吴凯枫+马元三+张习习

摘要：根据徐州市一年的具体监测数据分析徐州市环境空气PM2.5的污染现状，通过监测指标与PM2.5的关系对PM2.5形成因素进行定性分析，并考虑风速、温度等因素建立简单的高斯烟雨模型研究PM2.5扩散的一般规律，对现阶段徐州市空气污染物的治理分别从政治、经济和技术角度提出具体的防治对策。

关键词：PM2.5；污染；防治

中图分类号：F2

文献标识码：A

doi：10.19311/j.cnki.16723198.2017.11.005

1徐州市环境空气PM2.5的污染现状

近几年，工业化进程不断加快，城市大气环境的可持续发展越来越严重。徐州重点发展以煤炭为主的能源产业，是一个典型的资源型工业城市。2015年，据数据显示，徐州市空气质量优良天数仅达234天，占全年64.1%。徐州市作为江苏省唯一的煤炭生产基地，受到工业燃料排放增加等诸多环境因素影响，大气细颗粒物PM2.5已经成为空气中的主要污染物。2015年，徐州市环境空气PM2.5浓度年平均值高达65μg/m3，远高于国家二级标准的35μg/m3。尤其在污染严重月份，例如1月，PM2.5浓度值甚至超过100μg/m3。高浓度的PM2.5是大气能见度大幅降低的原因，而且使徐州市居民的身体健康严重受到威胁。

专家认为，粒径在2.5微米以下的细颗粒物可以通过呼吸进入血液，由于人体的生理结构对PM2.5无过滤、阻拦能力，导致其中有害气体、重金属等溶于血液，引起哮喘和其他呼吸系统疾病。据研究，虽然PM10和PM2.5都是心血管病发病的危险因素，但相比较PM2.5有较大的影响。

2PM2.5的形成因素及传播

2.1定性分析PM2.5的形成来源

2012年环境保护部颁布的《环境空气质量标准》首次将PM2.5作为空气质量AQI基本监测指标之一。某项研究表明，AQI监测指标中的二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳等是在一定环境条件下形成PM2.5前的主要气态物体。本文将其他基本监测指标作为影响PM25含量的因素，利用PM2.5含量与其中几项指标之间的关系进行研究。

2015年度，徐州市SO2年平均质量浓度为38μg/m3，日平均质量浓度范围为13～124μg/m3；NO2年平均质量浓度为33.39μg/m3，日平均质量浓度范围为13～382μg/m3；PM2.5年平均质量浓度为65μg/m3，日平均质量浓度范围为12～256μg/m3，年平均值超标1.17倍。由于夏、季两季节降水频繁，空气中污染物受影响容易扩散，污染物较春、冬两季浓度低。而春冬季由于燃煤取暖，加上北方天气多沙尘，污染更加严重。所以本文搜集了污染较严重的一天，记录下24小时各监测点污染物的平均浓度，结果统计见下表（单位：mg/m3）。

受地理位置原因，徐州市空气污染依然以煤烟型为主，空气污染的首要污染物是细微颗粒物。由于冶金、电力等传统产业比重较大，机动车等保有量年年大幅度增加，周边区域秸秆焚烧等农作物输入性污染尤其突出。徐州大气颗粒物污染来源复杂，污染形势比较严峻。

2.2PM2.5的传播

由于PM2.5能长时间悬浮于空气中，并能随着气流永不断地运动。PM2.5颗粒本身有一定的质量，在扩散过程中，每个颗粒物向各个方向不均匀地运动，难以找出扩散规律。通过等效替代的思想，将PM2.5浓度较高的地方看作扩散源，该点均匀地向某方向释放颗粒物，并不断地扩大排放口直径。同时，大气运动的稳定性也会影响着扩散路径和扩散形状，对此需要考虑在多种稳定情况下的扩散。微粒在向上扩散过程中，将受到环境风速，大气密度，大气的温度等影响，因此要考虑到有效扩散高度。

在实际中，由于地面的影响，烟羽是有界的。可以假设把地面作为一个镜面，对PM2.5的扩散起全反射作用，并采用“像源法”进行处理，把任意一点p处的浓度看作两部分的贡献之和：一部分是不存在地面造成的扩散浓度；一部分是由于地面反射作用增加的PM25浓度。在扩散过程中重力沉降的位移叠加在羽流中心线上，使中心线向下倾斜，放射性物质粒子则相当于在下降的中心线上扩散，放射性物质的扩散与沉降的叠加，使得放射源以一定的速度在向下移动。

因为PM2.5颗粒物在传播的时候，受到空气阻力和自身重力会发生沉降，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，单位为kg/m3；重力加速度用g表示，值为9.8065m/s；d为PM2.5物质粒子直径，单位是m；α为空气的动力粘性系数，可取为1.8×10-5kg/（m.s）；Vs为沉降速度，单位是m/s。

考虑到地面的全反射作用，反射项的有效高度也变成了h-Vst=h-Vsxα。

再考虑到排放源的有效高度，关于连续点源高斯扩散模型为：

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

在公式中：X（x，y，z）表示为在下风向x米、横向y米、地面上方z米处的扩散气体浓度，单位为kg/m；Q为源强（即源释放速率），单位为kg/m；平均风速用u表示，单位为m/s；扩散后的时间为t，单位为s；H为扩散源有效高度，单位为m；y为横向距离，单位为m；z为垂直方向距离，单位为m。可以将PM2.5数据代入高斯烟羽模型中，利用Matlab模拟，得到PM2.5扩散模拟图，根据模拟图可以得出结论：PM2.5衰减速度随距监测站点距离的增加先加速变快，然后逐渐变慢。

3PM2.5空气污染的治理

3.1政策对策

PM2.5监控管理比以往任何污染物控制治理都要复杂，徐州市目前正在努力改善空氣质量，希望能拦截PM2.5的扩散源头。PM2.5在预防和处理的过程中，需要政府和公民的共同努力。在政治对策上，要有创新，突破。目前中国实施强制性能源管理政策，虽然在政策上发挥作用，但是短期内效果不明显。我国应该在进一步推动环境容量资源化进程中，增加经济管制的份额，从而通过跨区合作达到目的。

政府需制定相关法律条文，对超标排放的工厂严格红线约束，深入推进工业污染防治，防治机动车尾气排放污染，加强城建工作造成的污染防治工作，对周边地区焚烧农作物秸秆合理控制，例如在春节期间对重点区域控制烟花爆竹。政治体制进行的改革可以对PM2.5的治理有显著效果。其中，首要的就是要完善排污收费制度，建立健全的污染物排放交易政策。其次，政府可以建立大型区域联合控制技术体系，科学划分统一管理污染源，逐渐调整整个产业结构和功能区域。

3.2经济对策

各个省市只有深刻考虑到自己的经济利益，才能从根源上减少PM2.5。以京津冀为例，北京的地理位置在天津和河北省之中，大气污染还受到山西等周边城市影响。即使北京将产生污染的源头都关掉，PM2.5数值也不会达标。

从经济角度出发，对企业、公民实施奖惩制度。监督企业是否依法进行大气排放，对徐州市PM2.5的来源及其比重进行分析，有效约束企业的生产。另外，可以通过提高绿化覆盖面，尽可能减少人为因素对污染物浓度的增加。同时，要提高公民的环保意识，自律行事，做好预防工作，激励公民为降低PM2.5，建立美好徐州共同努力，使得污染范围减小，减排行动显出效果。

3.3技术对策

我国政府针对不同区域提出了PM2.5浓度降低的5年目标，并配套出台了一系列政策措施。要求全国地级及以上城市到2017年长三角区域的PM2.5浓度比2012年下降20%以上。对此，我国开发出一些大气净化技术，包括二氧化硫高效脱除技术、活性氨烟气脱硝技术等，将CO2、SO2等有害气体经济有效的脱除，转化为有价值产品。同时，对PM2.5污染产生的驱动因素提出“治本”导向的针对性防治技术，其中具有代表性的包括水煤浆技术和喷雾除尘技术。

水煤浆是一种煤基代油燃料，可以作为锅炉工业燃料。随着水煤浆技术改变传统方式，将固态燃煤方式变成液态雾化燃烧方式，提高锅炉的热效率最高可达86%，提高煤炭的燃尽率甚至高达98%。水煤浆技术是煤炭加工的深度洁净技术，对于拥有丰富煤炭资源的徐州市，开发水煤浆技术，能最大限度地提高煤碳燃烧效率，减少城市空气的污染排放，该项技术可以使徐州拥有基础且经济的洁净能源。

关于喷雾除尘技术，为增加尘粒的重量向空气中的粉尘喷射水雾，达到降尘的目的。水喷雾系统治理方法为首先布置PM2.5监控网和风速、温度、湿度等气象监测网；其次，在广场、高层建筑等区域架设可调雾粒粒径的喷雾设备，然后利用GSM、CDMA等无线数据控制设备和GPS等空间定位设备实时控制喷雾量、粒径、喷雾影响范围等。最后，通过合理的自动化程序建立区域数据库系统和计算控制系统，制作人工为的冲击模型。因此水喷雾除尘在技术和经济上相对成熟，也降低了PM2.5的防治成本。

对于PM2.5的治理是在已被污染的基础上，将污染范围缩小，力度降低，以此为目标。假设不控制PM2.5，按照以往的空气质量变化趋势，PM2.5浓度必然会增加。因此，考虑到环境治理的实际过程，分阶段PM2.5治理方案的需要，往往从缓慢进展到治理更快，最终还是趋于减缓。早期管理：治理过程中需要大量的准备工作遇到更多困难，进度缓慢。治理中期：根据筹备工作和管理经验，与上一期相比，治理进度将大大提高。治理后期：前期和中期效果稳定，因为治理水平已经达到较低水平，所以后期需要做更多的努力，所以治理进度将会很低。

由于我国的特殊情况，PM2.5来源复杂，形成原则不清楚，观察和分析设备背后，难以制定科学合理的治理方案。我国大气PM2.5污染源和形成机制与发达国家不一样，治理技术不能完全复制。在这一点上，政府不应该盲目地使用外国设备和复制外国研究成果，将花费大量的资金购买外国设备。要密切关注基础设施建设，加大科技投入，大力发展民族工业，为中国具体国情研发设备，并根据科研成果，制定综合全面的PM2.5减排计划。

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