吸附-放电等离子体分解去除NOx研究

采用吸附-放电等离子体分解工艺去除NO_x,考察吸附剂类型和放电方式以及循环操作对NO_x去除性能的影响.所考察的4种分子筛(ZSM-5、MOR、SAPO-34和SSZ-13)中SSZ-13具有较大的NO_x吸附容量和较低的吸附强度,有利于延长吸附时间并促进等离子体作用下NO_x的脱附和分解.程序升温脱附和红外光谱分析结果表明,NO_x主要以物理吸附或较弱化学吸附的形式吸附于SSZ-13表面,少量转化为NO₃^-和NO₂^-等强吸附物种.放电方式显著影响等离子体去除SSZ-13表面NO_x的性能,与N₂吹扫放电和封闭放电相比,采用先封闭放电后N₂吹扫放电的方式可同时获得较高的NO_x去除率和去除能效以及较低的NO_x残留率和N₂O选择性.吸附-等离子体分解循环操作时可获得稳定的NO_x去除性能,循环使用6次后SSZ-13晶相和孔结构无显著变化.     

粤港澳大湾区飞机LTO污染排放因子及排放清单

针对2018~2019航季年粤港澳大湾区机场群,通过实际滑行时间修正和大气混合层高度对爬升/进近时间的修正,获得飞机主发动机排放因子和区内机场加权排放因子,同时考虑飞机辅助动力装置的排放,建立了区内飞机起飞着陆（LTO）污染排放清单.结果表明,区域内各机场污染物排放因子存在较大差异,主要来源于实际运行时间的修正以及各个机场不同的机型占比,其中NO_x、CO、HC、SO₂、PM 5类污染物的加权排放因子区内均值分别为17.58,8.60,0.79,1.37,0.15kg.排放量分别为15327.4,8066.7,728.4,1186.1,121.9t,绝大部分来自飞机主发动机排放.研究期内,NO_x排放量在年内呈现夏秋季高、冬春季低的变化趋势,其他污染物排放量变化较为平缓.所有污染物在各机场排放量的次序较为一致,香港、广州白云分列前两位.各机型中,区内NO_x及SO₂主要来自A320排放,所占比例分别为19.5%、17.1%;CO及HC排放占比最大的机型均为A321,分别为25.4%、27.2%;PM排放量占比最大的机型是B738,约为23.1%.     

粤港澳大湾区飞机LTO污染排放因子及排放清单

针对2018~2019航季年粤港澳大湾区机场群,通过实际滑行时间修正和大气混合层高度对爬升/进近时间的修正,获得飞机主发动机排放因子和区内机场加权排放因子,同时考虑飞机辅助动力装置的排放,建立了区内飞机起飞着陆（LTO）污染排放清单.结果表明,区域内各机场污染物排放因子存在较大差异,主要来源于实际运行时间的修正以及各个机场不同的机型占比,其中NO_x、CO、HC、SO₂、PM 5类污染物的加权排放因子区内均值分别为17.58,8.60,0.79,1.37,0.15kg.排放量分别为15327.4,8066.7,728.4,1186.1,121.9t,绝大部分来自飞机主发动机排放.研究期内,NO_x排放量在年内呈现夏秋季高、冬春季低的变化趋势,其他污染物排放量变化较为平缓.所有污染物在各机场排放量的次序较为一致,香港、广州白云分列前两位.各机型中,区内NO_x及SO₂主要来自A320排放,所占比例分别为19.5%、17.1%;CO及HC排放占比最大的机型均为A321,分别为25.4%、27.2%;PM排放量占比最大的机型是B738,约为23.1%.     

基于气象分型的大气环境允许排放量测算方法

本文提出一种基于气象条件分型的城市大气环境允许排放量测算方法,该方法基于环境空气质量和颗粒物组分数据,对气象条件进行分污染天气类型的二次转化规律研究,并确定不同天气类型下的迁移扩散系数.基于扩散理论,建立了污染物排放强度、不同天气类型迁移扩散系数和目标控制浓度之间的关系,在特定区域排放布局和排放方式基本不变的前提下,测算不同天气类型达空气质量标准下的一次PM_2.5,PM₁₀,NO_x和SO₂的允许排放量.以沧州市为例,结合空气质量从优到严重污染程度将对应气象要素依次划分为7种天气类型,测算7种天气类型达空气质量目标下的主要污染物允许排放量.基于2018年基准年的排放量,在天气类型7最不利气象条件下,沧州市一次PM_2.5,PM₁₀,NO_x和SO₂排放量削减率应分别在82.62%,81.17%,75.05%和74.54%以上,才能达到空气质量标准.结果表明,不利气象条件下大气环境允许排放量很小,需要更大力度减少污染物排放,才能避免发生重污染天气.     

垃圾分类政策对垃圾焚烧大气污染排放的影响

基于江浙沪三省(市)垃圾焚烧发电厂2018~2019年的3种大气污染物逐日排放数据,运用双重差分法,通过比较上海市垃圾分类政策实施前后焚烧废气变化,定量估计了垃圾分类的政策影响并开展了政策效应的稳健性检验.研究发现,实施垃圾分类虽然促进了SO₂旬均排放浓度显著下降1.49mg/m³(降幅13.8%),但也导致NO_x的旬均排放浓度上升5.96mg/m³(增幅4.1%),且NO_x的排放存在明显的”节假日效应”,节假日每增加1d,旬均浓度上升3.32mg/m³.TSP排放浓度未发生显著变化.此外,3种污染物排放浓度变异系数的下降,说明分类后垃圾组分均质性的提高降低了排放波动.基于研究结果从垃圾焚烧排放标准,技术改进和垃圾分类政策制定三方面提供了固废管理的政策建议.     

煤粉锅炉掺烧石油焦燃烧污染物排放特性的研究

对煤粉锅炉掺烧石油焦的污染物排放特性作了较详细的研究.煤焦粉的细度对燃烧性能影响很大,因而间接地影响NO_x,SO₂排放;煤焦掺混比以及煤、焦各自的含氮、硫量对NO_x,SO₂排放影响明显;烟气中SO2的浓度随过量空气系数α的增大而减少,过量空气系数α在1.3～1.4之间时,烟气中NO_x的浓度最高.现场调试结果与实验室试验结果基本一致.实际应用中应综合考虑煤焦粉细度、煤焦掺混比以及煤焦中含氮、硫量对其燃烧特性以及NO_x,SO₂排放的影响,以确定合适的细度及煤焦掺混比投入生产运行中.      

京津冀“以电代煤”替代大气污染物排放清单

本研究建立了基于人工神经网络的民用散煤燃用量估算模型,得到了京津冀地区“以电代煤”替代民用散煤大气污染物排放清单.结果表明：截止到2018年,京津冀地区“以电代煤”替代散煤用户约259万户,每年可减少散煤燃烧约706.6万t,减少PM_2.5、NO_x、SO₂的排放量分别约为2.81,0.76,2.17万t.其中,北京市和天津市实施效果较为明显,占京津冀地区“以电代煤”散煤替代总量的62.01%和22.82%.基于调研数据得到京津冀各市燃煤量月分布系数,1月份分布系数最大,燃煤量占比为27%~40%.     

重型车低负荷运行特征及NOx排放特性

利用远程监控数据分析了北京国六重型柴油城市用车在低负荷运行特征和排放特征,并选取了一台满足国六排放标准的6L柴油机,结合发动机在环方法在发动机台架上开展了国六法规循环(WHTC)和加州低负荷循环(LLC)的排放试验,对比分析了低负荷循环下的氮氧化物(NO_x)排放特性。结果表明:国六城市柴油车的低负荷运行时间长,并且低负荷运行阶段NO_x排放占比高。加州构建的LLC循环能够能反映长时间运行在低负荷以及长时间怠速造成排温降低导致NO_x转化效率降低的实际情况。LLC循环下的NO_x排放很高,主要原因是由于排温较低所致。中国也应该根据商用车实际行驶特征,开发低负荷工况来控制低负荷条件下的NO_x排放。但由于车辆载荷对NO_x转化效率和NO_x排放有较大影响,因此开发低负荷工况时,需要考虑载荷设置。     

公交车燃用生物柴油的颗粒物水溶性离子排放

以一辆国Ⅴ柴油公交车为研究对象,在重型底盘测功机上运行中国典型城市公交循环,试验研究了柴油（D100）,体积混合比例分别为5%（B5）、10%（B10）和20%（B20）的废食用油制生物柴油-柴油混合燃料的尾气颗粒物水溶性离子（Water soluble ions,WSI）排放特性.结果表明：国Ⅴ柴油公交车尾气颗粒物呈弱酸性;WSI约占颗粒物质量的3%,主要集中在PM_0.5~2.5和PM_2.5~18粒径段,阴离子占WSI总量的72%~79%;废食用油制生物柴油对公交车尾气颗粒WSI种类没有影响;随着废食用油制生物柴油混合比例的增加,公交车尾气颗粒物WSI阴、阳离子浓度、颗粒物酸性整体增大,WSI浓度峰值向小粒径段移动;CaCl₂和NaCl可能是柴油公交车尾气颗粒物Cl^-、Ca²⁺、Na⁺的主要存在形式;控制废食用油制生物柴油硫、Na⁺、Ca²⁺和Cl^-含量,优化缸内燃烧减少NO_x排放,对降低柴油公交车尾气颗粒物WSI排放具有重要意义.     

基于OMI数据的新冠疫情影响下福建省臭氧敏感性变化

基于OMI卫星数据,利用臭氧敏感性指示剂法研究了福建省及其九地市在COVID-19疫情影响下不同时间阶段大气臭氧敏感性特征以及不同情景下敏感性的变化规律.结果表明,在疫情前,福建省的大气臭氧生成控制区面积占比情况为VOC_S控制区占46.5%、协同控制区占25.0%、NO_x控制区占28.5%,以VOCs控制区为主,其中厦门市占比最高,南平市最低;在严控期,VOC_S控制区占29.5%、协同控制区占21.1%、NO_x控制区面积占49.4%,以NO_x控制区为主,其中宁德市占比最高,莆田市最低;在平稳期,VOC_S控制区占23.1%、协同控制区占29.1%、NO_x控制区占47.8%,以NO_x控制区为主,其中南平市占比最高,厦门市最低.与疫情前相比,严控期厦门市VOC_S控制区面积占比减少最多（38.1%）、最少的是三明市（7.9%）;从转化结果来看,第一类城市包括莆田市、泉州市、厦门市,敏感区变化受前体物HCHO、NO₂共同影响,而第二类城市主要受NO₂柱浓度变化影响.因此,第一类城市臭氧调控更加复杂.     

天津地区典型家用生物质颗粒采暖炉污染物排放分析

为调查研究天津市家用生物质颗粒采暖炉的污染物排放性状,同时为政府的政策制定提供技术依据,研究了天津地区生物质燃料成分和采暖炉不同运行负荷对污染物排放的影响.结果表明：稻杆和棉杆两种成型燃料在同一采暖炉的相同工况下燃烧时,稻杆灰分含量较棉杆高,造成较高的烟尘和CO排放,同时稻杆较棉杆S元素含量低,导致SO₂排放较低.棉杆成型燃料在同一容量的采暖炉上燃烧时,随着燃烧器负荷的增加,CO和SO₂的排放增加,NO_x的排放减少.两种生物质成型燃料在该采暖炉上燃烧排放的挥发性有机物的主要种类均依次为酮类、苯系物、醛类.本工作试验用家用生物质颗粒采暖炉运行过程中NO_x、CO、SO₂、烟尘的平均排放值分别为672.70,2297.94,124.00,109.35mg/m³,存在污染物排放超标的现象,可通过增添水浴除尘设施,合理调节不同燃烧负荷下的风机送风量,维持适宜过量空气系数,以降低污染物排放.同时还需制定合理的标准和政策加强对家用采暖炉和成型燃料质量的监管.     

深圳市典型混合功能区PM2.5源解析研究

为精准识别深圳市典型商业、居住与工业混合功能区的PM_2.5污染来源,选取深圳市北部地区5个点位于2017年9月~2018年8月全年进行PM_2.5的样品采集和组分分析,利用优化的多元线性引擎模型（ME-2）对其主要来源及其时空变化特征进行探索.结果显示,研究区域研究时段的大气PM_2.5年均浓度为29.0μg/m³,解析出了SO₂二次转化（19.9%）、机动车（15.1%）、生物质燃烧（11.2%）等10种来源,其中SO₂二次转化、生物质燃烧、NO_x二次转化、VOCs二次转化、工业排放、老化海盐和远洋船舶源具有显著的区域传输特征,而机动车源、燃煤和扬尘具有本地源特征,受到局地排放的影响较大.重污染天气下机动车源、NO_x二次转化、工业排放及生物质燃烧源的增加最为显著,加强这些源的控制是此类混合功能区PM_2.5污染精细化防治的关键.     

京津冀地区散煤燃烧大气污染物排放清单

为研究京津冀地区民用散煤燃烧大气污染物的排放情况，结合散煤燃烧活动水平与燃用特征，根据排放因子法自下而上建立了2018年京津冀地区民用散煤燃烧污染物排放清单，研究了污染物排放的时空分布特征并使用蒙特卡罗方法对排放清单进行了不确定性分析.结果表明：2018年京津冀地区民用散煤燃烧量共计3799.22万t，PM_2.5、CO、SO₂、NO_x的排放量分别为9.27，341.31，5.17，5.44万t.污染物排放集中在11月份~次年3月份，大多数地区呈现出相同的日排放趋势.8：00、11：00、18：00、21：00左右出现污染物排放峰值，小时排放系数平均值分别为11%，6%，7%，13%.PM_2.5排放高值区主要集中在北部、东部及部分南部地区，CO主要集中在北京和天津地区，SO₂和NO_x主要集中在天津和承德地区.     

基于在线监测的2015年中国火电排放清单

伴随着超低排放技术在中国火电行业的广泛应用,中国火电行业排放水平已发生了显著变化.故现有火电排放清单排放因子和排放量等无法反映当前火电污染物排放提标情况.基于全国火电在线监测（CEMS）、环境统计和排污许可等数据,提出一种自下而上逐企业建立中国火电行业排放清单的方法.与传统方法相比较,该方法的特点是更加全面的考虑了火电行业超低技术,实际排放浓度与活动水平等综合因素.作为实例,本文基于所提出的火电行业排放清单的方法计算了新的2015年中国火电行业排放清单（HPEC）.结果表明2015年全国火电厂SO₂、NO_x和烟尘平均排放浓度范围分别为7.88~208.57、40.33~238.2和5.86~53.93mg/m³.北京、上海火电排放基本达到《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014~2020年）》制定的超低改造目标;绝大部分的省份SO₂、NO_x在线监测均值小于排污许可执行标准均值.中国燃煤机组的SO₂、NO_x、烟尘排放因子平均值分别为0.67、0.76、0.16g/kg（以入炉煤计）.全国火电CO、VOCs、NO_x、SO₂、PM₁₀、PM_2.5总排放量分别为403.87、10.73、122.94、146.68、28.72和22.80万t/a,平均排放绩效值分别为1.06、0.03、0.32、0.39、0.08、0.06g/（kW×h）.     

Fe基催化剂对煤热解-燃烧的NOx排放控制耦合效果

为解决民用散烧原煤中NO_x排放高的问题,提出了“热解减氮耦合燃烧脱硝”方法,即将煤与铁助剂混合,通过管式炉热解制备洁净燃料,并对洁净燃料燃烧过程中NO_x排放情况进行研究.结合表征手段,考察铁助剂对氮迁移影响规律.结果表明,铁助剂的负载比为0.5wt%,热解温度为1000℃时耦合效果最佳,相对于未负载时,焦炭燃烧NO_x排放量减少34.65%.热解前负载的铁助剂在焦炭中稳定存在,并可促进热解过程中含氮化合物向N₂的转化;在洁净焦炭燃烧过程中,铁助剂的存在利于C和CO与NO_x还原,进而降低燃烧过程NO_x的高排放.通过一步引入的铁助剂,在煤热解-洁净燃料燃烧过程中对NO_x控制耦合效果,最终实现了NO_x的超低排放.     

船舶排放及不确定性对中国空气质量的影响

船舶排放是我国沿海地区重要的人为排放源,但现有的船舶排放评估研究大多只关注区域尺度的影响分析,而且忽视了排放清单的不确定性,这在一定程度上削弱了评估结果的可靠性.为此,本文利用WRF-SMOKE-CAMQ空气质量模型,定量评估了船舶排放及其不确定性对我国七大沿海港口城市夏季空气质量的影响,结果表明：船舶排放对我国主要沿海港口城市的SO₂、NO_x和PM_2.5浓度贡献范围分别为16.5%~62.5%、21.9%~72.9%和5.9%~26.0%,尤其对宁波、青岛和深圳等港口城市空气质量的影响显著,主要是由于港口较高的船舶排放以及气象传输两方面原因造成的;如果考虑船舶排放清单的总量不确定性,船舶排放对沿海港口城市夏季SO₂、NO_x和PM_2.5的影响分别呈现1.0~3.1,2.1~5.5,0.3~0.9μg/m³的波动;考虑船舶排放清单的时空分配不确定性,船舶排放对沿海港口城市夏季SO₂、NO_x和PM_2.5的影响分别呈现1.9~15.7,5.1~29.3,0.6~2.5μg/m³的波动.可见,船舶排放清单的不确定性对沿海城市船舶排放贡献影响量化有明显的影响.所以在评估船舶排放对港口城市空气质量的影响时,要考虑船舶排放清单的不确定性,尤其是时空分配的不确定性.而合理的时空分配能够提高船舶排放清单的质量和对沿海空气质量模拟的准确性.     

民用燃料烟气中气态污染物及水溶性无机离子的排放

选取北京市地区典型生物质燃料（玉米芯、玉米秆、黄豆秆、草梗、松木、栗树枝、桃树枝）以及民用煤（烟煤、蜂窝煤）在实验室内进行了模拟燃烧实验,采用Thermo Fisher 42i型化学发光NO-NO₂-NOx分析仪、43i型脉冲荧光SO₂分析仪、48i型CO分析仪对烟气中的NO_x、SO₂、CO进行全程在线监测;对燃烧产生的颗粒物样品进行采集,采用ICS 90A、ICS2000离子色谱仪对不同粒径段颗粒物中的水溶性无机离子进行测定.研究表明：3类民用燃料排放因子均值由大到小的顺序,SO₂为民用煤 > 薪柴 > 秸秆;CO为秸秆 > 民用煤 > 薪柴;NO_x为薪柴 > 民用煤 > 秸秆.薪柴燃烧产生的PM_2.5中SO₄^2-含量最高,占总水溶性无机离子的22%~30%;秸秆类燃烧产生PM_2.5中的水溶性无机离子K⁺占绝对优势,占总水溶性无机离子的36%~49%,其次为Cl^-或SO₄^2-,两者之和占总水溶性无机离子的35%~44%.3类民用燃料中秸秆类燃烧排放的颗粒物中水溶性无机离子的排放因子最高,其次为薪柴类燃料,民用煤最低.本实验对不同粒径段颗粒物中9种水溶性无机离子进行了分析（Na⁺、K⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、NH₄⁺、F^-、Cl^-、NO₃^-、SO₄^2-）,薪柴类燃料燃烧排放的颗粒物中,Na⁺、K⁺、NH₄⁺、F^-的排放因子在0~2.5μm粒径段内最大,Mg²⁺和Ca²⁺的排放因子在2.5~10μm粒径段内最大.秸秆类燃料除Ca²⁺、Mg²⁺外,其余离子的排放因子均在0~2.5μm粒径段内达到最大.对于烟煤而言,除了K⁺、Mg²⁺和Ca²⁺外,其余离子的排放因子均在0~2.5μm粒径段内达到最大;蜂窝煤中Na⁺、K⁺、Cl^-、NO₃^-、SO₄^2-的排放因子均在0~2.5μm粒径段内达到最大.     

考虑车辆类型变化的中国乘用车排放特征

通过引入Lotka-Volterra模型预测了中国未来30年的乘用车竞争趋势;通过引入CHG、VOC、CO、SO₂、PM_2.5、NO_x6类污染物更新了全生命周期清单;并据此建立了政策影响模型和敏感性模型评估电动化、轻量化和清洁化政策情景减排效果.结果表明,乘用车市场的主要竞争力来源于新能源与传统能源的竞争,且纯电动与混合动力乘用车呈S型曲线发展,汽油乘用车占比由92%减少到1%;全生命周期中,纯电动乘用车对CHG、VOC、CO减排效益最优,为20%~85%;汽油与天然气乘用车对SO₂和PM_2.5的减排效益最优,为50.0%;3类情景下税收补贴类政策敏感性最强,CHG、VOC和CO的最优减排情景为电气化情景,PM_2.5、NO_x的最优减排情景为清洁化情景,而SO₂的最优减排情景则为整车轻量化.     

基于OMI的汾渭平原对流层NO2长期变化趋势

利用2007~2020年臭氧检测仪（OMI） OMNO2d对流层NO₂垂直柱浓度（TVCD）数据、欧盟基本气候变量质量保证计划（QA4ECV）基于卫星观测约束下的NO_x日排放估算数据（DECSO）、大气红外探测仪（AIRS）臭氧（O₃）垂直廓线AIRS2SUP数据,研究了汾渭平原NO₂TVCD长期变化趋势及其对NO_x排放变化的响应,以及二者变化对于对流层中下层O₃的影响.结果表明,汾渭平原NO₂TVCD于2012年达峰,峰值为（9.8±4.6） x10¹⁵molec/cm²,2013年后基本呈现逐年下降趋势;NO₂TVCD冬季最高,夏季最低,冬季均值约为夏季3.6倍;NO₂TVCD并非随NO_x人为源减排单调下降,夏季NO₂TVCD低百分位上升;NO₂TVCD变率为（-1.5±0.6）%/a,低于NO_x排放降幅的1/3,可能与人为NO_x大量减排的背景下,对流层NO_x自然源的贡献大且相对贡献不断上升有关;对流层中下层O₃变率仅为（-0.2±0.2）%/a,近地层O₃变率为（0.8±0.1）%/a,汾渭平原对流层O₃生成基本处于VOCs控制区或者VOCs-NO_x过渡区,减排NO_x无法降低对流层O₃;汾渭平原NO_x减排可有效降低城市高排放区NO₂,乡村地区受NO_x自然源影响较大,人为减排收效不明显.     

基于空气质量模式和数学规划模型的城市PM2.5达标策略——以临汾为例

为了改善城市空气质量,降低PM_2.5浓度,需要制定科学的控制策略,同时兼顾污染物减排量与减排成本效益.本文基于区域大气环境模型RegAEMS与数学规划模型,采用多目标遗传算法,探究城市大气PM_2.5污染的最优控制策略,并应用于临汾市（14类行业源、17个区域源）的PM_2.5浓度达标规划,实现污染物排放量最大和减排成本最小的双目标优化.结果表明,在PM_2.5平均浓度近200 μg/m³的重污染天气条件下,为达到PM_2.5浓度目标（75μg/m³）,临汾市最大污染物允许排放量为356.7t/d,最小减排成本为3.36亿元.NO_x、SO₂、NH₃、VOCs和一次颗粒物的减排量分别为98.1,49.9,44.3,155.7和105.5t/d,减排成本分别为11.7,6.8,6.2,5.5和3.5千万元.对VOCs、NO_x、PM_2.5、NH₃和SO₂减排潜力最大的行业分别为焦化源、移动源、扬尘源、农业源和民用燃烧源,分别占所有行业5种污染物减排量的21.6%、14.1%、11%、8.6%和3.8%.钢铁行业的减排成本最高（39%）;襄汾县的减排量最大,减排成本最高（达7218万元）.