基于空气PM2.5治理模型的空气质量控制管理*

甘 宇

（湖南信息职业技术学院，湖南 长沙 410200）

1 引言

现代科技促进了工业的不断发展，在工业的发展过程中，却给大气环境带来了严重的污染。目前我国许多地区的空气中，PM2.5污染问题越来越严重，而PM2.5中的颗粒物，是导致雾霾的主要原因。随着雾霾天气的频繁出现，给人们的身体带来了极大的危害，严重地影响了人们的健康。

关于PM2.5的成因，还有时空分布情况，以及演变规律问题，应当结合环境保护标准中PM2.5和演变规律，建立数学模型，同时应当合理地考虑风力和湿度情况，根据天气和季节因素进行研究。要对长沙的PM2.5进行分析，就要充分利用长沙市的监测数据，并依据分析结果制订全年的平均治理指标，还有年底的治理计划。根据估算情况，一般都会设计三项专项治理方案，并进行对比分析，选择可以达到预定标准的减排计划[1].

2 PM2.5的形成和分布以及未来演变分析

在一般情况下，PM2.5形成可以分为三种情况：第一种情况，是直接以固态形式出现，并排出一次粒子的情况。第二种情况，是由高温情况下，排放的气态物质，最终冷凝成为一次粒子；第三种情况，是气态前污染物，经过大气多相的化学反应，最终转化成二次粒子。当PM2.5变化以后通常会发生演变，而这种演变包括了扩散与衰减现象。由于每天都有一定量的PM2.5排放，所以在演变与衰减阶段，应当考虑风力和湿度，还有天气和季节变化影响，导致了PM2.5变化情况。对于自身与其他物质的反应情况，也应当给予特别的注意。在长沙市的污染物观测中，通过对资料和数据的分析，可以了解可吸入颗粒PM10、还有一氧化碳CO，以及臭氧O3的平均浓度值。发现这些因素与PM2.5平均浓度值，是非线性相关。

结合相关结论可知，在污染的过程中，随着PM2.5浓度升高，会影响天气条件。对于近地面的小风和静风、以及高湿等天气条件，是不利于PM2.5扩散的。在混合层和温度层，对PM2.5的演变有重要影响，而近地面的逆温和等温层，大气相对比较稳定，所以不利于垂向扩散。

通过长沙市的13个监测点，得到了PM2.5含量会随着时间变化，相关的数据也会发生变化。长沙市的13个监测点，在PM2.5含量方面，在空间和数据分布上，要根据时间与风速关系进行相关分析。在冬季的PM2.5浓度较高，但是这期间的气温较低，而且风力较大，所以每日不同时间的PM2.5浓度，是有很大差距的。在春季的PM2.5浓度值，一般都是逐渐降低的，这时的PM2.5浓度较小，在风力和湿度以及温度方面，与冬季的情况有明显区别。根据研究可知，PM2.5质量与风速和风向有一定关系，当风速较大时，通常扩散条件比较好，污染物容易迁移，PM2.5扩散比较快。当经历大风之后，PM2.5维持在低浓度的时间较长。PM2.5的质量和浓度还与气温有关，当空气中的细粒子，受到强冷空气活动影响时，PM2.5质量浓度会随时间变化，而规律性地波动。降雨和降雪情况下，对PM2.5具有很强的稀释效果，在冬季的PM2.5质量浓度，是一年中变化最大的，而夏季的变化相对比较平缓。冬季用电量较大，在取暖过程中，煤的燃烧量也较大，再加上汽车尾气的排放量，这些情况都对PM2.5有很大影响[2]。

根据对长沙市PM2.5数据分析，已知长沙市的PM2.5与其他各污染物，有一定的相关性[3]，在进行时空分布特点分析时，应当结合相关资料，对污染来源进行分析。通过对相关系数分析可知，CO浓度值与PM2.5相关性最高，SO2、NO2和PM10与PM2.5浓度值，也具有一定的相关性。

3 治理方案分析

通过相关的分析，要想减少空气中的PM2.5，就要从燃煤排放和交通排放，还有建筑和工业，以及土壤方面入手。其中SO2主要是由燃煤锅炉排放导致的，而CO的产生主要是煤和各种油因为不完全燃烧导致的。对于这些情况，可以采用先进技术，有效地降低SO2含量。通过大量的植树造林，可以有效地改变能源结构。还要大力发展太阳能、核能等新能源技术，这些新能源可以代替矿物质燃烧，有效解决这些污染问题。要想降低PM2.5浓度，需要大量的资金投入，还要合理地制定治理方案。

在中国的碳排放强度较大，不仅影响了湖南省的低碳经济发展水平，也在长沙市未来人口规模预测中，产生一定程度的影响。人口发展与PM2.5监测数据，是有一定关系的。所以在制订未来发展计划时，应当考虑长沙市未来的发展方向，还有经济支柱问题，以及SO2、NO2、PM10和CO排放问题。充分考虑这些因素对人体的危害，以及PM2.5浓度的演变过程，要建立PM2.5的治理模型作为该地区的PM2.5治理标准，以此来制定目标方案：①确定相关的治理目标：在全市PM2.5的年平均浓度方面，未来五年内应当降至35 μg/m3以内。在这个过程中，要充分考虑燃料消耗情况，还有交通运输业发展情况，以及建筑业和工业排放量情况，要提高排放标准，从而达到减排效果；②改变交通模式，增加节约能源使用，才能有效降低尾气排放，推广自行车和电动车的环保出行方式；③运用财税政策，限制污染加剧情况。长沙市的PM2.5年平均浓度为280 μg/m3，假设未来五年内，呈现逐年减少的情况，实现年终平均浓度指标为35 μg/m3。综合治理费用，每减少一个PM2.5浓度，需要投入一个费用单位为百万元，而专项治理投入费用，是当年减少PM2.5浓度的0.005倍（百万元）。由于PM2.5主要来源是交通运输排放、工业燃料和燃煤，还有硫化物和氮氧化合物，以及工业和建筑业排放导致的，要想更好地治理，就需要考虑污染源，还有排放量以及治理期间。对于每年逐次减少的排放因素，要考虑减少各类污染源，进行专项治理，虽然在费用方面要大于综合治理，但治理效果较好[4]。

4 结论

本文通过对PM2.5的形成，还有演变与扩散方式分析，全面地考虑了风力和湿度等天气，以及季节因素带来影响。对长沙地区的污染源，以及各个影响因素进行了分析，并设计了空气质量管理和控制方案。运用非线性模型，求出了最优解，选择了治理经费最少的方案，并给出了投入预算最合理方案。通过对空气质量的控制，还有管理方案的推算，初步解决了PM2.5问题，为改善空气质量，起到了积极的推动作用。