吳凱楓+馬元三+張習(xí)習(xí)

摘要：根據(jù)徐州市一年的具體監(jiān)測數(shù)據(jù)分析徐州市環(huán)境空氣PM2.5的污染現(xiàn)狀，通過監(jiān)測指標(biāo)與PM2.5的關(guān)系對PM2.5形成因素進(jìn)行定性分析，并考慮風(fēng)速、溫度等因素建立簡單的高斯煙雨模型研究PM2.5擴(kuò)散的一般規(guī)律，對現(xiàn)階段徐州市空氣污染物的治理分別從政治、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)角度提出具體的防治對策。

關(guān)鍵詞：PM2.5；污染；防治

中圖分類號：F2

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

doi：10.19311/j.cnki.16723198.2017.11.005

1徐州市環(huán)境空氣PM2.5的污染現(xiàn)狀

近幾年，工業(yè)化進(jìn)程不斷加快，城市大氣環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展越來越嚴(yán)重。徐州重點(diǎn)發(fā)展以煤炭為主的能源產(chǎn)業(yè)，是一個典型的資源型工業(yè)城市。2015年，據(jù)數(shù)據(jù)顯示，徐州市空氣質(zhì)量優(yōu)良天數(shù)僅達(dá)234天，占全年64.1%。徐州市作為江蘇省唯一的煤炭生產(chǎn)基地，受到工業(yè)燃料排放增加等諸多環(huán)境因素影響，大氣細(xì)顆粒物PM2.5已經(jīng)成為空氣中的主要污染物。2015年，徐州市環(huán)境空氣PM2.5濃度年平均值高達(dá)65μg/m3，遠(yuǎn)高于國家二級標(biāo)準(zhǔn)的35μg/m3。尤其在污染嚴(yán)重月份，例如1月，PM2.5濃度值甚至超過100μg/m3。高濃度的PM2.5是大氣能見度大幅降低的原因，而且使徐州市居民的身體健康嚴(yán)重受到威脅。

專家認(rèn)為，粒徑在2.5微米以下的細(xì)顆粒物可以通過呼吸進(jìn)入血液，由于人體的生理結(jié)構(gòu)對PM2.5無過濾、阻攔能力，導(dǎo)致其中有害氣體、重金屬等溶于血液，引起哮喘和其他呼吸系統(tǒng)疾病。據(jù)研究，雖然PM10和PM2.5都是心血管病發(fā)病的危險(xiǎn)因素，但相比較PM2.5有較大的影響。

2PM2.5的形成因素及傳播

2.1定性分析PM2.5的形成來源

2012年環(huán)境保護(hù)部頒布的《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》首次將PM2.5作為空氣質(zhì)量AQI基本監(jiān)測指標(biāo)之一。某項(xiàng)研究表明，AQI監(jiān)測指標(biāo)中的二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳等是在一定環(huán)境條件下形成PM2.5前的主要?dú)鈶B(tài)物體。本文將其他基本監(jiān)測指標(biāo)作為影響PM25含量的因素，利用PM2.5含量與其中幾項(xiàng)指標(biāo)之間的關(guān)系進(jìn)行研究。

2015年度，徐州市SO2年平均質(zhì)量濃度為38μg/m3，日平均質(zhì)量濃度范圍為13～124μg/m3；NO2年平均質(zhì)量濃度為33.39μg/m3，日平均質(zhì)量濃度范圍為13～382μg/m3；PM2.5年平均質(zhì)量濃度為65μg/m3，日平均質(zhì)量濃度范圍為12～256μg/m3，年平均值超標(biāo)1.17倍。由于夏、季兩季節(jié)降水頻繁，空氣中污染物受影響容易擴(kuò)散，污染物較春、冬兩季濃度低。而春冬季由于燃煤取暖，加上北方天氣多沙塵，污染更加嚴(yán)重。所以本文搜集了污染較嚴(yán)重的一天，記錄下24小時(shí)各監(jiān)測點(diǎn)污染物的平均濃度，結(jié)果統(tǒng)計(jì)見下表（單位：mg/m3）。

受地理位置原因，徐州市空氣污染依然以煤煙型為主，空氣污染的首要污染物是細(xì)微顆粒物。由于冶金、電力等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)比重較大，機(jī)動車等保有量年年大幅度增加，周邊區(qū)域秸稈焚燒等農(nóng)作物輸入性污染尤其突出。徐州大氣顆粒物污染來源復(fù)雜，污染形勢比較嚴(yán)峻。

2.2PM2.5的傳播

由于PM2.5能長時(shí)間懸浮于空氣中，并能隨著氣流永不斷地運(yùn)動。PM2.5顆粒本身有一定的質(zhì)量，在擴(kuò)散過程中，每個顆粒物向各個方向不均勻地運(yùn)動，難以找出擴(kuò)散規(guī)律。通過等效替代的思想，將PM2.5濃度較高的地方看作擴(kuò)散源，該點(diǎn)均勻地向某方向釋放顆粒物，并不斷地?cái)U(kuò)大排放口直徑。同時(shí)，大氣運(yùn)動的穩(wěn)定性也會影響著擴(kuò)散路徑和擴(kuò)散形狀，對此需要考慮在多種穩(wěn)定情況下的擴(kuò)散。微粒在向上擴(kuò)散過程中，將受到環(huán)境風(fēng)速，大氣密度，大氣的溫度等影響，因此要考慮到有效擴(kuò)散高度。

在實(shí)際中，由于地面的影響，煙羽是有界的?？梢约僭O(shè)把地面作為一個鏡面，對PM2.5的擴(kuò)散起全反射作用，并采用“像源法”進(jìn)行處理，把任意一點(diǎn)p處的濃度看作兩部分的貢獻(xiàn)之和：一部分是不存在地面造成的擴(kuò)散濃度；一部分是由于地面反射作用增加的PM25濃度。在擴(kuò)散過程中重力沉降的位移疊加在羽流中心線上，使中心線向下傾斜，放射性物質(zhì)粒子則相當(dāng)于在下降的中心線上擴(kuò)散，放射性物質(zhì)的擴(kuò)散與沉降的疊加，使得放射源以一定的速度在向下移動。

因?yàn)镻M2.5顆粒物在傳播的時(shí)候，受到空氣阻力和自身重力會發(fā)生沉降，可以利用斯托克斯公式表示沉降速度：

Vs=ρgd218α

其中，PM2.5粒子密度用ρ表示，單位為kg/m3；重力加速度用g表示，值為9.8065m/s；d為PM2.5物質(zhì)粒子直徑，單位是m；α為空氣的動力粘性系數(shù)，可取為1.8×10-5kg/（m.s）；Vs為沉降速度，單位是m/s。

考慮到地面的全反射作用，反射項(xiàng)的有效高度也變成了h-Vst=h-Vsxα。

再考慮到排放源的有效高度，關(guān)于連續(xù)點(diǎn)源高斯擴(kuò)散模型為：

C（x，y，z，h）=Q2πu-σyσzexp（y22σy2）exp-z-h+vsxa22sy2+exp-z+h-vsxa22sz2

在公式中：X（x，y，z）表示為在下風(fēng)向x米、橫向y米、地面上方z米處的擴(kuò)散氣體濃度，單位為kg/m；Q為源強(qiáng)（即源釋放速率），單位為kg/m；平均風(fēng)速用u表示，單位為m/s；擴(kuò)散后的時(shí)間為t，單位為s；H為擴(kuò)散源有效高度，單位為m；y為橫向距離，單位為m；z為垂直方向距離，單位為m?？梢詫M2.5數(shù)據(jù)代入高斯煙羽模型中，利用Matlab模擬，得到PM2.5擴(kuò)散模擬圖，根據(jù)模擬圖可以得出結(jié)論：PM2.5衰減速度隨距監(jiān)測站點(diǎn)距離的增加先加速變快，然后逐漸變慢。

3PM2.5空氣污染的治理

3.1政策對策

PM2.5監(jiān)控管理比以往任何污染物控制治理都要復(fù)雜，徐州市目前正在努力改善空氣質(zhì)量，希望能攔截PM2.5的擴(kuò)散源頭。PM2.5在預(yù)防和處理的過程中，需要政府和公民的共同努力。在政治對策上，要有創(chuàng)新，突破。目前中國實(shí)施強(qiáng)制性能源管理政策，雖然在政策上發(fā)揮作用，但是短期內(nèi)效果不明顯。我國應(yīng)該在進(jìn)一步推動環(huán)境容量資源化進(jìn)程中，增加經(jīng)濟(jì)管制的份額，從而通過跨區(qū)合作達(dá)到目的。

政府需制定相關(guān)法律條文，對超標(biāo)排放的工廠嚴(yán)格紅線約束，深入推進(jìn)工業(yè)污染防治，防治機(jī)動車尾氣排放污染，加強(qiáng)城建工作造成的污染防治工作，對周邊地區(qū)焚燒農(nóng)作物秸稈合理控制，例如在春節(jié)期間對重點(diǎn)區(qū)域控制煙花爆竹。政治體制進(jìn)行的改革可以對PM2.5的治理有顯著效果。其中，首要的就是要完善排污收費(fèi)制度，建立健全的污染物排放交易政策。其次，政府可以建立大型區(qū)域聯(lián)合控制技術(shù)體系，科學(xué)劃分統(tǒng)一管理污染源，逐漸調(diào)整整個產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和功能區(qū)域。

3.2經(jīng)濟(jì)對策

各個省市只有深刻考慮到自己的經(jīng)濟(jì)利益，才能從根源上減少PM2.5。以京津冀為例，北京的地理位置在天津和河北省之中，大氣污染還受到山西等周邊城市影響。即使北京將產(chǎn)生污染的源頭都關(guān)掉，PM2.5數(shù)值也不會達(dá)標(biāo)。

從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，對企業(yè)、公民實(shí)施獎懲制度。監(jiān)督企業(yè)是否依法進(jìn)行大氣排放，對徐州市PM2.5的來源及其比重進(jìn)行分析，有效約束企業(yè)的生產(chǎn)。另外，可以通過提高綠化覆蓋面，盡可能減少人為因素對污染物濃度的增加。同時(shí)，要提高公民的環(huán)保意識，自律行事，做好預(yù)防工作，激勵公民為降低PM2.5，建立美好徐州共同努力，使得污染范圍減小，減排行動顯出效果。

3.3技術(shù)對策

我國政府針對不同區(qū)域提出了PM2.5濃度降低的5年目標(biāo)，并配套出臺了一系列政策措施。要求全國地級及以上城市到2017年長三角區(qū)域的PM2.5濃度比2012年下降20%以上。對此，我國開發(fā)出一些大氣凈化技術(shù)，包括二氧化硫高效脫除技術(shù)、活性氨煙氣脫硝技術(shù)等，將CO2、SO2等有害氣體經(jīng)濟(jì)有效的脫除，轉(zhuǎn)化為有價(jià)值產(chǎn)品。同時(shí)，對PM2.5污染產(chǎn)生的驅(qū)動因素提出“治本”導(dǎo)向的針對性防治技術(shù)，其中具有代表性的包括水煤漿技術(shù)和噴霧除塵技術(shù)。

水煤漿是一種煤基代油燃料，可以作為鍋爐工業(yè)燃料。隨著水煤漿技術(shù)改變傳統(tǒng)方式，將固態(tài)燃煤方式變成液態(tài)霧化燃燒方式，提高鍋爐的熱效率最高可達(dá)86%，提高煤炭的燃盡率甚至高達(dá)98%。水煤漿技術(shù)是煤炭加工的深度潔凈技術(shù)，對于擁有豐富煤炭資源的徐州市，開發(fā)水煤漿技術(shù)，能最大限度地提高煤碳燃燒效率，減少城市空氣的污染排放，該項(xiàng)技術(shù)可以使徐州擁有基礎(chǔ)且經(jīng)濟(jì)的潔凈能源。

關(guān)于噴霧除塵技術(shù)，為增加塵粒的重量向空氣中的粉塵噴射水霧，達(dá)到降塵的目的。水噴霧系統(tǒng)治理方法為首先布置PM2.5監(jiān)控網(wǎng)和風(fēng)速、溫度、濕度等氣象監(jiān)測網(wǎng)；其次，在廣場、高層建筑等區(qū)域架設(shè)可調(diào)霧粒粒徑的噴霧設(shè)備，然后利用GSM、CDMA等無線數(shù)據(jù)控制設(shè)備和GPS等空間定位設(shè)備實(shí)時(shí)控制噴霧量、粒徑、噴霧影響范圍等。最后，通過合理的自動化程序建立區(qū)域數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和計(jì)算控制系統(tǒng)，制作人工為的沖擊模型。因此水噴霧除塵在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上相對成熟，也降低了PM2.5的防治成本。

對于PM2.5的治理是在已被污染的基礎(chǔ)上，將污染范圍縮小，力度降低，以此為目標(biāo)。假設(shè)不控制PM2.5，按照以往的空氣質(zhì)量變化趨勢，PM2.5濃度必然會增加。因此，考慮到環(huán)境治理的實(shí)際過程，分階段PM2.5治理方案的需要，往往從緩慢進(jìn)展到治理更快，最終還是趨于減緩。早期管理：治理過程中需要大量的準(zhǔn)備工作遇到更多困難，進(jìn)度緩慢。治理中期：根據(jù)籌備工作和管理經(jīng)驗(yàn)，與上一期相比，治理進(jìn)度將大大提高。治理后期：前期和中期效果穩(wěn)定，因?yàn)橹卫硭揭呀?jīng)達(dá)到較低水平，所以后期需要做更多的努力，所以治理進(jìn)度將會很低。

由于我國的特殊情況，PM2.5來源復(fù)雜，形成原則不清楚，觀察和分析設(shè)備背后，難以制定科學(xué)合理的治理方案。我國大氣PM2.5污染源和形成機(jī)制與發(fā)達(dá)國家不一樣，治理技術(shù)不能完全復(fù)制。在這一點(diǎn)上，政府不應(yīng)該盲目地使用外國設(shè)備和復(fù)制外國研究成果，將花費(fèi)大量的資金購買外國設(shè)備。要密切關(guān)注基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，加大科技投入，大力發(fā)展民族工業(yè)，為中國具體國情研發(fā)設(shè)備，并根據(jù)科研成果，制定綜合全面的PM2.5減排計(jì)劃。

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