大气颗粒物源解析技术研究发展

大气环境功能区划和大气环境容量核定孙蕾长沙环境保护职业技术学院2004.5主要内容•大气环境的基本概念及其大气污染问题•我国的大气污染控制战略•环境空气质量功能区划分原则和技术方法•大气环境容量核定•大气：指包围地球表面并随地球旋转的空气层。约有1000km的高空距离。其中：•对流层：空气在此层有强烈地对流运动。地面~8-9km（两极）、16-18km（赤道）、10-12km（中纬度地区），夏季较厚，冬季较薄。•大气总质量的3/4集中在这一层。•对流层分为两层：1~2km为低层大气（摩擦层、边界层），排入大气的污染物绝大部分活动在这层。•1~2km以上，受地表影响很小，自由大气层、主要的天气过程在此层。一、大气环境的基本概念地表大气平均压力为1个大气压，相当于每平方厘米地球包围1034g空气。大气总质量：约为5.2×1015吨。50%在距地表上空30km范围内。高度100km以上的空气质量仅占总质量1/106。对流层：16-181km（赤道）10-12（中纬）平流层：15-35km（O3占20km）均匀层中间层：平流层顶（50km）→80km热层：80km-500km非均匀层逃逸层：500km一、大气环境的基本概念大气与环境空气ISO4225：1991/DAM的定义为：环境空气（ambientair）:指人群，植物，动物和建筑物的室外空气。大气（atmosphereoftheEarth）:地球环境周围所有空气的总和。从此定义出发考虑到我们要保护的对象以及与我们生活密切相关的空间看，环境学中所说的大气确切地定义为环境空气。空气污染（ISO）：由于人类活动和自然过程引起某些物质介入大气中，呈现出足够的浓度，达到了足够的时间，并因此而危害了人体的舒适、健康和福利或危害了环境。一、大气环境的基本概念空气污染物：由于人类活动或自然过程排入大气的并对人或环境产生有害影响的物质。气溶胶状态污染物和气体状态污染物。气溶胶：沉降速度可忽略的固体粒子、液体粒子或固体和液体粒子在气体介质中的悬浮体。粉尘、烟、飞灰、雾、降尘、漂尘、TSP。气体状态污染物：主要有五个方面：以二氧化硫为主的硫氧化物；以氧化氮和二氧化氮为主的含氮化合物；摊碳的氧化物；碳氢化合物及卤素化合物。一、大气环境的基本概念排入大气中的污染物大多是还原态的，H2S、NH3、（CH4）由大气回到地表中的的物质往往是高氧化态的，硫酸、硝酸、硫酸盐、硝酸盐、二氧化碳。这些还原性气体并不是被空气中的氧气所氧化，分子氧中O-O键相对较强（502kj/mol），在常温常压下并不能与大多数还原性气体反应。是被大气中存在的高活性自由基氧化的。自由基在其电子壳层的外层有一个不成对的电子，有很强的亲和力，因此能起强氧化剂的作用。大气中存在的主要自由基有OH、HO2、RO、RO2。大气中的自由基来源于太阳辐射，一般年度10ppt（万亿分之一）（10-6ppm）。一、大气环境的基本概念2001年全国的废气中二氧化硫排放量1947.8万t，其中工业排放量1566.6万t，生活排放量381.2万t。烟尘排放量1059.1万t，其中工业排放量841.2万t，生活排放量217.9万t。工业粉尘排放量990.6万t。2003年二氧化硫、烟尘和工业粉尘的排放量均比2002年增长10%以上，其中二氧化硫排放量2121万t，超过环境承载能力77%。一、大气污染状况颗粒物排放源及排放特点颗粒物来源复杂，不能简单归属于一个行业（以煤烟尘为例）建材化工冶炼钢铁……煤烟尘工业锅炉民用燃煤电厂一、大气污染状况同一源类的颗粒物可以通过多种排放途径进入到环境空气中（以电厂煤烟尘为例）电厂煤烟尘大气环境点源吹灰场扬尘原煤堆一、大气污染状况颗粒物进入环境空气中的途径湖南省：废气中二氧化硫排放量74.32万t，其中工业排放量57.59万t，生活排放量16.73万t。烟尘排放量43.43万t，其中工业排放量36.72万t，生活排放量6.71万t。工业粉尘排放量60.83万t。我国的环境质量状况在统计的340个城市中，达空气质量二级标准（优良空气）的城市占41%，达三级标准（轻微污染）的占32%，超过三级标准（严重污染）的占27%。长沙（重庆）排在后10名。影响空气质量的主要污染物仍是颗粒物，有54.4的城市颗粒物年度超标。一、大气污染状况全国酸雨污染有加重的趋势我国国土面积的1/3已受酸雨影响，主要分布在长江以南、青藏高原以东的地区和四川盆地。两控区（占11.4%）酸雨污染有所控制，氮2003年酸雨控制区面积在加大，浓度在增加，pH值最低的江西坪江达3.67。大气污染中致癌物质很多，特别是附着在颗粒物上的多环方烃类污染物，是这样致癌物。苯并（α）芘为例，它是煤炭在一定温度下燃烧的产物，尤其是民用直接燃煤的小煤炉。空气中苯并（α）芘年度增加万分之一，将使居民的癌症死亡率上升5%。天津市中心劝夜场苯并（α）芘浓度可达0.0285μg/m3（标准为0.01μg/m3），超标1.85倍，比郊区景盘山的浓度高50多倍。一、大气污染状况我国的大气环境问题我国的环境问题是在发展中产生的，也必须在发展中解决。由于人口多、技术水平低、环境基础设施建设滞后等原因，带来了工业、农业和生活污染；还有技术发展带来的新问题，以及解决全球环境的压力，这是工业发达国家上百年逐步出现，分阶段解决的环境问题，我国在20多年的快速发展中集中产生。因而我国的环境问题呈现出显著的压缩型、复合型特点，更增加了解决问题的难度。我国环境污染和生态破坏造成了巨大的经济损失，据世界银行估计，中国1995年空气和水污染造成的损失占当年GDP的8%。据2001年西部生态调查报告，西部9省生态破坏造成的直接经济损失占当地GDP的13%。二、我国的大气污染控制战略主要问题二、我国的大气污染控制战略能源结构不合理我国工业消费能源的比重是国外发达国家的11.3~2.1倍。国外交通运输能源的比重是我国的7~3.5倍。居民生活能源的比重我国的1.8~1.1倍。交通和生活能源的消费比重小，反映了我国民用能源消费是低水平的。我国能源从生产、加工转换、运输、贮存到终端使用效率为：中国：49%日本：36.4%西欧：32%中国与发达国家单项能源利用效率对比二、我国的大气污染控制战略项目发达国家（%）中国火力发电效率35~4028工业锅炉效率70~8055钢铁工业综合热效率50~6028合成氨生产效率50~6025铁路运输热效率20~256~8炊事热效率60~7015~18主要问题二、我国的大气污染控制战略能耗高单位产值能耗比世界水平高2.4倍，是德国的4.97倍，日本的4.43倍，美国的2.1倍，印度的1.65倍。资源消耗大每万美元消耗的铜、铝、铅、锌、锡、镍合计为70.47kg，是日本的7.1倍，美国的5.7倍，印度的2.8倍。水资源浪费大，农业灌溉用水利用系数是国外先进水平的1/2；工业万元产值用水量为100m3，是国外先进水平的10倍；污染排放强度高，单位GDP氮氧化物排放量是日本的27.7倍，德国的16.6倍，美国的6.1倍；单位GDP二氧化硫排放量是日本的68.7倍，德国的26.4倍，美国的6.0倍；产业结构不合理我国工业能源消费构成中，重工业能源消费比重为49%，轻工业能源消费比重为49%，反映说明工业结构不尽合理。工业生产技术水平较低，装备落后城市空气质量未达标的原因针对煤为主要能源的控制政策不够充分75%以上的能源是煤，2000年耗标煤达15亿t。其中，电力热力行业占58%，生活消费占13%。空气污染造成的经济损失达92亿人民币，其中，仅呼吸道疾病一项就有7400万亿元。卫生部认定慢性障碍性呼吸道疾病是中国前导的死因之一，占死亡人数的1/4。快速的都市化和人口增长抵消了现有的侮辱控制努力乡镇企业移动源的排污扬尘问题不适当的能源定价和收费系统压抑了控制污染的积极性煤与电的定价现有的对电力的补助和电价的控制不利于调动节能的积极性。烟气脱硫的运转费应计入电费排污收费制度末端治理工程项目的投资效益低下执法不利和部门间协调合作问题非独立的执法机构导致政治权力结构内的地位非常弱公众的关心及对空气污染的社会意识不强二、我国的大气污染控制战略二、我国的大气污染控制战略控制对策二氧化硫与酸雨的控制对策低架面源改用清洁燃料高架点源搬迁和转业市区点源的节能改造中小燃煤锅炉的脱硫示范停止开采高硫煤煤的洁净技术示范控制二氧化硫和酸雨有待解决的问题电厂烟气脱硫成本摊入电价电厂烟气脱硫成本摊入电价产业结构改造与清洁生产的减排不容忽视因地制宜开发洁净技术和简易脱硫技术区域治理二、我国的大气污染控制战略控制对策氮氧化物的控制对策代用燃料改善交通管理和道路系统的建设薄弱状况柴油车改造区域治理机动车污染改造颗粒物的污染控制对策天然气的替代集中供热鼓励使用清洁能源安装烟道脱硫设备加强城市地面的固化和绿化（扬尘的控制灌木丛防尘效果好。管理费用低）次生颗粒物德控制对策60~70为PM10，其中硫酸盐24%，硝酸盐和铵盐各占12%。这些盐类是二氧化硫、氮氧化物和氨气在大气中反应生成的即次生颗粒物积极推进清洁生产建立清洁生产业绩标准三、环境空气质量功能区划分原则和技术方法与《环境空气质量标准》一、二、三级标准相对应划分为一、二、三类环境空气质量三类功能区环境空气质量功能区为保护生态环境和人群健康的基本要求而划分的环境空气质量保护区一类环境空气质量功能区指自然保护区、风景名胜区、和其他需要特殊保护的地区二类环境空气质量功能区城镇规划中确定的居住区、商业交通居民混合区、文化区、一般工业区和农村地区以及一、三类不包括的地方（不包括1998年后新建的任何工业区）三类环境空气质量功能区指特定工业区环境空气质量功能区划分原则应充分利用现行行政区界或自然分界宜粗不宜细既要考虑空气污染状况，又要兼顾城市发展规划不能随意降低已化定的功能区类别环境空气质量功能区划分的方法分析区域或城市发展规划，确定范围，准备底图综合分析，确定每一单元的功能区单元连片，绘污染物日平均等值线图反复审核，确定最终的功能区三、环境空气质量功能区划分原则和技术方法三、环境空气质量功能区划分原则和技术方法环境空气质量功能区划分的要求不得小于4km2三类区中的生活区，应根据实际情况和可能，有计划的迁出三类区不应设在一、二类功能区的主导风向的上风向一、二类区间，一类与三类间，二类与三类之间设置一定宽度的缓冲带。一般一类与三类间的缓冲带宽度不小于500m，其他类别功能区之间缓冲带的宽度不小于300m，位于缓冲带内的污染源，应根据其对环境空气质量要求高的功能区影响情况，确定该污染源执行排放标准的级别四、大气环境容量核定基本目的从“九五”开始，我国开始实行《全国主要污染物排放总量控制计划》，这是我国环境保护的一项重大举措，也是保证实现环境保护目标的客观需要。为了更合理地制定总量控制目标和控制战略，使有限的大气环境容量资源得到合理的利用，促进城市大气污染物排污许可证制度的落实，为“十一五”城市环境保护规划提供技术支持，国家环保总局要求以城市为单位开展大气环境容量测算工作。基准年大气环境容量测算基准年定为2002年四、大气环境容量核定大气环境容量•大气环境单元所允许承纳的污染物质的最大数量。所谓某环境单元指的是一个特定的环境。本次核算所指的环境单元是城市建成区。•建立了源—环境浓度间的函数关系，可根据各参数变化得出一个动态环境容量。模型•根据湖南省6个重点城市的大气环境特征，确定我省大气环境容量测算模型统一选用中国环境科学院的“区域大气环境总量控制管理模型”软件。该模型软件包括以下内容：一组基础计算程序和适用于不同情况的五组总量模型程序组。•基础程序计算组可以选择计算参数、确定大气污染物基础排放量和一些基础计算。总量模型程序组是根据不同情况计算区域大气总量。四、大气环境容量核定大气环境容量测算步骤确定建成区和规划区范围并进行区域网格化初定扩散参数初定气象条件初定污染源资料第一次模拟计算分析浓度贡献