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

定义及特征污染危害定义空气动力学直径≤2.5μm直径不到头发丝粗细的1/20特征粒径小、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、病毒、重金属和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

污染危害危害致癌致突变遗传毒性影响呼吸及心血管系统生殖系统毒性生态学角度看，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。产生温室效应元素碳在促进污染物转化的同时也是产生温室效应气体。对能见度的影响PM2.5含有大量的硫酸与硫酸盐、硝酸与硝酸盐、烃类等粒子，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

污染危害

时间特征空间分布特征

迁移特征区域协同特征季节差异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。逐日变化冬季日波动较大，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。昼夜变化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。数据支持：KebinH,YangFumoMY,QiangZ,etal.ThecharacteristicsofPM2.5inBeijing[J].China,2001,35(29):4959-4970.时间特征空间分布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，ρ(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ρ(PM2.5)表现出了显著的随高度增加而递减的规律。数据来源：《北京秋冬季近地层PM2.5质量浓度垂直分布特征》杨龙、贺克斌等时间特征空间分布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：http:///;赵晴学位论文北京市5月某日PM2.5浓度2005.3-2006.2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迁移特征区域协同特征

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：Yuetal.2011DynamicsandoriginofPM2.5duringathree-yearsamplingperiodinBeijing,China

时间特征空间分布特征迁移特征

区域协同特征

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。

基本成分介绍

空间分布

时间分布无机颗粒物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机颗粒物有机物（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

空间分布

时间分布数据来源：赵晴学位论文2005.3-2006.2数据结论无机组分在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

空间分布

时间分布

基本成分介绍空间分布

时间分布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：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：赵晴学位论文2005.3-2006.2数据

基本成分介绍空间分布

时间分布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：赵晴学位论文2005.3-2006.2数据

基本成分介绍空间分布

时间分布

来源分析方法部分文献分析结果

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-的比值机动车源和燃煤源的相对贡献大小气溶胶化学高比值的OC/EC生物质燃烧的影响增大K+生物质燃烧的指示元素S和Se煤燃烧的指示物质Cr、Co、Ni机动车尘的特征元素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识。

来源分析方法部分文献分析结果统计学因子分析（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。

来源分析方法部分文献分析结果

来源分析方法部分文献分析结果第一因子第二因子第三因子第四因子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：《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）：WANGH,ZHUANGY,WANGY,etal.Long-termmonitoringandsourceapportionmentofPM2.5/PM10inBeijing,China[J].JournalofEnvironmentalSciences,2008,20(11):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（backgroundsite）BNU：BeijngNormalUniversity

来源分析方法部分文献分析结果相对于背景值，北京监测点多出CC、IE、VE、SS。该研究得出结论：

煤燃烧是北京PM2.5污染的主要来源。

目前机动车尾气排放是北京PM2.5污染的主要来源。

来源分析方法部分文献分析结果DL：Duolun（backgroundsite）BNU：BeijngNormalUniversity

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业化时代，其大气污染物主要来源于交通源排放、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，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高污染高能耗产业，在地理位置上科学合理地进行产业布局。

北京市PM2.5污染与冶炼、化工等污染物排放量大的行业有密切的关系，可以考虑淘汰或转移部分重污染企业，减少市区周边的重污染企业，为市区提供良好的环境。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，提高环境自净能力制定更加严格的机动车污染物排放标准。今后在北京地区《大气污染物综合排放标准》中添加PM2.5限值。应建立法规条例体系而不是依靠单一的标准，北京市已计划2013年内出台《北京市大气污染防治条例》，以应对北京灰霾天气。

将PM2.5控制要求纳入环境影响评价体系。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，提高环境自净能力可以考虑在北京市内设立若干监测点，结合卫星遥感资料，对北京地区的气溶胶光学厚度进行监测；同时在北京市郊和北京周边地区布设水平能见度和垂直能见度观测并进行灰霾天气公众服务。如果条件允许，可以开展大气边界层探测，定时掌握逆温等边界层特征与灰霾天气的关系。此外，可考虑将灰霾天气预测预警系统与污染物监控系统相连接，掌握主要污染源与灰霾天气的动态关系，以提高灰霾治理的针对性，从而提高防治灰霾的响应速度。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

PM2.5属于多种污染物、多种污染类型叠加，多种过程耦合，多尺度相互作用的结果，需要采用区域联防联控机制，从多种污染物综合控制、区域尺度协同控制两个方面考虑。目前，由环保部牵头，北京、天津、河北等六省市的联防联控机制已经开始实施。在区域级大气联防联控机制之外，还应建立市区级污染联防联控机制。北京可以借鉴奥运会的经验，逐步建立市区级区域协调机制和管理模式，在区县展开示范试点，以研究有效组织跨行政单元大气污染控制的区域协调和决策。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，提高环境自净能力要想从根本解决PM2.5的危害，还需要针对PM2.5的产生源即PM2.5的各种前体污染物采取具体的控制措施，通过主动削减PM2.5的产生量和排放量来达到防治的目的。北京空气中的PM2.5最大的贡献源是机动车尾气排放，其次是燃煤排放。此外，北京市区处于臭氧生成的VOC控制区，应优先控制以机动车排放为代表的VOC人为源排放。因此对于源头控制，应将重点放在机动车尾气排放控制上。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，提高环境自净能力对于机动车尾气排放控制，应该从提升燃油品质、发展推广新能源汽车以及限制机动车行驶数量三方面考虑。汽油柴油油品质量改善方法提高辛烷值控制蒸发性降低烯烃和芳烃含量添加含氧剂降低含硫量添加发动机清净剂低含硫量提高十六烷值降低芳香烃含量燃料改性添加剂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

对于减少燃煤污染，首先应严格控制北京市煤炭消费总量，大力发展天然气和电力等清洁能源。目前北京市已经着手关停国华、京能、高井电厂的燃煤机组，建成四大燃气热电中心，重点对城六区181座燃煤锅炉房进行天然气改造，城市核心区全部平方居民采暖小煤炉清洁能源改造。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，提高环境自净能力可以通过提高燃煤品质、合理控制燃烧条件、净化处理燃煤废气来提高脱硫脱硝以及除尘效率，从而降低燃煤产生的PM2.5。有研究表明，微粒聚合器技术、机电多复式双区电除尘技术以及融合了传统电除尘、荷电液滴除尘、电凝并除尘和连续清灰等技术的强化型湿式电除尘器等对燃煤废气中PM2.5的捕集有很高的效率，因此可以考虑在实际中加以运用。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，提高环境自净能力尺度层面规划方向应用举例微观小流域以小流域为单元，构建服务城市的微观生态小系统在密云水库、怀柔水库、官厅水库等北京饮用水水源地等城区小流域，重点加大生态清洁小流域建设，发挥小流域生态系统固土、固碳、涵养水源和增加负氧离子等功能。中观区域带以水土保持科技园区建设为单元，构建服务城市的中观生态带在燕山山脉、太行山山脉构建浅山生态带，治理由于开矿、采石、修路等人为活动造成的水土流失，恢复水土保持功能。宏观地理带以气候带为单元，构建服务城市的宏观外围大系统建设京津风沙源治理工程，涉及北京、天津、河北、山西、内蒙古五省（自治区、直辖市）的75个县（旗、市、区）。本着着眼宏观的原则，通过退耕还林、小流域治理等具体措施，恢复北京周围地区的林草植被，提升水土资源的承载能力，缓解北京的风沙危害。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，提高环境自净能力北京市PM2.5污染概述污染特征基本成分介绍空间分布时间分布来源分析组分分析治理思路六个切入点来源分析方法部分文献分析结果时间特征迁移特征区域协同空间分布定义及特征污染危害【组长】李抗【文献查阅及论文写作】李抗、丛逸、黄南、郭淇、吴文景【PPT制作】吴文景、李抗【现场展示】丛逸【论文整理】郭淇、黄南[1]KebinH,YangFumoMY,QiangZ,etal.ThecharacteristicsofPM2.5inBeijing[J].China,2001,35(29):4959-4970.[2]HuangK,ZhuangG,LinY,etal.TypicaltypesandformationmechanismsofhazeinanEasternAsiamegacity,Shanghai[J].AtmosphericChemistryandPhysics,2012,12(1):105-124.[3]WANGH,ZHUANGY,WANGY,etal.Long-termmonitoringandsourceapportionmentofPM2.5/PM10inBeijing,China[J].JournalofEnvironmentalSciences,2008,20(11):1323-1327.[4]YuY,SchleicherN,NorraS,etal.DynamicsandoriginofPM2.5duringathree-yearsamplingperiodinBeijing,China[J].JournalofEnvironmentalMonitoring,2011,13(2):334-346.[5]闫庆倩,赵学彬,杨莉,等.不同地区大气PM2.5致大鼠肺损伤的比较实验研究[J].环境与健康杂志,2012,29(001):7-11.[6]李斌莲,管峰,