基于总过氧自由基观测研究合肥市西郊夏季O3生成特征

2020年8月利用化学放大法对合肥市西郊大气总过氧自由基RO^*₂·(RO₂·+HO₂·)体积分数进行监测,并结合O₃和其前体物,分析了过氧自由基体积分数、O₃生成速率和O₃生成对前体物的敏感性.结果表明,观测期间总过氧自由基体积分数的日均值呈典型的单峰型变化,12:00左右出现最高值,日间峰值体积分数为43.8×10^-12,日间RO^*₂·与太阳辐射强度、温度和O₃呈明显的相关性.利用实测RO^*₂·和NO,获得合肥市西郊夏季O₃生成速率,日间峰值为10.6×10^-9h^-1,O₃生成速率对NO变化更为敏感.基于大气自由基和NO_x(NO+NO₂)反应去除速率占比(Ln/Q),对合肥...     

电催化臭氧技术降解啶虫脒

研究了臭氧氧化、紫外/臭氧(UV/O₃)和电催化臭氧(electro-peroxone, EP)3种技术降解啶虫脒的机制,比较了3种技术降解地下水和地表水中啶虫脒的效率和能耗(使用E_EO指标表征)。发现啶虫脒为臭氧难氧化物质,与臭氧(O₃)和羟基自由基(·OH)的二级反应速率常数分别为(0.05±0.01) mol/(L·s)、(2.8±0.2)×109 mol/(L·s)。经6 min臭氧氧化后,地下水和地表水中的啶虫脒去除率仅为26%和64%。与之相比,UV/O₃和EP技术可以完全去除地下水和地表水中的啶虫脒。臭氧氧化、UV/O₃和EP技术降解啶虫脒的能耗分别为0.11~0.27,1.22~1.24,0.12~0.24 kW·h/m3。结果表明,EP技术是一种去除饮用水中啶虫脒的高效低耗技术。     

大气臭氧浓度升高对农作物产量的影响

大气O₃浓度升高对农作物产量的影响是评估大气O₃造成农作物减产及经济损失的基础. 分别在北京和广东东莞建立OTC(田间开顶式气室)系统,开展大气O₃对大田冬小麦和水稻的影响研究,在整个生长期对作物进行O₃熏蒸,计算O₃暴露量,获得冬小麦和水稻产量与O₃暴露量之间的响应关系. 结果表明:东莞水稻临界水平(以AOT40计,AOT40为大于40nL/L的小时平均φ(O₃)与40nL/L差值的累计值)为4.95μL/(L·h),而北京冬小麦为2.44μL/(L·h). 根据我国已有农作物O₃暴露量-产量响应关系计算可知,我国水稻和冬小麦的AOT40分别为4.950~9.506和2.280~3.858μL/(L·h),水稻对O₃的敏感性从我国北方到南方呈逐渐增加态势,但冬小麦对O₃敏感性并无明显的地域变化规律. 在大田环境大气φ(O₃)条件下,东莞水稻相对产量损失为2.70%〔AOT40=2.68μL/(L·h)〕,北京冬小麦的相对产量损失为12.85%〔AOT40=6.72μL/(L·h)〕. 我国农作物生长环境多样,作物种类繁多,需要继续开展试验研究来建立本地化O₃暴露量-产量响应关系,用于合理评估区域农作物产量损失.      

深圳西部城区大气O3污染特征及超标成因

利用近5a深圳西部城区（大学城）大气臭氧（O₃）在线监测数据,结合深圳大学城超级站大气复合污染综合观测,获取了大气O₃演变趋势,并探究O₃超标日气象条件及其前体物的组成变化以期掌握大气O₃超标成因.结果表明,深圳大学城大气O₃日最大8h平均体积分数上升速度达1.1×10^-9/a,超标率达到6%以上.高温低湿的气象条件更容易促进大气O₃生成,高温时光化学反应强烈有利于O₃的本地生成,而低湿可能不利于O₃的湿去除从而导致污染积累.挥发性有机物（VOCs）不同组分在O₃超标日上升幅度（70%~95%）明显高于NOx（28%）,且O₃高值浓度分布在高VOCs低NOx区域,说明深圳大学城大气O₃生成主要受VOCs控制.O₃超标日的甲苯与苯比值（T/B）在夜间超过10表明可能存在大量工业排放;而含氧挥发性有机物（OVOCs）在午间（12：00~14：00）的消耗相较于非超标日高出了1倍左右,表明工业活动排放的OVOCs对白天O₃生成可能贡献显著.     

活性炭粒径对O3-AC处理有机废水的影响机制

臭氧-活性炭(O₃-AC)技术可以通过吸附和氧化协同作用去除废水中的污染物,而AC粒径是影响这一过程的关键因素。制备了5种48~1700 μm的不同粒径AC用于苯酚废水的O₃-AC处理,通过吸附和氧化动力学考察了AC粒径对污染物的吸附、氧化以及O₃传质的影响机制。结果表明:在AC粒径<150 μm时,AC表面出现更多微观孔道,吸附和氧化速率较粒径>150 μm的AC分别提高了189%和166%;粒径在48~150 μm的AC在O₃中的传质和分解速率分别达到0.57,0.51 min-1,显著高于其他大粒径AC;在O₃-AC中加入叔丁醇(TBA)后,40 min内COD去除率降低了20%,O₃的分解作用与催化氧化反应有关;使用48~150 μm粒径的AC连续进行6次O₃-AC实验,COD去除速率均保持在95%以上,具有良好稳定性。     

佛山春季两次典型臭氧污染过程分析

近地层臭氧污染与气象条件密切相关,为了解珠三角地区春季臭氧（O₃）污染的气象成因,选取了2020年4月9日和28日佛山地区春季两次典型O₃污染过程进行对比分析.结果表明：（1）小风、低湿和高温是造成佛山春季O₃污染发生的气象成因.（2）两次过程各站点O₃峰值浓度大致出现在16:00—18:00,较年均统计偏晚1 h左右,最高气温明显低于夏、秋季;大多数站点日变化以单峰型为主,部分站点受局地风场和城市下风向传输影响呈现“倒U型”和“双峰型”.（3）垂直探测分析表明,4月9日O₃污染过程主要由局地反应生成,垂直方向下沉气流主导,污染主要积聚在1000 m以下的近地面层;28日受局地生成和垂直交换作用影响,O₃污染自下而上扩展,且早间残留层下传影响显著.（4）与长距离和高层输送相比,短途和低层传输对局地O₃污染发生的作用更为明显（输送频率可达60%以上）.春季佛山地区O₃污染的主要传输源为珠三角东部和南部地区,污染防控...     

黄河三角洲典型城市夏季臭氧污染特征与敏感性分析

为探究黄河三角洲代表性城市东营市夏季环境空气臭氧(O₃)污染成因,利用2021年6月东营市大气超级站监测数据与基于观测的化学盒子模型(OBM),较为全面地分析了O₃污染特征与O₃生成敏感性机制,并开展了前体物减排效果评估. 结果表明:①2021年6月东营市O₃污染较严重,O₃污染天〔日最大8 h平均O₃浓度值(MDA8-O₃)≥160 μg/m3〕占比达50.0%,MDA8-O₃、挥发性有机物(VOCs)和氮氧化物(NO_x)浓度平均值较非污染天分别升高70.0%、10.4%和7.6%. ②O₃污染天呈高温、低湿的特点,O₃浓度与温度的相关性在污染天显著增强. ③基于本地化的O₃生成潜势计算表明,与非污染天相比,污染天异戊二烯、乙烯和甲苯对O₃生成潜势的贡献分别增加了114.3%、68.6%和38.2%. ④污染天O₃本地净生成速率明显升高. O₃生成处于VOCs-NO_x协同控制区,减少VOCs和NO_x排放均可有效降低O₃生成. 研究显示,现阶段东营市应实施VOCs/NO_x协同减排比例大于或等于1∶1的减排策略,污染天(尤其是夜间)应加大NO_x及VOCs减排力度,减轻污染天温度升高及植物源排放增加等不可控因素对O₃污染的影响.      

超大城市SO2排放对硫酸盐区域分布影响的观测与模拟

2002年8月14—24日在临安采集气溶胶样品,对气溶胶质往往w量和离子成分的尺度分布进行分析.结果表明:SO₄2-主要集中在粒径<2.1 μm的细粒子中,约占所有尺度段上SO42-质量总和的94%;细粒子(PM_2.1)中,ρ(SO₄2-)和ρ(NH₄+)最高,二者之和占所分析离子质量浓度总和的89%. 利用公共多尺度空气质量模式(CMAQ)的过程分析对影响硫酸盐气溶胶分布特征的主要因子进行定量评估,结果表明:经过云内液相氧化和湿清除形成硫酸盐气溶胶的速率为0.19 μg/(m3·h),其对硫酸盐气溶胶的贡献最大;SO₂液相氧化反应中速率最大的是H₂O₂〔5.26 μg/(m3·h)〕,其次是O₂〔4.14 μg/(m3·h)〕和O₃〔1.56 μg/(m3·h)〕. 模拟分析证明,采样期间研究区域SO₄2-主要是由上海及其以南的浙江沿海一带通过SO₂云内与H₂O₂和O₂的液相氧化反应生成. 通过模式敏感性试验发现,在个例的风场配置下,上海排放的SO₂对临安地区的SO₂和硫酸盐的贡献率分别达15%和22%.      

基于四维通量法的佛山臭氧污染输送量化

定量输送过程对大气污染事件的贡献程度一直是目前区域大气污染防控的突出难点和重要需求.对此,基于WRF-Chem模式对佛山典型区域性臭氧(O₃)污染事件开展模拟,应用四维通量法分别量化周边区域对佛山市臭氧及其前体物的输送通量,厘清臭氧直接输送和前体物输送的贡献,发现周边区域对佛山市输送的O₃总通量平均值为120.3 t·h^-1;挥发性有机化合物(VOCs)总通量平均值为30.2 t·h^-1;其对应的臭氧生成潜势(OFP)为114.8 t·h^-1.通过统计各O₃污染事件的输送通量,发现污染期间输入佛山O₃通量最大的城市为广州(贡献率为44%);输入VOCs通量最大的城市为肇庆(贡献率为48%).分析输送VOCs排放导致的O₃生成潜势发现含氧挥发性有机物(OVOCs)对OFP的贡献最大,在“最大输入事件”中占比为47%.甲醛、二甲苯、醛类、丙酮和苯酚类等OVOCs和芳香烃是对OFP贡献前5的物种,贡献量占总OFP的50...     

2015—2020年湖北省PM2.5和臭氧复合污染特征演变分析

为揭示湖北省PM_2.5和臭氧(O₃)复合污染演变特征,基于湖北省17个地市的空气质量国控点和武汉市大气超级站组分监测数据,全面分析湖北省17个地市2015—2020年PM_2.5和O₃的时空变化特征及相关关系,探讨PM_2.5和O₃协同效应的成因机理. 结果表明:①2015—2020年,湖北省PM_2.5显著改善,平均降幅为4.7 μg/(m3·a),但冬季负荷仍较高,主要集中于中部地区;O₃污染凸显,平均增幅为3.8 μg/(m3·a),污染集中在4—10月的暖季,东部地区最严重,近两年超标天数已与PM_2.5相当. ②湖北省PM_2.5和O₃关联日趋密切,协同效应显著,日评价指标显示夏季二者呈显著正相关(相关系数为0.57),近两年当PM_2.5浓度≤50 μg/m3时,相关系数高达0.63;冬季PM_2.5浓度与O_x(O₃+NO₂)浓度呈正相关,尤其2020年东部城市二者相关性高达0.46,显示大气氧化性对PM_2.5二次污染的重要性. ③以武汉市为例,归纳PM_2.5和O₃复合污染的成因,暖季低PM_2.5背景下,高温、中等湿度和弱风速的气象条件以及VOCs和NO_x等前体物的高浓度排放,使得受VOCs主控的光化学反应加剧,易造成O₃污染,从而加强PM_2.5二次生成;冬季高的大气氧化性,叠加不利气象条件,促进颗粒物的二次生成,导致重污染时PM_2.5组分以硝酸盐等二次无机组分为主. 研究显示,湖北省PM_2.5和O₃协同控制重点为,在保持现有NO_x控制力度基础上强化VOCs控制,遏制暖季和东部区域O₃浓度上升,加强冬季和中部PM_2.5治理.      

基于铁塔观测的深圳大气VOCs垂直分布特征

2018年8～9月,利用深圳市铁塔的11个垂直梯度平台进行了9轮挥发性有机物(VOCs)不锈钢罐采样,并应用气相色谱质谱联用仪(GC/MS)对103种VOCs组分进行定量分析,研究不同垂直高度上VOCs组分特征及对近地面臭氧(O₃)生成的影响.结果表明,从地面到345m高空VOCs总体污染水平相近,在垂直梯度上变化不大;但烯烃浓度随高度上升呈现下降趋势,主要受地面天然源排放的异戊二烯主导.结合典型物种及物种对的分析发现,日间的二次生成、工业排放和光化学反应消耗是影响垂直梯度上VOCs浓度变化的主要原因.应用混合层梯度方法对VOCs通量进行计算发现,烷烃(28%)和芳香烃(23%)的通量贡献最多;二氯甲烷(1.93±0.29)mg/(m²·h)、甲苯(1.86±0.39)mg/(m²·h)具有较高的垂直通量值.结合二氧化氮(NO₂)和O₃垂直廓线的关系分析得出,总挥发性有机物(TVOCs)/NO₂在300m以上高空达到峰值,更加有利于O₃     

北京市郊区夏季臭氧重污染特征及生成效率

为研究北京郊区夏季O₃(臭氧)重污染过程特征及O₃生成的光化学敏感性,基于2016年夏季在北京郊区开展的针对O₃及其相关污染物的强化观测试验(7月23日—8月31日,共计40 d),分析了观测期间O₃浓度[以φ(O₃)计]变化特征、O₃重污染过程主控因素与O₃敏感性化学特征.结果表明:观测期间φ(O₃)超标时有发生,最大小时φ(O₃)为151.1×10-9,其中有15 d的φ(O₃)最大8 h滑动平均值(O₃-max-8h)超过了GB 3095—2012《环境空气质量标准》二级标准限值,占观测天数的37.5%;不同O₃重污染过程成因有所不同,城市烟羽传输的污染物对郊区O₃重污染过程影响显著(观测期间臭氧重污染过程:过程1,7月27—29日;过程3,8月9—11日;过程4,8月16日;过程5,8月21—24日),区域光化学污染对郊区O₃重污染过程也有贡献(观测期间O₃重污染过程2:8月4—6日);结合后向气流轨迹进一步辅助说明了不同重污染过程中O₃的来源不同.研究还发现,观测区域存在反“周末效应”现象,说明观测区域周末受人为影响较为明显;基于观测数据计算的OPE(O₃生成效率)分析了O₃光化学敏感性表明,在有OPE值的22 d内NO_x控制区和VOCs控制区出现的概率(41%)相等,即观测区域O₃对NO_x和VOCs均敏感;此外还发现,在O₃重污染过程中光化学敏感性会随其反应进程发生改变,由NO_x控制区逐渐转变为VOCs控制区.      

春季东海一氧化碳的浓度分布、海-气通量、微生物消耗和暗反应生成研究

为了探究陆架海域在全球海洋一氧化碳(CO)的生物地球化学循环中的地位,本文于2021年春季在中国东海对CO的浓度分布、海-气通量、暗反应生产和微生物消耗进行了研究。结果表明,东海大气中CO的体积分数为126.07×10^-9～353.15×10^-9,平均值为(191.32±51.52)×10^-9,呈现明显的近岸高、远海低的特点。表层海水中CO的浓度为0.83～4.08 nmol/L,平均值为(2.07±0.84)nmol/L,最大值出现在舟山群岛附近,最小值出现在夜间采样站位,受太阳辐射强度和陆源输入有机物的影响较大。近岸海水中CO的垂直分布呈现表层浓度高、随深度增加浓度逐渐减小的趋势。表层海水中CO的过饱和系数为4.98～24.96,平均值为13.94±5.77。CO的日海-气通量为2.62～9.38μmol/(m²·d),平均值为(6.70±2.62)μmol/(m²·d)。在CO的暗反应生成培养实验中,CO浓度随时间增长呈现线性增加的趋势,生成速率为0.024～0.50 n...     

高效纤维质降解菌处理木薯酒精废液及其厌氧发酵动力学分析

为提高木薯酒精废液中固形物的降解效率,优化木薯酒精废液的厌氧发酵特性,采用高效纤维质降解菌群作为CSTR（continuous stirred tank reactor,连续搅拌反应器）接种污泥,通过逐级提高进料负荷,研究不同容积负荷下的厌氧消化性能及相应的酶活性变化,建立了厌氧发酵过程动力学模型.结果表明,在高温（55℃）条件下经长时间稳定运行,容积负荷为14 kg/（m3·d）（以COD_Cr计）时,反应器出水ρ（TCOD）（TCOD为总化学需氧量,以COD_Cr计）和ρ（SCOD）（SCOD为溶解性化学需氧量,以COD_Cr计）分别为15 367.6、10 982.8 mg/L,TCOD去除率达到70%~75%;φ（CH₄）在48%左右,沼气产率为0.22 L/g（以每g TCOD计）;此外,木聚糖酶活性、纤维素酶活性在该条件下达到最大值,分别为42.1、30.2 U.脱氢酶活性在容积负荷为12 kg/（m3·d）时达到最大值80.1 TFμg/（h·mL）.动力学模型研究表明,最大原料产气率（y_m）为0.335 L/g（以每g TCOD计）,一级反应常数（k）为0.743 d-1,产气率为0.3 L/g,通过该模型可以得到最佳HRT（hydraulic retention time,水力停留时间）为11.5 d,最佳容积负荷为4.6 kg/（m3·d）.研究显示,在高温高容积负荷条件下,CSTR能够稳定的处理木薯酒精废液,并且能够获得较高的纤维素和半纤维素酶活性.      

上甸子本底站地面臭氧变化特征及影响因素

利用TE Model 49C型臭氧监测仪,于2004年1月1日-12月31日,在上甸子本底站进行了地面φ(O₃)的连续在线监测.分析了全年φ(O₃)的变化特征及其与同期气象要素的相关关系,并对φ(O₃)高值日的个例分析进行了验证.结果表明,上甸子本底站地面φ(O₃)具有明显的季节变化和日变化规律,并且与同期的气象条件密切相关.主要特征:①夏初φ(O₃)较高,6月的平均值达到最高,小时平均最大值可达129.7 μL/m3;而冬季φ(O₃)较低,12月的平均值达到最低,小时平均最大值仅为32.7 μL/m3.②日变化趋势较为明显,在4:00-7:00出现最低值,在15:00-18:00出现最高值,变化幅度为夏季最大、冬季较小.③气温与φ(O₃)呈显著正相关,夏季相对湿度与φ(O₃)呈显著负相关,风向和辐射强度也与φ(O₃)及其变化规律呈显著相关关系.      

北京市夏季近地层臭氧对气温的量化响应关系

为研究不同污染水平下,O₃浓度对气温升高的敏感程度,利用2018—2020年5—9月近地层O₃日最大8 h平均浓度(O₃-8 h浓度)和日最高地面气温(Tmax)数据,拟合O₃-8 h浓度对T_max变化的响应斜率(m O₃-T),据此对比分析不同类型站点m O₃-T的差异和O₃污染特征.结果表明：(1)各站点O₃-8 h浓度均随T_max升高而增加,在24～36℃气温范围内该趋势最明显.(2)城区点m O₃-T最高,高达10.6μg/(m3·℃);北部远郊区点和北部背景点m O₃-T较低,低至5.2μg/(m3·℃);近郊区点与城区点的m O₃-T相当.(3)总体看,北京市m O₃-T较高,与O₃污染高发地—美国加州南海岸地区20世纪90年代相当,说明目前北京市O...     

深圳地区臭氧污染来源的敏感性分析

利用美国EPA开发的区域多尺度空气质量模式CMAQ对2008年8月发生在深圳地区的臭氧污染过程进行模拟,运用源敏感性识别工具DDM-3D分析深圳本地排放源及周边地区排放源对深圳地区臭氧污染形成的敏感性.研究表明,VOCs人为源排放对深圳臭氧形成敏感度高,控制深圳臭氧污染的关键在于控制VOCs人为源排放,控制重点应放在化学品/橡胶/塑胶、印刷、电子产品制造、家具、玩具、制鞋、建筑涂料使用、家用溶剂等方面;深圳的臭氧污染具有区域特征,在不利天气条件下,需与周边城市协调控制才能达到8h平均浓度120μg/m3的目标.