大气污染控制工程课件:Project 1-7 北京PM2.5污染的特征、成因及治理思路-Final.pptx
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1、 污染危害 空气动力学直径2.5m直径不到头发丝粗细的1/20 粒径小、比表面积大,易于富集空气中的有毒有害物质 停留时间长、输送距离远对人体健康和大气环境质量的影响更大 从毒理学角度看,由于PM2.5粒径很小,而又具有更大的比表面积,这为一些细菌细菌、病病毒毒、重金属重金属和致癌物质致癌物质提供了良好的载体。 PM2.5不易被鼻腔和呼吸道阻拦,极易被带入人体,并在人体内滞留,从而加剧对人体健康的损害。 定义及特征 生态学角度看,PM2.5作为大气颗粒物组成成分中的一种,对环境有重要影响。 元素碳在促进污染物转化的同时也是产生温室效应气体。 PM2.5含有大量的硫酸与硫酸盐、硝酸与硝酸盐、烃类
2、等粒子,当其浓度增高时,直接造成阴霾天气,从而使大气浑浊,视野模糊并导致能见度恶化。 定义及特征 空间分布特征 迁移特征 区域协同特征 短期采样的研究和长期研究都表明冬季污染最为严重,夏季污染情况稍好,但是个季节日平均浓度的超标率仍然非常高。 冬季日波动较大,夏季日波动较小。 PM2.5浓度日变化呈早晚高、白天低的双峰型特征。 白天的人为活动密集,污染排放量大,但白天大气的湍流交换和垂直扩散能力较强,利于PM2.5的扩散。数据数据支持支持:Kebin H, Yang Fumo M Y, Qiang Z, et al. The characteristics of PM2.5 in Beijin
3、gJ. China, 2001, 35(29): 4959-4970. 时间特征 迁移特征 区域协同特征 发生逆温时,大气层结稳定,垂直方向上的湍流受到抑制,风速与PM2.5逐时质量浓度在垂直方向的分布呈较好的线性关系,PM2.5在垂直方向上不易扩散,(PM2.5) 随高度改变呈显著的对数相关关系。 在非逆温的情况下,垂直方向上的湍流强度较大,大气扩散条件较好,污染物混合较为均匀、容易扩散,PM2.5逐时质量浓度垂直分布与风速线性相关的概率较小,质量浓度的垂直分布与高度的对数关系不明显。 秋冬两季PM2.5的质量浓度( PM2.5) 表现出了显著的随高度增加而递减的规律。数据来源:数据来源:北
4、京秋冬季近地层PM2.5质量浓度垂直分布特征杨龙、贺克斌等 时间特征 迁移特征 区域协同特征 北京各组分的城郊差异均较为显著。其中Cl、Zn和碳质组分的空间差异最为显著,二次无机组分和地壳元素次之,重金属元素(Zn除外)的空间差异最小。数据来源数据来源:http:/ 北京和重庆各观测点PM2.5化学组分年均浓度分布 时间特征 空间分布特征 区域协同特征 干旱与半干旱陆地的表面土壤腐蚀、稀疏的植被等其它土地破坏的情形都会导致矿物质粒子的扩散。 PM2.5高浓度时段,矿物成分来源有三个,分七条路径传送。数据来源:数据来源:Yu et al.2011 Dynamics and origin of P
5、M2.5 during a three-year sampling period in Beijing, China 时间特征 空间分布特征 迁移特征 数据来源:数据来源:北京PM2.5污染特点及防治途径彭应登北京及周边200公里尺度内PM2.5浓度呈现出的明显区域性 北京在发生持续数天的重污染时,周边几个大城市如天津、石家庄、太原等空气质量同样很差,而且污染过程有基本的积累和消散周期。北京市出现局地性重污染较少,重污染的形成都与北京周边地区大气污染物向北京输送有关,地形条件决定了北京市污染物不易扩散的特点。 空间分布 时间分布 矿物组分 海盐 重金属 硫酸盐 硝酸盐 铵盐等水溶性无机盐类 有
6、机物(OC) 元素碳(EC) 颗粒物是由无机组分和有机组分共同组成的复杂混合物,这些组分在环境大气中普遍以外混和内混的形式同时存在。 SNA:由气态的SO2、NOx、VOCs等前体物通过大气反应而生成的二次无机颗粒物。(包括硫酸盐、硝酸盐和铵盐) 基本成分介绍 时间分布数据来源:数据来源:赵晴学位论文2005.3-2006.2数据 无机组分在PM2.5中的比例高于碳质组分; 表征机动车源和燃煤源对PM2.5的相对贡献的参数NO3-/SO42-值,清华观测点为0.64,密云观测点为0.49,高于文献中作对比的重庆市区; 矿物组分、微量元素、K和Cl在PM2.5中所占比例均较小且十分接近; 生物质
7、燃烧示踪元素K,密云(3.4%)大于清华(2.8%),表明生物质燃烧的贡献在农村较为显著。 基本成分介绍 时间分布 基本成分介绍 空间分布 2005年春夏秋冬和2006年春,清华和密云的可鉴别物质的化学组成无机组分比例清华:2005年夏(63.5%)2006春(59.6%)2005春(56.0%)2005秋(51.8%)2005冬(47.7%)密云:2005年夏(69.9%)2006年春(62.7%)2005年秋(56.7%)2005年冬(54.4%)2005年春(48.8%)数据来源:数据来源:赵晴学位论文2005.3-2006.2数据2005年春夏秋冬和2006年春,清华和密云的可鉴别物质
8、的化学组成 2005年夏,SNA在清华和密云PM2.5中的贡献率分别达49.7%和57.8%;其中,SO42-贡献了约60%的SNA质量浓度,而NO3-的比例仅为SNA的15%-20%。 春季和冬季SNA的贡献率相对较低,秋季居中,但总体变化并不显著(30.0%-41.1%)。同时SNA的组成处于较为稳定的水平,SO42-在SNA中的比例下降至40.4%-46.4%,NO3-的比例则升高至30%-40%,显著高于夏季水平。数据来源:数据来源:赵晴学位论文2005.3-2006.2数据 基本成分介绍 空间分布 2005年春夏秋冬和2006年春,清华和密云的可鉴别物质的化学组成 矿物组分在清华和密
9、云PM2.5中的比例春季最高,其他季节均较低,可能与春季西北沙尘的入侵有关。 微量元素、K、Cl的质量之和在PM2.5中的比例季节变化为6.3%-10.3%,季节变化十分微弱。数据来源:数据来源:赵晴学位论文2005.3-2006.2数据 基本成分介绍 空间分布 部分文献分析结果 进行PM2.5来源分析需要综合利用气溶胶化学、大气污染气象学和统计学三个方面的知识。NO3-/SO42-的比值的比值气溶胶化学气溶胶化学高比值的高比值的OC/ECK+S和和SeCr、Co、Ni大气污染气象学大气污染气象学风向风速辐射强度 进行PM2.5来源分析需要综合利用气溶胶化学、大气污染气象学和统计学三个方面的知
10、识。 部分文献分析结果统计学统计学因子分析(主成分分析)元素相关性分析富集因子分析时空特征分析 进行PM2.5来源分析需要综合利用气溶胶化学、大气污染气象学和统计学三个方面的知识。 部分文献分析结果 来源分析方法 第一因子第一因子第二因子第二因子第三因子第三因子第四因子第四因子35.494%26.385%13.171%10.701%可能是燃煤等工业过程和二次转化的混合源可能来源于土壤风沙尘和城市综合扬尘可能来自于机动车排放可能来自于生物质燃烧尘 同理,还分别对灰霾和沙尘时段PM2.5的组分进行了来源解析。灰霾期间二次污染是PM2.5的重要的来源,沙尘期间地面扬尘是PM2.5的重要来源。 由此可
11、见,北京市冬春季节PM2.5,主要来源有燃煤及工业过程、二次转化、地面扬尘、机动车排放和生物质燃烧。其中灰霾污染以二次转化为特征,沙尘污染以地面扬尘为特征。数据来源:数据来源:北京典型污染过程PM2.5的特性和来源2005-2008数据来源(基于PMF模型,2001-2006):WANG H, ZHUANG Y, WANG Y, et al. Long-term monitoring and source apportionment of PM2.5/PM10 in Beijing, ChinaJ. Journal of Environmental Sciences, 2008, 20(11)
12、: 1323-1327.BB: 生物质燃烧; CC: 煤燃烧; IE: 工业排放; LD: 当地尘埃; Non-LD: 非当地尘埃; SI: 二次离子;SN: 二次硝酸盐; SS: 二次硫酸盐; VE: 机动车尾气. DL:Duolun(background site)BNU:Beijng Normal University 来源分析方法 相对于背景值,北京监测点多出CC、IE、VE、SS。该该研究得出结论:研究得出结论: 煤煤燃烧是北京燃烧是北京PM2.5污污染的主要来源染的主要来源。 目前目前机动车尾气排放是机动车尾气排放是北京北京PM2.5污染的主要污染的主要来源。来源。 来源分析方法
13、DL:Duolun(background site)BNU:Beijng Normal University 一个城市或地区的大气污染特征取决于其在工业化、城市化进程中所处的阶段。 北京市处于以知识密集型产业为主的后工后工业化时代业化时代,其大气污染物主要来源于交通源排交通源排放放、化石燃料燃烧化石燃料燃烧等途径,并呈现煤烟型污染、扬尘污染与机动车尾气污染的复合型污染特征复合型污染特征,治理的难度较大。优化产业和空间结构提高排放标准,完善技术规范建立灰霾预警机制建立区域及市区联防联控机制加强PM2.5主要源头控制改善生态环境,提高环境自净能力 优化产业和空间结构是指用低污染低耗能的产业替代替代
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