城市大氣環境PM2.5濃度變化特征及治理研究

張 雪 崔向波

（1 徐州市環保集團環境科技有限公司 江蘇徐州 221005 2 徐州重型機械有限公司 江蘇徐州 221018）

引言

隨著環保意識和環保理念的增強，人們更加重視日常的居住環境質量，對環境保護的重視程度越來越高，所采取的措施和投入力度也更大。目前，一些主要城市已經配備了城市大氣環境自動監測系統，實時在線發布監測結果，使人們隨時掌握城市環境狀況。根據生態環境部發布的《2020 中國生態環境狀況公報》數據顯示，2020 年337 個地級及以上城市中，以PM2.5 為首要污染物的超標天數占總超標天數的51.0%，PM2.5 年均濃度為33 微克/立方米，PM2.5 超標天數比例為6.8%，無論是作為首要污染物的超標天數，還是整體的超標天數，均位居六項主要監測指標之首[1～3]。根據醫療機構的流行病學調查發現，PM2.5 與就診率、呼吸器官疾病發病率乃至死亡率等不利健康效應之間均有密切關聯。目前，世界各國均制定了PM2.5 均值，我國PM2.5 標準值是24小時均值濃度低于75 微克/立方米才算達標，而根據WHO 數據，PM2.5 國際標準指導值為24 小時內低于25 微克/立方米。細顆粒物（PM2.5）粒徑更為細小，能夠長期漂浮于城市上空的大氣環境中，而且不易沉降，是城市大氣環境監測六項主要指標之一，是大氣環境中大量有毒有害物質的載體。研究發現PM2.5可以直接經過呼吸道進入人體肺部，沉積于肺泡，并且經血液循環從而對人體產生更大危害。因此，加強城市大氣環境中的PM2.5 濃度變化特征分析，并根據其變化規律采取有針對性防治措施，具有積極的現實意義。

1 城市空氣PM2.5 污染現狀

從已經發布的相關研究成果來看，尚未對城市大氣環境中的PM2.5 進行大規模、系統性研究，只是將城市的一些監測點位獲得的PM2.5 短期結果作為研究對象。從生態環境部歷年發布的主要城市生態環境狀況結果來看，分析城市PM2.5 日均濃度值監測的數據規律，主要呈現出如下時間、空間和區域性特點[4～6]。

1.1 時間變化特點

從各地主要城市公布的大氣環境中的PM2.5 濃度值變化情況來看，通常PM2.5 月均濃度值最大值（峰值）一般出現在3-5 月份，最低值一般在6-8 月，11 月后又呈現出一個較為顯著的上升態勢。因此，從季節變化來看，通常是春季城市大氣環境中PM2.5濃度值最大，夏季最小，一般為城市大氣環境中的PM2.5 濃度均值春季＞秋季＞冬季＞夏季。當然，一些北方城市，冬季燃煤使用量激增，也有不少城市冬季的城市PM2.5 含量均值要高于秋季。城市大氣環境中PM2.5 含量濃度值的季節性變化，主要的因素與城市所在區域的氣象條件、污染源排放結構以及監測時間的長短等，都有著密切關聯。

1.2 空間變化特點

從公布的全國各大城市PM2.5 含量的變化情況來看，城市環境中PM2.5 質量濃度的垂直分布情況來看，隨著高度的逐漸增加，其環境中的PM2.5 含量濃度逐漸下降。如，夏季的城市大氣環境中的邊界層PM2.5 質量濃度通常為近地面相應值的90%左右，而在冬季，城市大氣環境中的邊界層PM2.5 質量濃度通常為近地面相應值的70%-80%之間。一般高度上升至30-40 米左右時，城市大氣環境中的PM2.5 濃度值變化趨于平緩。

1.3 區域變化特點

我國地大物博，東西南北各個城市之間的氣候條件、溫度差異較大，總體來看，北方城市大氣環境中的PM2.5 濃度值要顯著高于南方城市。2020 年168 個城市環境質量排名中，安陽、石家莊、太原和唐山位居靠后，?？?、舟山、廈門、黃山則位居前列。南方城市中，沿海城市最為清潔。城區中的大氣環境中PM2.5 濃度要顯著高于郊區，城市交通區域的污染濃度又要高于城市普通區域的城市大氣環境質量中的PM2.5 濃度值。

2 城市空氣PM2.5 主要來源

城市大氣環境PM2.5 的來源具有多樣性、復雜性。總體來看，城市大氣環境中的PM2.5 污染物來自日益增長的機動車尾氣排放、工業污染排放、各種揚塵和生產生活燃煤等。

PM2.5 污染物粒子散射及吸收太陽輻射和地面射出的長波輻射，從而對大氣層之間，以及地面的PM2.5 污染物輻射收支產生影響。此外，細顆粒物阻擋太陽光直抵地球表面，增加大氣層可見光光學厚度，降低抵達地面太陽能，并降低地面溫度值。從城市發展及其PM2.5 污染物來源分析來看，其主要有以下因素[7]。

2.1 機動車尾氣

城市機動車尾氣排放是大氣環境中細顆粒物濃度增加的主要因素之一。據公安部統計，2021 年，我國機動車保有量達到3.95 億輛，其中，汽車3.03 億輛。有79 個城市的汽車保有量超過了100 萬輛，同比增加了9 個城市。北京、成都、重慶三個城市的汽車保有量超過了500 萬輛。隨著城市機動車保有量的持續增加，因機動車尾氣排放而加重城市大氣環境中的PM2.5 含量。此外，城市道路交通通行質量、機動車燃油品質等，都是影響大氣環境中PM2.5 濃度值的重要因素。

2.2 工業污染

城市發展過程中，化工、石油、制藥、水泥等行業領域的廢氣排放，不僅會增強城市大氣環境中的PM2.5 污染物濃度值，也具有極大的危害性。這些工業領域排放的廢氣中，粒徑＜2.5 微米的超細顆粒表面大多還會富集著許多微量重金屬元素，以及化工企業的有機污染物，超細顆粒物含有有毒有害成分，危害性極大。近年來，各地陸續關停了高耗能、高排放和高污染型企業，也加快了傳統工業工藝轉型升級，空氣環境質量持續得到改善。

2.3 揚塵

城市揚塵是一種混合源類，來自于各單一塵源類的顆粒物混合組成。因此，城市揚塵既是城市大氣環境中空氣顆粒物排放源類，也是各單一塵源類所排放的顆粒物接受體。揚塵是加劇城市大氣環境中PM2.5 污染物濃度值升高的又一重要因素。城市化進程過程中，需要修建道路交通、房地產開發，大量施工揚塵會增加城市大氣環境中的PM2.5 污染物濃度。其中，裸露地、拆遷揚塵、建筑揚塵、運輸殘土揚塵等，是城市揚塵的主要來源。

2.4 秸稈焚燒

秸稈焚燒是農村農業生產作業后的附帶農作物廢物處理方式之一。過去，秸稈常被用以作為生活燃料，隨著農村生活條件的改善，農村生活能源結構發生重要轉變，大量煤氣、煤炭應用成為日常主要生活能源。大量秸稈主要采取焚燒方式處理，秸稈焚燒成為加劇城市大氣環境中PM2.5 污染物濃度值呈現出季節性變化的又一重要因素。春秋兩季是城市周邊農村秸稈焚燒最多的季節。

2.5 燃煤

城市細顆粒物主要來自工業生產和市民的生活獲得，包括煤炭、石油等化石燃料，也包括植物秸稈和生活垃圾等生物質燃燒。尤其是北方每年冬季供暖季，燃燒褐煤后，排放的煤煙排放，城市加劇城市大氣環境中PM2.5 濃度的重要因素。此外，城市露天燒烤油煙也是影響城市環境質量，加劇城市大氣環境中PM2.5 含量的重要因素。

3 城市空氣PM2.5 危害分析

城市空氣中PM2.5 的危害是長期的、顯見的，既有對市民身體健康的不利影響，也有對道路交通、人們出行的負面影響。

PM2.5 是一種顆粒直徑≤2.5 微米的顆粒物。這些細顆粒物可經過肺部，影響人體健康[8]。PM2.5 主要包含水溶性無機離子、元素碳、有機碳、重金屬等。而且，城市大氣環境中的PM2.5 受城市所在區域、季節、能源結構既工業發展水平等因素影響。PM2.5 具有復雜的化學成分，屬于復合型污染物。據統計，常年生活在PM2.5 污染物含量嚴重的地區，暴露于高水平的PM2.5 會明顯增加患急性心腦血管及呼吸系統疾病。WHO 出版的《空氣質量準則》指出，PM2.5 濃度達到3.5 微克/立方米，人的健康風險便會比10 微克/立方米的情形增加15%。

根據病理學研究發現，PM2.5 濃度超標會加劇呼吸系統和心血管系統的損傷，長期暴露于PM2.5濃度超標環境下，會影響肺功能、肺部、循環系統炎癥、免疫功能、氧化應激等在內的一系列機制性變化。重污染大氣環境中，常見的炭黑組分會顯著改變葡萄球菌生物膜結構、組分及功能，影響多種抗生素抵抗力，增加肺炎鏈球菌對肺炎鏈球菌治療藥物青霉素的耐藥性。此外，長期暴露于PM2.5 污染物環境中，二次污染成分中的硫酸鹽、硝酸鹽及細胞活性氧化物變化關聯性最強。而且，PM2.5 污染物中還含有多種有機化合物，其中，多環芳烴污染物還具有致癌性。

PM2.5 污染不僅對人體健康構成威脅，也會影響大氣環境的能見度，影響日常交通出行。PM2.5 對氣候的影響主要包括直接影響，例如，PM2.5 濃度值超標會阻擋太陽光照射地球表面，增大可見光光學厚度。PM2.5 中的炭黑顆粒物能夠吸收太陽短波輻射，影響太陽輻射傳輸，使大氣溫度增大，地表溫度會進一步降低，也影響地球長波輻射，最終會導致大氣環境中的對流停滯，不利于污染物的擴散、稀釋。PM2.5對氣候的間接影響，主要包括因顆粒物粒子在云層中形成云凝結核和冰核，隨著濃度的增加會增強或減弱降雨量，且會改變云雨的類型。PM2.5 濃度達到一定值后，會改變空氣顏色，降低空氣能見度。有研究表明，大氣環境中的PM2.5 濃度值越高，天氣的能見度會明顯降低。究其原因，主要是因PM2.5 顆粒物中具有散光作用，顆粒物散射會降低能見度。

4 城市空氣PM2.5 防治措施

城市大氣環境中的PM2.5 具有較強的負面影響，做好PM2.5 污染防治刻不容緩。對其防治應根據其污染來源采取積極有效的措施。從城市大氣環境中的PM2.5 排放源來看，主要有自然源、人為排放源等兩種。

其中，自然源主要由自然因素導致，人為控制有限。預防和控制城市空氣中的PM2.5 濃度主要是做好人為活動的排放控制，嚴格做好人類活動污染物排放的防治工作。根據城市空氣中的PM2.5 主要來源來看，做好防治可重點從以下幾個方面采取有效措施[9]。

4.1 機動車尾氣污染控制

近年來，隨著工業化、城市化進程的加快，以及機動車給市民帶來的便捷出行體驗，城市機動車保有量呈現出大幅增長的態勢。大量研究顯示，機動車尾氣排放是城市PM2.5 的主要來源。為此，一要控制機動車保有量。從城市空氣PM2.5 污染源分析來看，加劇城市大氣環境細顆粒物濃度增加的最直接、最主要的因素便是機動車尾氣排放。為此，要根據城市發展規模，嚴格控制機動車保有量的增長，限制燃油機動車的數量。二要大力推廣清潔能源機動車使用。鼓勵市民乘用綠色環保清潔型機動車出行，或者乘用公共交通工具，減少燃油私家車的使用頻率。三要加大老舊車輛淘汰力度。做好城市機動車保有量摸底登記工作，加大淘汰老舊燃油機動車，以及黃標車力度。四是提高燃油品質。大力提高燃油品質，積極推廣國標V 排放標準，提高燃油焚燒效率，減少污染物排放。

4.2 工業污染控制

積極做好城市PM2.5 工業污染源防治，大力實施污染物排放濃度及主要污染物總量控制制度，尤其是要加強鋼鐵、醫藥、發電等重點行業的污染防治工作，要求企業加快技術革新，安裝凈化裝置，或者其他防護措施。同時，要優化城市工業結構，大力引進綠色、環保、節能型行業企業，嚴格控制污染型企業發展。

4.3 揚塵污染控制

城市大氣環境中的揚塵污染物主要來自交通、施工現場等。一方面，要改善城市公共基礎交通設施，提高車輛的通勤效率，減少車輛運行怠速時間。另一方面，要積極做好城市公共交通道路的清潔，增加灑水車的灑水頻率，減少城市道路路面揚塵。加強市容管理，要求特殊運輸車輛要及時清洗，防止車輪攜帶泥土，加劇路面污染。

針對城市建筑施工過程中產生的揚塵問題，要求施工單位切實承擔起職責，做好建筑施工工地登記造冊，加強裸露地面揚塵控制，加大城市地面綠化面積，提高城市植被覆蓋率。

4.4 煤煙污染控制

鼓勵市民使用清潔燃料，開發利用內燃機使用的液化石油氣、醇類、壓縮天然氣，以及氫燃料等清潔能源。同時，注重推廣風能、太陽能、地熱能等清潔能源。此外，還要加強生態環保知識宣傳和普及，鼓勵市民積極參與生態環保工作，掌握基本的生態環保知識，從而自覺投入到生態環境保護，尤其是PM2.5 污染防治工作中，為堅決打贏藍天保衛戰貢獻力量。

結語

隨著工業化、城市化進程的加快，世界許多國家紛紛制定了相應的空氣環境污染物排放標準，我國也于2012 年，將PM2.5 濃度值作為六項主要污染物排放監測項目，納入日常的城市大氣環境監測范圍，并實時對外發布監測結果，為相關部門及時掌握空氣中的PM2.5 污染程度，以及采取有效應對措施提供了現實依據。城市空氣中的PM2.5 具有較強的破壞性，不僅會威脅到市民的身體健康，還會影響日常的交通出行，對生態環境的影響較大，其污染來源具有廣泛性等特點，在后期的防治過程中應采取切實有效的辦法，針對主要污染源采取更加有針對性的防治措施，綜合施策，切實提升城市空氣PM2.5 治理效果，堅決打贏藍天保衛戰，為市民營造更加舒適、安全的生活環境。