关于“西安市雾霾天气与机动车尾气排放关系”的调查报告

　　前言

　　20xx年初，我国中东部的大部分地区被雾霾笼罩，在全国74个监测城市中，有33个城市的空气质量已经达到了严重污染，监测站点检测数据都超过了300微克/立方米。世界卫生组织在2005年版《空气质量准则》中指出:PM2.5(直径小于等于2.5微米的污染物颗粒浓度)小于10是安全值，当PM2.5年均浓度达到每立方米35微克时，人的死亡风险比每立方米10微克的情形约增加15%，意识到在国内城市中我们赖以生存的空气的质量是如此之差后，“雾霾”几乎瞬间成为了人们最关心的问题之一。而近几年城市内汽车保有量“井喷式”的增长，繁荣的背后，汽车排放等对这种不正常的天气状况很大程度上起到了推动作用。

　　一、目标对象分析

　　(1)“雾霾”及西安市雾霾天气状况

　　“雾霾”是雾和霾的组合词，“雾”指在接近地球表面的大气中悬浮的由小水滴或冰晶组成的水汽凝结物，是一种常见的天气现象;“霾”指原因不明的因大量烟、尘等微粒悬浮而形成的浑浊现象，其核心物质是空气中悬浮的灰尘颗粒，气象学上称为气溶胶颗粒。中国不少地区把雾、霾天气现象并入雾一起作为灾害性天气预警预报，统称为“雾霾天气”。

　　雾霾主要由三部分组成:二氧化硫、氮氧化物和可吸入颗粒物，前两者为气态污染物，而颗粒物是加重雾霾天气污染的最主要原因。

　　20xx年年初，西安市迎来了严重的雾霾天气，整个西安市被雾霾笼罩。据西安各个空气监测站点的数据显示，西安的空气污染状况严重，能见度低，较为严重的莲湖区2月10日8时PM2.5的值达到了812微克/立方米。其中仅 从除夕到大年初一，PM2.5数值频频“爆表”，部分区域已突破雾霾红色预警值。截至2月10日19时，西安市13个监测点中，除经开区无数据外，其余各站PM2.5数值均属严重污染，大部分区域PM2.5的平均值突破400微克/立方米，达重度污染水平。从20xx年整个第一季度来看，在这三个月中，西安1月份4个蓝天、2月份环境空气质量优良天数为1天，三月份无蓝天。情况可谓不容乐观。 然而，究其原因，雾霾的形成是空气中悬浮的大量微粒和气象条件共同作用的结果。由于西安市区高楼林立，阻挡和摩擦作用使风流经城区时明显减弱(水平方向静风现象)，不利于大气中悬浮微粒的扩散稀释，容易在城区和近郊区周边积累;另外，高空的气温比低空气温更高的逆温现象和西安市的地理位置(北有黄土高原、南秦岭，是盆地)使得大气层低空的空气垂直运动受限，空气中悬浮微粒被阻滞在低空和近地面。与此同时，西安市人口的增长和工业发展、机动车辆保有量猛增，“热岛效应”以及北方城市冬季供暖烧煤，导致污染物排放和悬浮物大量增加，直接导致了年初雾霾气象状况的频发。

　　相关部门的统计数据表明可吸入颗粒物的来源主要有:工业生产排放的废气、建筑工地和道路交通产生的扬尘、汽车尾气、燃煤烟尘等，其中机动车尾气约占20%~30%，燃煤烟尘约占20%~25%，扬尘约占15%~25%。

　　城市可吸入颗粒物首要来源是汽车尾气。西安市机动车保有量已达到175万辆,且每年新增机动车约20万辆，使用柴油的车辆是排放细颗粒物最多的，使

　　用汽油的小型车虽然排放的是气态污染物，但碰上雾天，也很容易转化为二次颗粒污染物，加重雾霾。

　　(2)西安市汽车保有量分析

　　1、西安机动车数量及增长情况

　　从西安车管所了解到，20xx年5月份我市机动车上户14000辆，相比去年同期有所下降，车管所预计到6月底西安市机动车数量将突破180万辆。2010年西安机动车数量为95.6万辆，2011年为116.4万辆，2012年为143万辆左右，数据显示西安机动车增长速率约为每年13%左右，正呈“井喷”式增长。

　　西安汽车保有量是180万辆左右，人口约854万，那么每千人汽车保有量为210辆，远远超过中国目前人均汽车保有量70辆/千人。美国每千人汽车保有量828辆，澳大利亚730辆，意大利690辆，日本593辆，相比而言西安的每千人汽车保有量确实不算多，但是由于城市人口基数大西安汽车总量仍是一个庞大的数字，其对于交通和环境的影响不容忽视。

　　2、西安市机动车种类情况

　　西安出租车和公交很多，西安市出租车保有量12000辆左右，为比亚迪F3系列，排量为1.5L;另外少量郊县出租车也涌入市区;公交总公司公交车为5155辆，全市有6718辆，据欧阳雪《西安市公交车排放特点及控制措施研究》，“目前中国很多大城市机动车尾气污染占到空气污染的70%以上，而这其中大部分的排放物来自公交车??调查显示，我国主要的大城市，公交车的排气污染甚至占到机动车尾气污染的80%以上，公交行业成为城市中的污染大户”。

　　西安市私人汽车类型明显的呈现出两极化趋势，主要分为:大众化汽车消费和企业汽车消费。其中大众化的汽车消费约占汽车交易额的80%强，大众化汽车消费市场受经济发展和购买能力的限制，消费档次较低，这主要是由西北地区的经济发展水平决定的。百姓购买汽车时，首先看中的是实用和便宜。企业购买车则主要关注品牌和舒适性，以满足企业主生理和心理的需求。由于中、低档车较多高档车较多，而且中档车节能环保能力均不如一些优质高档车，从而造成环境污染问题。但另一方面，从总体来看高档车的排量普遍较大，尾气排放也相应较多，中低档车的发动机性能较差，车辆结构本身对燃料燃烧控制和排放尾气的处理做的不很到位，导致尾气中固体悬浮颗粒物、碳氢化合物、氮氧化合物、硫氧化合物等排放物比例较高，而这些雾霾天气的产生和加强都是密切相关的。

　　(3)汽车尾气分析

　　科学分析表明，汽车尾气中含有上百种不同的化合物，其中的污染物有固体悬浮微粒、一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、铅及硫氧化合物等，一辆轿车一年排出的有害废气比自身重量大3倍。 汽车尾气中的有害成分会对人体健康造成极大伤害:

　　固体悬浮颗粒:固体悬浮颗粒成分复杂有较强的吸附能力，可以吸附各种金属粉尘、强致癌物苯并芘和病原微生物等。固体悬浮颗粒随呼吸进入人体肺部，以碰撞、扩散、沉积等方式滞留在呼吸道的不同部位，引起呼吸系统疾病。当悬浮颗粒积累到临界浓度时，便会激发形成恶性肿瘤。此外，悬浮颗粒物还能直接接触皮肤和眼睛，阻塞皮肤的毛囊和汗腺，引起皮肤炎和眼结膜炎，甚至造成角膜损伤。

　　一氧化碳:一氧化碳经呼吸道进入血液循环，与血红蛋白亲合后生成碳氧血红蛋白，从而削弱血液向各组织输送氧的功能，危害中枢神经系统，重者危害血液循环系统，导致生命危险。

　　氮氧化物:氮氧化物主要是指一氧化氮、二氧化氮，它们都是对人体有害的气体，在二氧化氮浓度为9.4毫克/立方米的空气中暴露10分钟，即可造成人的呼吸系统功能失调。

　　碳氢化合物:当氮氧化物和碳氢化合物在太阳紫外线的作用下，会产生一种具有刺激性的浅蓝色烟雾，其中包含有臭氧、醛类、硝酸脂类等多种复杂化合物。这种光化学烟雾对人体最突出的危害是刺激眼睛和上呼吸道黏膜，引起眼睛红肿和喉炎。

　　铅:铅是有毒的重金属元素，汽车用油大多数掺有防爆剂四乙基铅或甲基铅，燃烧后生成的铅及其化合物均为有毒物质。城市大气中的铅60%以上来自汽车含铅汽油的燃烧。由于铅尘比重大，通常积聚在1米左右高度的空气中，因此对儿童伤害大。

　　汽车尾气在直接危害人体健康的同时，还会对人类生活的环境产生深远影响。2005年中国机动车尾气排放在城市大气污染中的分担率达到79%左右。2011年年末，专家们的一项监测研究表明，PM2.5的主要来源依次为:机动车尾气尘、燃油尘、硫酸盐、餐饮油烟尘、建筑水泥尘、煤烟尘、硝酸盐。其中在冬季，机动车尾气尘对PM2.5的贡献值达到38%，位于第一，其次是燃油尘，贡献值达23%。近期成为社会关注焦点的PM2.5就属于固体悬浮颗粒的范畴，汽车尾气则是大型城市PM2.5的主要来源之一，因此雾霾天气的形成与汽车尾气的排放密不可分。

　　二、汽车尾气与雾霾天气关系

　　在探讨汽车尾气和雾霾的关系之前，我们先分析一下雾霾天气形成的主要原因。从气象环保等相关部门我们得到的相关资料显示主要是以下几方面:

　　PM2.5中大多数就是由于碳氮氧化物和硫化物通过一系列的反应和变化从而形成的微小颗粒物，并且和季节，天气均无关。

　　综合分析，我们得出了汽车尾气加重雾霾的原因有两个。

　　(1)国内汽车排放标准、通用机动车燃油质量标准不够

　　至今为止我国的汽车总量仍不足美国的一半，甚至北上广的汽车数量和密度也并不比纽约、伦敦、巴黎等西方超大城市更高。那么，为何我国由汽车导致的空气污染，会比发达国家更严重呢?

　　国务院批准北京市将从20xx年2月1日起实施第五阶段机动车排放地方标准(相当于欧洲5号标准)。北京、上海、深圳、广州、南京这五个城市目前的汽油和柴油均执行国四标准，值得注意的是，这些城市无一例外召开过或者即将召开一些大型的运动会和展会。而在除了这五个城市外的广大中国，均执行国三标准，即含硫量不超过150ppm(百万分比浓度)，车用柴油硫含量不得超过350ppm。与此同时，欧盟和日本已经将汽油和柴油中的含硫量降至10ppm，美国是30ppm。

　　可以看出，西安为五大城市之外，执行国三标准。与汽车排放相关的油品关键指标包括硫、锰、苯、铅、烯烃等，最主要的是油品中的硫含量，它几乎决定了机动车排放的所有污染物水平，无论是PM2.5(机动车排放的'颗粒物的直径几乎全部在2.5微米以下)、氮氧化物还是碳氢化合物、一氧化碳，都会随着硫含量的增加而增加。因此油品中的硫含量，是决定油品质量最为关键的因素。

　　汽车尾气成主要污染源，与油品有很大关系。中国内地成品汽油二氧化硫含量比国际上高35到50倍。据油品和环保专家分析:“如果把目前国内成品油全部升级为欧V标准的清洁度，那么机动车尾气排放中的PM2.5含量将比目前减少一半以上，直接将城市空气中的PM2.5减少至少40%以上。”这只是数据方面的估测，下面我们通过实例说明。

　　众所周知，作为工业革命的鼻祖的英国在上世纪饱受污染的侵害，以至其首都伦敦曾有“雾都”的称号。到20世纪80年代，英国治理污染的重点为治理汽车尾气。政府要求所有新车都必须加装催化剂以减少氮氧化合物排放，又针对私家车征收天价的进城费和停车费，控制私车流。同时，政府大力推动新能源汽车、公共交通和绿色交通。伦敦计划在2015年前建立2.5万套电动车充电装置，电动汽车买主将享受高额返利，并免交汽车碳排放税，甚至免费停车。自行车交通也被政府作为支柱，计划建设12条自行车高速公路。英国的高官们都以身作则，控制公务用车。2009年的一天，首相卡梅伦骑自行车上班，而副首相克莱格则在坐地铁。今日的伦敦，大雾天气已经从100余年前的每年90天，减少为不到10天。

　　(2)车辆结构、尾气处理装置方面

　　由于我国现在在汽车尾气方面的处理还没有比较完善的相关的法律法规的说明，许多车企在这方面就钻了法律的空子，在汽车尾气的处理上投入较少的成本，从而使其的产品在市场上更有竞争力，然而就是现在的汽车尾气排放污染比较大。

　　机动车发动机的排放主要取决于三个部分:发动机配气、供油系统所产生的燃烧、后处理。

　　发动机配气

　　发动机是工程机械的心脏，而进气系统则是发动机的动脉，进气系统的合理性直接影响发动机的性能、寿命，从而影响整机的性能、寿命及环保性。进气系统的功能是为发动机提供清洁、干燥、充足的空气，系统中主要组件空滤器、管路及其设计安装将直接影响发动机功能的发挥、工作的稳定性、可靠性，甚至大大缩短其寿命。一般企业会将对车辆的研发改进重心放在对发动机输出功率性能方面，而由于汽车排放标准等相关法律不够细化和全面，所以企业对发动机排放方面的改进做的不够。

　　如果对一般普通车型进行进气优化以及对供油系统进行更合理的电控化配合，如更合理的配置供油提前角和供油滞后角等，就可以从根本上减少发动机的实际排放，但是由于国内对汽车发动机制造方面的核心技术十分欠缺，所以从技术方面也大大增加了从这一方面改进的难度。

　　供油系统所产生的燃烧

　　目前通用机动车均采用四行程活塞式发动机，即通过燃气在气缸中迅速燃烧产生高压气体推动活塞往复运动，连动曲轴等变速、传动装置将动力输出。对该项的一个普遍常用参数是发动机排量，即发动机各汽缸工作容积的总和。排量是较为重要的结构参数,它能全面衡量发动机的大小。发动机的性能指标和排量密切相关,一般来说,汽车的排量越大,功率也就越高，动力性能越好，相应的其排放的尾气也就越多。

　　可见这一方面与广大购车用户的选择有直接关系，通常城市道路状况较好，选择小排量的车型不仅更经济，同时对节约资源、保护环境都有十分积极的意义。

　　尾气后处理

　　一般进气优化和对供油系统电控化配合之后，汽车排量会降低很多，之后，在尾气处理方面通过EGR(排气再循环处理)处理--为汽车用小型内燃机在燃烧后将排出气体的一部分分离出、并导入进气侧使其再度燃烧的技术，就能使排放进一步降低。另外好的尾气净化装置会对汽车排放尾气中的氮氧化合物和附有重金属等有害物质的可吸入颗粒物的减少十分有效。

　　由上三个方面可以看出，目前机动车在自身结构等方面而造成的尾气排放对雾霾天气起了极大地推动作用，技术方面的问题仍是解决尾气成分以及量的瓶颈，加大创新研发力度、掌握核心技术显得尤为重要。

　　当前社会人民的生活水平不高，在环保保护方面的意识还不是特别明显，导致其在买车的对尾气处理不重视，只在其物美价廉仅此而已，现在基础建设还在进行，大量的排量很大的工程车尾气排放也尤为严重。

　　就西安而言，其汽车保有量在近几年以每年13%左右的趋势进行增长，从前几年开始西安市逐渐减少小型锅炉，逐步取缔一些燃烧煤炭的小作坊，烤肉摊，还有一些污染比较大的企业。然而去年的雾霾天气却最为严重，汽车尾气在这时变为众矢之的，减少汽车尾气中碳氮氧化物和硫化物的排放刻不容缓。

　　三、解决方案

　　鉴于雾霾影响越来越严重，越来越多的人开始关注雾霾的解决方法。通过查阅资料和自己专业车辆工程所学，发现缓解汽车尾气影响的方法如下:

　　一.汽车方面:

　　(1)采用废气再循环(EGR)装置

　　废气再循环装置是将一部分发动机的排气重新引入进气系统，与可燃混合气一起进入燃烧室内燃烧。采用废气再循环装置的汽车可有效降低氮氧化合物的排放量，从而减小汽车排放物对环境的污染。

　　氮氧化合物主要是在高温以及富氧条件下生成的，而废气再循环装置是将一部分废气引回气缸，减少一部分发动机排放。同时，引回气缸的气体主要是热容量比较高的气体，使得在缸内的新形成的混合气的热容量也随之变的较高。在另一方面，重新引回的废气也占据了一部分原先氧气的空间，使得可燃混合气氧的浓度降低，燃烧速度变缓。由于以上几个方面的综合作用，可以一定程度上降低氮氧化合物的排放量。

　　(2)采用电控燃油喷射系统

　　电控燃油喷射系统主要是通过传感器将发动机的相关工作参数，如发动机转速、负荷、节气门开度、空气流量等转变为电信号传送给ECU，然后ECU经过综合分析转换为不同长度的脉冲信号传到燃油喷射装置，控制准确的燃油喷射量以及喷射时刻。由于电控燃油喷射系统可对并行的发动机多参数进行同时控制，对可燃混合气的空燃比的控制较为精确，保证发动机在任何工况下都保持在最佳喷有状态。因此，采用电控燃油喷射系统的发动机可有效减少发动机油耗，废气的排放量大为减少，若该系统采用闭环控制在经催化净化装置后，发动机废气的排放量可大大降低，由此可减小发动机尾气的环境的污染。

　　(3)优化燃烧室结构

　　燃烧室的结构与形状主要是决定碳氢化合物排放量的主要因素。发动机排放的碳氢化合物主要是由于发动机燃烧室内存在着某些间隙，这些间隙在燃烧过程中，由于火焰传播的速度很快，在这些间隙中的可燃混合气不能及时燃烧，所以在排放过程中产生较多的碳氢化合物。因此，紧凑的燃烧室结构不仅可以改善汽车动力性与经济性，还可以有效的降低汽车尾气的排放，可燃混合气在燃烧室内燃烧的速度越快，产生的HC和CO越少。理想的燃烧室结构应该是尽可能的结构紧凑，燃烧室的面容比小。这样的燃烧室结构可以保证较短的火焰传播距离，提高燃烧速度，有效的降低发动机的排放。

　　(4)提高燃油品质和采用替代燃料

　　在汽车使用的燃油中，含有一定量的铅、硫等有害物质，都使发动机的排放出有害物质，在汽车燃油的要求中，应对这些有害物质的加以限制，提高燃油品质，降低发动机排放。另外一种可行的方法是采用替代燃料，就目前状况而言，采用替代燃料可以看做最为有效的治理汽车尾气的方法。目前，汽车代替燃料应用较为广泛的是天然气与液化石油气，在使用中发动机可以不必做大的调整就可以满足天然气与液化石油气的使用条件。

　　(5)三元催化净化器

　　三元催化净化器起着对发动机做功产生的废气进行净化的作用，它是利用其滤芯中的钯 铂 铑 3 种元素，通过氧化法或氧化还原法过滤废气中的碳氢化合物 一氧化碳和氮氧化物等3 种污染物，使尾气排放合乎要求。

　　二.人类方面

　　(1)建立空气监测系统

　　在需要控制的道路和地区安装空气监测装置。道路空气监测系统可与交通自动控制系统联系起来，作为交通自动控制的一个组成部分。道路空气监测站所得空气质量情报可及时传到中央控制室，当空气污染浓度超过规定标准时，控制室可调整交通流，控制车速或采取其他措施予以解决。

　　实际上，道路空气监测系统又是环境综合监测系统的一个组成部分，所以它又可与综合监测系统联系起来，为综合系统道路环境的空气质量情报，接受综合系统的指令。

　　(2)控制汽车排污量发展无公害汽车

　　清洁代用燃料汽车的开发和普及应用，为防治机动车污染开辟了新的途径。为达到更严格的排放标准，世界各国汽车制造商都在努力积极地研究开发各种低污染代用燃料汽车:天然气汽车、液化气汽车、甲醇汽车、乙醇汽车、生物燃料汽车、多种灵活燃料汽车、氢燃料汽车、电动汽车、太阳能汽车等等。其中尤以天然气汽车和液化石油气汽车最为成熟并在一些国家普及，成为很有实用价值的清洁燃料汽车。目前我国已有哈尔滨、长春、沈阳、北京、乌鲁木齐、西安、上海、福州、广州、深圳、广东省南海市、四川省、重庆、香港等地区推广使用天然气汽车和液化气汽车。

　　(3)改善城市绿化

　　绿化队防治大气污染相当重要，是城市规划中的重要内容之一，大气污染防治的一种经济有效的措施。植物可以吸收各种有毒有害气体和净化空气的，是空气的天然过滤器 。近年来，各个国家都竞相提高城市的绿化定额。例如，日本打算把定额提高到9m2/人，莫斯科的定额为17m2/人，英国为24m2/人，美国为40m2/人。但目前上述国家还远未达到这个指标。

　　(4)加强交通管理、发展高速公路

　　交通拥挤时车速降低，车辆处于走走停停的状态，汽车发动机长时间怠速运转，不仅增加燃料消耗，而且容易产生燃料的不完全燃烧，导致废气排放量迅速上升。加强交通管理，开放智能交通系统，较少交通拥挤及各种干扰，使汽车以尽可能匀速行驶，即可减少排放的污染物，又可节约能源，提高道路的通行能力 .

　　由于高速公路技术等级高，车辆运行速度快，安全，通行能力大河道路间干扰小等特点，车辆能保持恒速前进，从而有效地减少了交通大气污染。