四川省绿色发展促进会
中国大气污染治理：进展·挑战·路径
王韵杰1, 张少君1,2, 郝吉明1,2
1. 清华大学环境学院, 环境模拟与污染控制国家重点实验室, 北京 100084;
2. 国家环境保护大气复合污染来源与控制实验室, 北京 100084
摘要：党的十八大以来，生态文明建设不断推进，其中大气污染治理是生态环境三大攻坚战之一.自2013年《大气污染防治行动计划》发布以来，我国开展了针对PM2.5（细颗粒物）污染治理的一系列举措，在燃煤污染和移动源污染控制等领域取得了显著成绩，全国空气质量明显好转.相对于2013年，2017年京津冀、长三角、珠三角三大区域ρ（PM2.5）年均值分别下降了40%、34%和28%.然而，目前我国不少区域和城市仍然面临着解决PM2.5污染的急迫需求，并且O3（臭氧）污染的重要性逐渐凸显，因此我国空气质量改善工作仍面临巨大挑战.今后在建设生态文明和"美丽中国"的进程中，围绕《打赢蓝天保卫战三年行动计划》目标，应重视对非电行业、柴油货车等重点源的控制，加强控制氮氧化物（NOx）和挥发性有机物（VOCs）排放，持续推进能源和结构转型，协同推动我国积极应对气候变化和持续改善空气质量.
随着社会经济的快速发展，我国在过去的20年出现了快速的城镇化、工业化和机动化过程.煤炭和石油等化石能源消费量增长迅猛，造成了酸雨和灰霾等严重的区域环境问题. 2012年新修订的GB 3095—2012《环境空气质量标准》增加了PM2.5(细颗粒物)和O3(臭氧)8 h浓度限值指标[1]. 2013年我国74个主要城市中，仅有4%的城市的空气质量能够达到GB 3095—2012标准[2].在各项污染指标中，PM2.5超标问题最为突出[3]. 2013年我国74个主要城市的ρ(PM2.5)年均值为72 μg/m3，超过GB 3095—2012标准限值(注：全文均指二级标准限值)的106%[2].
我国PM2.5污染呈显著的区域性和季节性变化特征，重污染天气在秋冬季和初春时节频发[4].如2013年1月的一次重污染过程影响了我国东部地区共130×104 km2的国土面积，有43个城市的ρ(PM2.5)小时值超过500 μg/m3[4-5]. PM2.5污染给人体健康带来了严重影响. 2013年全球疾病负担(GBD2013)研究显示，PM2.5长期暴露在中国导致了91.6×104例过早死亡[6].因此，以PM2.5为核心的大气污染治理是我国重大的民生问题，同时也是生态文明建设的重要任务之一.
党和政府对大气污染防治问题高度重视.十八大报告提出，要大力推进生态文明建设，强化大气污染防治. 2013年《大气污染防治行动计划》(简称“《大气十条》”)发布和实施以来，国家和地方层面实施了一系列大气污染防治措施，使PM2.5污染得到了有效控制.尽管大气污染治理成绩显著，但不少区域和城市仍然面临着空气质量达标的压力.有鉴于此，该文对2013年以来我国大气PM2.5污染治理成果进行了回顾，同时指出了目前我国主要城市空气污染治理工作存在的挑战.围绕中共中央所提出的，“到2035年生态环境质量实现根本好转，‘美丽中国’目标基本实现”的奋斗目标，对今后大气污染治理的机遇与途径进行了展望，以期为下一阶段的大气污染防治工作提供参考.
我国大气污染防治取得的成果
党的十八大提出，以解决损害群众健康突出环境问题为重点，强化水、大气、土壤等污染防治，建设“美丽中国”. 2013年6月，中共中央政治局常委会审定批准了《大气十条》，这是中国推进生态文明建设、坚决向污染宣战、系统开展污染治理的重大战略部署. 《大气十条》围绕ρ(PM2.5)下降和重污染天数减少这两个目标，对重点区域和重点行业的污染治理提出了具体目标和措施，为我国2013—2017年的大气污染防治制定了明确的路线图.全国人大常委会分别于2014年和2015年通过了新修订的《中华人民共和国环境保护法》和《中华人民共和国大气污染防治法》，明确了政府责任，提高了执法力度，为大气污染防治进一步提供了坚实的法律基础.
根据《大气十条》要求，2017年我国地级及以上城市的可吸入颗粒物浓度〔ρ(PM10)〕应比2012年下降10%以上，京津冀、长三角、珠三角等区域的ρ(PM2.5)则应分别降低25%、20%和15%[7].为了更有针对性地进行大气污染防治，完成《大气十条》布置的任务，我国许多城市都开展了PM2.5的源解析工作. 图 1展示了我国首批发布的9个城市PM2.5本地源解析结果.由图 1可见，燃煤、移动源、工业生产和扬尘是这9个城市的主要本地污染源，其中，移动源是北京市、杭州市、广州市、深圳市和上海市的首要本地污染源，燃煤则在石家庄市和南京市的本地污染源中最为突出.另外，区域传输也是造成PM2.5污染的重要原因.如2013年北京市28%~36%的PM2.5是由区域传输所致[8].由此可见，实行大气污染防治区域联防联控，加强对重点污染源控制是改善我国空气质量的必由之路. 《大气十条》发布后，京津冀、长三角等区域陆续建立了区域大气污染联防联控机制，各区域内部在质量标准统一、重污染天气应对、污染源防治等多个方面开展共同行动[9].此外，针对燃煤源和移动源污染控制，下面将以煤电和机动车两个典型行业为例进行具体介绍.
图 1 我国首批发布的9个城市PM2.5本地源解析结果
Fig.1 The source apportionment results of PM2.5 pollution (local sources only) in nine cities
煤电行业大气污染控制成果
自20世纪80年代起，酸雨治理成为我国大气污染防治的重点任务之一.我国开始逐步重视对燃煤排放的SO2和NOx等酸雨前体物的排放控制.煤电行业是燃煤污染治理首先关注的重点.煤电在我国的电力供应结构中占据很大比例，在2013年总发电量中，煤电占比达到74.1%[10].另外，煤电的大量使用也造成了严重的环境污染. 2013年，我国煤电行业贡献了燃煤源34.1%的SO2、43.8%的NOx和13.5%的PM2.5排放量[11].
在“十一五”和“十二五”规划期间，我国分别开始针对SO2和NOx实施严格的国家总量控制政策，通过加严排放标准、强化监测能力(如烟气在线监测系统CEMS)、配套经济激励(如环保电价制度)等综合手段，初步建立了对燃煤电厂污染物有效控制的综合体系[12-13].以排放标准为例，我国燃煤电厂大气污染物排放标准不断加严. 图 2展示了我国燃煤电厂排放标准的演变过程及其与美国、欧盟排放限值的对比情况. 2011年修订的GB 13223—2011《火电厂大气污染物排放标准》针对重点区域设立了特别排放限值.如NOx排放浓度不得超过100 mg/m3，是世界上最严格的排放限值[14]. 2013年以来，在《大气十条》的指引下，我国燃煤电厂排放标准持续加严.如2014年发布的《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014—2020年)》将新建燃煤电厂SO2、NOx、烟尘的排放限值分别进一步加严到35、50、10 mg/m3[15].上述排放限值基本达到了燃气轮机组的水平，是全球最严格的超低排放标准.
图 2 中国煤电污染物排放限值的演变过程及其与美国、欧盟排放限值的比较
Fig.2 Emission standards for coal-fired power plants in China and comparison with standards of US and EU
截至2018年，我国已有8.1×108 kW煤电机组满足超低排放限值要求，占全国煤电总装机容量的80%[16].电力行业统计数据显示，2018年我国单位火电发电SO2、NOx、烟尘排放量分别为0.20、0.19和0.04 g/(kW ·h)，比2013年下降了89.2%、90.4%和88.2%[17].我国已经建成了世界最大的清洁节能燃煤发电体系，燃煤电厂超低排放改造的成功经验也可为其他行业的污染控制提供参考.
此外，核能、风能等清洁能源在我国电力生产中的占比也逐渐提高. 《电力发展“十三五”规划(2016—2020年)》[18]提出，2020年非化石能源发电量占比要提至31%.在电价补贴、保障性购买等政策的扶持下，我国电力供应结构持续优化. 2018年，我国煤电发电量占比降至64.1%，非化石能源对发电量增长的贡献则达到了40.0%[17]，清洁能源的推广已成为电力行业污染控制的重要助力. 2013—2017年，我国电力行业的SO2、NOx、PM2.5排放分别下降了70.0%、46.8%和25.0%，为环境空气质量的改善做出了巨大贡献[19].
机动车大气污染控制成果
机动车保有量的快速增加给我国的空气质量带来了严峻挑战[20]. 2000—2018年，我国民用汽车保有量从1 609×104辆增至2.32×108辆(不包括摩托车和低速货车)，年均增长率达16.0%[21].北京市2017年PM2.5源解析结果显示，以机动车排放为主的移动源在本地源中贡献已升至45%，机动车污染控制的重要性愈发凸显[22].
《大气十条》强调了移动源的污染防治，从新车排放标准、油品质量标准、在用车管理、交通管理等多个方面提出控制措施，逐渐形成并完善了“车—油—路”一体化的机动车综合控制体系[7, 23].首先，我国机动车的排放标准持续加严. 2016年和2018年，我国分别发布了轻型车和重型车国Ⅵ标准[24-25].与以往主要借鉴欧洲排放标准不同，国Ⅵ轻型车标准融合了世界上最先进的控制思路，在燃油技术中性、污染排放限值、蒸发排放控制、在线诊断要求等方面比欧Ⅵ标准更为严格.如国Ⅵb轻型车颗粒物(PM)和一氧化碳(CO)限值分别为0.003和0.5 g/km，比相应的欧Ⅵ标准低40%和50%.此外，我国更重视油品质量的改善，特别是采取综合措施降低柴油硫含量，实现了车用柴油和普通柴油标准接轨，为国Ⅳ到国Ⅵ阶段柴油车排放标准的快速加严奠定了基础.
在《大气十条》指导下，淘汰黄标车和老旧车的步伐逐渐加快.自2014年以来，我国已累计淘汰黄标车和老旧车超过2 000×104辆[26].在用车排放监管体系不断完善，2017年我国发布了HJ 857—2017《重型汽油车、气体燃料车排气污染物车载测量方法及技术要求》，并用于新车和在用车排放监管.今后国Ⅵ排放标准执行过程中，车企和环保部门也将采用车载测试进行在用符合性的自查和抽查[25].在新车补贴、税费减免、燃料消耗标准、双积分政策和城市传统车限购限行政策的综合激励下，我国新能源汽车发展迅猛.截至2019年6月，我国新能源汽车保有量已达344×104辆，是2014年底的15倍以上[27].太原市和深圳市也于2016年、2017年分别成为了世界上第一个出租车、公交车全部电动化的城市[26].我国交通结构也持续改善，为缓解道路拥堵和控制机动车排放，我国大力推动公共交通和慢行交通的发展.以北京市为例，2010—2017年，公交、地铁、自行车等绿色出行方式所占比例从56.1%升至60.8%，截至2018年底，已有22条地铁线路投入运行[28].
“车—油—路”的机动车综合控制体系收到了显著成效.在保有量持续上升的情况下，我国机动车污染排放持续降低[23]. 1998—2017年，我国机动车的碳氢化合物(HC)、CO、PM2.5排放量分别下降了31.4%、51.0%和46.7%[23, 29].轻型汽油车排放控制成绩尤为突出，目前国Ⅴ轻型汽油车主要污染物排放较无控的国零水平降低了98%以上.重型柴油车颗粒物排放削减显著，但其实际道路的NOx排放控制仍然存在较大挑战[30].在今后一段时间内，柴油车NOx排放控制仍是大气污染防治的主要任务之一.
我国空气质量改善成果
2013—2017年，我国重点城市的空气质量平均达标天数比例从60.5%增至72.7%，重污染天气从32 d降至10 d；全国74个主要城市年均ρ(PM2.5)、ρ(PM10)、ρ(SO2)和ρ(NO2)分别下降了34.7%、32.2%、57.5%和9.1%.京津冀、长三角和珠三角重点区域的ρ(PM2.5)也分别降低了39.6%、34.3%和27.7%[2, 31]，超额完成了《大气十条》的任务.卫星数据也反映了我国东部地区ρ(PM2.5)的下降趋势[32-33]. 图 3展示了2013—2017年我国主要城市6类大气污染物浓度的年际变化.
图 3 2013—2017年我国74个主要城市主要大气污染物浓度变化
Fig.3 Air pollutant concentrations of 74 main cities in China from 2013 to 2017
我国大气污染防治的前景与挑战
主要城市空气质量与先进标准的差距
自《大气十条》发布以来，我国大气污染防治成绩显著.然而，我国的空气质量依然不容乐观，继续加大力度进行大气污染防治仍很有必要.
首先，我国主要城市的颗粒物问题尚未完全解决.就2017年ρ(PM2.5)年均值而言，我国74个主要城市中仍有近75%的城市不能达到GB 3095—2012标准年均限值.若今后PM2.5标准进一步加严，以WHO第二过渡阶段目标值(年均限值为25 μg/m3)为要求，上述城市目前仅有舟山市、海口市和拉萨市能够达标.我国PM2.5污染区域性问题仍很突出，2018年京津冀及周边地区、汾渭平原的ρ(PM2.5)分别为60、58 μg/m3，分别超过GB 3095—2012标准限值的71%和66%[16].
其次，O3污染逐渐凸显. 2013—2017年我国东部地区夏季ρ(O3)持续上升[34]；2017年，我国74个主要城市的ρ(O3)日最大8 h第90百分位数已达167 μg/m3，整体超出了GB 3095—2012标准限值(160 μg/m3)[31].我国74个主要城市中近65%的城市ρ(O3)日最大8 h第90百分位数超过GB 3095—2012标准限值；若以更严格的WHO空气质量准则值要求〔ρ(O3)日最大8 h值不超过100 μg/m3〕，所有主要城市都无法达标.作为O3的重要前体物，排放清单结果显示，2013—2017年VOCs的排放量增长了2%[19].在重点区域O3和PM2.5污染的叠加效应尤为明显，74个主要城市中ρ(O3)日最大8 h第90百分位数排名最高的10个城市全部位于京津冀及周边区域.因此，PM2.5和O3的协同改善成为了今后空气质量改善的重要任务.
此外，我国74个主要城市中有近一半城市的ρ(NO2)年均值超出了GB 3095—2012标准限值(40 μg/m3).与PM2.5和O3的区域性污染特征不同，上述NO2超标城市主要分布于京津冀、长三角、珠三角、汾渭平原和成渝地区等多个区域.因此，各地仍然需要强化本地移动源NOx的排放控制.
党的十九大提出，2020—2035年是我国第二个百年奋斗目标的第一阶段，到2035年要基本实现社会主义现代化.习近平主席在2018年的全国生态环境保护大会上指出，要通过加快构建生态文明体系，确保到2035年，生态环境质量实现根本好转，“美丽中国”目标基本实现.其中，蓝天保卫战是污染防治攻坚战的重中之重，要以空气质量明显改善为刚性要求，强化大气污染联防联控，基本消除重污染天气. 2018年国务院发布《打赢蓝天保卫战三年行动计划》[35](简称“《三年行动计划》”)，对2020年的主要污染物排放控制和环境空气质量改善提出了严格的要求. 《三年行动计划》以PM2.5为重点改善因子，并结合实际的空气质量情况，将汾渭平原列入重点区域. 《三年行动计划》将工业、散煤、柴油货车、扬尘定为重点行业和领域，同时强调要优化产业结构、能源结构、运输结构、用地结构，既抓住了主要污染源，也体现了加强源头控制的思路[35].下面将结合《三年行动计划》的具体内容，对未来一段时间内我国大气污染防治的机遇与挑战展开讨论.
加强非电行业燃煤污染治理
《大气十条》发布后，我国在燃煤电厂污染治理上取得了显著成绩.为了进一步推动燃煤污染治理，《三年行动计划》要求加快调整能源结构，在重点地区实施煤炭总量控制. 2020年，煤炭在能源消费中的比重应降至58%以内[35].在我国，煤炭正由主导能源向基础能源作战略性转变.
2018年我国非电行业的煤炭消费约18×108 t，占煤炭消费总量的将近一半[36].在燃煤电厂超低排放改造顺利推进的背景下，加强非电行业的污染控制就显得尤为急迫.工业源方面，2018年《政府工作报告》提出要“推动实施钢铁等行业超低排放改造”，2019年4月《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》[37]发布，钢铁行业成为了第二个实现超低排放的行业.其中，烧结机机头、球团焙烧烟气的烟尘、SO2、NOx的小时排放限值为10、35、50 mg/m3，同燃煤电厂超低排放标准一致.可以预见，电力和钢铁行业的超低排放改造将促进相应排放控制技术的发展，为其他非电行业(如建材、化工等行业)的超低排放改造积累经验.
此外，民用散煤也是重要的污染来源.由于燃烧条件较差、污染控制措施薄弱等原因，散煤的PM2.5排放因子可达燃煤电厂的100倍左右[38]. 《三年行动计划》将散煤列入重点行业和领域，并提出要集中资源进行京津冀及周边地区和汾渭平原的散煤治理[35].推广天然气和电力等清洁能源是治理民用燃煤污染的重要途径.研究[39]表明，如果将北京市的所有民用燃煤/生物质转为天然气，PM2.5、SO2、NOx可分别减排3.47×104、4.31×104和1.15×104 t. 《三年行动计划》也提到要进一步加强“煤改气”和“煤改电”[35]. 2018年，我国北方地区已完成散煤治理480×104户以上，多座城市也已划定并不断扩大“禁煤区”[16].而在清洁能源普及暂时比较困难的区域，使用半焦型煤替代原煤、改进民用炉具也能有效降低PM2.5排放[40]. 《三年行动计划》也强调了洁净煤的推广[35].
加强移动源污染控制
《三年行动计划》进一步深化了对移动源污染控制的要求，以柴油货车污染治理为重点任务，促进新能源车辆推广，改善区域运输结构，加强非道路移动源污染控制[35].
研究显示，随着标准的不断加严，重型柴油车NOx排放量下降的改善幅度有限，PM高排放车在车队中仍占有一定比例[41-42]. 《三年行动计划》将柴油货车列为污染治理重点，需要坚持“车—油—路”一体化的综合防治体系，在老旧车辆淘汰、油品质量提升、货运结构调整、排放监管加强等方面共同发力. 2019年1月我国多部门联合印发了《柴油货车污染治理攻坚战行动计划》[43]，明确要“全链条治理柴油车(机)超标排放”，利用道路遥感、在线监控和移动跟车构建立体化监管网络.
推广新能源或清洁能源车辆的使用也有助于空气质量的改善.研究[44-45]指出，重点区域交通电动化能有效降低PM2.5和O3主要前体物排放，改善区域和城市空气质量，实现环境效益和气候效益的协同.目前，我国将逐步取消对乘用车领域的新能源车购车补贴，这是未来电动车发展的一个不确定性因素.基于电动车的空气质量效益研究，建议重点考虑对城市高排放车队(如公交、出租、物流)的电动化鼓励政策，优化完善城市充电基础设施布局，提高电动车鼓励政策的效益费用比.
区域运输结构的优化能够显著降低交通排放对空气质量的影响[46]. 2017年，我国公路承担了77%的货物运输，铁路货运却只占7.7%[26]. 《三年行动计划》强调了运输结构的优化，推动“公转铁”“公转水”，提出了2020年铁路货运量要比2017年增长30%的要求，特别是要实现中长距离大宗货物运输模式的转变，形成以铁路为骨干的多式联运体系[35].
随着机动车排放标准、油品质量标准的不断提升，非道路移动源的污染控制逐渐被人们所重视.非道路移动源的污染防治可以借鉴机动车污染防治的思路，不断加严排放限值，鼓励老旧机械和船舶的淘汰，实现车用柴油、普通柴油、部分船舶用油“三油并轨”，并鼓励采用新能源或清洁能源非道路移动机械，推动船舶岸电的使用；同时，也要通过税收和价格政策激励来支持新能源车船的推广，加大对港口、机场岸电建设的支持力度.
加强VOCs排放控制
PM2.5是当前大气污染防治工作的重点改善因子，O3污染问题在我国也逐渐显现[34].鉴于VOCs是O3和PM2.5等污染物的重要前体物，加强VOCs的排放控制对于推进PM2.5和O3的协同防治具有重要意义[47].与PM、SO2、NOx等污染物相比，我国现阶段对VOCs的排放控制稍显薄弱[19]. 《三年行动计划》表明要“实施VOCs专项整治方案”，提出了2020年VOCs排放要比2015年下降10%以上的目标；同时还提到要研究将VOCs纳入环保税的征收范围、完成相关行业的产品VOCs含量限值以及污染物排放标准、在重点区域和高浓度O3城市开展VOCs监测、将相关排放重点源纳入重点排污单位名录等内容[35].
与其他污染物的控制类似，VOCs的排放管控也需要从重点排放行业入手，从源头控制、污染物处理技术升级、加强监管等多个方面进行综合控制.此外，VOCs排放具有明显的无组织特征，也需要针对这一特点进行管控. 2019年6月生态环境部印发了《重点行业挥发性有机物综合治理方案》[48]，明确了石化、化工、工业涂装、包装印刷、油品储运销、工业园区和产业集群这6个重点行业的治理对策，强调要完善相关的标准体系，强化监测监控和监督执法以保障方案的实施.接下来一段时间内，应当借鉴其他污染物的成功控制经验，努力完成《重点行业挥发性有机物综合治理方案》相关要求，积极推动VOCs排放的降低.
加快能源结构转型，发展清洁能源技术
除大气污染防治工作以外，我国还面临着应对气候变化的任务. 2015年我国提交了《强化应对气候变化行动——中国国家自主贡献》[49]，承诺CO2排放在2030年左右达到峰值并争取尽早达峰. 2005年后，我国的能源强度和单位GDP碳排放下降较为显著，而单位能耗碳排放却没有明显改善[50].鉴于在未来一段时间内能源消费还会上涨，进一步推动能源结构转型、发展低碳能源技术就成了必然选择[50-52].
我国已经在清洁能源推广方面取得了显著成绩.新能源汽车在我国迅速发展，自2015年起产销量连续位居世界第一.清洁能源在电力供应中的作用也愈加显著，2013—2017年我国总发电量增长19.6%，而核能和风能发电量分别增长了122.3%和108.9%[21].根据国际能源署(IEA)统计，我国在2018年全球新增可再生能源发电量中贡献了40%[53].此外，我国2018年在核电、可再生能源发电方面的投资分别占全球的40.4%和28.3%，均为世界第一[54].
应对气候变化和实现能源结构转型给我国的大气污染防治工作带来了机遇.研究[51]指出，为实现2030年碳达峰目标，我国碳排放强度需每年下降4%左右.上述应对气候变化情景(即年均碳排放强度下降4%)为我国带来的空气和健康效益货币化数值，将远超过其气候效益本身[52].因此，大气污染与气候变化协同应对给环境空气质量管理制度和政策提出了新要求，需要明确能源、经济、污染与气候的相互作用关系，形成气候-污染双重约束下的温室气体与大气污染物协同减排路径与优化研究体系，进一步推动环境空气质量管理进入大气污染防治和应对气候变化的良性互动阶段.
结论与建议
自2013年《大气十条》发布以来，通过燃煤电厂超低排放改造、建立“车—油—路”一体化机动车综合控制体系等方式，我国实现了空气质量的明显改善，圆满完成了《大气十条》的任务.在今后的大气污染防治工作中，应继续巩固和深化《大气十条》实施的成功经验.
我国大气污染治理仍然任重道远，京津冀和汾渭平原等区域PM2.5仍然超标较为严重，O3污染问题凸显.在今后一段时间内，应当针对非电燃煤污染和柴油货车污染等重点领域，通过能源结构、运输结构和产业结构等系统调整方式实现污染的治本控制，强化NOx和VOCs排放控制，实现我国空气质量的进一步改善.
在深入开展大气污染治理的同时，我国也积极履行《巴黎协定》的温室气体减排责任.今后应积极提高能源效率和优化能源结构，大力发展新能源汽车、风电等清洁能源技术，推动环境空气质量管理进入大气污染防治和应对气候变化的良性互动阶段，以实现环境治理改善和应对气候变化的协同共进.