西安地区环境空气PM2.5污染与雾霾治理研究

张苑

摘要：监测期（2010年1月至2012年12月）内采集到的数据显示，西安市三年内PM2.5含量平均值依次为73.470±55.357μg/m3、107.208±75.626μg/m3、110.010±77.449μg/m3，和国家规定的二级标准（35μg/m3）相比，三年PM2.5含量都严重超标。同比数据显示，三年内每个季节PM2.5含量平均值都呈上升趋势。这说明西安市环境污染情况还在不断恶化。

我们首先要通过科学的方法采集数据，对西安市内的PM2.5积累足够的认识，进而采取针对性的政策和措施降低西安空气PM2.5含量，营造良好的生产生活空气环境。

关键词：空气污染，PM2.5，环境治理，西安

一、 PM2.5形成的原因

细颗粒物，俗称PM2.5，它是所有漂浮在大气中的直径不足2.5μm的颗粒物的统称。从化学上来讲，它是一种成分及其复杂并且多变的混合物，很多大气污染物都是它的来源，主要包括一次粒子元素碳（EC）、有机碳（OC）以及土壤中的扬尘。

二、PM2.5浓度变化特征

1.近三年观测PM2.5浓度逐年变化特征

本文对2009年11月至2012年12月之间对西安市内监测点的空气PM2.5质量浓度高分辨率分布特征进行了相关监测研究。

下表总结了监测期内PM2.5年均浓度变化范围，我们可以得知监测期内PM2.5年均浓度依次是73.470±55.357μg/m3、107.208±75.626μg/m3、110.010±77.449μg/m3。很明显目前的实际情况远远超出了新标准，超标部分呈现倍数增长，分别是新标准的2.1倍、3.06倍、3.14倍。超标部分的递增趋势说明了工业发展和机动车数量剧增使西安市PM2.5污染情况还在进一步恶化。

高分辨率监测PM2.5浓度年均变化范围 *.Ds标准偏差

时间 最高值 年均值 ±Ds* 年均值超

μg/m3 μg/m3 标倍数

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浓度四季变化变化特征

以季节为X轴，PM2.5含量为Y轴建立坐标系，把TEOM在线自动检测系统搜集到的监测数据年平均值在平面坐标系中描绘出来（如下图），其中季节时间划分点为12月21日至下年3月19日为冬季；3月20日至6月20日为春季；6月21日至9月21日为夏季；9月22日至12月20日为秋季。

下图反映的是四季中一天之内的PM2.5质量浓度平均值。监测期内个季节浓度都大于二级日均标准限值（75μg/m3），冬、秋、春、夏四季超出部分所占比例依次为64.09%、62.40%、50.05%、38.00%。图中可以看出各季节中春、冬两季的PM2.5质量浓度最高值到最低值之间的距离明显比秋、夏两季更长。究其原因是因为在冬季取暖等民生工程会燃烧大量的煤炭，排放更多污染物到大气中，尤其在春节期间PM2.5浓度一度飙升到一年之中的最高值，同时，受到西安地理和气象条件的束缚，污染物难以扩散到周边其他城市。这两方面的原因造成了冬季PM2.5值格外高。春节期间PM2.5出现最高值的原因是我们中国人的传统除夕夜燃放鞭炮这类人为因素造成的。到春季之后，浓度最高值和最低值之间的差距依旧很大，不过由于天气的回暖，供暖工业的减产使得PM2.5的浓度基本上都保持在较低水平。春季出现的最高值是非人为因素造成的，西安市三面被山围绕，深处谷地，春季气温比较低，在这样的地理和气候条件下，污染物很难游离到其他地方。秋季到来后，西安市降雨明显增多，雨水能够将部分颗粒物下沉至地面，所以秋季PM2.5浓度最高峰会比春季低，然而整个秋季的PM2.5平均浓度高于春季接近冬季，这说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，除此之外在秋季这个农业的收获季节，西安市周边很多农民将废弃的秸秆和其他农作物的植株直接露天燃烧，释放大量污染物到大气中去。夏季PM2.5浓度变化相对比较平缓并且保持在较低的水平。这是因为夏季来临环境温度升高，有利于空气的流动，颗粒物就随着空气的流动而扩散。

3.冬季三时段PM2.5 中碳组分变化序列

上文提到PM2.5是一种混合物，而在PM2.5粒子中，最为常见的就是以有机碳（OC）和元素碳（EC）的形式存在的碳组分。OC也是一种混合物，它是由污染源直接排放的一次有机碳（POC）和排放气体接触到空气和其他物质后发生化学变化产生的二次有机碳（SOC）；EC是由于化石燃料和其他燃烧物质在没有接触到足够氧气的情况下发生不完全燃烧后直接排放到大气中的。数据显示，OC主要是芳香族、酸类等类型多样的化合物，它里面含有一些对生物体具有很高毒性的物质。不同的是，EC对人体的危害在于它具有较强的吸附性，很多半挥发性物质的小粒子都能聚集在它上面。OC和EC不仅对于人体和其他生物体的健康造成危害，同时由于它们的物理特征，光遇到OC粒子后会发生散射，EC粒子甚至能够吸收光和热量，在它们的共同作用下，大气能见度以及气候和地面辐射都会受到影响。所以，研究PM2.5中OC和EC浓度对于了解大气复合型污染进而采取针对性手段提升居民生活环境空气质量具有积极作用。

我们分别在2012年采暖期（（2011.11.15～2012.3.15）的三个时段采集高分辨率大气气溶胶样品，1月22日正午至1月26日凌晨为Ⅰ时段，这一时期正好是我国传统新年时期，为庆祝新年到来民众大量燃放鞭炮；2月6日上午九点至2月10日凌晨为Ⅱ时段，Ⅱ时段正是人们工作的时间，而且天气晴朗，污染物排放比较稳定；3月14日凌晨至3月16日凌晨，西安市空气中含有大量的沙尘，然后天气开始降雨。在上述的每一个时段每隔三个小时采集一次PM2.5样品，总共得到96个样品。样品中碳组分浓度水平序列情况见下图。样品数据显示，一月至三月之间PM2.5浓度两次达到最高值。I时段内1月22日（除夕）凌晨～23日正午时刻PM2.5浓度呈递增趋势，23日上午九点至正午这段时间内的均值达到534.924μg/m3，这时候大气能见度低至0.6公里，而造成这种情形最主要的原因就是鞭炮的燃放导致PM2.5浓度升高。Ⅲ时段内3月14日下午九点～15日上午三点受到外来沙尘的影响，PM2.5浓度上升速率很大，15日凌晨至上午三点出现最高值360.806μg/m3。

冬季高分辨率采样PM2.5及其碳组分浓度变化序列

三、西安地区空气治理对策

PM2.5形成的原因以及来源多种多样，考虑到空气的区域流通性，针对西安地区的空气PM2.5污染现状，笔者认为应该采取“实时监测、技术整治、政策管理”三位一体的防治手段。

1.实时监测

利用相关科学知识和研究理论成果，展开对PM2.5的检测和深入研究，准确认识西安市内PM2.5污染情况和变化规律。加大对区域内PM2.5源解析研究的投入，尽可能使用更多的源解析方法和技术，清楚了解西安市内PM2.5来源及分布，为进一步降低PM2.5含量做足准备工作。

2.技术研究

（1）控制前体物

在所有能够生成二次粒子的污染物中，以SO2和NOX最为常见，这是因为释放污染物的人类行为比如行驶机动车和燃烧煤炭以及燃放鞭炮都能产生大量的SO2和NOX。所以控制前体物其实可以理解为控制SO2和NOX的生成及排放，开发和利用新的洁净能源，以及降低目前化学燃料中硫元素和氮元素的成分都是是可取的途径。

（2）控制二次粒子生成条件

污染物必须在一定的空间条件和气象环境下下才能生成二次粒子并积累。只要采取人为手段错开空间条件或是在不同的气象条件下采取不同的控制措施，都能减少甚至避免二次粒子的生成。

3 .政策管理

（1）加强机动车尾气尘的防治工作

在以夏季为主的非采暖期，机动车尾气是造成西安市PM2.5含量居高不下的主要污染源之一。政府要积极探寻科学的机动车管理办法并出台相应的政策，解决城市交通拥堵的问题，加大对道路两旁绿化带和绿化植物的投入，扶持净化机动车尾气排放创新型企业的发展，积极开发绿色燃料，鼓励民众自我淘汰燃油快、污染排放多的老旧机动车，减少以柴油为动力的机动车的数量，让老百姓尽量使用公共交通工具出行等。

引进清洁能源作为汽车动力和燃料油。现阶段，世界上不少重视环保的国家，比如德国等欧洲国家制定了在柴油中强制性添加一定比例的生物柴油的规定，以减轻机动车的废气污染。上海公交巴士一汽公司废物利用，将地沟油制成的生物柴油并制成混合燃料，在10余条公交路线车上示范应用成功，并准备进一步扩大推行力度，同时上海市还将混有生物柴油的燃料油引入到垃圾焚烧厂，降低为燃烧后的废气排放，西安作为空气污染较为严重的城市，有必要引进相关的清洁能源。

（2）杜绝西安市近郊生物质的露天燃烧

由于经济回报低和缺少出路的原因，我国很多地区的农民都采用就地焚烧的方式解决掉利用价值低的农作物植株。这种行为不但会加剧空气污染情况，有时甚至会降低一定区域内的大气能见度导致交通事故和飞行时间延缓等，正是因为这些错综复杂的后果，农业部和原国家环保总局、财政部等机构共同通过并出台了《秸秆禁烧和赠送和利用管理办法》，并与陕西、河北、北京多省市地方政府签订了“农作物秸秆综合利用和禁烧工作”协议书，同时还拨款3000万元作为专项资金，大力发展秸秆腐烂还田技术，为农民处理废弃农作物植株寻找出路，争取在五年之内取得一定成果。

西安市在麦子收割和秋天收获时期，市区周边的郊区和部分高速公路两旁的秸秆焚烧现象十分普遍，政府要积极采取措施，引导农民采用其他方法处理废物农作物植株，减少PM2.5污染物的重要来源。

（3）制定扬尘控制政策

研究发现，建筑施工、拆迁以及城市内的裸露地面是造成西安市内扬尘不断恶化的原因。为此，政府要将绿化任务责任到人，制定有利于环境保护的建筑施工管理条例，加强市内绿化建设，划定具有清晰界限的垃圾对方区，确保清洁运输的有效性，加快城市道路洒水和清洁频率。同时为了增加城市清洁的有效性，洒水车要全部配备雾化效果更为突出的喷嘴，这样喷出的水分子能够直接进入空气中，通过下沉作用降低空气中颗粒物的含量，降低扬尘带来的环境污染危害。

防止建筑扬尘要从以下几个方面入手：第一，科学规范房屋拆迁现场的管理，拆迁完工后，场地要执行绿化防尘步骤。所有超出使用期限的土地，人民政府要及时依法强制收回，再交由城市园林绿化主管机构进行绿化处理；第二，大力倡导建筑工地使用散装混凝土。凡是建筑工地属于主城区范围的，一律禁止混凝土搅拌机在市内直接操作；第三，加大对建筑工地现场的管理力度，施工现场周围必须要增设围栏或其他能够起到隔离作用的设施。第四，严格控制建筑材料在运输中存在的环境污染隐患带来的危害，施工车辆及机器离开施工现场时候必须先经过一定的清洗处理，避免车辆将污染物带入施工现场以外的区域，同时，堆放在工地上的建筑用渣土也必须有防尘措施。第五，及时清理建筑工地。一旦工程完工后，要尽快清楚工地上的残留污染物，市区道路施工要选择合理的时间进行，对施工过程中产生的扬尘的管理相对工业污染的控制简单一些，只要政府出台相关政策并加强管制即可。

4.建立预防体系，阻止PM2.5污染进一步加剧

（1）创新管理机制，建立和提升区域联防联控管理能力

采取区域大气污染联防联控政策和相关手段 ，探索污染源确定办法，构建城市群联防联控体系，将西安市周边城市全部纳入该体系中来，对区域内的空气环境进行统一管理，一旦即将发生或已经发生重大环境污染事故，及时通知体系内的所有成员，立刻采取措施进行隔离和处理，有效控制污染物的释放，提高区域内空气质量。

（2）明确重点控制区，实施分区分类管理

通过污染源确定办法，对常见的污染源地区进行分级处理。采取针对性预警机制和措施，严格控制污染源，合理布局城市工业，加快产业结构调整，在最大程度上利用大自然自带的环境净化能力，避免空气污染不断恶化。