城市发展中的大气环境问题.ppt

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1、城市发展中的大气环境问题清华大学环境科学与工程研究院,空气污染是全球特大城市面临的共同问题PM2.5逐渐进入空气质量标准我国大气PM2.5污染特征如何防治大气PM2.5污染,主要内容,伦敦烟雾事件：发生于英国伦敦的多起大气污染公害事件。有据可查的重大烟雾事件12起。最为严重、影响最大的是1952年的烟雾事件。1952年的12月4日，原本晴朗的天空，渐渐变得灰蒙蒙的。此时，受到气旋的影响，伦敦的风速逐渐转小，云层慢慢地将整个天空遮蔽了。到中午时，天空已经阴霾弥漫。12月5日，伦敦的风速几乎为零，整个城市被连日不散的雾气紧紧包裹，能见度缩小到1米之内。,空气污染是全球特大城市面临的共同问题,伦敦烟

2、雾事件：此后的3天情况继续恶化。可吸入颗粒物浓度达到了3000至14000微克/立方米。二氧化硫浓度比正常情况高出7倍。孩子不能上学，以免在大雾中走失。伦敦机场烟雾弥漫，飞机无法起降。官方统计，在大雾封城的几天中，共导致了5000多人的死亡，之后的两个月内有8000多人相继死亡。死因调查发现：因支气管炎死亡的人数为正常时期的9倍，因肺结核死亡人数为正常期的5.8倍，因冠心病死亡的人数为正常期的2.4倍。,空气污染是全球特大城市面临的共同问题,5,1952年12月伦敦烟雾事件中死亡人数与大气中烟尘和二氧化硫浓度的相关性,伦敦烟雾事件：伦敦烟雾事件的起因：主要归咎燃煤排出的烟尘。除工业外，每到冬天

3、，约100万个烟囱排入成千上万吨的黑色烟尘。烟尘中的三氧化二铁成分，使空气中的二氧化硫变成硫酸，并附着在烟尘和雾滴上，一旦被人们吸入，就会导致胸口窒闷，并伴有咳嗽、喉痛、呕吐等症状。烟雾事件之后，英国颁布“清洁空气法案”，以及空气污染控制法案。20多年后，伦敦的雾天变少了。1975年，只有15天；1980年降到了5天。,空气污染是全球特大城市面临的共同问题,洛杉矶烟雾事件：洛杉矶烟雾事件是发生于美国的一起大气污染公害事件。洛杉矶海滨城市，自36年开发石油工业以后，工业迅速发展，人口急剧增加，全市汽车250多万辆，每天消耗1600万升汽油，每天向城市上空排放大量的碳氢化合物、氮氧化物和一氧化碳。

4、这些污染物排入大气后，在强烈阳光下，发生化学反应，形成刺激性强的光化学烟雾。光化学烟雾是一种混合烟雾，含有多种成分，其中臭氧是最重要的，约占85%以上。主要成分都是氧化剂。,空气污染是全球特大城市面临的共同问题,洛杉矶烟雾事件：洛杉矶西面临海，三面环山，5-10月阳光强烈，一年约有300天出现逆温层，市区空气在水平方向流动缓慢。光化学烟雾在这种情况下不易扩散，刺激人的眼、喉、鼻，引起眼病、喉头炎、肺水肿等疾病。1955年，洛杉矶严重的光化学烟雾事件中，近500人死亡。以后又曾发生使半数市民受到不同程度危害的严重情况。,空气污染是全球特大城市面临的共同问题,9,洛杉矶烟雾事件,城市化进程加剧复合

5、型大气污染,空气污染是全球特大城市面临的共同问题,发达国家：二次污染突出(PM2.5和O3)发展中国家：一次污染严重二次污染凸显,Gurjar et al.,2008,AC：污染物浓度GC：污染物浓度标准,大气灰霾已成为许多地区的重大民生问题,13,北京大气污染受到关注,北京,天津,空气质量较好,区域污染严重,2005.10.29 API 48,2005.10.26 API 176,空气污染是全球特大城市面临的共同问题PM2.5逐渐进入环境空气质量标准我国大气PM2.5污染特征如何防治大气PM2.5污染,主要内容,颗粒物大小,5到10微米的颗粒物可以在咽喉通过物理机制去除。小于5微米的颗粒物会

6、到达支气管。直径小于2.5微米的颗粒物会通过呼吸进入肺部最深处，所以从人类健康讲是最受关注的颗粒物种类.,颗粒物大小影响其在大气和人体中的特性，并决定颗粒物是否会进入肺部，以及其被肺部吸收的潜能。大于10微米的颗粒物可以被鼻子和咽喉截住，而不会进入肺部。,National Council on Radiation Protection Model(NCRP,1997),空气动力学直径,m,沉积效率，%,肺泡区,气管支气管区,合计,外胸腔区（鼻到咽喉区域）,Ratio of death rates to that in Portage,WI,as a function of fine parti

7、cle concentration.Here P=Portage,WI;T=Topeka,KA;W=Watertown,MA;L=St.Louis,MO;H=Harriman,TN;and S=Steubenville,OH.After Dockery et al.,“An Association between Air Pollution and Mortality in Six U.S.Cities”,New England J.of Medicine,Vol.329,pp.1753-1759,1993.Copyright 1993 Massachusetts Medical Societ

8、y,All rights reserved.,Annual average fine particulate concentration(g/m3),Ratio of annual death rate to that in Portage,WI,与颗粒物有关的健康危害,由心脏病和肺病造成的过早死亡使心脏病和肺病恶化，并和以下疾病有关：心血管疾病心律失常心脏病呼吸系统疾病：哮喘、支气管炎以上可导致入院率，急诊病历，病假率和限制活动天数的上升。儿童和老年人，及有呼吸和心脏问题的人可能会对PM2.5特别敏感,与颗粒物有关的健康危害,美国Arden Pope教授和他的同事们研究了美国1980年-20

9、00年期间随着空气污染的减少人类预期寿命的变化。研究发现，在所研究的大城市中，PM2.5由每降低13-14微克/立方米，预期寿命会增加0.82年。长期减少空气污染，将会带来5-7个月的预期寿命增加。,PM2.5 每增加10ug/m3居民死亡增加的百分比（均数与95%CI）,PM2.5环境影响：人体健康,（阚海东 等，2010）,吴兑等,中国环科院 张凯、柴发合等,大气能见度下降趋势显著,能见度与PM2.5呈对数负相关关系,以广州为例当PM2.5每下降10%,能见度可改善6-8%,美国大气颗粒物标准的演变,22,美国PM2.5标准加严的过程,2005年世界卫生组织(WHO)引入PM2.5,我国大

10、气环境保护的战略目标,2050年全国大气环境保护的总体目标：通过大气污染综合防治，大幅度降低环境空气中各种污染物的浓度，城市和重点地区的大气环境质量得到明显改善，全面达到国家空气质量标准，基本实现世界卫生组织(WHO)环境空气质量浓度指导值，满足保护公众健康和生态安全的要求。（希望与世界卫生组织的标准体系接轨。）,新时期环境空气质量标准的特征,针对性：应以保护人体健康为第一目标战略性：为实现环境宏观战略目标服务可比性：与WHO/发达/发展中国家参比（去年11月23日中国环境报对话栏目专访：新标准更加关注公众健康）,27,总悬浮颗粒物飘尘（参考）二氧化硫氮氧化物光化学氧化剂,1979年,环保法（

11、试行）,1982年,大气环境质量标准(GB 3095-82),1987年,大气法,1996年,环保法,1989年,2000年,环境空气质量标准(GB 3095-1996),2012年,环境空气质量标准修改单,总悬浮颗粒物可吸入颗粒物二氧化硫氮氧化物一氧化碳臭氧,铅氟化物二氧化氮苯并a芘,环境空气质量功能区维持不变,取消氮氧化物；放宽二氧化氮和臭氧二级限值,与国际接轨，适当增加项目,中国环境空气质量标准演变过程,环境空气质量标准(GB 3095-2012),取消第三类功能区,增加PM2.5和臭氧8小时平均，收紧PM10和NO2限值，加严数据有效性,2012年环境空气质量标准的修订要点,PM10：

12、二级标准年平均浓度限值由目前的100g/m3 调整为70g/m3；PM2.5：二级标准年和24 小时平均浓度限值分别为35g/m3 和75g/m3；O3：增加二级标准8 小时平均浓度限值160g/m3；NO2：二级标准年、24 小时和1 小时平均浓度限值分别从80g/m3、120g/m3 和240g/m3降到40g/m3、80g/m3和200g/m3；,2012年环境空气质量标准的修订要点,将三类功能区调整并入二类；加严了苯并a芘的浓度限值；加严了铅,提出了部分重金属参考浓度限值；提高监测数据统计的有效性要求；第一个经国务院常务会议审议的环境标准；新的环境空气质量标准标志我国大气环境管理开始由

13、以污染物减排为目标导向向以环境质量改善为目标导向的战略性转变。,新标准推动环境空气质量管理与世界卫生组织接轨,以PM2.5为例,世界卫生组织目标值及指导值 第一过渡阶段 第二过渡阶段 第三过渡阶段 指导值年日均值 35 25 15 1024小时均值 75 50 37.5 25 采用国家及 印度 欧盟 美国 加拿大地区 墨西哥 泰国 日本 新加坡 澳大利亚,改善环境空气质量是国家和人民的意志,李克强副总理在第七次全国环境保护大会强调：“基本的环境质量是一种公共产品，是政府必须确保的公共服务。要努力不欠新账、多还旧账，解决好突出环境问题。环境空气质量新标准的颁布，是全社会对改善环境质量的期待新标准

14、响应了公众对空气质量尤其细颗粒物的关注，因此，新标准体现了国家意志和人民意志，承载了全社会对改善空气质量的新期待。,环境空气质量标准带来的挑战：PM10,PM10：二级标准年平均浓度限值由100g/m3调整为70g/m3,2011年34个大中城市PM10的年均值在旧标准下均达标，而在新标准下仅有9个城市达标。,环境空气质量标准带来的挑战：PM10,原标准达标率：71.4%新标准达标率：20.5%,WHO,环境空气质量标准带来的挑战：PM2.5,PM2.5：年、24 小时平均浓度限值分别为35和75g/m3,PM2.5是我国大气污染控制的重中之重！,2010年4月到11月获得的189个有效日均值

15、中，超过75g/m3的占17.4%，,环境空气质量标准带来的挑战：O3,O3：增加二级标准8 小时平均浓度限值160g/m3,美国臭氧标准变化历程,臭氧不达标区域数量,*Total Photochemical Oxidants,环境空气质量标准带来的挑战：O3,O3：增加二级标准8 小时平均浓度限值160g/m3,密云2008年12月到2009年11月共8305个有效小时均值，其中超过0.2mg/m3的小时数为293，占3.5%，而考虑新标准中增加的8小时滑动平均，超过0.16mg/m3的小时数为532，占6.4%。,空气污染是全球特大城市面临的共同问题PM2.5逐渐进入环境空气质量标准我国大

16、气PM2.5污染特征如何防治大气PM2.5污染,主要内容,PM,PM2.5是从哪里来的？,VOCsNO2 SO2,污染源直接向环境中排放颗粒物，和可以通过大气化学反应转化为颗粒物的颗粒物前体（SO2,，NO2，VOCs）,氨(NH3),氨(NH3),PM2.5来源与形成,全球PM2.5浓度分布:2001-2006,van Donkelaar et al.,Environmental Health Perspectives 2010,大部分城市的PM2.5 浓度超过WHO-IT1,北方城市,南方城市,中国PM2.5/PM10浓度水平,PM2.5浓度随地理位置变化较大，通常北方高于南方地区；在各区

17、域冬季浓度通常较高。PM2.5浓度普遍处于较高的水平。在远离人为活动的森林和沿海地区PM2.5浓度相对较低。,北京市PM2.5化学组成的年际变化（清华站）,Source:http:/,长三角地区颗粒物污染的区域性特征,已有文献表明，上海的PM2.5日均浓度较南京和杭州略低，在50150微克/立方米变化；年日均值为45-50微克/立方米。,上海及长三角PM2.5污染特征,上海,南京,苏州,杭州,摄于2010年11月初,长三角地区灰霾的区域性特征,长三角地区PM2.5污染的特征：化学组成,浦东,2011年5月8月,南京,春天，需要忍受北方沙尘暴的影响,上海及长三角PM2.5污染特征,周边秸秆焚烧也

18、会带来严重影响,上海及长三角PM2.5污染特征,秋冬季扩散条件不好时需要遭受连续几天能见度为5公里甚至更差的灰霾。,水平风速很低,垂直扩散受接地逆温影响,不利的扩散条件导致污染物聚集，增大了气态污染物向二次颗粒物的转换机会。,上海及长三角PM2.5污染特征:静稳天气,长三角地区PM2.5污染的特征：静稳天气,长三角地区PM2.5污染的特征：静稳天气,浦东,南京,大气氧化性强，相对湿度高，二次反应强烈,小颗粒体现大责任。社会关注度高，影响范围大。守住健康底线，与时俱进地开展工作。小颗粒带来大挑战。来源广，成因杂，任务重，周期长。不下真功夫，很难见成效。小颗粒考验大智慧。PM2.5不仅仅是环境问题

19、，牵涉经济结构和发展模式。需要理顺机制，突破惯性，夯实支撑。,PM2.5监测和治理已经提上日程,空气污染是全球特大城市面临的共同问题PM2.5逐渐进入环境空气质量标准我国大气PM2.5污染特征如何防治大气PM2.5污染,主要内容,http:/www.epa.gov/airtrends/aqtrends.html#comparison,美国案例：生活在空气质量未达标准的人数（2008）,臭氧8小时检测值,PM2.5（年度或24小时检测值）,铅,SO2（年度或24小时监测值）,一个或多个国家大气质量标准,百万人口,2001-2003 2008-2010,PM2.5 计算值:年日均标准（第五区）,#

20、Sites监测点数量 15 ug/m301-03 6608-10 0,为什么PM2.5问题逐渐改善了？,NOx Emissions(TPY)SO2 Emissions(TPY),Emission totals for 5-state LADCO region,为什么PM2.5问题逐渐改善了？,VOC Emissions(TPY),Emission totals for 5-state LADCO region,根据2008年以来的研究性监测，北京市PM2.5年均浓度约为70微克/立方米，超出了新环境空气质量标准对PM2.5年均浓度35微克/立方米的限值。按照北京市2010-2020年大气污染治

21、理工作方案，到2020年，本市空气中主要污染物将比2010年下降30%，PM10浓度降至80微克/立方米，PM2.5降至50微克/立方米。治理PM2.5八项措施 1.全面开展PM2.5监测。将建立卫星遥感监测体系，形成地面和立体相结合的空气质量监测网。,北京案例：八大措施防治PM2.5,2.2013年提前淘汰40万辆老旧机动车，到2015年再强制淘汰30万辆2001年前购买的国I标准老旧机动车。3.到2020年燃煤比重将控制在10%以下，全市煤炭消费总量控制在1000万吨以内。4.今后将禁止新建、扩建炼油、石化、水泥、钢铁、铸造、建材等高污染、高耗能产业。5.道路保洁将按照奥运期间保洁标准，所

22、有道路实施机械化吸尘作业。,北京案例：八大措施防治PM2.5,6.计划用5年时间，增加平原林地100万亩，到2015年林木绿化率达到57%。7.遇重污染天气，暂停施工工地土石方作业和渣土运输，部分企业停产、减产，部分公车停驶。8.市民需要转变生活方式，在绿色出行和节能环保方面率先垂范，践行绿色生活和消费模式。,北京案例：八大措施防治PM2.5,北京近10年天然气使用量,数据来源：北京市发改委,民用蜂窝煤年销量,数据来源：原北京市煤炭总公司,预计,统筹区域环境资源，优化产业结构加强能源清洁利用，控制区域煤炭消费总量实施多污染物协同控制强化机动车排放控制建立区域联防联控新机制依靠科技支撑，依靠公众

23、参与,气候友好的区域大气复合污染防治战略,1.严格控制高耗能、高污染建设项目，全球传统工业体系已经固化，经济的提升和增长要往价值链高端做，提高资源的效率，较少污染物排放。加大落后产能、低端产能的淘汰力度。2.关注新型的工业形态，积极推动可贸易化的现代服务业：外包、远程服务、知识产权传递的出现，全球服务业的可贸易比重会显著增加。现代服务业（金融、教育、医疗、传媒等）的劳动生产率将显著高于制造业。对外输出不仅是衣食住行类商品，应加大带有强烈知识产权性质的服务类产品。由“世界工厂”变为“世界办公室”。,（一）统筹区域环境资源，优化产业结构,（二）煤炭的清洁、高效和可持续利用,在大气复合型污染突出地区

24、实行煤炭消费总量约束性控制沿海地区的总量已经接近、或将要接近中等发达国家的能耗水平，尤其是发电装机。,实施严格的火电厂大气污染物排放标准,Note:Effective for new plants on Jan 1,2012;Effective for existing plants on Jan 1,2014,（二）煤炭的清洁、高效和可持续利用,采用最佳可行技术，提高净化效率（烟尘为例）,（二）煤炭的清洁、高效和可持续利用,京津沪人均碳排放全球居前,数据来源：世界银行，中国可持续性低碳城市发展,（三）多污染物协同控制,（三）多污染物协同控制,继续深化二氧化硫排放控制全面推动氮氧化物污染控制强

25、化一次颗粒物排放控制，包括 提高原煤洗选率；加大水泥行业颗粒物污染治理力度；提高钢铁行业颗粒物污染治理水平；颗粒物无组织排放的控制：全社会参与 农业面源颗粒物排放控制：农村能源清洁化、禁止露天焚烧、防治生物质燃烧的含碳颗粒物排放,适时启动挥发性有机物污染控制建立健全挥发性有机物控制法规和标准体系：防治工业有机废气污染：防治工业溶剂使用过程挥发性有机物散逸防治加油站的排放防治民用挥发性有机物排放,（三）多污染物协同控制,欧美大气污染控制进程：相关的议定书,绿色出行：公交体系和非机动车出行；城市规划和建设入手，减少交通需求；合理控制机动车保有量的增长；从“车、油、路”三方面控制机动车的排放。,（四

26、）发展可持续的交通模式,强化机动车污染控制,落实第四阶段机动车排放标准 鼓励重点地区提前实施第五阶段排放标准 进一步完善新生产机动车环保型式核准制度 禁止不达标车辆的生产、销售和注册登记,全面推行机动车环保标志管理加快推进“黄标车”淘汰进程2015年基本淘汰2005年以前注册运营的“黄标车”,加快提升车用燃油品质推进车用燃油清洁化进程,加强机动车环保监管能力建设强化在用车环保检验机构监管全面提高机动车排放水平,Euro IV(闭环燃油喷射系统+薄壁、紧耦合、快速起燃TWC+多气门增压+综合控制管理系统+EGR),Euro V(启动稀燃控制+快速暖机控制+EGR),EuroVI(+颗粒物扑捉装置

27、),国IV,国V,2005,2006,2007,2008,2009,2010,2011,2012,2013,2014,2015,2016,2017,2018,国III,GDI分层稀燃发动机均质压燃燃烧发动机小型强化发动机,燃烧过程组织,高稳定性关键材料及规模生产蜂窝载体制备技术贵金属均匀涂覆技术封装技术OBD、ECU及传感器技术,稀燃型三元催化器颗粒物捕捉装置低温燃烧催化器,后处理技术,强化机动车排放控制,汽油车尾气排放控制技术路线图,强化机动车污染防治,柴油车尾气排放控制技术路线图,重型柴油车NOX和PM的协同控制仍是重大挑战,公交车：a)NOX,公交车：b)PM2.5,货车：a)NOX,货

28、车：b)PM2.5,近年来大量的重型柴油车道路车载排放测试结果表明，随着控制标准的逐渐加严，PM呈现明显下降趋势，但是NOX排放没有改善！,全国汽车保有量的43%,（五）建立区域联防联控新机制,全国总人口的13%,国民生产总值的31%,总用电量的38%,建立区域联防联控新机制,统一规划、统一监测、统一监管、统一评估、统一协调；建设统一的区域空气质量监测网络；加强重点污染源监控能力建设。,（六）依靠科技支撑，依靠公众参与,开展多目标多污染物协同控制理论及关键技术研究 以解决大气复合污染的多维环境问题为导向：API、PM2.5、O3及酸沉降 建立以复杂污染源为基础的高分辨率排放清单 以多污染物减排-环境效应非线性响应关系为核心 基于高时空分辨的减排-效应定量分析提出多污染物协同控制目标与技术途径 系统开展PM2.5特征、来源、成因、影响和控制策略与技术研究。,结语：大气污染防治任重道远,1、PM2.5既是局地污染物，也是区域性及全球性污染物；2、控制PM2.5仅靠国家的标准与法规是不够的，还需要区域的合作共同应对；3、控制PM2.5污染既需要控制直接排放的颗粒物，也要控制形成二次颗粒物前体物（SO2、NOx、VOC和NH3）；4、空气质量管理是持续发展和改善的过程，任重道远，是政府、企业和公众的共同责任。,谢 谢！,