城市未來的可持續(xù)發(fā)展。