典型南北城市秋冬季雾霾污染差异分析
典型南北城市秋冬季雾霾污染差异分析
＊刘静远
（南京市金陵中学  江苏  210000）
摘要：此次研究主要分析了两座典型的南北城市—北京和南京的近四年（2014至2017）秋冬季雾霾。首先，北京地区的污染程度整体高于南京，这与两地所处环境的工业情况有关。颗粒物浓度与能见度之间都呈现显著的反相关关系。此外两地的污染状况都有逐年改善的趋势。两地污染特征中，较为显著的不同体现在湿度的影响上，北京地区的湿度对于雾霾有显著贡献，而南京地区由于常年高湿，湿度对其影响较小。北京地区的采暖季对冬季雾霾的出现有显著影响，但在煤改气政策实施下，采暖季的影响减小，说明该举措对北京雾霾控制的
有效性。两地的气态污染物中，NO
2浓度都高于SO
2
，说明之后雾霾控制的开展应当以NO
2
为主。
原谅张玉华歌词关键词：雾霾；污染分析；NO
2
中图分类号：X      文献标识码：A
Analysis of Haze Pollution Differences in Autumn and Winter in Typical North and South Cities
Liu Jingyuan
(Jinling Middle School of Nanjing City, Jiangsu, 210000)
Abstract：This study mainly analyzes the haze in autumn and winter in the past four years (2014-2017) in two typical north and south cities, Beijing and Nanjing. First of all, the pollution level in Beijing is higher than that in Nanjing as a whole, which is related to the industrial situation of the environment in which the two places are located. There is a significant inverse correlation between p
article concentration and visibility. In addition, the pollution situation in both places has a tendency to improve year by year. Among the pollution characteristics of the two places, the more obvious difference is reflected in the influence of humidity. The humidity in Beijing area has a significant contribution to the haze, while the humidity in Nanjing area has little influence due to the high humidity all the year round.  The heating season in Beijing has a significant impact on the occurrence of haze in winter. However, under the implementation of the coal-to-gas policy, the impact of the heating season is reduced, which shows the effectiveness of this
measure in controlling haze in Beijing. The concentration of NO
2 in the gaseous pollutants in both places is higher than that of SO
2
, which indicates
that NO
2 should be the main control of haze in the future.
Key words：haze；pollution analysis；NO
2
1.背景
近年来，雾霾成为中国最具代表的大气污染问题之一。雾霾，是一种相对湿度小于90%，能见度低于10千米的大气污染现象。其主要污染物为PM
2.5
，即空气当量学粒径小于等于2.5微米的悬浮颗粒物。根据来源可将其分为一次颗粒物及二次颗粒物：一次颗粒物的主要包括来自扬尘的地壳元素氧化物，金属冶炼排放的重金属化合物，机动车、燃煤等排放的黑碳颗粒，及各类工业活动排放的一次颗粒物等；而
二次颗粒物则是由污染过程排放的气态污染物，如SO
2
，NOx 及挥发性有机物(Volatile organic compounds,VOCs)等，在大气中通过复杂的反应生成，产物包括二次无机颗粒物（Secondary Inorganic Aerosol, SIA）和二次有机颗粒物
(Secondary Organic Aerosol, SOA)。在PM
2.5
中，最主要的组分包括以硫酸盐，硝酸盐和铵盐为主的无机物，及有机
物（Organic Material-OM），两者的质量总和可达PM
2.5
的 60-85%。雾霾的典型危害包括：
(1)对能见度的削减
颗粒物对阳光的散射作用使得重污染出现时，能见度出现急剧的下降，严重影响路面交通和城市的正常运转。能见度的下降会导致机场，高速公路等交通方式的阻滞，严重时会引发各种交通事故，不利于当地经济发展。
(2)对动植物的危害
雾霾会影响植物，农作物的正常生长，同时不利于动物的呼吸系统。且颗粒物中含有部分有毒重金属，严重时会导致动物的直接死亡。
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(3)对人体的危害
大气中的颗粒物通过呼吸系统直接进入人体，甚至沉进入肺泡，对人们的呼吸道、神经系统等产生不同程度的健康毒害，引发哮喘、肺气肿等。
在中国，主要的雾霾发生区域包括京津冀，长三角，珠三角，以及成渝地区；主要的发生时段为每年的秋冬季。因此，本研究分别挑选了京津冀和长三角的两个典型城市，北京和南京，且选择雾霾容易发生的秋冬季作为目标时段（2014年至2017年）进行分析。通过对比不同城市的污染差异和年际变化特点，分析差异的原因以及两地雾霾的变化情况，为两地政府日后的雾霾防控工作提供一定的科学依据。
2.研究方法
此次研究使用的方法为文献综述和数据分析相结合。文献主要来自中国知网和Web of Science。研究中用到的数据包括PM
2.5
为代表的污染物数据，时段为2014年至2017年每年的9月、10月、11月、12月及次年的1月、2月的日均值污染物浓度（PM
2.5
、PM
10
、SO
2
、NO
2
、O
3
和CO）；以及对应时段内，以能见度为代表的气象数据，包括温度，湿度，能见 度等。
3.北京近4年的污染变化规律
通过统计分析北京市2014年到2017年的秋冬季污染程度，发现总的来看，北京地区的污染等级占比如下：优占比22%，良占比39%，而污染出现的比重共为39%，超过1/3。而
其中重度污染和严重污染分别达到11%和4%，说明北京地区
弹跳怎么训练的污染问题仍然十分严峻，亟待解决。
图1 北京市不同污染等级天数比例
总体看来，北京颗粒物浓度，即PM
2.5和PM
10
之间呈现
较好的同步性，且都呈现一定的逐年下降趋势。以PM
2.5
为例，2014年到2017年，PM
2.5
平均值分别为86.24，84.27， 93.34和48.05μg/m3，尤其在2017年出现显著的下降。从月均值的角度发现，每年的11月，12月是浓度相对较高的月份（2017年例外），这可能是与采暖季开始，污染物突然集中排放有关。而2017年11，12月的不同趋势得益于北京采取的“煤改气”政策，供暖改烧天然气，清洁能源的投入使用
造成其污染状况的改善。
图2 北京颗粒物浓度（PM
2.5和PM
10
）的逐月浓度变化
除颗粒物本身，北京地区的SO
2和NO
2
作为颗粒物的前
体物与雾霾的出现息息相关。由图3可以看出，总体而言，
NO
2（54.66μg/m3）浓度显著高于SO
2
（12.78μg/m3），但
两者呈现较好的同步性（2014至2016年），即同增同减，说明雾霾出现的时候，两者的浓度都有所增强，导致雾霾污染的出现。2017年秋冬季SO
2
浓度十分低，更说明“煤改气”
政策的实施对SO
2的有效控制，也利于PM
2.5
的浓度控制。显
著高的NO
2
浓度也表明，当前北京地区的重点气态污染物的
控制应该从SO
2转为NO
2
，而NO
2
的主要排放源为交通排放，尤
其是在人口密集，机动车保有量较高的城市区域。
从气象角度发现，北京地区的湿度季节变化显著，秋季总体高于冬季，与温度有类似的规律。当重污染出现的时候，往往对应湿度大、温度低的气象条件。高湿度主要从以下几方面促进雾霾的发生：
（1）湿度高时，颗粒物中的无机组分，硫酸盐和硝酸盐的强吸湿性会吸收大量水，增大颗粒物的质量浓度；
（2）增大的颗粒物水含量为颗粒物在水中进一步发生二次转化有促进作用，给非均向反应提供更有利的条件。因此湿度大有利于二次转化过程的发生，颗粒物质量浓度的增大；而低温条件有利于挥发性，半挥发性的物质通过气粒分配进入颗粒相中，比如半挥发性有机物（SVOCs），硝酸铵
等物质。
图3 北京地区气态前体物浓度时间序列
图4 北京地区气象参数L时间序列
PM
2.5
对光有削弱作用，因此能见度与PM
2.5
浓度成典型的反比关系。随着PM
2.5
浓度增大，能见度有显著下降。根据图5的曲线，当PM
2.5
浓度高于50μg/m3时，能见度就低于10千米；当PM
2.5
浓度高于150μg/m3时，能见度就低于5千米，因此重污染出现的时候，往往容易造成交通的不变，事故的频
发。
图5 北京地区能见度与PM
2.5
的关系
4.南京近4年的污染变化规律
图6 南京市不同污染等级天数比例
2014年至2017年秋冬季，南京污染等级为优良的天数占比约为65%，污染出现的比重为35%。其中，污染状况为重度污染的天数占比为2%，且无严重污染的天数。相比于北京，南京的污染状况较为乐观。
从2014年到2017年，南京地区的颗粒物浓度也呈现下
降趋势，从2014年的71.92μg/m³到2017年的52.93μg/m³， 体现污染防治手段的效果。此外，南京市秋冬季中颗粒物浓度较高的月份为12月和1月，其中2015年1月颗粒物
浓度最高，PM
2.5平均浓度达95.94μg/m³，PM
10
平均浓度达
153.77μg/m³。南方城市在秋冬季无集中供暖的举措，因此相较于北京，颗粒物在采暖季的升高问题不突出，得益于此，南京市总体污染状况比北京市乐观。
南京地区的气态前体物中，NO
2
浓度同样高于SO
2
，浓度分别为52.43和18.65μg/m³。在时间序列的变化上，也呈现较好的同步性。气态污染物的浓度增大往往对应雾霾的出现，其为雾霾的高浓度PM
2.5
提供“原料”。
相较于北京，南京的湿度条件相对较高，没有明显的季节特点。这与城市所处地理位置有关，南方的常年高湿导致
湿度对于雾霾的贡献有限，这与北方的干燥气候特点之间存
图7 南京颗粒物浓度（PM
2.5和PM
10
）的逐月浓度变化
图8 南京地区气态前体物浓度时间序列
图9 南京地区气象参数时间序列
图10 南京地区能见度与PM
2.5的关系
在一定差异。
南京地区能见度与PM
2.5
的反相关性与
北京类似，能见度都会随着PM
高考分数怎么查2.5
的增大而
减小。在南京，PM
2.5
浓度高于100μg/m³，
对应的能见度就会低于5千米，对社会生活
带来极大的不便。
5.城市的污染特征差异分析
北京和南京，两座典型的南北城市在
西安属于哪个省
雾霾污染特征上呈现一定的相似性和差异
性。首先，两地的雾霾问题都较为严重，
雾霾对于两地的能见度影响都十分显著。
此外，两地的前体物中，NO
2
都高于SO
2
。而
差异性体现在，南京地区的污染情况优于
北京，这与两地及周边城市的工业发展有
关，根据2016年国家统计数据，北京地区
的工业生产占生产总值的15.69%，江苏地
区为39.35%，虽然北京工业占比看似小于
江苏，但是由于北京地区所处京津冀区域
内，河北的工业生产总值占比为41.74%，
对北京地区的污染有显著贡献。此外，两
座城市的最大差异分别体现在采暖季的有
无和湿度条件上。北京因为采暖季在11
月，12月有显著的浓度增大，而南京没有
该规律出现；而从湿度角度，南京常年高
湿的特点使得湿度对于南京的雾霾出现没
有显著贡献，但高湿度对于北京雾霾的出
现有显著贡献。
总的来说，两地的雾霾特征差异，与
两地的工业发展，人口密度，采暖季的有
无以及湿度条件相关。
6.结论
本文基于中国知网和Web of Science
上的文献综述，以及污染物六参数和气象
数据绘制的图表，对2014年至2017年秋冬
季，典型南北城市—北京市和南京市的污
染状况进行了分析，主要得到以下结论：
（1）北方地区的采暖季，会导致污染
物集中排放，加重雾霾污染状况。这一问
题在煤改气政策下得到一定改善。
（2）两地区的NO
2
浓度普遍高于SO
2
浓
度，且与PM
2.5
之间出现同增同减趋势。当
二者浓度升高时，雾霾污染加重，因此气
态前体物的控制对于雾霾的防控十分有必
要。且NO
2
高于SO
2
江南风景
，因此NO
2
的控制或许成
为之后雾霾防控工作的重点。
（3）湿度对雾霾有显著影响，在北方地区，湿度较大
会促进雾霾的出现。而在相对高湿的南方城市，湿度的影响
较小。这是南北污染特征较大的差异之一。
基于以上结论，建议今后两地的雾霾防控工作应以NO
2的控制为主，同时积极推进以“煤改气”为典型的清洁能源
替代工作。
•【参考文献】
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•【作者简介】
刘静远，女，南京市金陵中学；研究方向：环境类。
污水处理过程中的节能优化控制方法研究
＊武兵彦　樊华
（中原环保股份有限公司  河南  450000）
摘要：在社会经济高速增长下，相伴随而来的是严重的环境污染和破坏，主要表现在社会生产生活中产生的垃圾和污水，不仅会污染生态环境，还会威胁到人们身心健康。为了可以迎合可持续发展需要，应该寻求合理的节能优化控制方法，选择前沿的技术手段优化污水处理流程，在满足社会生产生活需求的同时，尽可能降低环境污染，以此来提升污水处理效率和质量。本文就污水处理中节能优化控制方法研究进行分析，提出有效措施予以实践，以求推动现代社会进步和发展。
关键词：污水处理；环境污染；节能优化；节能降耗
中图分类号：X      文献标识码：A
Research on Optimal Control Method of Energy Conservation in Sewage Treatment Process
Wu Bingyan, Fan Hua
(Zhongyuan Environmental Protection CO., LTD., He’nan, 450000)
Abstract：With the rapid growth of social economy, serious environmental pollution and destruction are accompanied, mainly manifested in the garbage and sewage generated in social production and life, which not only pollute the ecological environment, but also threaten people's physical and mental health. In order to meet the needs of sustainable development, it is necessary to seek reasonable energy-saving optimization control methods, select cutting-edge technical means to optimize sewage treatment process, and meet the needs of social production and life while reducing environmental pollution as far as possible, in order to improve the efficiency and quality of sewage treatment. In this paper, the optimal control method of energy saving in sewage treatment is analyzed, and effective measures are put forward to practice in order to promote the progress and development of modern society.
Key words：sewage treatment；environmental pollution；energy saving optimization；energy conservation and consumption reduction
城市现代化建设进程不断加快，人均物质生活水平显著提升，社会生产生活的污染严重，产生了大量的污水和垃圾，严重破坏了生态环境。在可持续发展背景下，人们的环保意识不断增加，对于污水处理重视程度不断提升，越来越多先进技术和装置应用其中，在满足社会生产生活需要的同时，寻求合理的节能优化控制方法，降低环境污染，以求提升人们生活质量。加强污水处理中节能优化控制方法
研究，可以提出合理措施解决其中的问题，对于后续工作开展具有重要促进作用。
1.污水处理中节能优化控制方法的意义
(1)节能降耗
在污水处理中，应用节能优化控制方法，在满足实际工
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