美国环境空气质量标准制修订历程.pdf

1、Vol3， No3May， 2013环 境 工 程 技 术 学 报Journal of Environmental Engineering Technology第 3 卷 ， 第 3 期2013 年 5 月文章编号 : 1674 991X( 2013) 03 0240 08收稿日期 : 2013 03 05作者简介 : 王占山 ( 1987) ， 男 ， 硕士 ， 主要从事大气环境模拟与研究 ， 18701650609163. com* 责任作者 : 武雪芳 ( 1965) ， 男 ， 研究员 ， 博士 ， 主要从事环境保护标准制修订理论方法及环境管理研究 ， wuxf craes org c

2、n美国环境空气质量标准制修订历程王占山，车飞，任春，徐舒，王晟，李琴，王宗爽，武雪芳*中国环境科学研究院 ， 北京 100012摘 要 : 研究了美国国家环境空气质量标准的要素构成及浓度限值演变过程 ， 结果表明 ， 美国国家环境空气质量标准按照保护对象分为两级 ， 由污染物 、平均时间 、浓度限值和达标统计要求构成 ; 该标准自 1971 年首次制定以来共修订 11 次 ， 最初污染物为二氧化硫 ( SO2) 、总悬浮颗粒物 ( TSP) 、光化学氧化剂 ( 以 O3计 ) 、碳氢化合物 ( HC) 、二氧化氮 ( NO2) 和一氧化碳 ( CO) 6 种 ， 期间废除了 TSP 和 HC，

3、 增加了颗粒物 PM10、PM2. 5和 Pb， 当前为 7 种污染物 ;PM2. 5年和 24 h 平均浓度限值分别收紧 20%和 46%， O38 h 和 Pb 三个月平均浓度限值分别收紧 6% 和 90%; 达标统计要求由最初的超标次数 ， 调整为浓度百分位数和年高值 。关键词 : 美国 ; 环境空气 ; 质量标准 ; 基准空气污染物 ; 历程中图分类号 : X 651 文献标识码 : A doi: 10. 3969j issn1674-991X2013. 03. 038Research on Setting and Amending Process of the NationalAmb

4、ient Air Quality Standards of the United StatesWANG Zhan-shan， CHE Fei， REN Chun， XU Shu， WANG Sheng， LI Qin， WANG Zong-shuang， WU Xue-fangChinese Research Academy of Environmental Sciences， Beijing 100012， ChinaAbstract: The elements composition of United States national ambient air quality standar

5、d ( NAAQS) and evolutionof concentration limits were reviewed The results shows that NAAQS is divided into two levels in accordance withthe protected objects， and composed of the pollutants， averaging time， concentration limits and attainmentstatistical requirements Since 1971， it has been revised e

6、leven times Originally， the pollutants consisted of sixkinds of pollutants including SO2， TSP， Pb， photochemical oxidants ( measured by O3) ， HC， NO2and COAfterwards， the pollutants were adjusted by adding PM10， PM2 5and Pb and revoking TSP and HC， and there are 7pollutants currently The 24-hour ave

7、rage and annual-average concentration limits of PM2 5are more stringent thanthe initial values by 20% and 46%， and the O38-hour and Pb quarterly average concentration limits are tightenedby 6% and 90%， respectively The attainment statistical requirements have also been adjusted to concentrationperce

8、ntile and annual highest value from the original times above the standard limitsKey words: United States; ambient air; quality standard; criteria air pollutants; development process环境空气质量标准是环境空气质量管理的核心目标和重要的管理手段 ， 在国家环境保护标准体系中具有举足轻重的地位 1。因此 ， 很多国家和地区如美国 、欧盟 、中国 、加拿大 、澳大利亚 、日本 、韩国 、印度 、中国台湾 、中国香港等均已经

9、制定了自己的环境空气质量标准 2-11， 世界卫生组织 ( WHO) 更是发布了基于全球的空气质量导则 ( Air QualityGuideline， AQG) 12。上述国家 、地区和组织中 ， 美国的国家环境空气质量标准以空气质量基准作为其强大的科学基础 ， 具有很强的科学性 ， 成为其他各第 3 期 王占山等 : 美国环境空气质量标准制修订历程国 、地区和组织制定标准的重要参考依据 。自 1982年以来 ， 我国每次制修订环境空气质量标准也都参考相应时期的美国国家标准 ， 但一直鲜有对美国国家环境空气质量标准制修订历程的深入研究 。笔者系统归纳研究美国环境空气质量标准的制定背景及法律依据

10、 ， 标准构成及演变过程 ， 以期对我国未来环境空气质量标准修订提供参考 。1 环境空气质量标准制定背景及法律依据第二次世界大战以后 ， 随着美国经济的快速发展 ， 空气质量状况持续恶化 ， 空气污染事件时有发生 13。日趋恶化的空气污染问题引起了公众和联邦政府的极大关注 。1955 年美国国会通过第一部联邦空气污染法律 1955 年空气污染控制法 14，该法授权联邦政府为各州提供研究与技术协助 。1963 年美国国会颁布了 清洁空气法 替代了该法 ，并明确加强联邦机构的主导作用 ， 但由于并未制定全国统一的空气质量标准 ， 从而使得联邦政府无法对各州空气污染进行管理 。1967 年 ， 美国

11、国会制定1967 年空气质量法 ， 明确要求制定州环境空气质量标准 ， 但最终未得到实施 15。1970 年 ， 尼克松总统签署 1970 年清洁空气法修正案 ( 以下简称 清洁空气法 ) ， 规定由国家环境保护局依据最新的科学研究成果制定国家环境空气质量标准 16。清洁空气法 将国家管理的大气污染物分为基准空气污染物 ( criteria air pollutants) 和有害空气污染物 ( hazardous air pollutants， HAPs) 两类 17。对于基准污染物 ， 要求国家环境保护局成立后 12 个月内制定完成并发布国家环境空气质量标准 。根据这一要求 ， 美国国家环境

12、保护局于 1971 年 4 月 30 日首次 制 定 发 布 了 国家环境空气质量标准 ( National Ambient Air Quality Standards， NAAQS) 。根据 清洁空气法 ， 美国国家环境保护局原则上需要在 1980 年 12 月 31 日之前审查已经发布的标准 ，之后审查工作每 5 年一次 ， 并根据每次的审查结果决定是否修订标准 18。2 环境空气质量标准发展历程2. 1 标准构成清洁空气法 要求根据保护对象制定环境空气质量标准 。因此美国国家环境保护局将标准分为两级 : 一级标准 ( primary standards) 保护公众健康 ，包括保护哮喘患者

13、 、儿童和老人等敏感人群的健康 ;二级标准 ( secondary standards) 保护社会物质财富 ，包括对能见度以及动物 、作物 、植被和建筑物等的保护 19。每级标准基本由污染物项目 ( pollutant) 、平均时间 ( averaging time) 、浓度限值 ( level) 和达标统计要求 ( form) 四部分内容构成 。与世界上多数国家不同 ， 美国在其环境空气质量标准中不仅规定了污染物项目 、平均时间和浓度限值 ， 还规定了达标统计要求 ， 从而使标准与环境空气质量达标管理有机结合 ， 不仅丰富了环境空气质量标准的内涵 ， 也有利于环境空气质量标准的实施 。2.

14、2 污染物项目根据 清洁空气法 要求 ， 美国国家环境保护局应为基准污染物制定环境空气质量标准 。1971 年首次发布的环境空气质量标准中 ， 基准污染物包括6 种 : 一氧化碳 ( CO) 、二氧化氮 ( NO2) 、总悬浮颗粒物 ( TSP) 、光化学氧化剂 ( 以 O3计 ) 、碳氢化合物( HC) 、二氧化硫 ( SO2) ， 后来增加了铅 ( Pb) 、颗粒物PM10和 PM2. 5， 取消了 TSP 和 HC， 同时光化学氧化剂指标调整为 O3。当前美国环境空气质量标准中基准污染物项目为 7 种 ， 分别为 SO2、PM10、PM2. 5、O3、NO2、CO 和 Pb。2. 3 标

15、准演变过程2. 3. 1 二氧化硫 ( SO2)SO2空气质量标准制修订情况见表 1。美国在1971 年首次制定 SO2环境空气质量标准 ， 并于 1973年和 2010 年进行过两次修订 。由表 1 可知 ， 美国国家环境保护局于 1973 年废除了二级年平均浓度限值 ， 主要原因是根据当时对标准的审查评估结果 ， 认为环境空气中的 SO2达到 3 h 平均浓度限值就足以保护作物的正常生长 。鉴于新研究表明 ， 在较低浓度水平下 ， 控制 1 h 平均浓度就可以保护短期和长期暴露的健康效应 ， 因此 2010 年美国国家环境保护局增加一级 1 h 浓度标准 ( 75 ppb) ， 而废除一级

16、年平均和 24 h 平均浓度标准 20。SO2浓度限值变化见图 1。由图 1 可知 ， 在 SO2空气质量标准修订过程中 ， 二级 3 h 平均浓度限值一直未变 。对于一级标准 ， 废除了 24 h 和年平均浓度限值 ， 代之以 1 h 平均浓度限值 ， 这是因为美国的142环境工程技术学报 第 3 卷表 1 SO2环境空气质量标准制修订情况 21Table 1 Setting and amending state of SO2ambient air quality standard时间 标准类别 平均时间 浓度限值 达标统计要求1971 年一级二级24 h 0. 14 ppm1)每年不超过一

17、次一年 0. 03 ppm 年算术平均3 h 0. 5 ppm 每年不超过一次一年 0. 02 ppm 年算术平均1973 年 二级 保留 3 h 标准 ， 废除二级年均标准2010 年 一级1 h 75 ppb 第 99 百分位数2)， 三年平均废除一级年均标准和 24 h 标准1) ppm 为体积浓度 ， 即一百万体积空气中所含污染物的体积数 。对于 SO2， 1 ppm2 857 gm3。2) 为一年中 SO21 h 平均浓度的第 99 百分位对应的浓度值 。SO2平均浓度水平已经远低于 24 h 和年平均浓度限值 ， 污染源附近空气中短至 1 h 可能会出现高浓度水平 ， 而且由于 1

18、 h 平均浓度限值较低 ， 只要能满足 1 h 平均浓度限值 ， 也就能够满足 24 h 和年平均浓度限值 ， 从而有效保护人体健康 。在达标统计要求方面 ， 由表 1 可以看出 ， 一级 1 h 标准采用年第 99百分位数三年平均的达标统计方法 ， 替代单纯超标次数的规定 ， 从而使达标要求朝更加科学的统计学特征发展 。图 1 SO2空气质量标准浓度限值变化Fig1 Concentration limit change of SO2ambientair quality standard2. 3. 2 颗粒物 ( TSP、PM10、PM2. 5)颗粒物空气质量标准修订情况见表 2。自 1971

19、年首次制定颗粒物环境空气质量标准后分别于1987 年 、1997 年 、2006 年和 2012 年进行过四次修订 。由表 2 可知 ， 在颗粒物项目上 ， PM10与 PM2. 5逐渐取代了 TSP， 颗粒物污染控制朝细颗粒方向发展 。PM10与 PM2. 5环境空气质量标准浓度限值变化分别见图 2 和图 3。由图 2 可知 ， 自 1987 年首次制定 PM10标准以来 ， 其一级和二级 24 h 平均浓度限值始终保持 150 gm3不变 ， 而年平均浓度限值于2006 年取消 。由图 3 可以看出 ， 自 1997 年首次制定 PM2. 5标准以来 ， 一级年平均浓度限值由 15 gm3

20、修订为当前的 12 gm3， 限值水平收严了 20%。而二级年平均浓度限值保持 15 gm3不变 。一级和二级 24 h 平均浓度限值由 65 gm3修订为当前的35 gm3， 限值水平收严了约 46%。由表 2 可知 ， 在达标统计要求方面 ， PM10一级和二级 24 h 标准始终采用三年平均每年不超过一次 ， PM2. 5一级和二级年平均标准采用年算术平均值的三年平均 ， 而一级和二级 24 h 标准采用年第 98 百分位数的三年平均 。2. 3. 3 铅 ( Pb)Pb 环境空气质量标准修订情况见表 3。1970年修订 清洁空气法 时 ， 认为环境空气中的 Pb 主要来自含铅汽油和有色

21、金属冶炼等污染源 ， 只要有效控制这些污染源的 Pb 排放 ， 就可以显著降低环境空气中 Pb 的浓度水平 ， 保护公众健康 27， 因而首次发布的标准中无 Pb。1977 年美国修订 清洁空气法 时 ， 采纳了有关方面的建议 ， 将 Pb 列入基准污染物 ， 并于 1978 年制定实施 Pb 的国家环境空气质量标准 ， 之后仅于 2008 年进行过一次修订 。由表 3 可知 ， 污染物指标为 Pb TSP总悬浮颗粒物 ( TSP) 上的 Pb。在平均时间上 ， 1978 年制定标准时采用季平均 ， 2008 年标准修订时 ， 采用更为科学准确的三个月滑动平均 ( Rolling 3-mont

22、haverage) 29。鉴于 Pb 对人体健康毒性的特殊性 ， 在达标统计要求方面 ， 始终要求不得超过 Pb 环境空气质量标准 。242第 3 期 王占山等 : 美国环境空气质量标准制修订历程表 2 颗粒物空气质量标准制修订情况 22Table 2 Setting and amending state of particulate matter ambient air quality standards时间 标准类别 项目指标 平均时间 浓度限值 ( gm3) 达标统计要求1971 年一级二级TSPTSP24 h 260 每年不超过一次一年 75 年平均24 h 150 每年不超过一次19

23、87 年 23一级和二级PM1024 h 150 三年平均每年不超过一次一年 50 年算术平均值 ， 三年平均1997 年 24一级和二级PM2. 5PM1024 h 65 第 98 百分位数1)， 三年平均一年 15. 0 年算术平均值 ， 三年平均24 h 150开始发布时是第 99 百分位数 ， 三年平均 。1997 年 PM10标准废除后 ，仍采用 1987 年标准统计要求一年 50 年算术平均值 ， 三年平均2006 年 25一级和二级PM2. 5PM1024 h 35 第 98 百分位数 ， 三年平均一年 15. 0 年算术平均值 ， 三年平均24 h 150 三年平均每年不超过一

24、次2012 年 26一级二级一级和二级一级和二级PM2. 5PM10一年 12. 0 年算术平均值 ， 三年平均一年 15. 0 年算术平均值 ， 三年平均24 h 35 第 98 百分位数 ， 三年平均24 h 150 三年平均每年不超过一次1) 为一年中 PM2. 524 h 平均浓度的第 98 百分位对应的浓度值 。图 2 PM10环境空气质量标准浓度限值变化Fig2 Concentration limit change of PM10ambientair quality standard图 3 PM2. 5环境空气质量标准浓度限值变化Fig3 Concentration limit c

25、hange of PM25ambientair quality standard表 3 Pb 空气质量标准制修订情况 28Table 3 Setting and amending state of Pb ambient air quality standard时间 标准类别 项目指标 平均时间 浓度限值 gm3) 达标统计要求1978 年 一级和二级 Pb TSP 季平均1. 5 不得超过2008 年 一级和二级 Pb TSP 三个月滑动0. 15 不得超过342环境工程技术学报 第 3 卷Pb 空气质量标准浓度限值变化见图 4。图 4 Pb 环境空气质量标准浓度限值变化Fig4 Concen

26、tration limit change of Pb ambientair quality standard由图 4 可知 ， 1978 年一级和二级标准仅规定季平均浓度限值 ， 为 1. 5 gm3。2008 年将 Pb 的浓度限值收紧为原标准的 110， 规定三个月滑动平均浓度限值 ， 为 0. 15 gm3， 限值修订的主要原因是 :1978 年后 ， 由于采取了有效控制措施 ， 美国环境空气中 Pb 的浓度水平很快下降至标准以下 。但研究发现 ， Pb 无阈值 ， 即使在较低的血铅浓度水平下 ， 仍然存在健康效应 。因此为进一步保护公众健康 ， 对Pb 环境空气质量标准进行了收严 。2

27、. 3. 4 臭氧 ( O3) 和碳氢化合物 ( HC)( 1) 臭氧 ( O3)O3环境空气质量标准制修订情况见表 4。美国1971 年首次制定 O3环境空气质量标准 ， 并于 1979年 、1997 年和 2008 年进行过三次修订 。由表 4 可知 ， 1971 年标准污染物指标是光化学氧化剂 ( 以 O3计 ) ， 1979 年标准修订时 ， 将污染物指标名称调整为O3。在平均时间上 ， 从 1997 年起 O3开始采用日最大 8 h 平均 ， 同时保留 1 h 平均标准 ， 达到 1 h 标准的地区实施 8 h 标准 ， 否则继续实施 1 h 标准 。2008年废除 1 h 标准 ，

28、 仅保留 8 h 平均时间 。之所以选择8 h 平均时间 ， 主要是因为 20 世纪 80 年代中期 ， 美国一些研究发现 ， 在很多浓度低于 1 h 平均浓度限值的地区 ， 暴露 O36 8 h 仍然存在相关的健康效应 31。进一步的研究分析发现 ， 控制 1 h 和 8 h 平均浓度限值都可以降低健康风险 ， 但与 1 h 暴露相比 ， 较低 O3浓度水平下 ， 8 h 暴露引起的健康效应相关性更为显著 32。表 4 O3空气质量标准制修订情况 30Table 4 Setting and amending state of O3ambient air quality standard时间

29、标准类别 项目指标 平均时间 浓度限值 ppm1)达标统计要求1971 年 一级和二级 光化学氧化剂 1 h 0. 08 每年超过标准不多于 1 h1979 年 一级和二级 O31 h 0. 12每年最大小时平均浓度大于 0. 12 ppm的天数的三年平均值不超过 1 天1997 年 一级和二级 O38 h 0. 08一年中日最大 8 h 平均浓度第四高值的三年均值不超过 0. 08 ppm2)2008 年 一级和二级 O38 h 0. 075一年中日最大 8 h 平均浓度第四高值的三年均值不超过 0. 075 ppm1) 对于 O3， 1 ppm2 142 gm3; 2) 为一年中 O3日最

30、大 8 h 平均浓度的第四高值的三年均值不超过 0. 08 ppm。O3环境空气质量标准浓度限值变化见图 5。从图 5 可以看出 ， 1979 年 O3一级和二级 1 h 平均浓度限值有所放宽 ， 均由 0. 08 ppm 修订为 0. 12 ppm。1997 年标准修订时 ， 将 O3一级和二级浓度限值调整为日最大 8 h 平均浓度限值 0. 08 ppm 33， 而后又于 2008 年进行了收严 ， 为 0. 075 ppm 34。随着 O3浓度的进一步降低 ， 2010 年美国国家环境保护局发布新的建议 ， 将 O3的 8 h 标准进一步收紧至 0. 0600. 070 ppm， 但为了

31、挽救经济 ， 美国联邦政府要求撤回该建议 35。此外在达标统计要求方面 ， O3逐渐采用日最大 8 h 平均浓度的年第四高值的三年均值取代超标天数达标统计方法 。( 2) 碳氢化合物 ( HC)1971 年首次制定的碳氢化合物空气质量标准规定了 3 h 平均浓度限值 ， 为 160 gm3。1983 年美国国家环境保护局评估后认为 ， 碳氢化合物是 O3的前体物 ， 通过控制 O3就可以控制碳氢化合物 ， 而且碳氢化合物成分复杂 ， 不适合作为基准污染物 ， 因此442第 3 期 王占山等 : 美国环境空气质量标准制修订历程图 5 O3环境空气质量标准浓度限值变化Fig5 Concentrat

32、ion limit change of O3ambientair quality standard废除了该污染物项目 。2. 3. 5 二氧化氮 ( NO2)NO2空气质量标准制修订情况和浓度限值变化分别见表 5 和图 6。表 5 NO2空气质量标准制修订情况 36Table 5 Setting and amending state of NO2ambient air quality standard时间 标准类别 平均时间 浓度限值 ppb1)达标统计要求1971 年 一级和二级 一年 53 年算术平均2010 年 一级1 h 100第 98 百分位数2)，三年平均保持一级年均标准不变1)

33、对于 NO2， 1 ppb2. 05 gm3; 2) 为一年中 NO21 h 平均浓度的第 98 百分位对应的浓度值 。图 6 NO2空气质量标准浓度限值变化Fig6 Concentration limit change of NO2ambientair quality standard美国 1971 年首次制定 NO2环境空气质量标准 ， 仅于 2010 年进行过一次修订 。1977 年 清洁空气法 修正案明确要求 ， 美国国家环境保护局应在1977 年 8 月 7 日起 1 年内发布 NO2的一级 1 3 h标准 。在随后的 30 多年里 ， 虽然开展了很多研究 ，但直至 2010 年 ，

34、 美国国家环境保护局才发布了一级1 h 平均浓度限值 ， 为 100 ppb， 达标统计方法为第98 百分位数的三年平均 ， 而年平均浓度限值及其达标统计要求仍维持 1971 年规定要求 37。2. 3. 6 一氧化碳 ( CO)美国 1971 年首次制定 CO 环境空气质量标准 ，仅于 1985 年进行过一次修订 。1971 年美国首次制定的 CO 标准规定了 8 h 和 1 h 平均浓度限值 ， 分别为 9 ppm( 11 mgm3) 和 35 ppm( 44 mgm3) ， 达标统计要求均为最大值一年不超过一次 ， 一级标准与二级标准相同 38。1985 年美国国家环境保护局审查和评估后

35、认为 ， CO 的标准主要是保护人体健康 ， 因此废除了 CO 二级标准 。40 年来 ， 虽然 CO 的环境空气质量标准经过多次审查和评估 ， 但结果均认为1971 年制定的限值能够保护人体健康 ， 因此 ， 至今未做修改 。3 结论( 1) 美国国家环境空气质量标准由污染物项目 、平均时间 、浓度限值和达标统计要求四部分构成 ， 自 1971 年以来的 40 年中 ， 美国国家环境保护局对环境空气质量标准进行了多达 11 次修订 ， 修订了所有污染物的环境空气质量标准 。( 2) 美国国家环境空气质量标准制修订过程中 ， 标准中的污染物项目由最初的 SO2、TSP、光化学氧化剂 、HC、N

36、O2、CO 等 6 种调整为 7 种 ， 废除了TSP 和 HC， 增加了 PM10、PM2. 5和 Pb。( 3) 美国国家环境空气质量标准制修订过程中 ， 一级标准中 SO2和 NO2均增加了 1 h 平均浓度限值 ， 废除了 SO224 h 平均和年平均浓度限值 ， PM10废除了年平均浓度限值 ， O3以 8 h 平均浓度限值代替了 1 h 平均浓度限值 。( 4) 美国国家环境空气质量标准制修订过程中 ， 部分污染物浓度限值不断收紧 ， 其中 PM2. 5一级年和 24 h 平均浓度限值分别收紧了 20% 和 46%，O3浓度限值收紧了 6%， Pb 浓度限值收紧了 90%。( 5)

37、 美国国家环境空气质量标准制修订过程542环境工程技术学报 第 3 卷中 ， 达标统计要求不断调整 ， 逐渐取消了最早的超标次数规定 ， 而采用百分位数和年高值等科学统计指标 。参考文献 1 李锦菊 ， 沈亦钦 中美两国环境空气质量标准比较 J 环境监测管理与技术 ， 2003， 15( 6) : 24-26. 2 US EPA National ambient air quality standards ( NAAQS) EBOL Washington DC: US EPA， Office of Air Quality Planningand Standards 2008 2013-02-2

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