我国城市大气环境问题综述

肖青战，武 强

(1陕西工业职业技术学院 土木工程学院，陕西 咸阳 712000；2西安交通大学 人居学院，陕西 咸阳 712000)

城市化率代表每个国家的现代化发展水平，人口集中的城市或城市群汇集着每个国家主要科技、文化、艺术、教育的机构和人才,是每个国家、地区的政治、经济、文化中心。随着我国社会的进步和科学技术的飞速发展,城市化进程不断加快,目前我国城市化率截至2019年底首次超过60%[1]，目前包括北上广深、成都、重庆等城市的实际管理人口均已超2 000万，不少强二线城市的实际管理人口超过1 000万，现有城市数量已超过600个,百万人口以上的特大城市已超过30个。城市人口的集中代表生产效率的提高，但超大城市的人类活动已经强烈地作用于城市地质环境,城市空气质量不断恶化，水资源短缺和污染、废物物围城、城市规划与管理跟不上超大城市发展等有关问题日益突出,直接影响和间接制约着我国城市的长远发展。

1 城市大气污染的原因

城市大气污染是指大气污染物的浓度达到有害的程度，以至达到破坏生态系统和人类正常生存和发展的条件，对人及自然界造成危害的现象[2]。城市大气污染成因有自然因素(如火山爆发、森林灾害、岩石风化等)和人为因素(如工业废气、燃料、汽车尾气和核爆炸等)，但是现代城市的空气污染主要是城市人类活动造成的。

1.1 人为因素的影响

我国正处于工业化中后期，经济增长的主要动力来自第二产业的增长，严重依赖高能耗、高污染的产业。2019年我国粗钢产量占全球粗钢产量的53%；水泥产量超过全球水泥总产量的60%,我国能源结构以煤为主，是世界上最大的煤炭生产国和消费国[3]。2016年，我国能源消费总量43.6亿t标煤，其中原煤生产占能源生产总量的69.6%，火力发电占全国发电量70%以上，凸显煤炭在我国能源消费中的主体地位[4]，工业生产、城市周围的电厂及冬季取暖锅炉燃烧将大量的粉尘及有害化合物排放到城市大气中,造成严重的城市大气污染。改革开放近四十年来经济高速发展,人民整体生活水平不断提高,机动车拥有量呈逐年递增趋势：公安部交通管理局2019年7月3日发布消息称,2019上半年全国机动车保有量达3.4亿辆,新登记汽车1 242万辆,新领证驾驶人1 408万人。截至2019年6月,全国汽车保有量达2.5亿辆,私家车达1.98亿辆，汽车新注册登记1 242万辆[5]。机动车数量的迅速增长,在给人民生活、工作带来方便的同时,进一步加重了市区的大气环境污染。由于城市自身的扩张，自然环境被开发用于建设工厂、住宅、道路等基础设施，造成大量绿地的消失，地面裸露，城市空气失去植物的调节作用，区别于原始森林，城市空气的品质大幅下降。

1.2 自然因素的影响

城市大气污染与城市的生产活动密切相关，同时污染物在大气中的迁移、扩散过程也受制于大气气象因素和当地城市地理环境。我国的城市大气污染最严重的季节是冬季,最轻的季节是夏季，城市大气环境质量表现出从南到北、从沿海至内陆逐步变差的趋势[6]。大气污染与气候变化相互影响，大气污染可以通过影响辐射收支影响气候，如冬季我国北方城市逆温层的出现使城市的污染空气无法扩散开来，全国北方城市的空气质量明显落后于南方城市；南方受海洋大气影响，降水多，颗粒物不易在空气中长期停留，我国南方地区空气质量优于北方。大气污染物的扩散也受城市的地理因素限制，与地形、地貌、海陆位置、城镇分布等地理因素密切相关,这些因数在小范围内引起大气温度、气压、风向、风速、湍流的变化,对大气污染物扩散产生间接影响。典型的如陕西关中地区，盆地地形，不利于大气流动，冬季雾霾扩散条件不利，相同的城市规模，西安的空气质量同期不如郑州。

2 城市大气污染的危害

2.1 生存环境

大气污染物目前已知约有100多种，按其存在状态可分为两大类：一种是气溶胶状态污染物,另一种是气体状态污染物[7]。这些物质被吸入后能够直接刺激呼吸道,引起咳嗽、喷嚏和呼吸困难等人体不适。其慢性作用还会导致人体免疫力减弱,诱发慢性呼吸道疾病,严重的还可引起肺水肿、肺癌。相对于可见的大气污染霾，随着城市汽车保有量逐渐增多，城市大气具有潜在的光化学烟雾危险性。光化学烟雾是在适合的气象条件下，汽车尾气中的碳氢化合物在阳光作用下发生光化学反应，生成高浓度臭氧及过氧乙酰硝酸酯、醛、酮、酸、细粒子气溶胶等二次污染物，形成一次污染物和二次污染物共存的污染[8]。这种烟雾使人眼睛发红，咽喉疼痛，呼吸憋闷、头昏、头痛，导致呼吸系统弱的老人、儿童呼吸衰竭死亡。工业废气中同时含有多种有毒有害化学物质,如镉、铍、锑、铅、镍、锰、汞、砷、氟化物、石棉、有机氯杀虫剂等。这些化学物质虽然浓度很低,但可在体内逐渐蓄积,影响神经系统、内脏功能和生殖、遗传等，其中砷、镍、铍、铬、多环芳烃及其衍生物还具有致癌作用[9-10]。

2.2 生物环大气污染

污染对生物生存环境的影响是多方面的，虽然大气中CO2浓度的升高对植物光合作用有正面的促进作用，但随着CO2、SO2等污染物柒物的浓度升高，地球表达70%以上的是海洋，全球海洋酸化，整个海洋的生态平衡将打破，大量海洋生物将失去赖以生存的环境。地球大气中的氧气主要来源于海洋藻类，海洋藻类的灭绝将导致全球大气中氧气含量发生变化，进一步改造全球生物多样性。全球CO2的浓度的升高将增强温室效应，海水温度上长，海水中溶解的CO2及两极严寒地区冻土层中CO2进一步释放到大气中，形成温室效应正反馈机制，地球温度将进一步升高，如果这一进程过于猛烈，生物的适应性跟不上环境温度的改变，将造成更多的生物面临生存威胁。

2.3 基础设施

城市巨量化石燃料的消耗，大量的CO2、SO2、NOx排放到大气中，这些气态化合物在大气中反应生成硫酸、硝酸和碳酸，这些酸性物质随着大气降水形成酸雨[11]。目前几乎所有的城市基础设施都是由钢材及混凝土构成的，这些城市基础设施暴露在大气中，轻度的酸化会使混凝土碳化，建筑材料表面美观度下降，钢结构日常维护费用上升，严重的酸雨会使混凝土中的硅酸钙转化为钙矾石，体积膨胀，混凝土构件表面开裂，保护层剥蚀，混凝土内部钢筋生锈后会造成容积扩张膨胀，混凝土承担很大拉力而裂开。混凝土碳化到一定程度时，基础设施将大量产生裂缝，降低其使用限期，甚至影响结构安全，全社会将因酸雨造成的基础设施快速退化而承受巨额经济损失。

3 应对城市大气污染的措施

3.1 淘汰落后产能，改进燃煤技术

我国由于历史、经济，自然资源禀赋等方面的原因，煤炭在中国能源结构中近期具有不可替代性，限于国家能源安全，煤炭仍将是未来相当长的一段时间内我国的主要能源。为了打好蓝天保卫战，一方面对于传统高耗能企业,在压缩过剩产能的同时，在生产过程中应大力引进和发展先进工业生产技术,淘汰落后生产技术、工艺,提高能源综合利用率和生产效率，减少煤炭燃烧时所产生的污染大气的物质；另一方面大力推广废气净化新工艺,采用除尘技术、液体吸收技术、回收处理技术等技术手段[12-14],加强对污染物排放的控制,对工业废气进行合理化处理,以达到国家规定的排放标准。

3.2 限制汽车增长，推广新能源汽车

2015年环保部已经完成对京津冀、长三角、珠三角的9个城市污染源解析，明确北京、杭州、广州、深圳四城的首要污染来源是机动车。汽车尾气排放被默认为是城市大气污染的罪魁祸首之一[15]。我国燃油车保有量现居世界首位，数量还在疯长，为减少尾气污染，因此,除了限制私家数量和推行公共交通工具之外,还应加强对机动车污染控制技术的研发,改进发动机的燃烧设计,并提高油品燃烧质量,使油品得到充分燃烧,从而减少有害废气排放。目前随着新能源汽车技术的不断发展，虽然新能源车也需要消耗电能，与燃油车的尾气污染集中爆发在城市区域内相比，大部分城市发电厂的地理位置均位于郊县地带，以北京地区为例，大型发电厂无不位于北郊、南郊等地区，在远离城市的区域，环境污染的容许值要远超城市地区，发电厂造成的污染被最大限度的稀释，从城市局部空气质量改善来讲，新能源汽车是改善城市空气质量的重要措施。

3.3 改善能源结构，不断拓展非化石能源来源

不断提高天然气产量，推进页岩气、煤层气等非常规油气资源勘探开发，增加油气战略进口通道、国内油气管网、城市配网和战略储备库建设。结合产业结构调整，有序引导高污染高能耗企业向中西部能源基地适度集中，减少长距离能源输送。在做好生态环境保护和移民搬迁安置的前提下大力发展水电，在确保安全的基础上慎重发展核电。加大太阳能、风能、地热能、煤层气、生物质能等清洁能源利用，加快分布式能源发展，提高国家电网对清洁能源发电的接纳能力。

3.4 推广节能建筑

建筑是城市的主体，推广节能建筑，对于改善我国城市空气质量同样具有重要意义。我国建筑能耗的总量近年来在国家能源总消费量中所占的比例已从20世纪七十年代末的10%，上升到27.45%[16]。国家建设部科技司研究表明，随着我国城市化率的不断提高和人民生活水平的改善，我国建筑耗能最终将达到国家能源总消耗量的35%左右[17]。改善城市规划，大力推广建筑节能技术,在城市规划、设计、建造(新建、改建、扩建)、改进和使用过程中,执行不断提高建筑节能标准,采用节能型的构造、工艺、设备、材料和产品,提高建筑保温隔热性能和空气调节系统的效率,加强建筑物日常运行管理,利用可再生能源,在保证建筑物室内舒适性的前提下,减少采暖供热、空调制冷制热、照明、热水供应的能耗，大力发展节能绿色建筑与绿色城市,将间接改善城市的空气质量。

4 展 望

目前我国的城市化率才达到60%，相比发达国家，还有10%～25%的发展空间，还有大量人口将汇集到相应的城市中，未来我国的城市空气与水环境问题将更加突出，和谐社会建设仍面临巨大挑战。城市环境问题涉及社会治理及当前社会的科学技术发展水平，一方面政府需要从宏观的战略方面,以可持续发展的理念为准则，在城市治理过程中不断完善经济、法制、文化方面等制度建设，在群众中树立正确的生态经济学价值观；另一方面不断加大在城市大气污染、水资源短缺与污染治理技术上不断投入，通过技术驱动城市未来的可持续发展。