大气环境功能区划和.ppt

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：12km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。 12km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5.21015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：80 km -500 km 非均匀层 逃逸层：500 km,一、大气环境的基本概念,大气与环境空气,ISO 4225：1991/DAM 的定义为： 环境空气（ambient air）:指人群，植物，动物和建筑物的室外空气。 大气（atmosphere of the Earth）: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,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（）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（）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（）芘浓度可达0.0285g/m3（标准为0.01g/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11.32.1倍。 国外交通运输能源的比重是我国的73.5倍。 居民生活能源的比重我国的1.81.1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,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 6070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 与实测资料对比 分析误差调整参数,四、大气环境容量核定,大气环境容量测算步骤 确定区域环境容量 整体计算结果偏差，可能是气象资料问题，回到步骤1、步骤2，核对气象资料，调整气象参数； 局部计算结果偏差，可能是污染源资料问题，通过污染浓度贡献分析，甄别问题污染源，回到步骤4、步骤5，校对统计资料，调整污染源参数，重新计算。 重复以上环节，直到模拟值与监测值符合。 根据达标方案，调整现有污染源。 根据区域规划，布置新污染源。 形成多个环境质量达标的模拟方案。,四、大气环境容量核定,、基础数据的收集及分析 大气污染源数据收集 污染源类型的划分中应注意的问题 高于（含）180m 的高架源容量测算时要特别考虑，在污染源排放清单要特别注明其位置和排放量； 排放高度小于30m的污染源划为面源； 将居民生活和零散商业排放源作为第一类面源其平均排放高度为7-10m； 几何高度小于30m 的烟囱，且无法实施控制的污染源划为第二类面源； 几何高度大于或等于于30m 的烟囱，或几何高度小于30m，但可以找到有效控制方法的排放源； 开放源、机动车排放等按面源处理。有条件的城市可考虑增加大气污染物二次转化等因素。,点源调查内容 排气筒底部中心坐标（相对值或经纬度）；排气筒高度（m）和出口内径（m）；排气筒出口烟气温度（）；烟气出口速度（m/s）；主要污染物正常排放量（t/a，t/h或kg/h）。 面源调查内容 将城市在选定的坐标网格化内网格化。一般可取10001000（m2）城市较小时，可取500500（m2），按网格统计面源的下述参数： 各主要污染物排放量的时变化值（最大时变化量或平均时变化量t/（h.km2），以及时变化系数），时排放系数可按各季或各月给出典型日的时变化系数； 面源排放高度：网格内排放高度不等时，可按排放量加权平均取平均排放高度将面源按高度分为2-3类。 。,四、大气环境容量核定,线源调查内容 对机动车排放污染较重的城市，需将高速路、快速路和主干线作为线源，并采用适当的方法进行处理。机动车源的排放高度定为1m。 大气环境质量现状数据收集 国控点例行监测数据收集：收集所在地近1-5年的环境监测资料，分析污染物的来源、大气环境质量达标情况及变化趋势。 现状监测：根据模型验证需要，如对原有国控点数据密度不够，无法满足需要的，需进行大气环境质量现状监测（同时监测风速、风向、云量和温度等气象参数） 清洁对照点：对起不到对照作用的清洁对照点，要与省环境监测中心站协商并报国家环境监测总站批准重新进行调整。计算规划容量时应说明大气污染背景值。,四、大气环境容量核定,气象数据收集和分析 收集可代表该地区气象条件的气象台近3年的气象资料： 包括：每日风向、风速、总云量；年、季降水量、气压、气温、湿度等。主要目的以满足模型计算需要。 气象数据分析：利用收集或观测的气象数据分析该地区的气象特征、大气扩散规律，给出风向玫瑰图、年各风向风速大气稳定度联合频率等，选取合适的大气扩散参数，对容量计算提供必要的参数。 对近3年的气象条件作出“气候诊断”分析，诊断分析出城市地区大气输送通道，不能仅仅考虑三年气象数据的平均值。,四、大气环境容量核定,颗粒物源解析 各城市的容量测算报告中应设置颗粒物源解析章节。具体可参考城市环境空气中煤烟尘贡献值(分担率)的评估方法进行简单估算。在源解析基础上，确定主要固定源排放颗粒物的贡献率和总量控制要求。对于其它颗粒物来源可不提出总量要求，但要明确控制措施，促进城市环境空气颗粒物达标。,四、大气环境容量核定,环境容量测算 测算范围 主要计算城市建成区环境容量。如果有排放量大的污染源不在建城区内，则要适当扩大区域，将其包含进去。 约束条件 约束条件是各功能区日均浓度和年均浓度均达标。6个重点城市的功能区日均浓度达标保证率应满足下表要求：,四、大气环境容量核定,大气环境容量计算的时间段 现状环境容量计算：在2002年排放量基础上的现状，利用控制点的现状浓度值，对模型进行验证，然后计算在原有污染源位置不变情况下的现状环境容量，各类源的允许排放率。在 计算各类源的允许排放率时，不应采取更比率削减法确定削减量，应采取可行的削减方案，重点考虑削减未达标源。 规划环境容量计算：在“十一五”规划期间，准备要对污染源重新调整布局规划后的环境容量。 对高架源的考虑：高架源对本地区影响比较复杂，对排放高度高于（含）180m的高架源，要分别计算。即包含所有污染源时和去除排放高度高于（含）180m 的高架源时。,四、大气环境容量核定,大气环境容量测算报告编制 各城市大气环境容量测算报告的编制参照执行全国环境保护重点城市大气环境容量核定工作方案测算报告编制的要求。结构上包括以下内容： 总论：研究内容、测算方法、技术路线、拟提交的主要成果等。 城市环境现状分析：自然地理条件、社会经济概况、城市建设和发展规划、污染物排放状况、大气环境质量状况、大气环境本底等内容。 大气环境容量测算基础工作：污染源排放清单编制、排放源分类、气象条件分析、容量测算范围、控制点位、控制目标等。 环境容量测算方法：数学模型、各参数取值等。 颗粒物源解析：颗粒物源解析方法、颗粒物主要来源。 容量测算结果：三种主要污染物的现状容量和优化布局后的最大环境容量，以及规划容量。 污染源削减方案：根据大气环境容量测算结果，提出削减污染源排放、优化污染源布局的方案以及区域规划环境容量。 结论：得出建成区大气环境容量现状值和规划值及空气质量达标建议。,四、大气环境容量核定,利用沈阳市2001年的污染源排放清单和95%保证率下的气象数据，应用ADMS-城市大气扩散模型，采用比例模式、最优化分配模式和箱模式对沈阳市大气环境容量进行了测算和规划。 1999年，沈阳市实施大规模的烟源普查，获得了迄今为止最为详实的烟源信息，依此为基础建立数据库、编制排放清单并于其后逐年修正、补充。污染源排放清单主要包括污染源烟囱编号、地理坐标、烟囱高度、烟囱出口直径、烟气出口温度、源强、年运行时间等信息。 排放源分类 依据排放源高度，将各排放源按点源与面源进行计算。同时考虑到不同高度的环境贡献以及管理需求，将排放源分为三类：高架源：烟囱高度50米 中架源：25米烟囱高度50米 面 源：烟囱高度25米,案例,沈阳市大气环境容量测算,控制日的确定 选择某一气象条件做为控制日，并且有这样的结果：如果在这一气象条件下，污染物浓度能控制到既定的标准，那么其它气象条件的绝大部分情况下，污染物都不会超过这个标准。 沈阳市冬季典型天气类型分析 对沈阳市20余年的气象资料和环境监测数据进行分析，冬季天气形势可归纳为8种典型天气类型，分别是长白山小高压弱梯度、长白山小高压弱梯度地形槽、高压内部型、高压前部弱梯度、高压前部中梯度、低压冷锋、高压前部强梯度和鞍型场。其中长白山小高压、高压前部弱梯度和鞍型场等天气类型，往往造成扩散条件不利，空气污染加重。,沈阳市大气环境容量测算,案例,SO2控制日确定 将2001年5个监测点位SO2日均值从小到大排列，计算累计概率，找出累计概率为95%所对应的SO2日均值，小于等于该均值的保证率为95%。经计算得到保证率为95%各监测点位二氧化硫日均值 利用方差公式计算2001年采暖期每日SO2均值与95%保证率下各监测点位SO2日均值方差，选取方差最小所对应的日期，该日期作为95%保证率的控制日 。,沈阳市大气环境容量测算,案例,SO2控制日确定 计算得出2001年采暖期151天的最小方差值为0.00065，对应日期为2001年1月11日，该日可以作为95%保证率的控制日，具体时段为10日12:0011日11:00时。该日沈阳市受高压前部弱梯度控制，日平均气温-26.0,主导风向为ENE,平均风速1.2m/s。高压前部弱梯度在沈阳市采暖期属较重污染天气形势，并且出现频率较高。 该日的气象条件下如果能将SO2浓度控制在二级标准，那么全年的保证率将达到95%。,沈阳市大气环境容量测算,案例,PM10控制日的确定 同样的算法，计算得出可吸入颗粒物2001年采暖期151天的最小