公交车燃用不同比例生物柴油的颗粒物组分特性研究

以一辆国III柴油公交车为试验样车,在重型底盘测功机上运行中国典型城市公交车循环(CCBC),分析了该车分别燃用不同体积分数的生物柴油混合燃料的颗粒物组分排放特性.结果表明:颗粒物测得的可溶性有机组分(SOF)主要是脂肪酸和直链烷烃,藿烷和PAHs占比低于7%.生物柴油对各组分影响较大,随着生物柴油掺混比例增加,颗粒物EC减小而OC/EC增加,SOF总量也增加.其中脂肪酸的C18:2和C18:1明显增加,C12:0和C14下降,直链烷烃总量和藿烷各组分均下降;PAHs的质量集中在三,四环的中小分子量,毒性集中在四环及以上的中高分子量.使用生物柴油后,PAHs总量下降,其中Pyr,FL和PA下降较明显,而总PAHs毒性无明显变化.     

DOC+CDPF对重型柴油车颗粒物道路排放特性的影响

基于道路试验,通过车载排放测试系统研究DOC+CDPF对重型柴油车颗粒物排放的影响。研究结果显示:在原车排放中,颗粒物质量(PM)大部分是聚集态颗粒物,其占总颗粒物质量的97.5%;颗粒物数量(PN)大部分是核膜态颗粒,其占总颗粒物数量的93.8%。对于粒径分布,原车排放颗粒物数量与质量均呈对数双峰状,安装DOC+CDPF后处理装置后,粒径分布图变为三峰状。其中DOC+CDPF对聚集态颗粒质量的减排率为85%~90%,对聚集态颗粒数量、核膜态颗粒质量与数量的减排率均在90%以上。     

住宅建筑室内PM_(2.5)污染特征与控制

基于道路试验,通过车载排放测试系统研究DOC+CDPF对重型柴油车颗粒物排放的影响。研究结果显示:在原车排放中,颗粒物质量(PM)大部分是聚集态颗粒物,其占总颗粒物质量的97.5%;颗粒物数量(PN)大部分是核膜态颗粒,其占总颗粒物数量的93.8%。对于粒径分布,原车排放颗粒物数量与质量均呈对数双峰状,安装DOC+CDPF后处理装置后,粒径分布图变为三峰状。其中DOC+CDPF对聚集态颗粒质量的减排率为85%~90%,对聚集态颗粒数量、核膜态颗粒质量与数量的减排率均在90%以上。     

重型柴油公交车实际道路颗粒物排放的理化特征

为研究重型柴油公交车实际道路颗粒物排放的理化特征,采用车载排放测试方法,选取了2辆国Ⅲ和4辆国Ⅳ柴油公交车,对气态污染物和颗粒物排放因子、粒径分布及颗粒物中的组分(包括碳组分、离子、元素和有机组分)排放特征进行了实测分析.结果表明:测试车辆的颗粒数量主要集中在100 nm以下粒径段,颗粒质量排放总体呈倒U型分布,粒径峰值位于300 nm左右.OC和EC分别占尾气颗粒物总质量的36.10%±8.94%和27.97%±10.00%,离子和元素组分分别占7.75%±1.01%和22.71%±3.09%.柴油质量对柴油车尾气颗粒物成分具有较大影响,燃用国Ⅲ柴油的车辆尾气中富含S、Ca、Mg、Na等元素组分,其主要来自燃油中的硫分和杂质.在可检出的弱极性可溶有机物中,正构烷烃和脂肪酸的含量较为丰富,分别占颗粒物总质量的1.95%和5.13%,此外还有一定量的藿烷和PAHs(多环芳烃).其中,正构烷烃组分主要分布于C19～C29,正构烷酸主要集中在C12、C14、C16和C18等偶数碳组分.国Ⅲ和国Ⅳ柴油公交车的PAHs排放因子分别为198.2、62.5 μg/km,以3环和4环PAHs为主,菲、荧蒽、芘、惹烯、苯并荧蒽、、苯并[123-cd]芘和苯并苝是较为主要的PAHs组分.需要指出的是,由于采用定比例稀释方法,颗粒物中组分的测试结果可能与其实际排放存在一定偏差.      

DOC+CDPF配方对柴油公交车颗粒物排放特性影响

为研究不同DOC+CDPF（催化型连续再生颗粒捕集器）配方对公交车颗粒物排放特性的影响,以一辆满足国Ⅲ排放的柴油公交车为试验样车,在重型底盘测功机上分别进行了加装3种不同DOC+CDPF的柴油机在中国典型城市公交车循环（CCBC）中的排放特性试验,分析了不同贵金属负载量对柴油机颗粒物排放特性的影响.结果表明：在相同贵金属配比情况下,当DOC+CDPF催化剂配方中贵金属负载量较高时,颗粒物浓度降幅较大.3种方案的颗粒物质量浓度综合减排率分别为99.3%、98.8%、96.4%,平均降幅达到98.2%;当使用DOC+CDPF后,柴油机颗粒物粒径分布由双峰对数分布变为三峰对数分布,但不同催化剂配方下对应的粒径最大峰值点会偏移;采用DOC+CDPF装置后,发动机排放背压略有增加.且当贵金属负载量越高时,装置压降增量越少,被动再生性能越优异.     

CDPF贵金属负载量对柴油公交车颗粒PAHS影响

基于装有氧化型催化器（DOC）和催化型颗粒捕集器（CDPF）后处理装置的柴油公交车,在中国典型公交车循环（CCBC）下研究了不同贵金属负载量分别为15g/ft³（A型）、25g/ft³（B型）、35g/ft³（C型）的新鲜及老化的CDPF对柴油发动机颗粒多环芳香烃（PAHs）排放特性的影响.结果表明：新鲜及老化的CDPF均能显著降低颗粒PAHs排放量92%以上.且相比于老化的CDPF,3种新鲜的CDPF降低颗粒PAHs排放的效果相差不大,极差仅为0.009ng/cm².3种CDPF老化状态下降低颗粒PAHs毒性的效果都优于其新鲜状态下,且老化的B型CDPF降低颗粒PAHs总量及毒性的效果优于A型及C型CDPF.     

DOC+CDPF对生物柴油公交车排放特性的影响

采用便携式排放测试系统PEMS,研究某加装催化型连续再生颗粒捕集器(DOC+CDPF)的柴油公交车长期燃用生物柴油混合燃料B5时,整车常规气态物和颗粒物排放性能随行驶里程的变化规律.结果表明:随行驶里程的增加,一氧化碳(CO),总碳氢化合物(THC),颗粒物质量(PM)减排率均呈先增后减的趋势,THC减排率在行驶里程达到2.5×104km之前呈上升趋势,之后呈降低趋势,至8×104km时THC减排率较DOC+CDPF初装时减少41.05%,CO和PM减排率在行驶里程到达3.5×104km之前均呈上升趋势,之后呈降低趋势,至8×104km时CO和PM减排率较DOC+CDPF初装时分别减少20.24%和11.74%;氮氧化物(NOx)和颗粒物数量(PN)减排率整体上均呈降低趋势,在行驶里程8×104km处,NOx和PN减排率较DOC+CDPF初装时分别降低33.83%和10.35%.B5生物柴油公交车在行驶里程到达8×104km左右时,污染物的减排率明显降低,需对DOC+CDPF后处理装置进行保养,以延长其工作寿命.     

DOC对柴油机燃用生物柴油颗粒物微观形貌及SOF组分的影响

为研究氧化催化转化器（DOC）对柴油机燃用调合生物柴油（B0,B20）后排放颗粒物微观形貌及可溶性有机组分（SOF）的影响规律,对DOC作用前后的排气颗粒物进行采样,利用透射电镜（TEM）和气相色谱-质谱仪（GC-MS）开展颗粒物理化特性研究.结果表明：未加装DOC时,与B0相比,B20排放颗粒物基本碳粒子粒径减小,分形维数增加,团聚堆积现象加剧;SOF组分中的脂类和酸类物质质量分数增加,烷烃类、芳香烃和酚类物质质量分数减少,C26~C35的质量分数降低.加装DOC后,B0和B20排气颗粒物团簇程度降低,分形维数降幅分别为10.1%和15.5%;SOF组分中芳香烃类和酚类物质质量分数增加,烷烃类、脂类、酸类质量分数减小,C15~C25质量分数下降;B0排放颗粒物SOF中C26~C35质量分数降低41.4%,而B20增加865.8%.     

不同后处理器对DMCC发动机PM排放的影响

在一台整车排放达到国Ⅲ标准的YC4D140电控单体泵增压中冷柴油机上加装甲醇喷射系统,改成柴油甲醇组合燃烧(DMCC)发动机.使用AVL 415S烟度计和DMS 500快速颗粒物光谱仪研究不同后处理器对DMCC发动机颗粒物(PM)排放的影响.试验结果表明,各工况下单独CDPF、DOC+CDPF基本可以消除发动机产生的干炭烟.DOC+CDPF后处理方式与单独CDPF相比,颗粒物捕集效率明显提高,且前者对颗粒物中核态部分的捕集效果更加突出.甲醇掺烧后,炭烟和颗粒物几何平均直径降低.经CDPF和DOC+CDPF处理,415S烟度计测得的炭烟进一步降低;DMS颗粒物光谱仪显示的颗粒物粒径,因其中核态部分大部被氧化捕集而仅余较大几何平均直径的部分.小负荷时经CDPF和DOC+CDPF处理,颗粒物的几何平均直径会增大,大负荷时则相反.各工况下相比于CDPF,DOC+CDPF对核态颗粒物捕集更有效.     

国Ⅳ柴油机颗粒物与颗粒态多环芳烃排放特征

针对一台轻型柴油机,采用国Ⅳ柴油,在不使用和使用后处理装置的条件下,进行ESC循环工况(分别记为ESC-0、ESC-DP)和ETC循环工况(分别记为ETC-0、ETC-DP)下的发动机台架测试.每次测试用一对滤膜采集颗粒物,采样前后分别称重以确定颗粒物质量,进而计算排放因子.用气相色谱-质谱联机(GC-MS)分别分析每张滤膜上颗粒物的多环芳烃(PAHs)组分.ESC-0、ESC-DP、ETC-0、ETC-DP的颗粒物排放因子分别为0.12,0.05,0.48,0.16 g/(kW·h);相应的PAHs排放因子分别为69,35,174,76 μg/(kW·h).后处理分别使颗粒物和PAHs减排56%~68%和49%~56%.总PAHs中,三环PAHs占比重最大(64%±9%).PHE在总PAHs中占比重最大(54%±9%).PAHs的分布与其物理化学特性、柴油中的芳烃含量有关.PAHs特征比值FA/(FA+PY)为0.37~0.51.     

不同CDPF贵金属负载量对柴油公交车VOCs组分排放影响

基于重型底盘测功机,利用质子转移反应质谱(PTR-MS)研究了柴油公交车在中国典型城市公交车循环(CCBC)下,不同CDPF贵金属负载量对尾气中挥发性有机物(VOCs)组分排放特性的影响.结果表明,柴油公交车VOCs主要组分为含氧有机物(OVOCs)、芳香烃和烯烃等,且OVOCs占比达50%以上;在贵金属成分、配比相同时,VOCs减排率随CDPF贵金属负载量增加而增加:贵金属负载量为15 g·ft~(-3)(A型后处理装置)、25 g·ft~(-3)(B型)和35 g·ft~(-3)(C型)时,VOCs总量的减排率依次为36.2%、40.1%和41.4%.C型后处理装置对烷烃全循环减排率高达70.2%,且对OVOCs的催化有微弱优势;对于不饱和烃类,3种不同贵金属负载量的后处理装置均有一定催化效果,但无明显差异;A型对含氮有机物减排率可达50.5%,但减排率随贵金属负载量增加而降低.采用DOC+CDPF后能较好地降低公交车VOCs排放量进而降低臭氧生成潜势(OFP).同时考虑不同方案减排效果与成本因素,当加权系数分别为0.8和0.2时,B型为最优方案.     

Effect of catalyzed diesel particulate filter and its catalyst loading on emission characteristics of a non-road diesel engine

In this study, the effects of a diesel oxidation catalyst (DOC) coupled with a catalyzed diesel particulate filter (CDPF) with different catalyst loadings on the power, fuel consumption, gaseous and particulate emissions from a non-road diesel engine were investigated. Results showed that the after-treatment had a negligible effect on the power and fuel consumption. The reduction effect of the DOC on the CO and hydrocarbon (HC) increased with the engine load. Further reductions occurred coupling with the CDPF. Increasing the catalyst loading resulted in a more significant reduction in the HC emissions than CO emissions. The DOC could increase the NO₂ proportion to 37.9%, and more NO₂ was produced when coupled with the CDPF below 250°C; above 250°C, more NO₂ was consumed. The after-treatment could reduce more than 99% of the particle number (PN) and 98% of the particle mass (PM). Further reductions in the PN and PM occurred with a higher CDPF catalyst loading. The DOC had a better reduction effect on the nucleation particles than the accumulation ones, but the trend reversed with the CDPF. The DOC shifted the particle size distribution (PSD) to larger particles with an accumulation particle proportion increasing from 13% to 20%, and the geometric mean diameter (GMD) increased from 18.2 to 26.0 nm. The trend reversed with the CDPF and the accumulation particle proportion declined to less than 10%. A lower catalyst loading on the CDPF led to a higher proportion of nucleation particles and a smaller GMD.     

在用国Ⅲ/国Ⅳ/国Ⅴ柴油公交车的颗粒物质量及固态PM2.5数量排放特性

利用法规认证全流稀释定容采样系统以及满足精度要求的颗粒物排放分析系统,运行GB/T 19754—2005《重型混合动力电动汽车能量消耗量试验方法》推荐的中国典型城市公交循环(CCBC),分析了在用国Ⅲ/国Ⅳ/国Ⅴ柴油公交车以及在用国Ⅲ柴油公交车进行DOC(氧化催化转化器)+CDPF(催化型颗粒捕集器)改造后的颗粒物质量、固态PM_2.5数量排放特性.结果表明:国Ⅲ、国Ⅳ、国Ⅴ柴油公交车的颗粒物质量排放因子分别为63.77、63.20和14.42 mg/km,固态PM_2.5数量排放因子分别为3.87×1013、3.10×1013和2.77×1013 km-1.与国Ⅲ柴油公交车相比,国Ⅳ柴油公交车的颗粒物质量、固态PM_2.5数量排放因子分别降低了1%和20%;国Ⅴ柴油公交车分别降低了77%和28%;进行DOC+CDPF改造的国Ⅲ公交车颗粒物质量、固态PM_2.5颗粒数量排放因子分别为1.78 mg/km和3.19×1011 km-1,比未改造前分别降低了97%和99%.中国典型城市公交循环的低速(0～21.8 km/h)、中低速(0～37.5 km/h)、中高速(0～51.7 km/h)和高速(0～60.0 km/h)4类行驶工况中,低速行驶工况的固态PM_2.5数量排放因子最高,约是整个循环的2倍;在加速、匀速、减速、怠速4种行驶模式中,加速行驶模式产生的固态PM_2.5单位时间排放量最高,其分别为减速和怠速行驶模式下的10和6倍.研究显示,提高柴油公交车的平均车速,降低加速行驶比例有利于降低其颗粒物排放;DOC+CDPF可显著降低国Ⅲ柴油公交车的颗粒物排放.      

广西十万大山背景点PM2.5中非极性有机气溶胶组成及来源解析

大气细颗粒物(PM_2.5)中的非极性化合物包括多环芳烃（PAHs）和正构烷烃（n-alkanes）等,通常用于识别污染来源,且对人体健康和环境有很重要的影响.为探究广西背景点PM_2.5中非极性有机气溶胶的污染特征及来源,于2017年11月至2018年10月,对野外采集的PM_2.5样品分析了其中17种多环芳烃和20种正构烷烃.结果表明,多环芳烃和正构烷烃全年的平均值分别为（4.28±4.25）ng·m^-3和（13.7±14.72）ng·m^-3;季节变化规律均是：冬季[（7.86±5.19）ng·m^-3和（27.51±16.9）ng·m^-3]>春季[（2.73±1.76）ng·m^-3和（7.64±4.71）ng·m^-3]>秋季[（2.34±1.45）ng·m^-3和（7.01±4.55）ng·m^-3]>夏季[（1.91±1.67）ng·...     

Quantification of emission reduction potentials of primary air pollutants from residential solid fuel combustion by adopting cleaner fuels in China

Residential low efficient fuel burning is a major source of many air pollutants produced during incomplete combustions, and household air pollution has been identified as one of the top environmental risk factors. Here we compiled literature-reported emission factors of pollutants including carbon monoxide(CO), total suspended particles(TSPs), PM2.5, organic carbon(OC),elemental carbon(EC) and polycyclic aromatic hydrocarbons(PAHs) for different household energy sources, and quantified the potential for emission reduction by clean fuel adoption. The burning of crop straws, firewood and coal chunks in residential stoves had high emissions per unit fuel mass but lower thermal efficiencies, resulting in high levels of pollution emissions per unit of useful energy, whereas pelletized biofuels and coal briquettes had lower pollutant emissions and higher thermal efficiencies. Briquetting coal may lead to 82%–88% CO, 74%–99%TSP, 73%–76% PM2.5, 64%–98% OC, 92%–99% EC and 80%–83% PAH reductions compared to raw chunk coal. Biomass pelletizing technology would achieve 88%–97% CO, 73%–87% TSP, 79%–88%PM2.5, 94%–96% OC, 91%–99% EC and 63%–96% PAH reduction compared to biomass burning. The adoption of gas fuels(i.e., liquid petroleum gas, natural gas) would achieve significant pollutant reduction, nearly 96% for targeted pollutants. The reduction is related not only to fuel change, but also to the usage of high efficiency stoves.     

固相微萃取模拟生物法用于养殖底泥多环芳烃污染监测的研究

本研究以养殖底泥中多环芳烃(PAHs)为研究对象,采用以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为材料测定孔隙水中PAHs自由溶解态浓度(Cfree)的固相微萃取技术,以重要海水经济底栖生物菲律宾蛤仔(Ruditapes philippinarum)为参照生物,建立了PDMS中PAHs浓度与菲律宾蛤仔脂肪标化及底泥有机碳标化的PAHs浓度间的定量关系模型,进一步证明了基于固相微萃取的模拟生物法用于养殖区域中多环芳烃监测的可能性.结果表明,孔隙水中自由溶解态PAHs浓度(Cfree)显著低于孔隙水中总PAHs浓度(Cwater),且随着环数增加,两者间的差异越大,说明Cwater忽视了生物有效性,从而会高估孔隙水中PAHs的环境风险,因此,Cfree能更好地反映底泥孔隙水中PAHs的暴露水平;菲律宾蛤仔对PAHs的富集系数(BAF)及PDMS-水分配系数(KPDMS)均与辛醇-水分配系数(Kow)呈显著线性相关,且两者斜率相近,说明菲律宾蛤仔摄取PAHs的主要途径与PDMS相似,且PDMS中PAHs的浓度与生物体内PAHs的残留浓度和底泥有机碳标化的PAHs浓度间均呈现显著相关,说明当底泥孔隙水中和PDMS膜之间达到平衡时,固相微萃取模拟生物法可以用于计算底栖生物和沉积物中有机污染物,具有应用于养殖区域中多环芳烃监测的潜力,但有机污染物在生物体内转化和底泥性质对相关关系和监测应用的影响有待进一步研究.     

不同后处理装置对柴油车排放特性的影响——基于行驶里程的后处理装置对柴油公交车气态物排放特性的影响

三辆柴油公交车分别安装柴油机氧化催化器（DOC）,催化型颗粒捕集器（CDPF）与DOC+CDPF三种后处理装置,采用便携式排放测试系统PEMS进行测试,研究整车THC,CO与NO_x等气态物排放性能随行驶里程的变化规律.研究结果表明：对于加装了DOC的公交车,行驶里程达到8万km时DOC性能劣化,应进行保养,此前CO,THC与NO_x的平均转化效率分别为78%,43%和27%;CDPF有效工作时间短,需要定期进行高温保养,周期应为1万km左右,加装CDPF的公交车CO,THC与NO_x平均转化效率分别为74%,16%与15%;DOC+CDPF在行驶里程达12万km时才出现性能劣化现象,此前加装该后处理装置后的公交车CO,THC与NO_x平均转化效率分别为87%,76%与21%.DOC+CDPF的连续再生效果可有效延长后处理装置的工作寿命.     

港口地区大气PM2.5中多环芳烃污染特征及来源分析

为探究港口地区污染大气中多环芳烃（PAHs）的污染特征和潜在来源,以青岛港为研究对象,于2018年8月至2019年5月期间采集了4个季节的PM_2.5样品（n=59）,分析了PM_2.5中PAHs的季节变化和组成特征,使用相关性分析探索了气象因素对PAHs浓度的影响,并采用正定矩阵因子分解和潜在来源贡献函数模型对潜在来源进行解析.结果表明,ρ（PAHs）平均值为（8.11±12.31） ng·m^-3,秋冬季节高于春夏季节.PAHs的季节性分子组成相似,以4~5环PAHs （75.43%）为主.荧蒽、苯并［e］芘、苯并［a］蒽、菲、芘和䓛是研究区域PAHs的优势物种,这与船舶尾气中主要化合物组成相似.相关性分析表明,PAHs浓度与温度和相对湿度呈极显著负相关,与大气压和风向呈极显著正相关,与风速的相关性较差.PMF分析提取出6个贡献因子,结果表明,青岛港地区受航运排放（28.83%）影响最大,其次是机动车排放（20.49%）以及原油挥发（13.47%）等,夏季受航运排放影响最大.PSCF结果表明,京津冀、环渤海和鲁北地区是远距离传输的主要来源区域.     

六类餐饮源排放PM2.5化学成分谱

大气颗粒物源成分谱可以表征源排放颗粒物的理化特征,为受体模型开展来源解析研究提供基础数据.餐饮油烟排放是室内外环境大气污染的来源之一,当前餐饮源排放PM_2.5的化学成分谱仍然缺乏.该研究分别在成都市、武汉市和天津市采集了29组6种餐饮源（居民烹饪、火锅店、烧烤店、职工食堂、中餐馆、商场综合餐饮）排放的PM_2.5样品,分析无机元素、离子、碳、多环芳烃（PAHs）等化学组分,并构建了餐饮源排放颗粒物化学成分谱.结果表明:①餐饮源排放PM_2.5化学成分中的主要组分为OC（有机碳）、EC（元素碳）、Ca、Al、Fe、NH₄+、SO₄2-、NO₃-、Na+、K+、Mg2+和Cl-,其中w（OC）最高,为41.67%~57.91%.②餐饮源排放PM_2.5的PAHs中,3环和4环占比较高,其中芴（Flu）、菲（Phe）、荧蒽（Fla）、芘（Pyr）的质量分数相对其他物质较高.研究显示:餐饮源排放PM_2.5中OC/EC约为15.99~67.61,在一定程度上可以用来表征餐饮源排放;Fla/（Fla+Pyr）和InP/（InP+BghiP）多集中在0.45~0.55之间,或可作为标识餐饮源的特征比值.