石家庄市雾霾天气成因及其治理的思考

利用石家庄市近十年的统计数据和环境保护部门的监测数据，对石家庄的空气质量进行分析。结果表明：特殊的气象地理条件，以煤炭为主的能源结 构，机动车尾气以及不尽合理的产业结构和工业布局等，都是造成雾霾天气的原 因。根据雾霾成因提出了改变能源结构、提高燃油品质和调整产业布局等相应的 治理措施。 关键词 雾霾；石家庄；空气质量；大气污染 2013 年，我国京津冀和长三角等地空气出现严重污染，雾霾天气影响范围 大，持续时间长，引起社会的广泛关注。根据环保局的数据显示：2013 30日，石家庄的空气质量一级优 天，二级良42 天，三级轻度污染 84 天，四级中度污染85 天，五级重度污染77 天，六级严重污染76 天，优良率 11.5%。 造成“灰色石家庄”的原因有很多，除了气象和地理的因素之外，大气污染主 要来源分别是燃煤、扬尘、工业排放和机动车排放等。 雾霾的定义根据气象学上的定义[1]，雾是由大量微小水滴浮游空中，常呈乳白色，使 水平能见度小于 1km 的天气现象。当空气中湿度较大时，微小水滴或已湿的吸 湿性质粒构成灰白色的稀薄雾幕，水平能见度在1km～10km时则为轻雾。而霾 则是由大量极细微的干尘粒等均匀地浮游在空中，使水平能见度小于10km的空 气普遍混浊现象。 一般情况下，所谓的“雾霾”天气是指由于干尘粒和微小水滴的共同影响，使 水平能见度低于10km的空气浑浊现象。 雾霾发生时，能见度下降显著，空气质量恶化，威胁人体健康。 雾霾的形成原理组成霾的干尘粒即为气溶胶粒子。气溶胶按其来源分为一次气溶胶和二次气 溶胶。一次气溶胶粒子通常粒径较大，从排放源直接排入大气中，其浓度主要受 排放强度的影响[2]。 在我国，由各种污染源排放进入大气的污染气体中，一部分经过化学反应转 化为二次气溶胶粒子，一部分变成臭氧。 二次气溶胶粒子的形成方式主要有3 种：一是由气体直接变为气溶胶粒子； 二是新粒子通过合并、聚集过程形成更大的粒子；三是通过凝结等过程进一步形 成更大粒径的粒子[3]。 在我国华北区域观测发现可吸入颗粒物质量浓度中有超过 50%是二次气溶 胶[4]，通过对比气象条件和污染源排放强度对雾霾形成的影响，发现一次气溶 胶粒子与排放强度关系密切， 而二次气溶胶粒子的形成以及总体可吸入颗粒物 的浓度则受气象条件的影响。 石家庄市雾霾成因分析石家庄大气首要污染物以可吸入颗粒物PM10、PM2.5 为主。空气质量具有 明显的季节变化特征，7～8 月空气质量最好，冬季12 月空气质量最差。污染物浓度受降水和风等天气因素影响较大。 3.1 气象地理因素 石家庄西部的太行山为侵蚀构造山区，东南部为堆积平原区，地势西高东低。 石家庄属于温带半湿润、半干旱大陆性季风气候，冬春季以北风为主，但市区低 空范围内大风次数少，风速低，全年静风频率多。据气象资料统计，2001 2012年石家庄市日平均风速小于等于 1.5m/s 的小风天数平均为 243 天，占全年 的67%，大气水平扩散条件比较差。 统计显示，石家庄市稳定天气占到全年的 50%，秋冬季平均达到了 60%。 稳定天气里逆温多，夜间到早晨出现逆温的频率高达 70%以上，冬季 月可达80%，逆温阻挡了空气污染物的垂直扩散，使得空气质量变差。 石家庄市区存在着明显的热岛效应，市区比郊区最低气温大约高 2.3～ 4.3，形成的城市热岛环流，在稳定层结的条件下造成城区大气污染物堆积。 3.2 外来污染物输送 独特的气象地理因素使城区的空气污染物不易稀释和扩散，此外，通过风带 输送的外界污染物也是影响石家庄空气质量的一个因素。 石家庄西部太行山地区有两条明显的输送风带[5]，一条是从邯郸磁县到石 家庄的汇聚风带，另一条是从天津到石家庄的汇聚风带，而两条汇聚风带的交汇 处正是石家庄。 受到这两个风带在太行山东部山前地区汇聚的影响，导致河北平原大范围地 区排放的空气污染物向石家庄汇集输送，造成该地区的可吸入颗粒物含量增加， 空气质量下降。 3.3 燃煤、扬尘 石家庄市能源结构消费图除了上述的气象地理因素，以燃煤为主的能源消费结构和较低的煤炭利用 率，也是石家庄市大气污染的主要原因之一。其中80%的煤炭是原煤直接燃烧， 低效燃烧产生大量的可吸入颗粒物、二氧化硫、氮氧化物和一氧化碳等污染物。 根据历年统计数据，2012 年石家庄市的能源消费量达到了6100 万吨标准煤， 是2000 年消费量的3 倍，在京津冀地区的城市中遥遥领先。 2012 年，石家庄已在市区大范围拆除燃煤锅炉，但是冬季集中供热站和多 家热电企业仍然是煤炭消耗大户，煤炭消费量约占年用煤总量的1/3。随着经济 的发展，燃煤总量呈逐年上升趋势。 据石家庄市环保局统计数据分析，按照各项污染物组分统计，发现对省会大 气污染贡献最大的就是包括 PM10 PM2.5在内的可吸入颗粒物，其次为二氧 化硫和二氧化氮。 石家庄市大气污染物组分目前石家庄市区600 多家在建工地扬尘防治措施不到位，陶瓷、板材等建材 行业粉尘污染较重，西部县市的省(hb是什么意思？一种硬度或灰度居中的铅笔；血红蛋白的英文缩写；生日快乐的英文缩写；网络用语中表示红包。)道、国道的二次扬尘以及道路两旁的露天矿山 粉尘污染较重。监测数据显示，采暖期的城区污染产生的浮尘占76%；非采暖期 的城区污染产生的浮尘占60%。 石家庄市大气浮尘来源3.4 机动车尾气 在造成大气污染的各种因素中，机动车尾气排放随着机动车保有量的不断增 加而呈增长趋势。汽车在怠速、变速过程中排放的尾气污染最严重，汽车尾气直 接排放的污染物主要有：一氧化碳（CO）、碳氢化合物（CH）、含氧的碳氢化合 物（HCO）、氮氧化物（NOx）、二氧化硫（SO2）和可吸入颗粒物等。目前石家 庄市区机动车保有量在180 万辆以上，并以每月1 万余辆的速度增加， 2013 一季度新增机动车就超过6万辆，每天排放的尾气（主要是二氧化碳）约有7500t。 3.5 不尽合理的产业结构和工业布局 石家庄规模以上工业企业产值排名靠前的多集中在钢铁、化工、皮革制品、 纺织业、医药制造和热力热电等。 通过对 2012 年规模以上工业企业产值和能耗进行分析，排名前十的行业占 了全部规模以上工业总产值的70.5%，但是平均产值能耗也较高，为0.535 准煤/万元，高于全市平均水平0.221吨标准煤/万元。 石药、华药等制药企业，河北钢铁集团石家庄钢铁厂，以及多家热电公司等 排污量较大的企业在市区的空间分布不尽合理，尽管新建厂区已经外迁至三环 外，但是位于市区内的老厂区仍然没有停产，依然会加剧市区空气的污染。 治理对策4.1 改变能源结构 石家庄近年来相继开展了低硫煤推广、分散燃煤锅炉拆除、小水泥厂拆除等 工作。2012 年，市区拆除燃煤锅炉 468 台，综合治理建材企业 269 家，关停取 缔建材企业125 家，淘汰水泥磨机190 台等，有效的减少了烟尘、二氧化硫等污 染物的排放量。 石家庄市区燃煤锅炉改为燃气锅炉的工程已经陆续开始实施，逐步采用天然 气等清洁能源替代传统的煤炭。如果将冬季燃煤全部转换成天然气等清洁能源， 燃煤污染就会明显减弱。除此之外，还应该充分利用地源热泵、风能、太阳能、 生物能等新能源技术。 根据国家电网特高压发展规划，石家庄将成为特高压同步电网的重要通道。 特高压建成后，石家庄电网每年可从特高压电网受电约200 万千瓦，电量约100 亿千瓦时；节约煤炭消费450 万吨，减少二氧化碳排放870 万吨、二氧化硫2.2 万吨、氮氧化物2.3 万吨，燃煤排放量可降低30%左右，大气污染等问题将得到 极大缓解。 4.2 提高燃油品质，淘汰“黄标车” 2013 年底，石家庄全市已经开始全面供应国 IV 标准汽油。国 IV 标准在国 III 标准基础上，含硫量减少 2/3。与此同时，国 IV 标准汽油的苯含量、烯烃含 量、锰含量等污染指标也进一步降低，这些都大大降低了由汽车尾气造成的污染。 此外，石家庄还加大对“黄标车”的淘汰力度，到 2013 年底淘汰“黄标车”9.8 万辆，对改善大气质量有积极作用。 4.3 调整产业布局 加快产业结构调整，推动工业转型升级。通过严控高耗能、高排放行业新增 产能、压缩过剩产能等手段，转变经济发展方式。 河北省已经正式实施《河北省大气污染防治行动计划实施方案》，大力推进 位于城市主城区的钢铁、热电和制药等重污染企业搬迁、改造。加快实施钢铁、 焦化、水泥和玻璃等落后产能的淘汰工作，到 2014 年底，淘汰水泥产能 6100 万吨，平板玻璃产能3600 万箱。到2017 年底，削减钢铁产能6000 万吨，淘汰 全部10 万千瓦以下的燃煤发电机组。 结论应对雾霾天气，解决空气污染，政府要进一步完善应急保障机制，大力查处 违法排污行为，及时发布空气质量监测信息，并做好重污染天气的空气质量预报。 空气质量的改善是一个逐步的过程，不仅仅要从政府、企业、社会做起，也应该 从自我做起，人人为蓝天白云的城市共同努力。 参考文献 [1]中国气象局.地面气象观测规范.北京：气象出版社，2003. [2]Zhang etal.Changes atmosphericcomposition opticalproperties over Beijing 2008 Olympic monitoring Campaign.BAMS， 2009， 1634-1651. [3]Seinfeld H.AtmosphericChemistry AirPollution.Somerset， NJ： John Wiley Sons，Inc，1986. [4]Zhang etal.Atmospheric aerosol compositions China：Spatial/temporal variability， chemical signature， re-gional haze distribution globalaerosols. Atmos Chem Phys，2012，11；26571-26615. [5]苏福庆，任阵海，高庆先.北京及华北平原边界层大气中污染物的汇聚系 统-边界层输送汇.环境科学研究，2004，17（1）：21-25.