城市发展中的大气环境问题

null热烈欢迎郝院士 热烈欢迎郝院士 莅临我院讲学！null城市发展中的大气环境问题 郝吉明 清华大学环境科学与工程研究院 2012.06.04null 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 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 我国大气PM2.5污染特征 如何防治大气PM2.5污染主要内容null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null伦敦烟雾事件： 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null*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null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，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null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。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null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洛杉矶烟雾事件*洛杉矶烟雾事件城市化进程加剧复合型大气污染城市化进程加剧复合型大气污染null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., 2008AC：污染物浓度 GC：污染物浓度标准null 大气灰霾已成为许多地区的重大民生问题null*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 482005.10.26 API 176null 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 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 综治信访维稳工作机制反恐怖工作机制企业员工晋升机制公司员工晋升机制员工晋升机制图 去除。 小于5微米的颗粒物会到达支气管。 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。 nullNational Council on Radiation Protection Model (NCRP, 1997)空气动力学直径, μm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）nullRatio of death rates to that in Portage, WI, as a function of fine particle 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 Society, All rights reserved. Annual average fine particulate concentration (μg/m3)Ratio of annual death rate to that in Portage, WI与颗粒物有关的健康危害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-2000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 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）null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美国大气颗粒物标准的演变*null美国PM2.5标准加严的过程2005年世界卫生组织(WHO) 引入PM2.52005年世界卫生组织(WHO) 引入PM2.5null我国大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。）null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）null*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（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null2012年环境空气质量标准的修订要点PM10 ：二级标准年平均浓度限值由目前的100μg/m3 调整为70μg/m3 ； PM2.5 ：二级标准年和24 小时平均浓度限值分别为35μg/m3 和75μg/m3； O3 ：增加二级标准8 小时平均浓度限值160μg/m3； NO2 ：二级标准年、24 小时和1 小时平均浓度限值分别从80μg/m3、120μg/m3 和240μg/m3降到40μg/m3、80μg/m3和200μg/m3；null2012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。null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 10 24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null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。null环境空气质量标准带来的挑战：PM10PM10 ：二级标准年平均浓度限值由100μg/m3调整为70μg/m32011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 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%WHOnull环境空气质量标准带来的挑战：PM2.5PM2.5 ：年、24 小时平均浓度限值分别为35和75μg/m3PM2.5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个有效日均值中，超过75μg/m3的占17.4%，null环境空气质量标准带来的挑战：O3O3 ：增加二级标准8 小时平均浓度限值160μg/m3美国臭氧标准变化历程臭氧不达标区域数量* Total Photochemical Oxidantsnull环境空气质量标准带来的挑战：O3O3 ：增加二级标准8 小时平均浓度限值160μg/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%。null 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PM2.5是从哪里来的？PMPM2.5是从哪里来的？VOCs NO2 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)nullPM2.5来源与形成nullhttp://www.nasa.gov/topics/earth/features/health-sapping.html 全球PM2.5浓度分布: 2001-2006van Donkelaar et al., Environmental Health Perspectives 2010 null大部分城市的PM2.5 浓度超过WHO-IT1北方城市南方城市null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。 null北京市PM2.5化学组成的年际变化（清华站）长三角地区颗粒物污染的区域性特征长三角地区颗粒物污染的区域性特征null已有文献表明，上海的PM2.5日均浓度较南京和杭州略低，在50－150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污染特征长三角地区灰霾的区域性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null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null周边秸秆焚烧也会带来严重影响上海及长三角PM2.5污染特征null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PM2.5监测和治理已经提上日程 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，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null 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nullhttp://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nullCite: http://www.epa.gov/airquality/greenbk/index.htmlnull2001-2003 2008-2010PM2.5 计算值: 年日均标准（第五区） # Sites 监测点数量 > 15 ug/m3 ‘01-’03 66 ‘08-’10 0为什么PM2.5问题逐渐改善了？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？为什么PM2.5问题逐渐改善了？VOC Emissions (TPY)Emission totals for 5-state LADCO region 北京案例：八大措施防治PM2.5 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年大气污染治理工作 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 》， 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，所有道路实施机械化吸尘作业。北京案例：八大措施防治PM2.5北京案例：八大措施防治PM2.5 6. 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 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民用蜂窝煤年销量数据来源：原北京市煤炭总公司null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，依靠公众参与气候友好的区域大气复合污染防治战略null 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null（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。 null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null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null（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 null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null欧美大气污染控制进程：相关的议定书 null 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） 发展可持续的交通模式强化机动车污染控制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 关于办公室下班关闭电源制度矿山事故隐患举报和奖励制度制度下载人事管理制度doc盘点制度下载 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nullEuro 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)国IV国V20052006200720082009201020112012201320142015201620172018国IIIGDI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null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！（五） 建立区域联防联控新机制全国汽车保有量的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%null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。null（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。 null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。 null