PM2.5与雾霾天气

PM2.5污染与雾霾天气杨林军东南大学能源与环境学院2015.3.131内容：1.我国PM2.5污染现状2.环境空气中PM2.5的来源、组成及其分布特点3.环境空气质量标准4.雾霾天气5.应对PM2.5污染（雾霾）的措施6.PM2.5控制技术TSP总悬浮颗粒物可吸入颗粒物细颗粒物大气颗粒物的粒径分布特征超细颗粒物粒径0.1~1.0m范围内的颗粒物可输送到高度20公里、距离8000公里以外。一．我国PM2.5污染现状1.1大气中的颗粒物各种常见颗粒物的粒径范围010.010.11101001000100001E+051E+061E+07PM2.5PM10100m10mmH2O2COCO2SO2等气体分子可吸入颗粒物PM10纳米级超细粉1mm预混火焰的烟炱风沙汽车尾气中颗粒物香烟等烟雾面粉，煤粉等工业电、布袋除尘器出口烟气中的粉尘海风携带盐（海盐）病毒细菌人呼吸道中沉积的颗粒燃烧升华后的凝结微粒地面扬尘PM：英文全称为particulatematter（颗粒物质）；PM2.5：中文：细颗粒物（fineparticle），亦称可入肺颗粒物，是指空气动力学直径小于或等于2.5微米的固体或液体颗粒。这些颗粒非常细小，不足人类头发直径的1/20；并非是规则的球形，人的肉眼无法分辨，可以在空气中漂浮数天。一．我国PM2.5污染现状1.2PM2.5概念PM2.5尺寸示意2001-2006年PM2.5浓度平均值（Source：美国航空航天局NASA，2010年）北非撒哈拉沙漠中国沿海地区新版环境空气质量标准PM2.5年均限值是35g/m3一、我国PM2.5污染现状-我国成为PM2.5污染最严重的国家之一关键污染物一次污染TSPSO2一、二次复合污染TSP、SO2PM10、NO2、VOCsPM2.5、O3重要污染源1990s以前煤烟1990s以后煤烟+机动车城市化进程及工业快速发展加剧复合型大气污染我国大气污染呈现区域性、复合型的复杂污染Page8（1）按排放源类型，可分为：•自然源：风扬尘土、火山灰、森林火灾、漂浮的海盐、花粉、细菌等。2.1PM2.5来源风扬尘土海盐火山灰花粉二、环境空气中PM2.5的来源与组成2.1PM2.5来源目前，导致大气中PM2.5浓度增加的六大重点行业：火电、钢铁、水泥、冶金、石化、化工。Page10工厂废气城市扬尘机动车尾气2.1PM2.5的来源秸秆焚烧2.1PM2.5来源氧化性物质（O3OH）PM2.5SO2NOXVOCNH3HCNOX气态前体物一次颗粒物（BCOCSO42-Hg）光化学过程多相反应二次颗粒物（SO42-NO3-SOA）传输&去除排放扩散转化二次组分70%一次排放二次转化一次颗粒物：由人为源、自然源直接以颗粒物形式向大气排放；二次颗粒物：各种污染源排放的SO2、NOx、VOCs等气态污染物（前体物）间及气态污染物与颗粒物间在空气中通过化学反应转化生成的颗粒物。（2）按形成过程分类PM2.5：来源、二次形成气候棕色云酸雨灰霾健康NO2NOHNO3OHRO2,HO2VOCsSO2H2SO4H2O2O3N2O5hvNH4+NO3-2SO4-NH3大气化学反应二次无机颗粒物SNA污染源排放二次有机颗粒物SOA…一次颗粒物(如BC）一方面工业排放是二次颗粒物的最主要来源；同时，也会排放大量一次颗粒物，是环境空气中PM2.5的最主要来源已基本明确。2011年中国SO2、NOx和烟（粉）尘排放2217.9万吨、2404.3万吨和1278.8万吨，其中91.0%的SO2、71.9%的NOx、86.1%的烟尘来自火电、钢铁、建材、冶金等工业排放【环境统计年报2011年】工业排放是环境空气中PM2.5的最主要来源Solventuse51%Transportation35%Industrialproduction6%Fuelproduction4%Others3%CFC1%挥发性有机物（VOCs)主要来自工业排放。其它运输燃料工业产品氟氯化碳有机溶剂使用2012年中国大陆SO2、NOx和烟(粉)尘排放2117.6万吨、2337.8万吨和1234.3万吨，其中SO2的90.3％、NOx的70.9％、烟尘的83.4％来自火电、钢铁、建材等工业排放【环境统计年报(2012年)】工业排放是环境空气中PM2.5的最主要来源机动车尾气贡献如何尚存在不同意见中科院大气物理研究所研究发现，北京PM2.5有6个重要来源，分别是土壤尘、燃煤、生物质燃烧、机动车尾气与垃圾焚烧、工业污染和二次无机气溶胶，这些源的平均贡献分别为15％、18％、12％、4％、25％和26％。-据新华网2013.12.30国外部分大都市（如东京），汽车数量与国内相当，未出现严重雾霾天气。机动车尾气排放主要集中于城市，而工业排放大多位于郊区，且大部分为高空排放，对城区影响相对较大；但总体而言，工业排放仍是主要的。那车多就污染吗？东京比北京车多，为什么没有这么严重的污染？北京交通发展研究中心给我的答案是这样的，东京每天90%以上的人是在轨道交通上，他们只有不到6%的人在开车。北京有多少呢？北京34%的人开车，而且是在中心城区基本这么堵着，一堵的时候一怠速排放是2倍以上，一刹车重金属的排放会更多。所以在北京每天高峰期的时候，六环以内每个小时的PM2.5的排放量是多少？一吨。北京人在五公里以内开车的有多少？将近一半，而且我们当中有12%的人是在两公里内开，我们有7%的人是在一公里以内开，一公里是什么概念？出门可能去趟超市去趟菜市场的概念。就我们爱开车？也许有一小部分人是这样，但不会这么多人都没有理性吧？我们家也有辆车，但是有宝宝之后我们的约定是，除了老人小孩，机场医院我们基本不开，我先生每天要上班，然后他就骑自行车，骑自行车在我们家楼下是这样骑的，只能这么骑，为什么呢？这是我们的自行车道，他基本上天天就被车这么压着，北京500多万车只有一半是有停车位的，但没有一辆停在半空中，所以它就压在自行车道上，压在人行道上，就这么开。环境空气中一次、二次颗粒物所占比例与所在地区及气象条件有关，尚存在不同意见；总体上，一次、二次颗粒物贡献各占50%左右。一次颗粒物的贡献：（1）直接构成大气中的颗粒物；（2）促进气态前体物转化为二次颗粒物；一次、二次颗粒物的贡献0%20%40%60%80%100%JanAprJulOctPMVOCNH3SO2NOX0%20%40%60%80%100%JanAprJulOctPMVOCNH3SO2NOX北京上海世界主要耗煤国家煤炭消耗量(百万吨)02004006008001,0001,2001,4001,6001,8002,0002,2002,4002,6002,8003,0003,2003,4003,60019801981198219831984198519861987198819891990199119921993199419951996199719981999200020012002200320042005200620072008200920102011百万(吨)加拿大墨西哥美国法国德国波兰英国南非澳大利亚中国印度占世界煤炭消费量比例45.9%占世界煤炭消费量比例30.5%占世界煤炭消费量比例39.8%2000-2005年第十个五年规划期间，煤炭消费量增加9.53亿吨，年均增加1.9亿吨；2006-2010第十一个五年规划期，煤炭增加11.3亿吨，年均增加2.2亿吨；2011年增加3.2亿吨。9.09亿吨PM2.5污染严重的原因：煤炭消耗量世界第一煤炭消费量2012年35.15亿吨（约占全球50.2%），其中，电力行业耗煤总量约18.55亿吨，燃煤工业锅炉年耗煤量约7.2亿吨。PM2.5污染严重的原因：钢铁产量世界第一钢铁产能10亿吨，产量7亿吨，约占全世界的49%。PM2.5污染严重的原因：主要建材产品产量世界第一主要建材产品水泥（22.1亿吨）、平板玻璃（7.5亿重量箱）、陶瓷砖（96亿平方米）、卫生陶瓷（1.61亿件）等产量多年居世界第一位（2012年数据）主要污染物排放量变化趋势PM2.5污染严重的原因：汽车保有量世界第一中国汽车工业的规模已经位居世界首位22洛杉矶柴油车严格要求加装DPF，加上油品好。PM2.5污染严重的原因：建筑施工、道路扬尘、露天焚烧、工厂车间等无组织排放日益突出23bou2_4pbyAdcode99360,000to810,000(450)0to360,000(475)中国主要城市群3byH14,0007,0001,400bou2_4pLegendRegion全年用电量（亿千万时）bou2_4pbyAdcode99360,000to810,000(450)0to360,000(475)中国主要城市群3byH14,0007,0001,400bou2_4pLegendRegion全年用电量（亿千万时）bou2_4pbyAdcode99360,000to810,000(450)0to360,000(475)中国主要城市群3byH14,0007,0001,400bou2_4pLegendRegion全年用电量（亿千万时）bou2_4pbyAdcode99360,000to810,000(450)0to360,000(475)中国主要城市群3byH14,0007,0001,400bou2_4pLegendRegion全年用电量（亿千万时）bou2_4pbyAdcode99360,000to810,000(450)0to360,000(475)中国主要城市群3byH14,0007,0001,400bou2_4pLegendRegion全年用电量（亿千万时）bou2_4pbyAdcode99360,000to810,000(450)0to360,000(475)中国主要城市群3byH14,0007,0001,400bou2_4pLegendRegion全年用电量（亿千万时）全国汽车保有量的43%PM2.5污染严重的原因（以东部地区为例）：全国总人口的13%国民生产总值的31%总用电量的38%长三角京津冀珠三角污染物排放强度约为内地的6倍。长三角地区电厂、钢铁厂、水泥厂分布中国大陆单位面积煤炭消费情况（2012）平均：454.64吨煤/平方公里东部地区PM2.5污染严重的原因：中国大陆单位面积SO2排放情况（2012）中国大陆单位面积烟尘排放情况（2012）中国大陆单位面积NOx排放情况（2012）平均：1.29吨/平方公里平均：2.21吨/平方公里平均：2.44吨/平方公里NASA的Terra卫星拍摄2013年12月7日北京上海厚厚的雾霾从北京趋近上海延伸约1200公里2.2PM2.5组成我国大气PM2.5组成通常包括有机物、黑炭、硫酸盐、硝酸盐、铵盐和地壳元素等；PM2.5所含黑炭和地壳元素多来自一次排放；有机物中一部分来自一次排放，另一部分来自污染气体的二次转化；硫酸盐、硝酸盐和铵盐则多为SO2、NOx经过光化学反应的产物。随着SCR脱硝、湿法烟气脱硫设施的安装运行，不少一次颗粒物含硫酸盐、硝酸盐和铵盐等无机盐颗粒，如石灰石-石膏法脱硫出口颗粒含石膏，氨法脱硫出口颗粒含硫酸、亚硫酸铵等气溶胶颗粒。氨法脱硫出口石灰石-石膏法脱硫出口PM2.5speciationacrossChinaAtmos.Chem.Phys.,2011,11,5207-5219有机物是中国PM2.5中的重要化学物种；SNA是中国东部地区PM2.5中最主要的化学物种；土壤尘的高含量是中国PM2.5的一个特征，在受沙尘影响的地区和季节尤甚。OC—有机碳，EC—元素碳，SNA—二次无机气溶胶Crustal—矿物尘矿物碳成分花粉多种颗粒物的组合PM2.5的形貌燃煤飞灰2.3环境空气中PM2.5的分布特点及其污染特征环境空气中PM2.5分布特性与气象条件（如风速、气温、大气稳定度等）、污染源分布存在一定关系。空间分布：PM2.5主要分布在大气混合层内，混合层中日出后地表受热，热空气上升，冷空气下降，对流逐渐加强，造成各种性质近乎均匀的混