城市大气中臭氧浓度控制的困难与挑战——以成都市为例

研究城市化、工业化和区域经济一体化进程的不断加快,对城市大气环境的影响是当前大气环境领域研究的热点问题。在此过程中,利用空气质量模型模拟系统研究大气环境污染问题成为大气环境研究中不可缺少的组成部分。在当前空气污染复杂的形势下,针对城市大气环境中臭氧的浓度尚未有效的控制措施。研究主要利用Models-3/CMAQ空气质量模式对成都市臭氧浓度数值通过不同的控制情景进行模拟,揭示城市大气中臭氧浓度控制的困难与挑战,并尝试性提出今后的研究方向,以期为控制城市大气中臭氧浓度提供建议。     

现实工况下挖掘机尾气排放特征分析

为量化挖掘机在实际施工作业中尾气排放特征,研究选取成都市不同建设工地在用的8台挖掘机,利用便携式尾气测量系统对其进行现实工况下的尾气排放测量,测试按挖掘机的不同作业特点分怠速、行走和作业进行.测量的尾气排放污染物包括CO、HC、NO和PM_2.5.结果表明,挖掘机的尾气排放随工况的不同而不同,怠速时NO排放平稳,行走和作业时排放速率波动较大.满足不同尾气排放标准的挖掘机,其尾气排放也有所不同,例如,国Ⅱ阶段的挖掘机与国Ⅰ阶段的挖掘机相比,其在怠速、行走、作业工况下尾气排放的NO分别减小8%、35%和5%,PM_2.5分别降低88%、87%和80%.另外,本研究中挖掘机尾气排放的实测结果与我国非道路机械尾气排放因子技术指南中推荐的用于排放清单估算的排放因子相比,也均有显著不同.这说明,开展非道路机械尾气排放现实工况下的测量,对于提高尾气排放清单精准度具有重要作用.     

成都市城区大气细颗粒物水溶性离子污染特征

为了解成都市城区大气细颗粒物水溶性离子污染特征,在成都市城区四季采集PM_2.5有效样品共计102 个,测得颗粒物质量浓度以及水溶性离子质量浓度(NH₄⁺、Ca²⁺、Na⁺、Mg²⁺、K⁺、F^-、NO₃^-、SO₄^2-、Cl^-),并分析其浓度变化特征,重点关注二次无机离子的污染特征及形成影响.结果表明,成都市城区水溶性离子与大气细颗粒物的污染浓度变化基本一致,其中二次无机离子(NH₄⁺、NO₃^-、SO₄^2-)是离子中最主要的组成部分,占总水溶性离子浓度的84.8%.大气细颗粒物春秋冬三季为酸性,其原位PH值分别为1.9、2.6和2.0.城区硫酸盐和硝酸盐化学特性存在差异,硫酸盐主要表现为非均相反应过程中形成的NH₄HSO₄,并主要受区域传输过程的影响;硝酸盐主要表现为均相反应过程形成的NH₄NO₃,并主要受局地排放的影响.     

中国农业机械的使用特征及其尾气排放的时空分布

我国农业机械保有量巨大且其尾气排放不容忽视.了解其使用特征、分析其尾气排放的时空分布,对提高非道路机械尾气排放清单准确性、制定减排政策具有重要意义.本研究通过实际调研获取我国农业机械的活动水平,并在此基础上分析其活动水平与机械类型、车龄、分布地区之间的关系,以此量化其使用特征;使用BP神经网络的方法预测我国2020—2025年农业机械保有量,结合调研的活动水平和收集的排放因子数据,估算我国2020—2025年农业机械尾气污染物排放清单;基于各省份农业机械保有量、活动水平的差异,探讨我国农业机械尾气排放的空间分布.研究结果表明：①我国农业机械的使用因机械类型、车龄、分布地区等因素的影响存在较大的变化性.农业机械的年均工作时间可在217~1721 h·a^-1之间变化,单台机械年均耗油量可在0.2~10.5 t·a^-1之间变化.②据本研究预测,2020年后,我国农业机械保有量将持续增长,受排放标准提升、老旧机械淘汰等减排措施的影响,其尾气排放呈下降趋势,到2025年,农业机械CO、HC、NO_x和PM_2.5排放将比2020年下降0.1%~26.2%.③与地区的农业机械保有量密切相关,河南、山东、安徽的农业机械尾气排放量最大.与春季相比,秋季各省份农业机械尾气排放更为显著.     

中国工程机械使用特征及其尾气排放趋势

非道路移动源的尾气排放因其对空气污染的贡献大而日益受到关注.准确估算非道路移动源的尾气排放清单对空气质量管理至关重要.本研究通过收集整理调研获取的工程机械活动水平数据,分析工程机械使用特征,包括:不同机械间的活动水平差异、活动水平的区域性差异及活动水平与机械车龄的关系等;此外,研究使用BP神经网络模型预测2018～2025年中国工程机械保有量,利用便携式尾气测量系统对47台工程机械进行现实工况下的尾气排放测量,量化其污染物排放水平,并最终结合机械活动水平估算2015～2025年中国工程机械的尾气排放清单.结果表明,工程机械的活动水平随着机械种类的不同而不同,年均使用时间在1 439～4 332 h之间变化.同一类机械在不同区域范围内的活动水平也存在较大的地域差异,最大差别可达3倍以上.此外,工程机械的活动水平一般也随机械车龄的增加而减少,据估计,车龄增加一年,其活动水平减少约140～150 h.经估算, 2015年,中国工程机械CO、 HC、 NO和PM_(2.5)的排放量分别为209.9、 46.2、 345.2和57.4万t;由于2015年后工程机械保有量增速放缓,到2020年,CO、 HC和PM_(2.5)排放量比2015年下降2.4%～33.1%不等,到2025年,排放量将进一步下降7.1%～64.7%.而NO排放量在2015年后稍有增加,但2020年后开始下降.然而,虽然工程机械污染物的排放持续下降,但与道路移动源相比,幅度较小,因此,其排放对大气污染的贡献将在未来日益突出,需引起足够重视.     

中国农业与工程机械尾气减排控制措施的费效分析

移动源尾气排放已成为我国空气污染的主要来源之一,相比于道路移动源来说,非道路移动源尾气排放的减排控制工作仍处于初级阶段。本研究就非道路移动源尾气减排控制的三种主要措施——整车淘汰、发动机更换以及发动机维修,对中国非道路工程和农业机械进行费效分析,探讨经济可行的控制途径。研究假设农业和工程机械的使用年限分别为15年和10年,同时假设采取减排措施后所有机械均达到国IV排放标准。研究表明,采取减排措施后,农业机械每年可减排NOx 40万～45万t,但PM污染物减排效益不明显;工程机械每年可减排NOx约52万t,且PM污染物每年可减排量约16万t,但费用可高达2000亿～25 000亿元,且不同措施的差别巨大,以整车淘汰费用最高。多数农业机械发动机维修所需费用高于发动机更换,相反,工程机械发动机更换所需费用高于发动机维修。因此,在采用减排措施和制定政策时,需要根据实际情况进行调整。对农业机械,采用发动机更换的减排方式更经济;对工程机械,采用发动机维修的减排措施更实惠。