版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领
文档简介
1、邵敏邵敏北京大学环境科学与工程学院北京大学环境科学与工程学院挥发性有机物及在臭氧生成中的作用全国大气污染与气候变化暑期学校全国大气污染与气候变化暑期学校20122012,8 8,北京北京中国城市空气质量快速变化中国城市空气质量快速变化PKU Campus, 2009 Shanghai, 2010Guangzhou city, 2010PM2.5 风暴的启示风暴的启示l空气质量标准的空气质量标准的 Y/Nl大气环境监测的大气环境监测的 T/Fl防治措施的忐忑防治措施的忐忑基于效应的基于效应的控制思路控制思路二次污染二次污染的特性的特性二次污染的二次污染的形成机制形成机制关于推进大气污染联防联控工
2、作改善区关于推进大气污染联防联控工作改善区域空气质量的指导意见域空气质量的指导意见:SOSO2 2、NOxNOx、PMPM1010 和和VOCsVOCs被列为重点污染物被列为重点污染物20102010年年 国务院国务院总量浓度风险管理管理问题问题大气污染防治存在基本问题大气污染防治存在基本问题1 11. 从洛杉矶说起2. 我国O3污染的趋势3. 挥发性有机物的来源4. 挥发性有机物的活性l 1940s,出现浅蓝色烟雾;,出现浅蓝色烟雾;l 1939-1943年大气能见度急年大气能见度急剧下降;剧下降;l 1943年夏天,空气具有强年夏天,空气具有强烈的刺激性,特别是粘膜烈的刺激性,特别是粘膜系
3、统,市民眼睛发红,咽系统,市民眼睛发红,咽喉疼痛喉疼痛洛杉矶 (LA) 洛杉矶时报(洛杉矶时报(Los Angeles Los Angeles TimesTimes) 报道帷幕般的烟报道帷幕般的烟雾笼罩了市区,导致能见雾笼罩了市区,导致能见度只有三个街区的距离了。度只有三个街区的距离了。在热浪中,这种在热浪中,这种“气体袭气体袭击击”几乎无法忍受,严重几乎无法忍受,严重刺激眼睛和喉咙,无处躲刺激眼睛和喉咙,无处躲避。避。 人们意识到洛杉矶可能发人们意识到洛杉矶可能发生了非常严重的问题!生了非常严重的问题!怀疑是:l 日本毒气攻击日本毒气攻击Japanese gas attacksl 人造橡胶厂
4、排放的丁二烯人造橡胶厂排放的丁二烯Artificial rubber plant- butadienel 南加利福尼亚州气体公司南加利福尼亚州气体公司Southern California Gas Company公众的压力迫使这些工厂暂时关闭,但是烟雾公众的压力迫使这些工厂暂时关闭,但是烟雾污染问题依然严重,证明这些工厂排放的污染污染问题依然严重,证明这些工厂排放的污染物并不是主要原因。物并不是主要原因。LA当局声称几个月解决问题当局声称几个月解决问题:l 1943年年10月,月,Smoke and Fumes Commission 开始研开始研究这一问题;采取了与控究这一问题;采取了与控制烟
5、尘污染类似的措施制烟尘污染类似的措施;l Los Angeles Times邀请成邀请成功解决了功解决了Pittsburgh污染的污染的专家专家Raymond Tucker提出提出洛杉矶问题解决方案,提洛杉矶问题解决方案,提出了出了23条建议(条建议(庭院垃圾焚烧和庭院垃圾焚烧和城市卡车冒烟)城市卡车冒烟)l 由于事实上燃料里并没有由于事实上燃料里并没有硫,没有硫,没有认为是机动车认为是机动车的的问题问题l 现实是,二战结束后现实是,二战结束后化学化学烟雾污染依旧严重烟雾污染依旧严重;一系列的控制行动Warning of Backyard Incinerator Warning of Back
6、yard Incinerator Ban (1960)Ban (1960)l Haagen-Smit:一个:一个关心农作物减产的关心农作物减产的生物化学家生物化学家l 空气中弥漫着有机空气中弥漫着有机化学实验室漂白水化学实验室漂白水的气味的气味l 灵感:原因是阳光灵感:原因是阳光和汽车尾气的作用!和汽车尾气的作用! “Action of sunlight and automotive vapors”创新的思想 (1949年)The Archives, California Institute of TechnologyLos Angles Photochemical SmogLos Angle
7、s Photochemical SmogSMOG =SMOSMOG =SMOKEKE + + FOFOG G时间时间8:0010:0012:00NONO2O3浓度浓度O3:前体物源排放与影响区域ozone: emission of its precursors and impact area 主导风向主导风向 郊 区 上 风 向郊 区 上 风 向upwind suburb郊区下风向郊区下风向downwind suburbO3NONO2NOxVOCs=O3NOxVOCs=O3城区城区urban area美国洛杉矶的臭氧浓度变化美国洛杉矶的臭氧浓度变化1940,2.8M vehicles26M v
8、ehicles23M vehicles17M vehicles世界卫生组织世界卫生组织(WHO) ,2005建议大幅度加严近地面建议大幅度加严近地面O3 3的控制,的控制,8小小时平均浓度的推荐控制值为时平均浓度的推荐控制值为 50 ppb美国科学院,美国科学院,20042004全美全美25位顶级学者对位顶级学者对30余年大气余年大气O3控制的科学回顾控制的科学回顾现实现实:大气:大气O3仍是难以达标的污染物仍是难以达标的污染物教训教训:1. O3的生成机制错综复杂;的生成机制错综复杂; 2. VOCs源清单存在错误源清单存在错误科学与需求之间的尖锐矛盾!科学与需求之间的尖锐矛盾!2 21.
9、从洛杉矶说起2. 我国O3污染的趋势3. 挥发性有机物的来源4. 挥发性有机物的活性自上世纪末,我国大气污染特征发生重大转折:自上世纪末,我国大气污染特征发生重大转折: SO2、PM10、NO2等一次污染下降等一次污染下降O3污染和灰霾问题凸显,二次污染日趋严重污染和灰霾问题凸显,二次污染日趋严重P M10SO2NO2数据:中国环境监测总站数据:中国环境监测总站 “环境质量报告书环境质量报告书”根据文献整理根据文献整理年 均 灰 霾 天 数年 均 灰 霾 天 数O3Van Donkelaar et al. (2010)Lelieveld &Dentener (2000) 卫星反演卫星反
10、演PMPM2.52.5浓度分布浓度分布城市群O3 浓度与国外的比较ppb欧洲南加州珠三角北京长三角过去过去15年间,年间,香港的大气氧香港的大气氧化剂水平快速化剂水平快速上升上升O3: 1ppb/yr 珠江三角洲大气臭氧浓度的变化趋势珠江三角洲大气臭氧浓度的变化趋势Faster observed ozone trends in Asia Vingarzan, 2004Beijing-TianjinYRDPRD 中国的城市化:三区九群中国的城市化:三区九群NortheastCentral plainXianChangshaWuhanXinjiangChengyuShandong Peninsul
11、a我国东部沿海的我国东部沿海的O3 污染带污染带(Zhao et al, EST, 2009)l沿海大气复合污染带?沿海大气复合污染带?l大气复合污染箱中部和西部蔓延?大气复合污染箱中部和西部蔓延?3 31. 从洛杉矶说起2. 我国O3污染的趋势3. 挥发性有机物的来源4. 挥发性有机物的活性大气挥发性有机物大气挥发性有机物(VOCs) Volatile Organic Compounds Very Often Confused problems Very-well Organized CompetitionsOzone (O3)SOA挥 发 性 有 机 物挥 发 性 有 机 物 ( V O
12、C s ) 的) 的 作 用作 用 活活性性组组分分汽 车 尾 气汽 车 尾 气涂料涂料油 品 挥 发油 品 挥 发燃煤燃煤清洗清洗生物质燃烧生物质燃烧天然源天然源烷烃烷烃烯烃烯烃芳香烃芳香烃羰基化合物羰基化合物NOxNOxNOxOHHO2NOxO3OH涂料涂料燃煤燃煤清洗清洗生物质燃烧生物质燃烧为什么研究为什么研究VOCsl 近地面臭氧生成的关键前体物近地面臭氧生成的关键前体物; ;l 二次有机颗粒物的重要前体物,影响细粒二次有机颗粒物的重要前体物,影响细粒子的质量浓度和组成;子的质量浓度和组成;l 一些组分是空气中的毒害物质;一些组分是空气中的毒害物质;l 研究十分欠缺,是目前的薄弱环节研
13、究十分欠缺,是目前的薄弱环节大气大气VOCs的特点的特点l组分复杂组分复杂l来源复杂来源复杂l化学反应复杂化学反应复杂VOCs研究是国际大气化学的难题研究是国际大气化学的难题 来源量化误差大:来源量化误差大:源的排放量存在数量级的差别,源的源的排放量存在数量级的差别,源的化学组成偏差更大化学组成偏差更大 组分测量不完全:组分测量不完全:测量技术还不能确定全部测量技术还不能确定全部VOCs的重的重要组分和含量,活性组分的探究刚刚起步要组分和含量,活性组分的探究刚刚起步 反应机理不清楚:反应机理不清楚: VOCs的化学的化学反应机制在不同反应机制在不同大气大气条条件下存在很大争议,限制了件下存在很
14、大争议,限制了VOCs活性组分作用的认识活性组分作用的认识(唐孝炎,张远航,(唐孝炎,张远航,邵敏邵敏,2006,大气环境化学,高等教育出版社),大气环境化学,高等教育出版社)挥发性有机物挥发性有机物(VOCs)VOCs)是一个难点是一个难点VOCs 的离线分析典型的离线分析系统典型的离线分析系统典 型 的 在 线 分 析 系 统典 型 的 在 线 分 析 系 统PTR-MS区域观测:全国城市及典型地区区域观测:全国城市及典型地区VOCs空间分布空间分布VOCs浓度浓度秋季秋季北京市夏季,北京市夏季,2009代表性代表性 NMHC物种的日变化(北京)物种的日变化(北京)典型典型OVOC物种日变
15、化(北京,夏季)物种日变化(北京,夏季)国际城市间VOCs组成特征的比较分析(IGAC Newsletter, 2008)VOCs 的化学活性与其浓度水平是同样重要的信息的化学活性与其浓度水平是同样重要的信息(Goldan et al., JGR, 2004) OVOCsAlkenes/alkanesVOCs关键活性组分的识别(北京市)关键活性组分的识别(北京市)S SOO2 21 1%甲甲烷烷1 1%NNMMHHC Cs s3 30 0%OOV VOOC Cs s2 20 0%C COO3 32 2%NNOO2 21 14 4%NNOO2 2%05101520烷烃烯烃芳香烃天然源烯烃Cont
16、ribution to OH loss rate in %05101520甲醛C2以上醛酮醇Contribution to OH loss rate in %美国案例美国案例3 3倍倍大气测量的大气测量的浓 度 下 降浓 度 下 降D.Parrish*, W.Kuster, M.Shao,Y.Yokouchi, Y. Kondo, P.D.Goldan, J.A.de Gouw, M. Koike, T. Shirai, IGACtivity, 2008; Atmos. Environ., 2009l 自下而上的源清单与自上而下自下而上的源清单与自上而下的观测结果间有数量级的差别,的观测结果间
17、有数量级的差别, 源清单必须进行充分验证源清单必须进行充分验证l 核心的问题是源成分谱不准确,核心的问题是源成分谱不准确,可靠的验证无法进行可靠的验证无法进行美国环保署美国环保署源清单源清单全球源清单全球源清单美国部分美国部分VOCs的排放源清单存在很大的问题的排放源清单存在很大的问题大气大气VOCs监测监测VOCs 来源解析来源解析VOCs 源清单源清单排放源的活性识别排放源的活性识别源成分谱源成分谱源成分谱是国家源成分谱是国家VOCs防治需要的基本信息防治需要的基本信息验 证验 证建立中国典型排放建立中国典型排放源的源的VOCs成分谱库成分谱库排放源排放源测量方法测量方法机动车尾气机动车尾
18、气( (汽油车,柴油车,摩托车等)汽油车,柴油车,摩托车等)汽车工况实验;路边实验,隧道实验汽车工况实验;路边实验,隧道实验油品挥发油品挥发(汽油,柴油,(汽油,柴油,LPG等等) )顶空实验顶空实验; ; 汽车蒸发实验汽车蒸发实验溶剂涂料溶剂涂料(根据使用量的主要品牌)(根据使用量的主要品牌)顶空实验顶空实验; ; 溶剂使用采样溶剂使用采样工业燃煤工业燃煤(典型企业的锅炉烟气)(典型企业的锅炉烟气)烟道采样分析烟道采样分析民用燃煤民用燃煤(烟煤,无烟煤(烟煤,无烟煤/ /散煤,型煤)散煤,型煤)家庭采样,实验室模拟家庭采样,实验室模拟生物质燃烧生物质燃烧(水稻、小麦秸秆,木柴等)(水稻、小麦
19、秸秆,木柴等)野外采样;实验室模拟野外采样;实验室模拟石油化工石油化工厂区环境空气采样分析厂区环境空气采样分析餐饮源(根据烹饪方式)餐饮源(根据烹饪方式)厨房排烟通道采样厨房排烟通道采样构建主要构建主要VOCs排放源测试方法排放源测试方法机动车尾气机动车尾气生物质燃烧生物质燃烧流动源测试系统流动源测试系统固定源稀释通道固定源稀释通道模拟实验室模拟实验室工业排放工业排放建立中国典型排放源的建立中国典型排放源的VOCs成分谱库成分谱库汽油车尾气汽油车尾气汽油挥发汽油挥发建筑涂料建筑涂料小麦秸秆燃烧小麦秸秆燃烧烷烃,烷烃,38种种烯烃烯烃/ /炔烃,炔烃,37种种芳香烃,芳香烃,17种种生物质燃烧的
20、示踪物生物质燃烧的示踪物(Atmospheric Environment, 2007)传统的示踪物:传统的示踪物: K,CH3Cl气态有机示踪物:气态有机示踪物: CH3CN颗粒有机示踪物:颗粒有机示踪物:Levoglucosan基本结论:基本结论:lK,CH3Cl示踪存在非生物示踪存在非生物质燃烧的干扰质燃烧的干扰lCH3CN和和Levoglucosan结合,结合,可诊断生物质燃烧影响是否发可诊断生物质燃烧影响是否发生,并估算影响程度生,并估算影响程度Tracers for biomass burning估算生物质燃烧对估算生物质燃烧对PMPM2.52.5的贡献为的贡献为3%-19%3%-1
21、9%,高,高值时相当于机动车排放的贡献;值时相当于机动车排放的贡献;传统的传统的K K+ +示踪可能会示踪可能会50%50%左右的误判左右的误判B. Yuan, Y. Liu, M. Shao*, S.H. Lu, D. G. Streets , 2010, Environ. Sci.Technol., 44: 4577-4582区域点测量区域点测量质子转移反应质谱仪质子转移反应质谱仪(PTRMS)发现大气乙腈浓度与地面火点的相关性发现大气乙腈浓度与地面火点的相关性量化生物质燃烧贡献:珠江三角洲的案例量化生物质燃烧贡献:珠江三角洲的案例 (a) Guangzhou (Atmos.Environ
22、., 2008) (b) Beijing (JESH. 2005)VOCs 的来源解析的来源解析汽油车汽油车柴油车柴油车汽油挥发汽油挥发液化石油气液化石油气溶剂涂料溶剂涂料化工化工石油精炼石油精炼干洗干洗未知未知a). Isoprene:天然源:天然源b). Butene:机动车:机动车c).Toluene:溶剂:溶剂d). Propane:LPG但是,但是,VOCs来源解析的受体模型存在科学缺陷:来源解析的受体模型存在科学缺陷:其基本假设是质量守恒,要求研究对象从源到受其基本假设是质量守恒,要求研究对象从源到受体的过程中没有化学变化,这与追踪体的过程中没有化学变化,这与追踪VOCs活性组活性
23、组分的科学目标本质上相矛盾。分的科学目标本质上相矛盾。4 41. 从洛杉矶说起2. 我国O3污染的趋势3. 挥发性有机物的来源4. 挥发性有机物的活性化学损耗化学损耗大气浓度大气浓度初始浓度初始浓度因此,定量研究因此,定量研究VOCs排放源对臭氧生成潜排放源对臭氧生成潜力贡献时,需要力贡献时,需要 考虑考虑VOCs在大气过程中在大气过程中的损耗的损耗活泼组分的来源?(Atmos.Chem Physics, 2008)构建构建VOCs化学损耗的算法化学损耗的算法MVKMACROHIsoprene32. 023. 032. 0/ 23. 0/ 5 . 0MVKMACRisopreneisopren
24、eVOCkkisopreneVOCiisopreneVOCii大气中的大气中的Isoprene 和氧化产物同步测量和氧化产物同步测量思路:从实际大气中发生的化学反应过程出发,依据思路:从实际大气中发生的化学反应过程出发,依据化学计量关系进行计算化学计量关系进行计算步骤:步骤:定量研究定量研究VOCs排放源对臭氧生成潜力贡献排放源对臭氧生成潜力贡献Y. Song, M. Shao*, Y. Liu, S.H. Lu, W. Kuster, P. Goldan, S.D. Xie,2007 Environ. Sci. &Techno., 41:4348-4353Wang B., Shao
25、M., Lu S.H., Yuan B., Zhao Y., Wang M., Zhang S.Q., Wu D., 2010, Atmos. Chem. Phys., 10: 5911-5923如果忽略化学损耗的如果忽略化学损耗的贡献,贡献,VOCs排放源对排放源对臭氧生成的作用将被臭氧生成的作用将被低估低估43%43%。成功应用于奥运空气成功应用于奥运空气质量保障方案的制定质量保障方案的制定北京市的案例北京市的案例0255075100125150 x: NOx (ppb)0255075100125150y: NMHCs (ppbv)00252550507575100100125125150
26、150z: O3+NO2 (ppb)z: O3+NO2 (ppb)D:New_O3_oxidants_NOx_correaltion2D_fitting2003&2004_O3plusNO2_vs_12am_NOx_NMRank 1 Eqn 1 z=a+bx+cyr2=0.069018547 DF Adj r2=0.050643913 FitStdErr=26.850627 Fstat=5.671347a=43.405833 b=0.012649532 c=-0.18867676 O3+NO2 vs. observed NOx and NMHCs R2 = 0. 07观测的大气臭氧与前
27、体物(观测的大气臭氧与前体物(NOxNOx,VOCsVOCs)之间没有相关关系)之间没有相关关系城区点:北大城区点:北大郊区点:榆垡郊区点:榆垡M. Shao, S.H. Lu, Y. Liu, X. Xie, C.C. Chang, S. Huang, Z.M. Chen, 2009, JGR-Atmos., 114, D00G06, doi:10.1029/2008JD010863O3max= 1.29VOCs-0.29NOx+38.7(R2=0.64)O3 max= 0.26VOCs+2.24NOx+48.9(R2=0.47)O3形成与形成与VOCs、NOx排放之间的非线性关系排放之间的
28、非线性关系Trends of ground-level ozone and OxOx=O3+NO2Trend of hydrocarbons in BeijingHCs conc. decreased.But the trend of OH reactivity (LOH) was unclear. Emission inventory of vehiclesWu et al., 2011Ox Ox 生成速率的变化趋势生成速率的变化趋势 The relative faster variations of NOx than VOCs led to enlarge P(Ox).Murphy et
29、al., 2006; Geddes et al., 2009; Zhang et al., 2012 Much more to be doneThere are hundreds of VOCs emitted from Vegetationflowers100s of VOCscell wallsMeOH, HCHOphytohormonese.g. ethylene, DMNTcell membranesfatty acid peroxidationwound-induced OVOCsresin ducts / glandsterpenoid VOCscytoplasm/chloroplastC1-C3 metaboliteschloroplastterpenoid VOCsScaling up: From Foliage to Global Ecosystem/Regional ScaleFluxes at local scale
温馨提示
- 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
- 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
- 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
- 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
- 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
- 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
最新文档
- 2024年佛山物业管理与运维服务合同
- 2024年加工设备租赁合同3篇
- 2024年度演艺活动演出合同与报酬支付3篇
- 2024年度软件开发人员聘用协议样本版B版
- 2024年度化妆品冷链运输与储存委托协议3篇
- 旅游景区地砖施工合同
- 城市供水水厂改造监理合同范例
- 科技馆照明安全管理办法
- 2024年二手房交易资金保障服务协议样本一
- 烟草制品采购合同调解书
- 花木市场行业分析
- 湖北省2024届高三上学期12月周考化学试题附参考答案(解析)
- 《自然拼读法》课件
- 大数据分析在城市交通规划中的应用
- 医学简易呼吸器操作及并发症和处理措施课件
- 儿童长高健康计划书
- 机械基础全册教案第四版
- 科室医疗质量管理与持续改进记录(医疗质量与安全管理具体措施)
- 《疯狂动物城》全本台词中英文对照
- 小学科学实验目录1-6年级新教科版
- 锂电池回收产业园项目投资计划书
评论
0/150
提交评论