（环境科学专业论文）城市空气颗粒物开放源污染防治理论探讨.pdf

s t u d i e so n m e t h o d o l o g i e s o fp o l l u t i o np r e v e n t i o nf o ru r b a n a m b i e n ta i rp m o p e n s o u r c e s a u t h o r ：s h u a i j i ew a n g m a j o r ：e n v i r o 砌e n t a ls c i e n c e a d v i s o r ：t a r tz h u t h e o p e ns o u r c e sh a v e b e e n m a j o r s o b r c e sp r o d u c i n g p a r t i c u l a t em a t t e r ( p m ) t o a m b i e n t a i ri nc h i n e s ec i t i e s s o u r c ec o n t r i b u t i o nr a t i oe s t i m a t e so fo p e ns o u r c e st ot o t a ls u s p e n d e d p a r t i c u l a t e s ( t s p ) r e a c h e da sh i 曲a s4 0 8 0 i nc i t i e s i i lt h en o r t h e r nc h i n a c h i n e s e e n v i r o n m e n t a la d m i n i s t r a t i o n sh a v ea t t a c h e di m p o r t a n c et ou r b a na m b i e n ta i rp mo p e ns 0 1 i c e si n r e c e n t1 0y e a r s b u tt h eo 】) e i ls o u r c e sh a v e n tb e e nc o n t r o l l e de f f e c t i v e l yw i t h o u ts u i t a b l et r e a t m e n t m e t h o d s i nt h i sp a p e r , t h em e t h o d o l o g i e so f p o l l u t i o np r e v e n t i o nf o ru r b a na m b i e n ta i rp mo p e n s o u r c e sw e r ee x p l o r e d t h ep a p e ri l l u s t r a t e dt h ed e f i n i t i o n , s o r t sa n dc h a r a c t e r i s t i c so fu r b a np m o p e n s o u r c e s a n dt h ef a c t o r se f f e e t i n gt h ep o l l u t i o nc a u s e db yu r b a na m b i e n ta i rp m o p e n s o u r c e s w e l - ea n a l y z e d t h es u r v e yc r i t e r i o no f u r b a na m b i e n ta i rp m o p e ns o u r c e sw a sc o n s t r u c t e df o r t i l e f i r s tt i m ei nt h i sp a p e r t h ei m p r o v e d - s o u r c e a p p o r t i o n m e n tt e c h n i q u ew a s p r o p o s e d t oe s t i m a t e q u a n t i t a t i v e l yt h es o u r c ec o n t r i b u t i o nr a t i oo f u r b a na m b i e n ta i rp m o p e ns o u r c c s t h et e r mo f r e l a t i v ep a r t i c u l a t ee m i s s i o nr a t e so fd i 仃咖t y p e so f g r o u n ds u r f a c ew a si n t r o d u c e di no r d e rt o d e s c r i b e q u a n t i t a t i v e l y t h ee f f e c to fp me m i t t e df r o mo p e ns o u r c e so na i r q u a l i t y t h e m e a s u r e m e n ti m p r o v i n gt h er a n k so f e c o l o g i c a lm g i o m w a s w o p o s e d t oc e n t r o lr e s u s p e n d e dp m p o l l u t i o nc a u s e db yb a r ef i e l da n dc r o p l a n d ，a n dt h es u g g e s t i o no ff o r m u l a t i n gt h el i m i t a t i o n s t a n d a r do fm a dd u s tl o a d i n gt oc o n t r o lr o a dd u s tp o l l u t i o nw e r ep r o p o s e d t h ee n v i r o n m e n t a l b e n e f i te s t i m a t i o nm e t h o d o l o g i e sf o ri m p r o v i n ge c o l o g i c a lr e g i o n s m r , k sa n df o r m u l a t i n gt h e l i m i t a t i o ns t a n d a r do fr o a dd u s t l o a d i n g w e r ee s t a b l i s h e d t h e m e t h o d o l o g i e so fp o l l u t i o n p r e v e n t i o nf o ru r b a na m b i e n ta i rp mo p e n $ o u r c e sw e r ea p p l i e di ns h i j i a z h u a n gc i t ya n dt i a 巧i n c i 何 k e y w o r d s ：u r b a na m b i e n ta i rp mo p e ns o u r c e s ，i m p m v e d - s o u r c e a p p o r t i o n m e n t t e c h n i q u e ， g r o u n ds u r f a c e s ，r e l a t i v ep a r t i c u l a t ee m i s s i o nr a t e ，l i m i t a t i o ns t a n d a r do f r o a dd u s tl o a d i n g 南开大掌学位论文电子版授权使用协议 ( 请将此协议书装词于呛文首页) 论文稍讳望笙职蒎钧再级缛徘两治理他鳓 系本人 在南开大学工作和学习期间创作完成的作品，并已通过论文答辩。 本人系本作品的唯一作者( 第一作者) ，即著作权人。现本人刚意将本作品 收录于“南开大学博硕士学位论文全文数据库”。本人承诺：已提交的学位论文 电子版与印刷版论文的内容一致，如因不i 剐而引起学术声誉的拟失由本人自 负。 本人完全了解g 直五盔堂图盘丝羞王堡查二焦旦堂僮诠塞艘重堡壶丛。同 意南开大学图书馆在下述范围内免费使用本人作品的电子版： 术作品呈交当年，在校园网上提供论文目录检索、文摘浏览以硬论文全文 音i 髟浏览服务( i , “i ：- 5 论文前2 4 页，硕士论文前1 6 贝) 。公丌级学 0 论文全文电 子版 i 提交1 年后，在校园网上允许读者浏览并下载全文。 滓：本协议书对于“非公开学位沦艾”在保密期限过后- r 适用。 院系所名称：榔哥l 径 作者签名：王抑壬、 学 号：口f 付- 7 7 日期：2 0 0 4 伽日 第章引论 1 1 环境空气颗粒物污染的危害 环境空气即使受到一些污染，由于自然环境具有一定程度的自净作用，仍能使空气保持 清洁新鲜的状态。但是，当环境空气中某些有毒、有害物质的含量超过正常值或环境空气的 自净能力时，环境空气中污染物的浓度达到了造成灾害的程度，就会对人体健康和动植物的 生长发育，或对气候产生不良影响，这就发生了环境空气污染。颗粒物来源多、地区特性强， 是环境空气污染中数量最大、成分复杂、危害较重的一种f l 周。根据颗粒物的大小，可将其 分为可吸入颗粒物、总悬浮颗粒物和降尘。可吸入颗粒物( p m l o ) 是指空气动力学直径小 于1 0 1 tm 的颗粒物。它能较长期地在环境空气中飘浮，以前亦称飘尘( s p m ) 。总悬浮颗粒 物( t s p ) 指空气动力学直径小于1 0 0um 的颗粒物。而空气中较粗的粒子，靠自身的重量 即可较快沉降到地面的颗粒物称为降尘。 环境空气中的颗粒物除了含有一些主量的地壳元素如硅、铝外，表面还可以吸附空气中 的各种有害气体及其它污染物，而成为它们的载体，如可以富集化石燃料和工业污染的重金 属、酸性氧化物、多环芳烃类致癌物和农药等，还载带着细菌、真菌、病毒等，特别是含有 重金属的飘尘，能促进环境空气中的各种化学反应，形成危害更严重的二次污染物。空气颗 粒物是对人体健康危害最大的首要污染物【3 1 。 颗粒物产生的危害不仅取决于它的暴露浓度，还在很大程度上取决于它的组成成分、理 化性质、粒径和生物活性等。在短期暴露时，p m l o 对人体可能产生的影响效应的最低年均 浓度为5 5 1 1 0 ug m ，t s p 为1 1 0 - 1 8 0 ug m 3 。当粒径为o 1 1 0 um 的颗粒物浓度大于1 0 0 u m 3 时，环境空气能见度会受到很大影响。据中国社会科学院公布的一项报告表明，1 9 9 5 年我国因总悬浮颗粒物导致的人体健康损失估算为1 7 1 亿元。粉尘的成分和理化性质是对人 体危害的主要因素，有毒的金属粉尘和非金属粉尘进入人体后，会引起中毒以至死亡。无毒 性粉尘对人体亦有危害，例如含有游离二氧化硅的粉尘吸入人体后，在肺内沉积，能引起纤 维性病变，使肺组织逐渐硬化，严重损害呼吸功能，发生“矽肺”病。研究结果表明，短期 颗粒物暴露与上呼吸道、下呼吸道以及发烧、咳嗽等呼吸系统疾病有关联m 。在0 3 暴露的 协同作用下，患有哮喘的儿童呼吸系统病症与颗粒物的暴露有显著的正相关8 。对于无病 症的儿童，人们发现颗粒物暴露与咳嗽有着非常显著的正相关 1 0 】。 粉尘的粒径大小是危害人体健康的另一重要因素，它主要表现在两个方面：1 粒径愈小， 愈不易沉降，长时问飘浮在环境空气中容易被吸入体内，且容易深入肺部。一般，粒径在 1 0 0um 以上的尘粒很快在环境空气中沉降，1 0 0 m 以下大约3 0 b u n 左右的颗粒物沉积在人 的口腔中的比例最高，l o p m 左右的颗粒物沉积在人的鼻腔中的比例最高，l o p m 以下的颗 粒物一般停留在人的气管或支气管中，o 1 l m a 以下的颗粒物沉积在人的气管、支气管和肺部 的比例最高( 见图1 1 ) 。魏复盛等人的研究结果表明，p m l o 和p m 25 污染严重时对儿童咳 嗽及支气管炎的病症发生率产生高度有害的影响儿d 3 1 。2 粒径愈小，粉尘比表面积愈大，物 理、化学活性愈高，加剧了生理效应的发生与发展。 图1 - 1 正常呼吸状态下不同粒径的颗粒物在人体呼吸系统的沉积状况 颗粒物还可以沉积在绿色植物叶面，干扰植物叶面吸收阳光和二氧化碳，同时干扰叶面 放出氧气和水分，影响植物的健康和生长；毒害微生物，由此改变当地生物的食物链，进而 影响生态系统i ：1 4 】。 此外，城市空气颗粒物对城市气候也有较大影响，它对太阳直接辐射有吸收和散射作用， 使环境空气的透射率减小，而且常使城市及其下风区的云量增多、云滴浓度变大，明显地削 弱到达地砸的太阻直接辐射，减少城市的日照时数。由于城市空气颗粒物对太阳辐射的削弱 和对于对流边界层发展的延缓，在一定条件下，均可对城市气温产生明显的影响。城市空气 颗粒物中，大部分属于吸湿性很强的云凝结核，在较高的相对湿度下，很易形成雾，使空气 2 浑浊度急剧增大。而城市中的雾往往与烟尘混合在一起，形成浓度较大、持续时间较长的烟 雾，使能见度明显降低。 1 2 环境空气颗粒物污染现状 1 9 9 6 年，国务院发出了关于环境保护若干问题的决定，要求到2 0 0 0 年，直辖市及 省会城市、经济特区城市、沿海开放城市和重点旅游城市的环境空气、地面水环境质量，按 功能区分别达到国家规定的有关标准。 几年来，各级政府及环保部门紧紧围绕环境空气质量达标，不断加大治理环境空气污染 的力度，采取一系列有效措施，取得了一定的成效，尤其是在治理有组织排放源的消烟除尘 方面，成效显著。但是，我国多数城市( 尤其是北方城市) 颗粒物污染依然非常严重。 国家环保总局公布的近三年的全国环境质量状况均显示，颗粒物是我国城市环境空气中 的首要污染物，是影响环境空气质量的主要因素。2 0 0 1 年度全国3 5 0 个城市中，1 2 7 个达到 国家空气质量二级标准的城市，占3 6 3 ；2 2 3 个城市空气质量超过国家二级标准，占6 3 7 ， 其中1 0 9 个城市空气质量超过国家三级标准，占统计城市的3 1 1 。2 0 0 2 年度全国3 4 3 个 城市中，1 1 7 个城市达到国家空气质量二级标准，占3 4 1 ；2 2 6 个城市空气质量超过国家 二级标准，占6 5 9 ，其中1 0 7 个城市空气质量超过国家三级标准，占统计城市的3 1 2 。 2 0 0 1 年和2 0 0 2 年颗粒物污染程度分级统计见下表1 - 1 和表1 - 2 。 表1 - i2 0 0 1 年颗粒物污染程度分级统计 污染水平统计的城市数 占统计城市总数的百分比( ) 达到一级标准 1 02 9 达到二级标准 1 1 73 3 4 达到三级标准 1 1 43 2 6 超过三级标准 1 0 93 1 1 总计 3 5 01 0 0 表1 - 22 0 0 2 年颗粒物污染程度分级统计 污染水平统计的城市数占统计城市总数的百分比( ) 达到一级标准 1 03 2 达到二级标准 1 0 73 0 9 达到三级标准 1 1 93 4 7 超过三级标准 1 0 73 1 - 2 总计 3 4 31 0 0 颗粒物是影响城市空气质量的主要污染物，各类规模城市的颗粒物超标较为普遍。大部 分北方城市总悬浮颗粒物的年均浓度值为0 3 - - 0 4 m g m 3 ，比国家二级标准0 2m g m 3 高 1 5 - 2 0 倍，远高于在长期暴露时，对人体产生可能影响的最低年均浓度o 1 1 0 1 8m g m 3 ；可 吸入颗粒物的年均浓度值为为o 1 5 - - 0 3 m g m 3 ，比国家二级标准o 1m g m 3 高1 5 3 0 倍，远 高于在长期暴露时，对人体产生可能影响的最低年均浓度o 0 6 0 1 1 m g m 3 。从颗粒物污染的 变化趋势来看，我国部分城市污染程度在进一步加重，没有好转的迹象。可以预见，在相当 长一段时期内，颗粒物污染仍将是影响城市空气质量的主要因素。 1 3 环境空气颗粒物排放源的分类 没有源不会有排放，没有排放就不会有污染。空气污染控制基本的唯一形式是严格约束 污染源的排放【l “。目前，对于空气颗粒物排放源的分类多种多样。 按污染物质的来源分类，可将颗粒物排放源分为自然源( 天然源) 、人为源。自然源是 指由自然原因产生的空气污染物排放源，它主要包括：自然尘( 风砂、黄砂、土壤粒子等) ； 森林、草原火灾；火山活动：植物花粉；海盐粒子。人为源是指由于人类活动的原因而产生 的空气污染物排放源。它主要包括：燃料燃烧、工业排放、固体废弃物的焚烧、交通排放、 农业活动排放【”1 。 按污染物排放特性分类，可分为点源、面源、线源。按污染物排放时间分类可分为连续 源、间断源、瞬时源。按污染物产生类型分类，可分为工业源、农业源、生活源和交通源。 按污染物产生的原理，可将城市颗粒物排放源分为燃烧排放源( 锅炉、茶炉、工业窑炉、饮 食炉灶、居民炉灶、移动源) 、工艺排放源( 生产工艺排放) 和背景源( 风沙扬尘、二次污 染、外来源、自然界源) 。按人们的社会活动功能分类，可分为生活污染源、工业污染源及 交通运输污染源，其中生活污染源和工业污染源可归结为固定污染源，交通运输污染源又称 移动污染源【1 8 也】。 为了方便环境管理，常将颗粒物排放源分为固定源、流动源和开放源，或者是有组织排 放源类和无组织排放源类。也常将颗粒物排放源分为一次尘源类( 直接从排放源有组织或无 组织排放出来后即扩散到空气中的尘的尘源) 和二次尘源类( 从各排放一次尘源类排放出来 的一次尘沉降到地面后再次或多次扬起并加以混合扩散到空气中的尘的尘源) 。 1 4 我国环境空气颗粒物污染防治中存在的问题 早在7 0 年代初，我国就把尘污染控制作为环境空气管理的重要内容。1 9 8 2 年我国首次 4 制定了环境空气质量标准，其中规定了总悬浮颗粒物( t s p ) 的浓度限值。1 9 9 6 年，匡】家环 境保护局颁布的新修订的“环境空气质量标准( g b 3 0 9 5 1 9 9 6 ) ”中，在严格t s p 浓度控制 限值的同时又规定了可吸入颗粒物( p m l o ) 的浓度控制限值。 从七十年代起，我国各级环保管理部门将尘污染控制的重点放在有组织排放的烟源和工 业粉尘源上，通过扩散模型建立这两类排放源与环境空气质量之间的输入响应关系，经历了 浓度控制法、p 值控制法和总量控制等几个管理阶段。但是由于环境空气颗粒物的来源非常 复杂，既有人为源排放的，又有天然源排放的。既有有组织源排放的，又有无组织源、开放 源排放的，显然只建立烟源和工业粉尘源与环境空气质量之间的输入响应关系是不完全的， 由此做出的污染控制决策也带有一定的片面性。二十多年的实践证明，尽管许多城市和地区 花费了大量的人力、物力和财力来治理烟尘，其环境空气颗粒物的质量仍未达到国家要求的 标准，有的城市和地区环境空气颗粒物的污染还相当严重。 为了更有效地解决颗粒物污染问题，科学家们把着眼点由排放源转移到了受体( 即受污 染影响的某一局部大气环境) ，建立起受体模型，逐步形成了通过对环境空气颗粒物样品和 源样品的化学或显微分析确定各类污染源对受体贡献值的一系列的源解析技术。多个城市源 解析的结果表明，当前，开放源已成为城市空气颗粒物的主要来源之- - 2 3 也6 1 。在中国北方城 市，开放源对城市空气颗粒物的分担率已达4 0 8 0 ，污染类型已从煤烟型污染转变为混合 型污染。开放源排放的主要污染物是扬尘。有研究表明，目前，中国北方城市扬尘对t s p 的贡献率已达5 0 0 o 左右，已成为中国北方城市环境质量达标的制约因素。近年来，城市空 气颗粒物开放源的污染防治已逐步引起各级环保管理部门的重视。在2 0 0 0 年4 月2 9 日修订 的环境空气污染防治法中新增加了关于扬尘污染控制的规定。国家环保局和建设部联合发布 了“关于加强城市扬尘污染控制的若干意见”，强调了对建筑扬尘、道路扬尘和裸露地面扬 尘等的治理和管理。城市空气颗粒物开放源的治理和管理工作已提到日程上来了。我国的空 气污染政策必须从有组织排放源的单源类管理，变为有组织排放源、无组织排放源及开放源 并重的多源类管理。 而对于城市空气颗粒物开放源，目前所做的研究工作还远远不够。国内外对于开放源的 认识千差万别，对开放源的概念和包含的内容各自界定不同，在治理技术的研究方面缺乏系 统性，对城市空气颗粒物开放源的污染防治理论体系的研究在国内尚属空白。因此，开展城 市空气颗粒物开放源的污染防治理论研究，建立起一套系统的开放源污染防治理论体系，使 我国环保工作者站在理论的高度上进行开放源污染防治技术的研究，无论在理论上，亦或是 在实践方面都具有十分重要的意义。 1 5 城i = b - 空气颗粒物开放源污染防治技术研究进展 目前，国内外对城市空气颗粒物开放源的防治对策主要有生态环境综合整治或生态修复 治理、湿法防尘、覆盖或建造封闭式建筑物、再资源化、建防风网等。 1 5 1 生态环境综合整治或生态修复治理城市空气颗粒物开放源 对于城市空气颗粒物开放源的治理，目前采用较多的是生态环境综合整治或生态修复法 【2 7 。3 l 】。 解辉等人 竭认为地面硬化是重要的措施。除建筑物和马路之外，凡不能绿化的地方都 用适当的建筑材料覆盖，作到“黄土不见天”，彻底消灭裸露地面。同时要建立湿地自然保 护区。杨三明等人口3 1 提出应当改善下垫面条件，增加水域面积，植树造林，提高城市绿化 覆盖率和铺装面积，特别要加强城乡结合部道路的硬化和绿化，减少裸露地面，对绿化池内 的泥土要低于绿化池沿或进行封闭，严格控制各种类型的道路开挖。 国内对于城市空气颗粒物开放源治理的绿化模式做了大量的研究。温根等人进行了风沙 区农田防护林带生态规划设计研究【3 4 1 ，他们认为在设计主林带的走向时，应尽可能和主风 方向垂直，当在特殊情况下，走向不能一致时，林带走向与主风方向的交角不要小于4 5 0 。 主林带间距的大小，是由林带的防护距离和林带的树高所决定的。主林带一般由主林木5 6 行组成，副林带由2 _ - 3 行组成，再在迎风面和背风面配置1 行2 行灌木和针叶树，形成 疏透结构，将有利于农田防护林带的生态防护效果。冯建军等人在进行广州市道路绿化模式 环境效益分析时选用了以下选用了7 种道路绿化模式弼：( 1 ) 2 排，乔灌2 层结构；( 2 ) 3 排，绿篱加树木2 层结构，后排为夹竹桃绿篱；( 3 ) 2 排，乔草2 层结构；( 4 ) 2 排，前排 为单行乔木，后排为乔灌草3 层结构；( 5 ) 3 排，乔灌草结构；( 6 ) 3 捧，最后一排为一花 坛，乔灌草3 层结构( 天河北路) ；( 7 ) 3 排，最后一排为一花坛，乔灌草3 层结构( 广州 大道) 。结果表明，对t s p 阻隔净化效果最好的是最后一种模式，最差的是第一种模式。道 路绿化模式对环境空气污染物质的净化效果与植物配置方式正相关，即植物种类多，立体结 构明显，绿化带宽，则对环境空气污染物质的阻挡削减效果越明显。曹京杭等人的研究表明 p q ，用1 平方公里的样方进行试验，当绿化覆盖率分别为1 0 、3 0 、5 0 时，颗粒物浓度 下降1 5 7 、4 7 1 和7 8 6 。北京环科所的测试表明，在3 级至4 级风力下，裸地空气中 悬浮颗粒物浓度为草地空气中悬浮颗粒物浓度的1 3 倍。 1 5 2 湿法防尘 传统的方法是用洒水车洒水。生产实践表明，单独用水作为一种抑尘剂使用时，只有在 6 水分未蒸发时方有效，否则抑尘条件将不断恶化，且在冬季，洒水易造成冻结。 邢玉兰等人m 1 进行了使用覆盖剂控制物料堆扬尘污染的研究。覆盖剂法的特点是投资 少，防尘效果好，操作方便，不受气候、地域条件影响，适合控制各种颗粒物堆料和裸露地 面扬尘的应用。结果表明，覆盖剂喷洒后可呈连续完整的薄膜层，耐温、耐老性能好，能有 效抑制颗粒状物料堆的扬尘。且可保护物料堆的品位、性能，不影响物料的使用，无固体残 留物。对于煤堆场而言，喷洒覆盖剂既解决了污染问题，节约了宝贵的水资源，又解决了北 方冬季气候严寒结冰，湿法喷水防尘设备不能正常使用，而冬季又正是干燥多风、扬尘量大 的防尘问题。 目前，矿山、建筑工地、乡村等处的汽车运输路面大都为中低级土质路面，其往往采用 原地挖方路基，上铺以碎石、士和其它结合料处置的粒料混合物，有的甚至只在土质路基基 础上适当加以平整压实即投入使用。这种路面质量非常低劣，在其上进行运输作业常常会造 成严重的扬尘污染【3 8 1 。张平等人进行了水乳焦化重油实验研究3 9 。喷洒在汽车运输路面的 水乳焦化重油溶液，可以渗入小孔隙，待水分蒸发或渗透后，油膜以薄膜形式包裹着土粒， 把土粒粘起来，使其不透水，达到一定的水稳定性，并且把原来只有内摩擦力的尘土变成为 具有内凝聚力的尘土，并有一定抗载荷能力。水乳溶液破乳后能形成一层有较好粘性的油膜， 当空气中飞尘落到路面上时，尘粒受到油膜粘附力的作用，很难再次从路面上飞扬起来：同 时，车辆运动时车轮上所带的粉尘也可以被油膜粘结，从而控制了因轮胎带尘所引起的路面 扬尘。美国威特柯公司推出一种名叫c o h e r e r 的以石油树脂为基质的阻尘剂和灰尘湿润剂 m 】。将此物的稀释液喷洒在运输道路和贮矿场上时，可将灰尘颗粒粘结在一起，构成稳固 路面的一部分。稀释的c o h e i r 液裹挟尘粒能渗入路面，使尘粒不因风而再度飞扬。 1 5 3 覆盖或建造封闭式建筑物 j b 京市城市房屋拆迁施工现场防治扬尘污染管理规定指出，房屋拆迁施工现场应当设置 高度不低于1 8 米的围挡。 杨三明等人认为3 3 1 为减少城市扬尘污染，建筑工地周围必须用围挡封闭施工，建筑工 地的道路和工地与市区道路相连接的道路以及材料堆放场地都必须按要求进行硬化处理，并 在出入口处设置车辆冲洗设施，防止施工车辆带泥上路。对煤炭、煤矸石、煤渣、煤灰、砂 石和灰土等堆放物应洒水或用覆盖物覆盖，严禁在主城区乱倒和燃烧垃圾、沥青、油毡、橡 胶、塑料和落叶等，推行生活垃圾袋装收集，密闭储存，无害化处理，对裸露垃圾进行彻底 清除e 同时城市垃圾清运过程中也应该提高机械化水平，选用密闭结构的垃圾车，避免运输 过程中产生的抛、撒等二次污染【4 ”。 7 解辉认为 3 2 】，对于建筑材料，要实行封闭装卸与运输，一般的方法是采用蛇皮布苫盖， 较好的方法是采用集装箱式全封闭运输，设置专业卸车场，采用喷淋方式进行压尘和洗尘。 另外要推广混凝土集中搅拌、集中供应。 郭光焕等人认为 4 2 1 ，各单位所有中小型的永久性或半永久性的工业料堆、原煤堆和建 筑材料沙石堆，原则上均应采用退院进室( 仓) 、退道进室( 仓) 的措施，由环保部门进行 监管实施。 1 5 4 再资源化 再资源化主要是针对工业固体废物、生活垃圾和建筑垃圾而言的。 一般说来，矿渣、炉渣的利用率较高，再利用主要以铺路和建筑为主。粉煤灰作为资源， 具有较高的利用价值，它可以有以下四种用途： ( 1 ) 利用粉煤灰制造加气混凝土砌块； ( 2 ) 利用粉煤灰代替粘土砖； ( 3 ) 利用粉煤灰代替部分生料或熟料制造水泥； ( 4 ) 利用粉煤灰代替部分水泥修筑高级路面。与一般混凝土路面相比，它可以减少收 缩、防止裂缝、提高道路的均匀密实性和中后期强度，提高路面的耐磨性，防止出现碱一骨 料反应和硫酸盐的破坏作用以及阻止许多结构破坏的渗透作用。 对于生活垃圾，要尽可能再资源化，处理时作为能源，处理后作为二次资源加以利用。 城市生活垃圾综合利用技术主要有垃圾堆肥，如可利用城市生活垃圾、玉米秸秆生产有机复 合肥：垃圾焚烧余热发电，如可以利用生活垃圾，采用焚烧工艺建设一座垃圾转化热电站； 垃圾填埋气体发电等 4 3 。此外，还有垃圾制砖、养殖蚯蚓等多项综合利用技术【州。 8 建筑垃圾的再利用途径如上图l - 2 所示： 1 5 5 其它 除上述三种主要治理措施外，还有一些其它的城市空气颗粒物开放源治理措施。 防风网技术主要用于减少散料物体装卸和堆放过程中的散逸【4 5 1 。防风网防尘主要是通 过降低来流风的风速，最大限度地损失来流风的动能，避免来流风的明显涡流，减小风的湍 流度。防风网技术美国、日本开展的工作较多。日本旱在七十年代就相继在储煤场设置了防 风网，并于1 9 8 7 年，1 9 8 8 年，1 9 8 9 年申请了有关防风网的专利。我国防风网防尘技术研究 起步较晚，在工程实践方面还处于空白状态。 道路积尘可通过再次夹带、转移、雨水冲至雨水井、道路清扫等方式除去。因此，改进 落后的清扫方式是减少城市道路尘的有效方法之一。采用的措施主要有机械化清扫和水冲路 面两种方法。机械化清扫的优点是可将道路上的积尘一次性吸走，解决产生多次扬尘问题， 缺点是车辆投资及运转费用相对较高。而采用洒水车方式进行路面冲洗，费用仅为吸尘车的 三分之一，但耗水量较高，且冬季不能使用。为了更好的解决道路尘污染，两种方式可结合 使用。杨迪认为p “，为减少道路扬尘污染，对城区主干道要实行机械化清扫，清扫设备应 配有收尘、滤尘装置，除去灰尘后将净化的气体排入环境空气，以减少清扫过程中的扬尘污 染。逐步扩大道路冲刷洒水范围，增加冲刷洒水频率，对水资源匮乏的城市，清扫用水最好 用中水。此外，再次夹带和转移与车速、车的大小，混合方式和体积有关，可以通过相关措 旋进行控制如限制车速等。 1 6 论文的主要内容 城市空气颗粒物开放源已成为城市空气颗粒物的主要来源之一，在城市空气污染源中占 重要地位，它关系到我国城市功能区环境空气质量是否能达标。因此，城市空气颗粒物开放 源的污染防治理论和应用研究具有重要的意义。目前国t 匈j t - 对于城市空气颗粒物开放源从理 论上还没有一个系统、准确的认识，不能从理论的高度上有针对性地对各类开放源进行污染 防治。对开放源的治理还偏于微观，在宏观上对开放源不能进行城市尺度的调控和管理。而 且很难估算这些开放源治理措施对环境空气颗粒物浓度的影响，即很难评价这些开放源治理 措施所能取得的环境效益。针对这些问题，本论文主要开展了以下内容的工作：1 系统地 进行了城市空气颗粒物开放源的污染防治理论的探讨。( 1 ) 阐明了城市空气颗粒物开放源的 概念、分类、特点。详细分析了城市空气颗粒物开放源类排放的主要污染物及影响开放源类 污染的因素；( 2 ) 建立了城市空气颗粒物开放源的调查规范，包括如何确定开放源调查的范 9 围、开放源调查的内容、开放源调查的指标、开放源调查的手段等；( 3 ) 提出用二重源解析 技术量化环境空气颗粒物污染中开放源类的贡献值和分担率；( 4 ) 针对解决城市扬尘问题， 根据城市下垫面的生态特性对其进行了不同类型的划分，建立了不同类型下垫面相对起尘量 的估算方法；( 5 ) 建立了城市下垫面生态等级的划分方法，提出通过提高生态域等级，即 增加生态域内优、良级下垫面面积比例，减少差级下垫面面积比例来治理裸地、农田引起的 扬尘污染：( 6 ) 建立了道路( 以下均指已铺装道路) 积尘的监测方法，提出通过制定道路积 尘量限定标准来控制道路尘污染；( 7 ) 建立了提高生态域等级和制定道路积尘量限定标准这 两种城市空气颗粒物开放源污染防治措施的环境效益评估方法体系。2 以石家庄市和天滓市 为研究对象，进行了城市空气颗粒物开放源污染防治理论体系内各方法论的应用研究。进行 了石家庄市和天津市内环境空气颗粒物开放源的调查，利用二重源解析技术解析了开放源类 对城市空气颗粒物污染的贡献值和分担率，估算了城市内不同类型下垫面的相对起尘量，提 出了具体的开放源污染防治方案，并进行了环境效益的评估。 近年来，城市空气颗粒物开放源污染防治问题已经被中国环境管理部门重视起来，但由 于其复杂性，一直没有合适的解决办法。本论文建立了城市空气颗粒物开放源的污染防治理 论体系，从宏观调控、具体管理上都提出了对策，并建立了环境效益评估方法体系，成功地 解决了城市空气颗粒物开放源的污染防治问题，填补了国内的空白，为我国城市空气质量的 改善及“一控双达标”目标的早日实现起到了积极的推动作用。 第二章城市空气颗粒物开放源概论 2 1城市空气颗粒物开放源的概念 相对于城市空气颗粒物其它源类来说，城市空气颗粒物开放源是一类更为复杂的源类。 过去我们并没有充分认识到开放源的重要性，没有采取相应的治理措施，而是把开放源类对 环境空气中颗粒物的贡献作为区域的本底值，置于我们的管理之外。随着大气颗粒物源解析 研究工作的不断深入，越来越多的颗粒物源解析结果使我们认识到城市空气颗粒物开放源已 经在城市空气颗粒物排放源中具有重要的地位，对于解决我国面临的城市功能区大气环境质 量达标问题具有重要的意义。 目前，对于城市空气颗粒物开放源尚无明确、统一的定义。陈洁 4 6 1 等人认为开放性尘 源是指由于风力或机械力作用于裸露的物质表面而引起的颗粒物排放，包括与工业生产有关 的原材料、半成品、废弃物的运输、堆积和传送等作业过程而产生的排放及非工业性活动， 如未铺或已铺道路、停车场、建筑施工场地和农业耕作等活动以及裸露地面的风蚀等而产生 的颗粒物排放。这个定义已经囊括了大部分的城市空气颗粒物开放源类，但仍不够全面、细 致。事实上，城市范围内的，各种不经过排气筒无组织、无规则排放的颗粒物排放源都可以 称之为城市空气颗粒物开放源。它主要包括以下几类内容： ( 1 ) 露天放置的料堆；包括露天放置的工业原料料堆，如煤堆、沙石堆、钢铁厂的 精矿粉等；露天放置的垃圾，包括生活垃圾、建筑垃圾；露天放置的工业固体废物，如冶炼 渣、化工渣、燃煤废渣等。 ( 2 ) 裸露地面；包括学校内裸露的操场、干河道、企事业单位及居住小区内的裸地、 土路等。 ( 3 ) 硬化的地面；包括已硬化的道路、单位庭院内硬地面、房屋屋顶等。 ( 4 ) 建筑施工工地。 ( 5 ) 农田、荒山。 2 2 城市空气颗粒物开放源的分类及特点 按颗粒物的来源分，城市空气颗粒物开放源可分为自然开放源和人为开放源。自然开放 源主要包括：裸地；荒山；植物花粉；海盐粒子等。人为开放源主要包括：露天堆放的料堆、 建筑工地、土路和已硬化的道路等。按污染物产生类型分，可分为工业开放源，如各类露天 堆放的料堆；农业开放源，如农田；交通开放源，如土路和己硬化的道路；生活开放源，如 生活垃圾。 为方便环境管理，可将开放源类排放的污染物分为原生尘，主要包括土壤风沙尘、建筑 尘；次生尘，主要包括道路尘、扬尘。 城市空气颗粒物开放源主要具有三大特点： ( 1 ) 源强不确定；开放源的源强与外界干扰条件关系很大，例如，对于同一个料堆， 在不同的气象条件下，如不同的风速下，其起尘量就会有很大不同。 ( 2 ) 排放具有随机性； ( 3 ) 排放位置不确定。 这三个特点决定了开放源的治理和管理比环境空气颗粒物其它源类更具有难度，不能将 固定源和流动源的治理和管理方法直接套用在开放源上，必须另辟蹊径。 2 3 城市空气颗粒物开放源排放的主要污染物 城市空气颗粒物开放源排放的污染物主要有四类：土壤风沙尘、建筑尘、扬尘、道路尘。 2 3 1 土壤风沙尘 土壤风沙尘主要来源于裸露地表，即裸露的土壤，岩石侵蚀、风化、分解成的矿物碎片 等。1 9 9 5 年i p c c ( i n t e r g o v e m m e n t a lp a n e lo nc l i m a t ec h a n g e ) 的一份研究报告表明，在全 球的颗粒物排放源清单中，土壤风沙尘是最大的源类，其贡献的颗粒物约占颗粒物总量的 5 0 一”。我们国家的西北和北方地区，大多属于干旱或半干旱地区，气候干燥少雨，是土壤 风沙尘的丰富来源。 影响此类尘源能否进入到环境空气中的主要因素是气象因素，如风速和降雨量等。风速 的影响随颗粒物的粒径、裸露表面的凝结和沉积情况等的不同而不同h 8 4 9 】，但一般风速越大， 进入环境空气中的颗粒物越多。土壤的湿度是影响土壤尘能否进入空气中的重要因素， b i s a l 剐和s v a s e k l 5 1 1 等人的研究结果表明，土壤表面的湿度从干燥状态增加1 ，使其起尘的 风力就需有比较显著的增加，土壤表面的湿度又与降水的频率和强度、灌溉或水冲洗、空气 的相对湿度和温度等密切相关。 除了近距离及周边地区的风沙尘外，长距离传输的沙尘暴的影响也不容忽视。近几年， 我国沙尘暴发生的频率和强度很高，不但严重影响北方大部分城市，有时甚至会波及华南的 部分城市。沙尘暴己成为春季环境空气颗粒物污染的重要源类。 1 2 2 - 3 2 建筑尘 近年来，我国正处于城市基础设施建设的高峰时期，每年竣工的建筑面积不断增长，建 筑、拆迁、道路施工及堆料、运输遗洒等施工过程产生的建筑尘不断增多，己成为环境空气 颗粒物污染的重要原因之一。 建设施工及建筑材料运输过程中所造成的建筑尘污染，主要与施工过程中的管理有关。 2 3 3 扬尘 扬尘是城市空气颗粒物开放源排放的最主要的污染物。对于扬尘的定义，目前有很多种。 一般认为它是各类源排放的颗粒经干湿沉降后从地面产生的二次悬浮微粒。j c c h o w 和j gw a t s o n 【5 2 - 5 3 等把来源于铺装或未铺装的道路、建筑工地和荒地、垃圾堆、风蚀以及农田耕 作等方面的颗粒物称为扬尘或地质材料尘。杨三明等人 3 3 认为地面扬尘包括道路尘、裸露 地面尘和堆放物尘。其中，道路尘是指交通运输过程中洒落于道路上的渣土、煤灰、灰土、 煤矸石、沙土、垃圾以及沉积在道路上的其他排放源排放的颗粒物，经来往车辆碾压后形成 粒径较小的颗粒物进入空气形成的尘。堆放物尘主要来自于各类工业钢渣、粉煤灰、碱渣和 水泥的堆放场、垃圾堆放场、原煤堆放场。陈宗良等人闻认为扬尘源主要包括厂区道路尘、 市区道路尘、土壤尘和建筑材料灰尘。此外，李增高等人【蚓认为建筑、拆迁、市政工程施 工工地、破损地面也是扬尘的主要来源。这些定义通常是强调了扬尘的某一部分，如果我们 将只是某种源类排放而不含有其它种源类排放的颗粒物称为单一尘源类，如土壤风沙尘、建 筑尘，那么，我们可以将扬尘定义为一种混合源类，包括所有的自然尘源类和人为尘源类直 接排放的颗粒物沉降到地面后又受到风力或人力作用而再次或多次扬起进入大气的颗粒物。 它的主要来源有以下四类：裸露地表；建筑工地：道路；料堆。 扬尘具有以下特征：1 扬尘是一种混合源类，它由各单一尘源类的颗粒物混合组成。 实际上各单一尘源类所排放的颗粒物只是部分的“进入”了扬尘，各单一尘源类所排放的颗 粒物在扬尘中所占的份额是不一样的。2 部分“进入”扬尘的各单一尘源类的颗粒物的形 态和化学组成一般不会变化或这种变化可以忽略；各单一尘源类的颗粒物没有进入扬尘的部 分，仍以原来的组成和形态组成。3 扬尘既可以视为环境空气中颗粒物的排放源类，又可 以视为各单一尘源类所排放的颗粒物的接受体，所以扬尘既是排放源类又是接受体。4 扬 尘与各单一尘源类是共线性源类，但共线程度不同，与有些源类的共线性严重，有些不严重。 共线性可不可以忽略，视严重程度而定。 近年来，扬尘越来越引起环保部门的重视。在2 0 0 0 年4 月2 9 日修订的大气污染防治法 中新增加了关于扬尘污染控制的规定。国家环保局和建设部联合发布了“关于加强城市扬尘 污染控制的若干意见”，强调了对建筑扬尘、道路扬尘和裸露地面扬尘等的治理和管理。 2 3 4 遁靴 交通运输过程中洒落于道路上的各类颗粒物材料、机动车尾气中的颗粒物及机动车行使 过程中因摩擦等而产生的颗粒物、从其它排放源排出后沉积到道路上的颗粒物、道路自身的 损坏等形成的颗粒物，等等，这些颗粒物“富集”在道路表面，经往来车辆的碾压后成为粒 径更小的颗粒物反复进入到环境空气中m ，成为大面积的扬尘源。道路尘是一类特殊的尘 源，在第七章还将详细讨论。 道路上的扬尘对受体中颗粒物的贡献除了与自然的风力有关以外，更重要的是与道路的 等级、清扫方式、车流量及车速等人为因素有关。 2 4 影响城市空气颗粒物开放源污染的因素 从以上的分析中可以看出，影响城市空气颗粒物开放源污染的因素主要可分为外部因素 和内部因素两方面，外部因素主要包括气象因素和人为扰动。内部因素主要是颗粒物的理化 性质，如湿度、粒度、密度等；地形；土地利用方式；植被覆盖程度等。 2 4 1 影响城市空气颗粒物开放源污染的气象因素 影响城市空气颗粒物开放源污染的气象因素主要有降雨( 雪) 、风向、风速等。本节主 要分析了降雪、风沙天气两类特殊的气象条件对城市空气颗粒物开放源污染的影响。 2 4 1 1降雪对城市空气颗粒物开放源污染的影响 本研究以石家庄市为研究对象，分析了降雪对石家庄市空气颗粒物开放源污染的影响。 采样时间为2 0 0 1 年元月。石家庄市降雪前后环境空气颗粒物来源解析结果见表2 - 1 和表 2 _ 2 5 5 1 。 表2 - 1降雷前后石家庄市环境空气颗粒物来源解析结果对比( t s p ) 源类雪前( )雪后( ) 风沙尘3 5 1 0 建筑尘 95 钢铁尘 11 燃煤尘 3 25 5 机动车尘 1 01 0 其它 1 31 9 1 4 轰2 - 2 降雪前后环境空气颗粒物来源解析结果对比( p m l o ) l源类雪前( )雪后( ) 风沙尘 2 7o 建筑尘 9o 钢铁尘 0o 燃煤尘 2 66 0 机动车尘 1 82 0 其它 2 02 0 从表2 1 和2 2 可以看出，降雪对城市空气颗粒物开放源污染的影响非常大。t s p 中的 土壤风沙尘从下雪前的3 5 下降到下雪后的1 0 ，建筑尘从下雪前的9 下降到下雪后的 5 。p m i o 中土壤风沙尘从下雪前的2 7 下降到下雪后的o ，建筑尘从下雪前的9 下降到 下雪后的o 。相对的，燃煤尘、机动车尘比例有所上升，特别是燃煤尘。也就是说，降雪 可显著降低开放源造成的污染。这是由于下雪增n t 空气