大气环境约束下的中国煤炭消费总量控制研究

煤炭消费过程中排放的大气污染物已成为我国大气污染的重要来源。本文采用WRF-CAMx 空气质量模型定量分析了煤炭消费- 污染物排放- 空气质量之间的影响关系,基于情景分析方法,研究了2020 年、2030年空气质量改善需求对地区大气污染物排放总量与煤炭消费总量的约束作用。在此基础上,结合重点地区行业发展与能源供需等因素,提出各省煤炭消费总量控制目标与控煤对策建议。研究结果表明,要实现2020 年、2030 年空气质量改善阶段性目标,全国煤炭消费总量应分别控制在40.8 亿吨和37.7 亿吨左右,京津冀鲁豫等11 个重点省份2020 年煤炭消费量应控制在15.8 亿吨、2030 年控制在13.1 亿吨,全国煤炭清洁化利用水平需要在当前基础上大幅度提升。     

中国2013年1月PM2.5重污染过程卫星反演研究

利用第三代空气质量模型CMAQ(community multiscale air quality modelling system)模拟的PM2.5垂直分层数据和中尺度气象模型WRF(weather research and forcasting model)模拟的高分辨率湿度数据,分别对MODIS AOD(aerosol optical depth)资料进行垂直与湿度订正,建立了订正后的AOD数据与PM2.5地面监测数据之间的线性拟合模型,其线性相关系数r=0.77(n=57,P0.01).基于此线性拟合模型,首次反演了2013年1月全国10 km分辨率PM2.5月均浓度的空间分布特征,并分析了人口暴露水平.结果表明,2013年1月我国PM2.5月均浓度大于100μg·m-3、200μg·m-3的面积占国土面积的比例分别高达10.99%、1.34%,暴露人口占全国总人口的比例分别高达45.01%、6.31%.     

《大气污染防治行动计划》实施对经济与环境的潜在影响

基于全产业链视角,采用资源环境投入产出模型,定量化模拟了在现有产业技术条件下国家《大气污染防治行动计划》(下称《计划》项目)实施对社会经济和资源环境的潜在影响. 结果表明,《计划》项目实施:①将拉动我国GDP累计增加20 570×108元,非农就业岗位累计增加260×104个,起到刺激经济发展、促进社会就业等作用;②将直接带动环保装备制造、建筑安装、综合技术服务、锅炉技术改造以及新能源汽车等相关行业的发展,同时通过产业链关联间接带动金属冶炼压延加工业,化学工业(不含塑料和橡胶,下同),非金属矿物制品业,电力、热力的生产和供应业等传统高耗能、高污染产业的发展;③将累计新增SO₂、NO_x、烟粉尘排放量分别为121.3×104、96.0×104和60.7×104 t,年均新增排放量相当于预期减排能力的3.8%、2.2%、2.2%,主要集中于电力、热力的生产和供应业,金属冶炼压延加工业,非金属矿物制品业,化学工业以及石油加工炼焦核燃料加工业等5个行业;④将累计新增煤炭、水资源消耗量分别为1.6×108和108.2×108 t,二者的年均新增消耗量相当于2010年消耗量的1.05%和0.36%,主要集中于电力、热力的生产和供应业及金属冶炼压延加工业. 未来应加快环保产业发展,不断优化产业结构,进一步提高火电、钢铁等国民经济基础性行业污染治理效率和资源使用效率,从产品供给角度减少大气治理活动对环境的影响.      

京津冀燃煤工业和生活锅炉的技术分布与大气污染物排放特征

燃煤工业和生活锅炉(下称燃煤锅炉)是京津冀地区大气污染控制的重点,分析其污染物排放特征对燃煤锅炉的污染控制具有重要意义. 对京津冀地区燃煤锅炉的容量、锅炉种类、除尘方式、实际除尘效率等技术分布信息进行了统计,在此基础上建立了基于技术分布信息的2012年京津冀地区燃煤锅炉大气污染物排放清单,并分析了技术特征对燃煤锅炉大气污染物排放的影响. 结果表明:京津冀地区燃煤锅炉以10 t/h及以下的小容量锅炉为主,主要炉型为层燃炉,除尘方式以湿式除尘及多管旋风除尘为主;2012年京津冀地区燃煤锅炉的SO₂、NO_x、颗粒物、PM₁₀和PM_2.5排放量分别为90.81×104、30.88×104 、31.46×104、14.64×104和8.07×104 t,排放主要集中于10 t/h及以下和35 t/h以上的锅炉;天津、石家庄、保定、唐山是锅炉污染物排放量最大的城市;供热、食品、化工、造纸是燃煤锅炉排放最集中的行业. 京津冀地区不同城市锅炉的容量及行业分布差异明显,各城市对燃煤锅炉应因地制宜采取天然气替代、集中供热等措施,以控制燃煤锅炉的污染物排放.      

膜-紫外/氯组合工艺中微量有机污染物的去除及卤代消毒副产物的生成

本研究探究了膜-UV/氯组合工艺对污水二级出水中23种微量有机污染物(TrOCs)的降解动力学和降解机制,并考察了该组合工艺中卤代消毒副产物(X-DBPs)的生成及其生成潜能(X-DBPsFP),同时对处理后水样的细胞毒性和基因毒性进行了评估.结果 表明,膜预处理能有效促进UV/氯体系中TrOCs的降解,且纳滤(NF)比超滤(UF)的促进效果更明显.相比于UF,NF截留更多的溶解性有机质(DOM)从而更大程度地减弱了光屏蔽效应、对氯的消耗及对自由基的猝灭.研究发现TrOCs的降解机制可归为以下四类:HO·主导、活性卤素物种(RHS)主导、氯和RHS共同主导及氯主导.膜预处理能很好地削减X-DBPs的生成,其中UF和NF分别对卤代乙酰胺(HAMs)和三卤甲烷(THMs)的生成削减最明显,而NF对X-DBPs和X-DBPsFP的削减以及对水样毒性的削弱作用都远强于UF.此外,NF-UV/氯能显著去除X-DBPs的前驱体,从而有效控制后氯化过程水样细胞毒性和基因毒性的增强.研究结果推动了污水深度处理技术的发展并为相关研究提供了理论指导.     

城市空气质量达标路线图制定技术方法研究 ——以武汉市为例

城市空气质量达标是《大气污染防治法》的明确要求,也是保障广大人民群众身体健康的重要环境条件。提出了科学制定城市空气质量达标路线图的技术方法,涵盖大气污染关键问题识别与污染成因分析、空气质量改善目标制定、污染防治措施方案以及减排潜力分析等重要技术。以武汉市为例,在科学分析大气污染关键问题和污染成因的基础上制定空气质量达标路线图,提出武汉市空气质量达标应分3步走,并制定了详细的大气污染治理任务措施,为武汉市空气质量达标规划编制提供了重要的技术支撑。     

中国PM2.5跨区域传输特征数值模拟研究

基于CAMx空气质量模型的颗粒物来源追踪技术(PSAT)定量模拟了全国PM2.5及其化学组分的跨区域输送规律,建立了全国31个省市(源)向333个地级城市(受体)的PM2.5及其化学组分传输矩阵.基于此传输矩阵,从区域、省、城市3个空间尺度解析了PM2.5及其主要组分,包括一次PM2.5、硫酸盐、硝酸盐和铵盐的空间来源.结果表明,跨区域传输对重点区域、省及京津冀典型城市的PM2.5污染均有显著贡献,其中京津冀、长江三角洲、珠江三角洲区域及成渝城市群PM2.5年均浓度受区域外省市的贡献分别达到22%、37%、28%、14%;海南、上海、江苏、浙江、吉林、江西等省PM2.5年均浓度受省外源贡献超过45%;北京、天津、石家庄PM2.5年均浓度受省外源影响分别达到37%、42%、33%.     

基于全国城市PM2.5达标约束的大气环境容量模拟

基于第3代空气质量模型WRF-CAMx 和全国大气污染物排放清单,开发了以环境质量为约束的大气环境容量迭代算法,并以我国333个地级城市PM2.5年均浓度达到环境空气质量标准(GB3095-2012)为目标,模拟计算了全国31个省市区SO2、NOx、一次PM2.5及NH3的最大允许排放量.分析结果表明,以城市PM2.5年均浓度达标为约束,全国SO2、NOx、一次PM2.5和NH3的环境容量分别为1363.26×104,1258.48×104,619.04×104,627.71×104t.2010年全国实际SO2、NOx、一次PM2.5和NH3排放量分别超过环境容量的66%、81%、96%、52%.空气污染较严重的河南、河北、天津、安徽、山东及北京6省市4项污染物排放量均超过环境容量1倍以上,环境容量严重超载区域与PM2.5高污染地区具有显著的空间一致性.     

中国高分辨率近地面NO2浓度反演

通过分析2010年全国333个县级以上城市卫星遥感的NO2对流层年均柱浓度与地面实际观测浓度之间的相关性,发现两者具有一定的线性相关性(r=0.54,n=333),并建立了NO2"遥感柱浓度"与"地面观测浓度"之间的关联方程,通过该方程反演了中国0.125°分辨率近地面NO2污染分布特征。结果表明,全国近地面NO2浓度超过《环境空气质量标准》(GB 3095—2012)要求的年均浓度二级标准(0.04 mg/m3)的区域约为5.95万平方千米,超标地区主要集中在华北平原、长三角地区、四川盆地和珠三角地区,这些地区NO2污染水平远高于333个城市的年平均值(0.028 mg/m3)。NO2污染极不平衡,以大中型城市为中心的区域污染特征显著。NO2人口加权浓度分析结果表明,NO2人口加权浓度高值区主要集中在能源消费量大、机动车保有量大及人口密集的地区,全国约5.7%的人口暴露在NO2超标区域。     

中国石化化工行业二氧化碳排放达峰路径研究

石化化工行业是高耗能高排放行业之一,约占工业部门碳排放比例的10%,研究石化化工行业碳排放达峰路径不仅能推动工业部门尽早实现达峰,同时也为石化化工行业加快绿色低碳转型指明方向. 基于中国统计年鉴、行业协会、企业碳核查等多来源数据,在分析历史排放趋势的基础上,识别能源集中度高的重点行业和产品,采用情景分析法针对石油和天然气开采业、石油煤炭及其他燃料加工业、化学原料及化学制品制造业三大子行业中的炼油、乙烯、丙烯、对二甲苯和合成氨等重点产品,预测其基准情景和控排情景下的重点产品产量和碳排放强度,以及石化化工行业2021—2035年二氧化碳排放趋势. 石化化工行业在基准情景下排放量无法实现2030年前达峰,控排情景下将于2030年达峰,峰值为17.3×108 t. 通过能源结构调整、节能和低碳技术改造、低碳循环及高效利用等途径可以实现行业减排,与BAU(仅考虑石化产品产量变化,不考虑产品结构、单位产品能耗变化)情景相比,减排贡献最大的路径是化石能源利用清洁化改造,2030年相对BAU减排1.19×108 t,贡献率约44%;其次是加大节能和低碳技术改造力度和资源循环及高效利用,减排量分别为0.8×108和0.6×108 t,减排贡献率分别达到29%和22%.