城市环境空气颗粒物源解析技术及进展XX0327
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城市环境空气颗粒物源 解析技术及进展XX0327
2020/11/10
城市环境空气颗粒物源解析技术及进 展XX0327
主要内容
• 我国城市环境空气质量状况和发展趋势 • 我国PM2.5的来源 • 颗粒物源解析技术 • 南开大学近年的研究工作
城市环境空气颗粒物源解析技术及进 展XX0327
空气质量达标城市比例
城市环境空气颗粒物源解析技术及进 展XX0327
大气颗粒物源解析技术
大气颗粒物（TSP和PM10）来源解析研究
技术路线
排放源类识别 建立源成分谱
无机元素 碳组分 离子组分 有机组分 粒度分布
受体采样的时空选择 建立受体成分谱
化学质量平衡受体模型（CMB）
各类排放源分担率
各类排放源贡献值
颗粒物污染防治对策
城市环境空气颗粒物源解析技术及进 展XX0327
大气颗粒物源解析技术的实施 • 对所研究的区域内的主要颗粒物污染源进行调查研究，确定对 受体中颗粒物有贡献的主要排放源类； • 采集所确定的主要颗粒物排放源类的样品并进行前处理，比如 采集燃煤飞灰等； • 根据所研究区域的大小及区域内污染源的分布情况，结合气象 因素，确定受体样品采集的点位及分布，同时，根据一年内颗 粒物污染变化情况，确定受体样品的采样周期和采样时间； • 选择适当的采样滤膜和采样器，采集受体样品； • 分析源和受体样品中的化学组分，建立源和受体的成分谱； • 把源和受体的成分谱纳入CMB模型进行拟合计算，得到各源类 对受体的贡献值和分担率，即源解析结果。 • 根据大气颗粒物源解析结果，制定颗粒物污染控制方案。
城市环境空气质量有改善趋势，但污染形势依然严峻
城市环境空气颗粒物源解析技术及进 展XX0327
按照旧标准(二级100 µg/m3)，可吸入颗粒物年均 浓度达到或优于二级标准的城市所占比例呈升高趋
势
按照环保部的估算，如果参照新环境空气质量标准，我国颗粒物 浓度达标城市将不到20%，颗粒物污染形势十分严峻。
城市
我国PM2.5污染来源构成情况 （%）
机动车 二次硫 二次硝
开放源 煤烟尘
二次碳
尾气尘 酸盐 酸盐
杭州 22.4
9.4
17.4 18.6
9.6
-
宁波 20.4 14.4 15.2 16.9
9.8
8.8
成都 22.4 13.3 18.0 19.8
9.8
4.6
天津 22.2
8.8
21.3 20.2 10.1
对大气颗粒物的来源进行定性或定量研究的 技术称之为源解析技术
城市环境空气颗粒物源解析技术及进 展XX0327
大气颗粒物源解析技术
在多种受体模型中，化学质量平衡（CMB）受体模型原理 简单易懂，可以定量地给出各类排放源的分担率，成为了实 际研究工作中研究最多，应用最广的受体模型。
CMB受体模型的建立基于以下假设，其基础是质量守恒:
二次颗粒物对PM2.5的贡献显著
二次颗粒物也称二次粒子，它不是直接由污染源排放 的，而是大气中的气态污染物通过光化学氧化反应生成的。 主要包括二次硫酸盐、二次硝酸盐和二次碳颗粒。
城市环境空气颗粒物源解析技术及进 展XX0327
二次颗粒物的形成机制
燃煤源
SO2气体
硫酸盐
大
气
机动车排放
NOx气体
氧
化
城市环境空气颗粒物源解析技术及进 展XX0327
中国煤炭及能源消费总量逐年增加
中国历年能源消费量（亿吨）
城市环境空气颗粒物源解析技术及进 展XX0327
我国机动车保有量逐年递增，2012年全国机动车保有量已达 2.4亿辆，其中汽车保有量1.2亿辆。机动车排放对我国环境空气 质量的影响正越来越显著。
（1）可以识别出对环境受体中的大气颗粒物有明显贡献的所有 污染源类，并且各源类所排放的颗粒物的化学组成有明显的差 别； （2）各源类所排放的颗粒物的化学组成相对稳定，化学组分之 间无相互影响； （3）各源类所排放的颗粒物之间没有相互作用，在传输过程中 的变化可以被忽略；
城市环境空气颗粒物源解析技术及进 展XX0327
我国PM2.5污染形势十分严峻
我国主要城市 PM10和PM2.5浓 度值均高于新 标准，且远高 于国外。 细粒子污染占 总体颗粒物污 染比例总体较 高，其中南方 城市细粒子所 占比例较北方 城市高。
城市环境空气颗粒物源解析技术及进 展XX0327
城市环境空气颗粒物源解析技术及进 展XX0327
PM2.5来源复杂，防控难度很大
中国历年机动车保有量 （千万辆）
城市环境空气颗粒物源解析技术及进 展XX0327
我国颗粒物污染类型的演变
煤烟型污染
混合型污染
复合型污染
TSP
PM10
一次排放源类为主
PM2.5
多重源类并重
城市环境空气颗粒物源解析技术及进 展XX0327
发展趋势……复合污染
城市环境空气颗粒物源解析技术及进 展XX0327
8.0
城市环境空气颗粒物源解析技术及进 展XX0327
我国城市扬尘污染依然严重， 是颗粒物污染的主要来源
城市环境空气颗粒物源解析技术及进 展XX0327
机动车尾气排放对PM2.5贡献显著
机动车尾气来自百度文库
碳
氮氧化物 挥发性有机物
道路扬尘
二次有机物
PM2.5
城市环境空气颗粒物源解析技术及进 展XX0327
城市环境空气颗粒物源解析技术及进 展XX0327
大气颗粒物源解析技术
在多种受体模型中，化学质量平衡（CMB）受体模型原理 简单易懂，可以定量地给出各类排放源的分担率，成为了实 际研究工作中研究最多，应用最广的受体模型。
大气颗粒物源解析技术
化学质量平衡模型的基本原理
Ci — 受体大气颗粒物中元素i的浓度测量值，μg /m3； Fij — 第j类源的颗粒物中元素i的含量测量值， Sj — 第j类源贡献的浓度计算值，μg /m3； J — 源类的数目，j=1，2……J； I — 元素的数目，i=1，2……I。
•甲
乙
甲50%，乙50% 不能用甲乙来拟合
过
程
其它排放源类
VOCs
硝酸盐 二次有机碳
臭氧、醛、
酮、酸等
城市环境空气颗粒物源解析技术及进 展XX0327
大气颗粒物源解析技术
大气颗粒物源解析的由来
• 大气颗粒物的来源非常复杂，既有有组织源又有无组织 开放源，常规的源模型（扩散模型）已不能满足实际工作 的需要，源模型不能建立全面的颗粒物污染源与大气环境 质量之间的输入响应关系。 • 颗粒物污染普遍且严重，为了有效地控制颗粒物的污染， 需要清楚颗粒物的来源。
2020/11/10
城市环境空气颗粒物源解析技术及进 展XX0327
主要内容
• 我国城市环境空气质量状况和发展趋势 • 我国PM2.5的来源 • 颗粒物源解析技术 • 南开大学近年的研究工作
城市环境空气颗粒物源解析技术及进 展XX0327
空气质量达标城市比例
城市环境空气颗粒物源解析技术及进 展XX0327
大气颗粒物源解析技术
大气颗粒物（TSP和PM10）来源解析研究
技术路线
排放源类识别 建立源成分谱
无机元素 碳组分 离子组分 有机组分 粒度分布
受体采样的时空选择 建立受体成分谱
化学质量平衡受体模型（CMB）
各类排放源分担率
各类排放源贡献值
颗粒物污染防治对策
城市环境空气颗粒物源解析技术及进 展XX0327
大气颗粒物源解析技术的实施 • 对所研究的区域内的主要颗粒物污染源进行调查研究，确定对 受体中颗粒物有贡献的主要排放源类； • 采集所确定的主要颗粒物排放源类的样品并进行前处理，比如 采集燃煤飞灰等； • 根据所研究区域的大小及区域内污染源的分布情况，结合气象 因素，确定受体样品采集的点位及分布，同时，根据一年内颗 粒物污染变化情况，确定受体样品的采样周期和采样时间； • 选择适当的采样滤膜和采样器，采集受体样品； • 分析源和受体样品中的化学组分，建立源和受体的成分谱； • 把源和受体的成分谱纳入CMB模型进行拟合计算，得到各源类 对受体的贡献值和分担率，即源解析结果。 • 根据大气颗粒物源解析结果，制定颗粒物污染控制方案。
城市环境空气质量有改善趋势，但污染形势依然严峻
城市环境空气颗粒物源解析技术及进 展XX0327
按照旧标准(二级100 µg/m3)，可吸入颗粒物年均 浓度达到或优于二级标准的城市所占比例呈升高趋
势
按照环保部的估算，如果参照新环境空气质量标准，我国颗粒物 浓度达标城市将不到20%，颗粒物污染形势十分严峻。
城市
我国PM2.5污染来源构成情况 （%）
机动车 二次硫 二次硝
开放源 煤烟尘
二次碳
尾气尘 酸盐 酸盐
杭州 22.4
9.4
17.4 18.6
9.6
-
宁波 20.4 14.4 15.2 16.9
9.8
8.8
成都 22.4 13.3 18.0 19.8
9.8
4.6
天津 22.2
8.8
21.3 20.2 10.1
对大气颗粒物的来源进行定性或定量研究的 技术称之为源解析技术
城市环境空气颗粒物源解析技术及进 展XX0327
大气颗粒物源解析技术
在多种受体模型中，化学质量平衡（CMB）受体模型原理 简单易懂，可以定量地给出各类排放源的分担率，成为了实 际研究工作中研究最多，应用最广的受体模型。
CMB受体模型的建立基于以下假设，其基础是质量守恒:
二次颗粒物对PM2.5的贡献显著
二次颗粒物也称二次粒子，它不是直接由污染源排放 的，而是大气中的气态污染物通过光化学氧化反应生成的。 主要包括二次硫酸盐、二次硝酸盐和二次碳颗粒。
城市环境空气颗粒物源解析技术及进 展XX0327
二次颗粒物的形成机制
燃煤源
SO2气体
硫酸盐
大
气
机动车排放
NOx气体
氧
化
城市环境空气颗粒物源解析技术及进 展XX0327
中国煤炭及能源消费总量逐年增加
中国历年能源消费量（亿吨）
城市环境空气颗粒物源解析技术及进 展XX0327
我国机动车保有量逐年递增，2012年全国机动车保有量已达 2.4亿辆，其中汽车保有量1.2亿辆。机动车排放对我国环境空气 质量的影响正越来越显著。
（1）可以识别出对环境受体中的大气颗粒物有明显贡献的所有 污染源类，并且各源类所排放的颗粒物的化学组成有明显的差 别； （2）各源类所排放的颗粒物的化学组成相对稳定，化学组分之 间无相互影响； （3）各源类所排放的颗粒物之间没有相互作用，在传输过程中 的变化可以被忽略；
城市环境空气颗粒物源解析技术及进 展XX0327
我国PM2.5污染形势十分严峻
我国主要城市 PM10和PM2.5浓 度值均高于新 标准，且远高 于国外。 细粒子污染占 总体颗粒物污 染比例总体较 高，其中南方 城市细粒子所 占比例较北方 城市高。
城市环境空气颗粒物源解析技术及进 展XX0327
城市环境空气颗粒物源解析技术及进 展XX0327
PM2.5来源复杂，防控难度很大
中国历年机动车保有量 （千万辆）
城市环境空气颗粒物源解析技术及进 展XX0327
我国颗粒物污染类型的演变
煤烟型污染
混合型污染
复合型污染
TSP
PM10
一次排放源类为主
PM2.5
多重源类并重
城市环境空气颗粒物源解析技术及进 展XX0327
发展趋势……复合污染
城市环境空气颗粒物源解析技术及进 展XX0327
8.0
城市环境空气颗粒物源解析技术及进 展XX0327
我国城市扬尘污染依然严重， 是颗粒物污染的主要来源
城市环境空气颗粒物源解析技术及进 展XX0327
机动车尾气排放对PM2.5贡献显著
机动车尾气来自百度文库
碳
氮氧化物 挥发性有机物
道路扬尘
二次有机物
PM2.5
城市环境空气颗粒物源解析技术及进 展XX0327
城市环境空气颗粒物源解析技术及进 展XX0327
大气颗粒物源解析技术
在多种受体模型中，化学质量平衡（CMB）受体模型原理 简单易懂，可以定量地给出各类排放源的分担率，成为了实 际研究工作中研究最多，应用最广的受体模型。
大气颗粒物源解析技术
化学质量平衡模型的基本原理
Ci — 受体大气颗粒物中元素i的浓度测量值，μg /m3； Fij — 第j类源的颗粒物中元素i的含量测量值， Sj — 第j类源贡献的浓度计算值，μg /m3； J — 源类的数目，j=1，2……J； I — 元素的数目，i=1，2……I。
•甲
乙
甲50%，乙50% 不能用甲乙来拟合
过
程
其它排放源类
VOCs
硝酸盐 二次有机碳
臭氧、醛、
酮、酸等
城市环境空气颗粒物源解析技术及进 展XX0327
大气颗粒物源解析技术
大气颗粒物源解析的由来
• 大气颗粒物的来源非常复杂，既有有组织源又有无组织 开放源，常规的源模型（扩散模型）已不能满足实际工作 的需要，源模型不能建立全面的颗粒物污染源与大气环境 质量之间的输入响应关系。 • 颗粒物污染普遍且严重，为了有效地控制颗粒物的污染， 需要清楚颗粒物的来源。