城市大气环境PM2.5浓度变化特征及治理浅析

陈其胜，韩 锟，薛娟霞*

（1.甘肃省白银生态环境监测中心，甘肃 白银 730900；2.靖远煤业集团刘化化工有限公司，甘肃 靖远 730900）

引言

随着环保意识的增强，人们对居住环境质量越来越重视，相关部门加大了环境保护力度。目前，我国许多主要城市已经安装了城市大气环境自动监测系统，实时在线发布监测数据，让居民可以随时了解城市环境状况。根据生态环境部发布的2022年中国生态环境状况公报数据，PM2.5在337个地级及以上城市中是主要污染物，占总超标天数的51.0%，PM2.5年均浓度为33微克/立方米。PM2.5是导致呼吸系统疾病的主要因素，对人体健康造成不利影响。因此，加强对城市大气环境中PM2.5浓度变化特征的研究，并根据其规律采取有针对性的防治措施，具有积极的现实意义。

1 城市空气PM2.5 污染现状

1.1 时间变化特征

在季节性变化方面，冬季通常是PM2.5浓度较高的季节，这主要与冷暖空气交替、稳定的气象条件以及取暖和工业生产等活动增加了颗粒物排放量有关。夏季通常是PM2.5浓度较低的季节，因为夏季的气象条件有利于颗粒物的扩散和稀释，同时降雨等气象因素也有助于清除大气中的颗粒物。

在日变化特点方面，城市空气中的PM2.5浓度通常呈现出明显的日间高峰和夜间低谷。白天，交通运输、工业生产和建筑施工等活动达到高峰，导致颗粒物排放量增加，从而使PM2.5浓度升高；而夜间这些活动减少，加上夜间的稳定气象条件，PM2.5浓度相对较低[1]。

1.2 空间变化特征

城市大气环境中PM2.5浓度的空间变化特征是指不同地区之间、城市内部不同区域之间的PM2.5浓度分布差异。这些差异受到多种因素的影响，包括地理位置、气象条件、人口密度、工业结构等。沿海城市通常比内陆城市的PM2.5浓度要低，因为海洋可以稀释空气中的颗粒物。同时，高山地区的PM2.5浓度也较低，因此山区空气通常更加清新；相反，盆地地区的PM2.5浓度较高，因为盆地地势低洼，容易积聚颗粒物。在气象条件稳定的地区，PM2.5浓度较高的可能性较大，因为稳定的气象条件有助于颗粒物的积聚；相反，气象条件不稳定的地区，PM2.5浓度较低。人口密度大的地区通常会有更多的交通和工业活动，从而导致PM2.5排放量增加。工业结构也会影响PM2.5浓度，工业污染是PM2.5的主要来源之一[2]。

1.3 区域变化特征

城市大气环境中PM2.5浓度的区域变化特征是指不同城市或地区之间的PM2.5浓度差异。这些差异受到地理、气象、人口密度、工业结构等多种因素的影响，导致不同区域的空气质量不同。城市所处的地理位置对PM2.5浓度有显著影响。沿海城市由于海洋的作用，PM2.5浓度较低、空气较清新；内陆城市或地势低洼的盆地地区，受地理位置的限制，容易出现PM2.5积聚、浓度较高的现象。气象条件对PM2.5浓度的分布也有重要影响，例如风向和风速会影响颗粒物的扩散和输送。风向带人口密度大的城市通常会有更多的交通和工业活动，导致PM2.5排放量增加。因此，人口密度高的城市往往PM2.5浓度较高。

2 城市空气中PM2.5的主要来源

2.1 机动车尾气排放

机动车尾气排放是指汽车和其他机动车辆在运行过程中释放出的各种气体和颗粒物。这些排放物包括有害气体和微小的颗粒物，其中尤以柴油车辆的排放为甚。柴油车辆通常使用柴油作为燃料，其尾气中含有大量微小颗粒，这些颗粒物被归类为PM2.5，因为它们的直径小于或等于2.5微米。柴油车辆尾气排放中PM2.5含量较高，因此成为城市空气中PM2.5的主要来源之一[3]。

2.2 工业排放

工业生产过程中的燃烧、化学反应和生产操作会释放出有害废气，其中包括各种污染物，如氮氧化物（NOx）、二氧化硫（SO2）、挥发性有机化合物（VOCs）等。这些颗粒物在排放源附近或被风力传播到城市空气中，增加了城市PM2.5的浓度。工业生产中的物料处理、搬运和加工过程会产生粉尘，这些粉尘包括各种物质，如金属、化学物质、木材、矿物等。粉尘未经有效控制，可以成为PM2.5的来源。废物焚烧过程中释放的废气和颗粒物也包含PM2.5，焚烧过程不受有效控制，废气和颗粒物就会排放到城市大气中，影响空气质量。

2.3 建筑施工和扬尘

在建筑和道路施工中，挖掘、土方运输、建筑材料的加工和运输等都会产生大量颗粒物和粉尘，其中包括PM2.5。

在建筑工地进行基础设施建设时，经常需要挖掘和运输大量的土壤和石料，这些活动会产生大量的扬尘，特别是在干燥和风速较大的天气条件下。这些扬尘中包含PM2.5颗粒物，被风力传播到城市空气中，增加了PM2.5的浓度。建筑工地通常涉及多种作业，包括破碎、切割、钻孔、喷涂和装饰等，这些作业会产生细小的颗粒物，其中一部分可以成为PM2.5的组成部分。建筑材料如混凝土、砖块、石料等，要在建筑工地附近加工和运输，也会产生大量的PM2.5。如果建筑材料的加工和运输不受有效控制，这些颗粒物会对空气质量产生负面影响[4]。

2.4 秸秆焚烧

在农村地区或城市郊区，农民处理农田秸秆和垃圾，常常采用焚烧的方式，这会释放大量的PM2.5。秸秆焚烧是指农民将庄稼地里的秸秆和其他农作物残余物燃烧成灰烬，这个过程会产生大量的颗粒物和烟雾，并产生大量的PM2.5。秸秆焚烧不仅释放PM2.5颗粒物，还排放一系列有害气体，如一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOx）和挥发性有机化合物（VOCs）等。

2.5 煤炭燃烧

煤炭燃烧过程中产生的颗粒物主要包括可吸入颗粒物（PM10）和细颗粒物（PM2.5）。PM2.5是其中更小、更危险的颗粒物，因其细小的尺寸能够深入人体呼吸道并进入血液循环，对人体健康危害更大。燃煤排放的PM2.5不仅包括固体颗粒物，还含有各种化学物质，如硫化物、氮氧化物、重金属等，这些物质在大气中与其他气体发生反应，形成细颗粒物，会对空气质量产生负面影响。

3 城市空气PM2.5 危害分析

3.1 对呼吸系统的危害

PM2.5颗粒物的吸入可触发哮喘，导致人体出现呼吸急促、咳嗽、喘鸣声等症状。慢性阻塞性肺病是一组包括慢性支气管炎和肺气肿在内的慢性呼吸系统疾病，长期接触PM2.5会加速慢阻肺病的发展，使患者的肺功能逐渐下降，呼吸变得更加困难。PM2.5颗粒物的刺激作用会导致支气管炎，表现为呼吸道黏膜的炎症和黏液分泌增加，引发咳嗽和咳痰。PM2.5暴露还会削弱肺部的免疫功能，增加呼吸道感染的风险，包括细菌和病毒性感染。肺癌风险增加被认为与长期接触高浓度的PM2.5颗粒物相关，尤其对吸烟者的危害更大。

3.2 对心血管系统的危害

人们长期接触PM2.5颗粒物时，这些微小的颗粒物会对心血管系统产生严重危害，特别是对老年人和已经存在心血管疾病的患者。PM2.5颗粒物进入人体后，可触发炎症反应，导致血管内皮细胞损伤和血管收缩。长期的PM2.5暴露与冠心病、心绞痛、心肌梗塞等心脏疾病的发病率和严重程度相关。PM2.5颗粒物的影响不仅限于心脏，还会引发中风；PM2.5暴露还会引发心律不齐，即心跳节奏异常。

3.3 对儿童和老年人的危害

儿童的呼吸系统处于发育中，呼吸道较窄，免疫系统尚未完全成熟。因此，PM2.5对儿童的影响更大，高浓度的PM2.5会出现呼吸系统发育问题，如气道炎症和哮喘等，对气道损害更为显著。老年人免疫系统相对较弱，器官功能逐渐下降，因此老年人更容易受到PM2.5的危害。高浓度的PM2.5会导致老年人现有的健康问题加重，如心血管疾病和呼吸系统疾病。PM2.5污染会导致老年人的生活质量显著下降，因为老年人可能更容易受到呼吸系统症状的困扰，限制了他们的日常活动和社交参与。

3.4 其他危害

高浓度的PM2.5颗粒物在大气中悬浮并散播，会降低大气能见度，导致雾霾和霾天气的出现。PM2.5沉降到地面后，会覆盖在植被表面，影响植被的正常生长和光合作用，导致植物叶片变黄、过早凋落，影响农业产量和生态系统的稳定性。PM2.5颗粒物中含有腐蚀性物质，如酸性物质和氧化物等，这些颗粒物附着在建筑物和基础设施的表面，会加速其腐蚀和损坏，增加维护和修复成本。PM2.5颗粒物在降雨时会被冲刷到地表水体中，导致水体污染。大气中的PM2.5颗粒物能够影响地球的辐射平衡，导致气候变化。

4 城市空气PM2.5 防治措施

4.1 强化交通管理

相关部门可以实施激励政策，如减免或优惠公共交通费用、设立专用公交车道、提供收费停车位等，鼓励市民选择公共交通出行。强化机动车辆的排放控制，包括实行尾气排放标准、定期进行车辆检测和维护等，可以确保车辆在道路上运行时尽量少排放污染物。合理的城市规划和土地利用可以减少交通需求，例如合理布局住宅区与商业区和工业区，以减少通勤距离。通过教育和宣传活动，可以提升市民对环保出行方式的认知，鼓励他们主动选择环保出行方式[2]。

4.2 治理工业污染

工业企业可以通过升级生产工艺和设备，减少污染物的产生。例如采用低排放的生产方式、更高效的能源利用和更环保的原材料，有助于降低颗粒物和有害气体的排放量。安装烟气净化装置是一种有效的方式，可以捕获和减少颗粒物的排放，这些装置包括电除尘器、湿式脱硫装置和颗粒物过滤器等。相关企业可以通过定期检查和维护设备、监测废气以及采用废气处理技术来确保工业废气的合规排放。废气排放标准的执行对于降低PM2.5浓度至关重要，而投资研发新的清洁技术和解决方案，可以提高工业生产的环保性，是减少工业污染的长期策略。

4.3 控制工地扬尘

工地施工时，裸露的土地容易产生扬尘，为了减少土壤颗粒的飘散，相关人员可以在工地上覆盖稳定性强的材料，如草皮、沙袋、覆盖布等。这些材料可以有效固定土壤颗粒，防止其被风吹散。湿润施工是减少扬尘的有效方法，通过在工地喷水或使用喷水车，可以保持施工场地的湿润，降低扬尘的发生率。在一些高尘工程中，可以采用专门的防尘设备，如风网、风墙、喷雾系统等，这些设备可以减少空气中的尘埃颗粒，提高空气质量。在道路施工和运输过程中，车辆轮胎会携带尘土，导致道路尘埃飞扬，定期清扫道路可以减少道路上的尘埃，减轻扬尘污染。

4.4 控制秸秆燃烧

秸秆焚烧会释放大量的PM2.5和其他有害物质。为降低秸秆焚烧的影响，相关部门需推广替代方法，如秸秆还田、秸秆堆肥等。改进垃圾焚烧设备，安装高效的烟气净化装置，降低焚烧过程中的PM2.5排放；还可以强化野外用火管理，设立禁烧区并规范用火行为，降低火灾风险并减少PM2.5的排放。提升公众对燃烧控制的认识非常重要，相关部门可以通过教育和宣传活动，向居民普及燃烧对空气质量和健康的影响，鼓励他们采取环保的燃烧方式或选择替代方法。

4.5 使用清洁能源

天然气是一种清洁能源，在燃烧过程中排放的颗粒物较少，而且几乎不会产生硫氧化物和氮氧化物等有害物质。广泛采用天然气作为能源，尤其是在城市供暖、电力生产和交通领域，可以显著减少PM2.5的排放。风能和太阳能是可再生清洁能源，通过建设风力发电和太阳能电池板，可以大幅降低对高排放能源的依赖，从而减少PM2.5的来源。在建筑领域，采用清洁能源供暖和供电，如采用地源热泵和太阳能热水器等，可以降低建筑工地和供暖设施的颗粒物排放量。相关部门和企业需加强清洁能源的研究和开发，寻求更高效、更经济的清洁能源技术，以满足不断增长的能源需求，并减少对高排放能源的依赖。

5 总结

随着工业化和城市化的迅速发展，各国都采取了一系列措施应对空气环境污染。我国自2012年起，将PM2.5作为主要污染物之一进行信息监测和发布，并及时采取应对措施。PM2.5对健康、交通、生态环境等都有严重影响，且污染来源广泛。因此，在后续的治理过程中，我们需要有针对性地采取有效措施，综合施策，提升PM2.5治理效果，确保城市空气质量，创造更宜居的环境。