北京上甸子站气相色谱法大气CH4和CO在线观测方法研究

参照瓦里关全球大气本底站气相色谱在线观测系统的设计,通过系统调试、测试和参数优化,于2009年在北京上甸子区域大气本底站建立了高精度气相色谱法大气CH4和CO在线观测系统.该系统对CH4和CO的测量精度分别优于0.03%和0.45%,达到世界气象组织全球大气观测计划(WMO/GAW)的质量目标.研究建立了与该系统配套的标气选取方法及运行序列:选取可基本涵盖该站大气CH4和CO浓度范围的2瓶标气作为工作标气,其中CH4浓度分别为2 007.1×10-9、1 809.5×10-9(摩尔分数,下同),CO浓度分别为405.6×10-9、123.8×10-9,在高低浓度工作标气之间穿插分析3次大气样品,能够保证测量的准确度(观测浓度的标准偏差CH4<1.7×10-9、CO<1×10-9),同时可最大程度地节省工作标气.该方法已应用于华北地区本底大气CH4和CO的高精度连续观测.     

改进的大气CO2、CH4、N2O、CO在线观测FTIR系统

利用商用傅利叶变换红外光谱仪(FTIR)主机,与自动进样模块及标气模块集成,初步建立了一套可流程化、准确、高效分析大气CO2、CH4、CO和N2O的在线观测系统.测试结果表明,该商用FTIR主机具有良好的精度,但以仪器自带校正系数估算的结果绝对误差大,尤其CO的绝对误差可达38.8×10-9,无法满足在线观测要求.集成后的FTIR系统改用可溯源至国际标准的工作标气进行计算,有效降低了结果的绝对误差.动态及静态两种模式下各要素实测值与标称值的摩尔分数绝对误差为CO2≤0.11×10-6、CH4≤1.8×10-9、N2O≤0.15×10-9、CO≤0.5×10-9,能够满足大气在线观测需求.利用该FTIR集成系统进行6 d的模拟在线观测,采用动态流量模式(Flow)进样,每隔6 h穿插高、低浓度工作标气及目标气进样,用标气的标称值及系统更新的标气响应值计算样气及目标气结果.目标气CO2/CH4/N2O/CO的摩尔分数标准偏差分别为0.05×10-6、0.2×10-9、0.07×10-9、0.5×10-9,平均值与标称值之间的绝对误差分别为0.09×10-6、0.4×10-9、0.14×10-9、0.5×10-9.     

深圳市道路交通源温室气体排放特征分析

于2019年9月～2020年7月对深圳市福田区路边的大气CO2、CH4、N2O和CO浓度进行了观测分析.结果显示,其观测时段平均浓度分别为(430.8±6.1)×10-6、(2318.5±137.9)×10-9、(332.6±1.6)×10-9和(333.4±121.2)×10-9.CO2与CO浓度的季节变化表现为冬季...     

气相色谱法对本底大气氧化亚氮浓度的标气定量方法研究

利用气相色谱-电子捕获检测器法(GC-ECD)测量大气中氧化亚氮(N_2O)浓度是目前广泛使用的方法,但ECD分析N_2O时存在线性范围较窄的缺点,因此,标气数量和定量方式是决定分析结果的关键因素.基于此,本文对比分析了单点线性校正法(S)、多点线性拟合法(D)、单瓶标气近似校正法(SA)、单瓶标气比值校正法(SC)对N_2O检测分析结果的差异.结果表明,SA定量相对误差最小,对测试使用的6瓶标气定值平均误差为0.09×10~(-9).根据本底大气N_2O观测精度要求,以及我国大气N_2O浓度变化范围较大的特征,推荐选用SA法对大气中N_2O浓度进行定值.依据所选方法对黑龙江龙凤山本底站大气N_2O浓度进行观测(2015年1—12月),结果显示,黑龙江龙凤山站大气N_2O浓度最高值出现在4—5月,平均值超过330×10~(-9).该站大气N_2O浓度主要受人为活动排放的影响.     

气体稳定同位素比质谱法分析本底大气CO2的δ13C和δ18O

将商用MAT253稳定同位素比质谱仪、Airtrap高效预浓缩气体捕集阱与自加工16口自动进样器集成,建立了高精度气体稳定同位素比质谱分析系统,用于程序化自动分析本底大气CO2的δ13C和δ18O.气样分析时用工作标气定量并穿插目标气测定,还定期用实验室上一级标气对工作标气和参比气进行标校,以保证分析结果的可靠和可比.结果表明,利用不同稳定同位素比范围的标气重复进样测试,发现该系统对δ13C和δ18O的分析精度分别优于0.03‰和0.06‰,能基本满足本底大气CO2的碳氧稳定同位素比分析需求和WMO/GAW质量目标.     

配备低压进样系统的GC-FID法测大气中的CO和CH_4

将自主研发的低压进样系统与GC-FID法相结合,解决了低压样气难以抽取进样的技术难题,实现了对SUMMA采样罐内低压样气中CO、CH4的分析.罐内样气压强大于30kPa情况下,该进样装置能将待测低压气体提升至常压状态并完成进样过程.本系统采用3个六通阀、5分子筛与TDX-01双柱实现O2、CO、CH4的有效分离.通过对5分子筛柱的反吹去除杂质组份,既保持基线平稳,又可缩短分析周期,提高效率.该分析系统CO、CH4的最低检出限分别为9.2×10-9、5.5×10-9.本分析系统与美国加州大学Irvine分校Donald R.Blake实验室针对CO、CH4比对的相对误差分别低3%和1%.     

云南香格里拉本底站大气CH4体积分数及变化特征

利用基于光腔衰荡光谱(CRDS)技术自组装的大气CH4在线观测系统,于2010年7月—2011年10月在云南香格里拉大气本底站对大气CH4进行了在线观测.结果发现,该站春、夏、秋、冬季CH4平均本底值分别为(1850.7±6.9)×10-9(体积分数,下同)、(1850.9±13.4)×10-9、(1865.6±16.1)×10-9和(1839.2±6.5)×10-9.全年体积分数在9月最高,12月最低,月均值振幅约39.6×10-9.4季日平均最低值均出现在14:00—16:00.日变化振幅在冬季最小,秋季最大,分别为4.4×10-9和10.0×10-9.西南来向的地面风会明显抬升CH4体积分数,而北偏东来向的地面风显著降低观测结果.通过4季每日整点后向轨迹聚类计算,结合观测资料分析发现,该站CH4主要受西南来向气团传输影响,尤其在春、夏、秋3季.     

Gas stable isotopic ratio mass spectrometry for measuring δ^13C and δ^18O in background atmospheric CO2

将商用MAT253稳定同位素比质谱仪、Airtrap高效预浓缩气体捕集阱与自加工16口自动进样器集成,建立了高精度气体稳定同位素比质谱分析系统,用于程序化自动分析本底大气CO2的δ^13C和δ^18O．气样分析时用工作标气定量并穿插目标气测定,还定期用实验室上一级标气对工作标气和参比气进行标校,以保证分析结果的可靠和可比．结果表明,利用不同稳定同位素比范围的标气重复进样测试,发现该系统对δ^13C和δ^18O的分析精度分别优于0．03‰和0．06‰,能基本满足本底大气CO2的碳氧稳定同位素比分析需求和WMO／GAW质量目标．     

香溪河秋季水-气界面温室气体通量日变化观测及影响因素分析

采用通量箱-气相色谱法对三峡水库香溪河库湾秋季水-气界面温室气体(CO2、CH4、N2O)交换通量进行了连续24 h昼夜观测.结果表明,水-气界面CO2、CH4、N2O的释放通量具有明显的日变化特征:水体除去下午17:00及凌晨05:00吸收CH4外,其余时刻均向外界大气排放CH4,且在凌晨01:00达到排放高峰.CO2和N2O通量的变化规律一致,两者全天均表现为向大气释放;且CO2和N2O通量的昼夜差异较大.CO2白天释放通量范围在20.1～97.5 mg.(m2.h)-1之间,夜间释放通量范围在32.7～42.5 mg.(m2.h)-1之间.N2O白天释放通量范围在18.4～133.7μg.(m2.h)-1之间,夜间释放通量范围在42.1～102.6μg.(m2.h)-1之间.通过相关性分析,秋季香溪河水-气界面CO2交换通量与风速呈显著正相关,与pH值显著负相关,与Chl-a有一定相关性;CH4交换通量与气压有一定的相关性;N2O交换通量与pH值显著正相关.     

大连湾表层海水CO2、CH4和N2O的分布及海-气交换通量

根据2009和2010年两个航次对大连湾进行的大面调查,测定了不同季节表层海水中CO2分压、CH4和N2O的水平分布。结果表明,大连湾表层海水pCO2的季节变化不大,秋冬两季表层海水pCO2范围分别为44.00~51.55 Pa和35.45~56.21 Pa,统计平均值分别为47.77 Pa和40.05 Pa;大连湾表层海水中溶解CH4浓度的季节变化不大,但其饱和度差异明显,秋季远高于冬季;海水中溶解N2O饱和度的季节变化不大,浓度变化较显著,冬季远高于秋季。利用Liss和Merlivat公式和Wanninkhof公式分别估算了大连湾秋冬2个季节三者的海-气交换通量,结果表明秋季大连湾为大气CO2、CH4和N2O的源区,而冬季大连湾主要为大气CO2的汇区,是大气CH4和N2O的源区。     

Influence of SO2 in incineration flue gas on the sequestration of CO2 by municipal solid waste incinerator fly ash

The influence of CO2 content and presence of SO2 on the sequestration of CO2 by municipal solid waste incinerator(MSWI) fly ash was studied by investigating the carbonation reaction of MSWI fly ash with different combinations of simulated flue gas.The reaction between fly ash and 100% CO2 was relatively fast;the uptake of CO2 reached 87g CO2/kg ash,and the sequestered CO2 could be entirely released at high temperatures.When CO2 content was reduced to 12%,the reaction rate decreased;the uptake fell to 41g CO2/kg ash,and 70.7% of the sequestered CO2 could be released.With 12% CO2 in the presence of SO2,the reaction rate significantly decreased;the uptake was just 17g CO2/kg ash,and only 52.9% of the sequestered CO2 could be released.SO2 in the simulated gas restricted the ability of fly ash to sequester CO2 because it blocked the pores of the ash.     

水泥窑协同处置生活垃圾焚烧飞灰过程中二英的迁移和降解特性

为了解生活垃圾焚烧飞灰中的二英在水泥脱氯预处理过程中的迁移特性以及在水泥窑内的热降解特性,依托北京市琉璃河水泥有限公司的生活垃圾焚烧飞灰水泥窑协同处置示范线,开展了生活垃圾焚烧飞灰的水洗脱氯预处理和水洗后飞灰向水泥窑投加的工程试验研究.结果表明:烘干烟气中和水泥窑窑尾烟气中二英排放浓度低于GB 30485-2013《水泥窑协同处置固体废物污染控制标准》中所规定的标准限值（以I-TEQ计）为0.1 ng/m3,结晶氯盐中二英含量（以I-TEQ计）仅为2.8 ng/kg;以每h进入水洗罐的原飞灰中所含二英量为100%计,经过水洗处理后,99.97%的二英仍留在脱氯飞灰中,仅有0.08%和0.14%的二英分别通过烘干废气和结晶盐排出;以每h投入水泥窑窑尾烟室的飞灰所含二英为100%计,仅有0.82%、0.13%和0.002%的二英分别随窑灰、熟料、烟气排出,飞灰中的二英在水泥窑内的消减率达到了99%以上,实现了较为彻底的降解.      

基于污泥掺烧的某生活垃圾焚烧厂烟道气、飞灰及炉渣中的二(口恶)英特征

以我国南方某生活垃圾焚烧厂掺烧10%市政污泥的生活垃圾为研究对象,对前/后口废气、飞灰、炉渣及用于掺烧的污泥中17种二(口恶)英的含量进行了测定,并分析了其指纹分布特征.结合焚烧工况及处理设施,从生成机理角度探讨了二(口恶)英的排放特征、毒性当量浓度主成分特征及主要单体的排放因子线性关系.结果表明：掺烧10%的市政污泥后,废气中二(口恶)英的去除率为99.4%,低于国家排放标准;固体废物中二(口恶)英含量为飞灰 > 炉渣 > 污泥.这说明采用高温焚烧和"活性炭喷射+布袋除尘"装置不会影响掺烧10%污泥的达标排放.指纹分布特征表明,前口废气以1,2,3,4,6,7,8-HpCDF和OCDD为主,后口废气以OCDD和OCDF为主;飞灰、炉渣及污泥中的主要单体为OCDD、1,2,3,4,6,7,8-HpCDD、OCDF、1,2,3,4,6,7,8-HpCDF.主成分分析显示,前口废气和飞灰中的二(口恶)英毒性分布特征相似;炉渣和污泥的毒性分布特征相似;后口废气有自身的特征.这说明在相同工况条件下,经同一设施处理的废物中二(口恶)英排放特征相似.排放因子分析表明,2,3,4,7,8-PeCDF和1,2,3,6,7,8-HxCDF、1,2,3,6,7,8-HxCDD和1,2,3,7,8,9-HxCDD与总毒性排放因子具有较强的线性关系,且呋喃类（PCDFs）强于二(口恶)英类（PCDDs）.     

添加剂对燃料式熔炉固化垃圾焚烧飞灰特性的影响

采用燃料式表面熔炉,以废旧石英玻璃粉代替纯SiO₂作为添加剂,对杭州某生活垃圾焚烧厂的焚烧飞灰,连续进行了6个多月、处理规模为500 kg/d的熔融固化中试分析,主要研究了添加剂对焚烧飞灰的熔融温度、重金属固定率、熔渣中重金属的浸出质量浓度、烟气中二英和其他污染物排放水平的影响,同时探讨了整个系统的稳定性和可操作性. 结果表明:添加剂能有效降低飞灰的熔点,并使熔渣中重金属浸出质量浓度有所减少;同时也可显著提高重金属Cu和Zn的固定率,但对Pb,Cd和Cr的固定率影响不明显;当温度高于到达飞灰样品熔融温度时,所有飞灰样品的减容率均高于80%,飞灰样品的减容率依次为w(添加剂)为20%的飞灰>w(添加剂)为10%的飞灰>w(添加剂)为5%的飞灰>原灰. 二英总毒性当量浓度(以TEQ计)为0.053 ng/m3,远低于国家标准. 同时发现在一定运行条件下,排放烟气中其他污染物的排放浓度均符合国家相关标准,且运行期间系统稳定、可操作性强.      

工业燃煤锅炉烟气循环方式下飞灰的汞吸附特性

为探究燃煤锅炉烟气循环方式下飞灰汞的吸附特性,利用固定床汞吸附装置,对立式煤粉沉降炉不同模拟烟气循环工况条件下形成的飞灰汞吸附特性进行了研究,重点考察了烟气循环比例、煤种、关键燃烧气体组分等因素的影响.结果表明:①烟气循环工况条件下形成的飞灰汞吸附能力明显优于非烟气循环工况（空气燃烧）条件下形成的飞灰,并且随烟气循环比例的增加,飞灰汞吸附量呈逐渐增加趋势.褐煤在净烟气循环比例为60%、40%、20%的条件下形成的飞灰汞吸附量分别是非烟气循环条件下的3.0、2.3和1.6倍.②烟气循环引起燃烧气体氛围中ρ（SO₂）与ρ（NO）的变化会影响飞灰的物化特性及其汞吸附性能.随燃烧氛围中ρ（SO₂）的提高,飞灰汞吸附量先增后减.烟气循环比例为40%且燃烧气体氛围中ρ（NO）为803 mg/m3条件下,ρ（SO₂）为2 857 mg/m3时褐煤与烟煤燃烧形成的飞灰汞吸附量较高（分别为0.45和0.75 μg/g）,分别较ρ（SO₂）为1 428和4 286 mg/m3时提高了25%~300%和53%~78%.随燃烧氛围中ρ（NO）的提高,飞灰汞吸附量呈逐渐增加趋势.烟气循环比例为40%且燃烧气体氛围中ρ（SO₂）为2 857 mg/m3条件下,ρ（NO）为1 205 mg/m3时褐煤和烟煤燃烧形成的飞灰汞吸附量较高,分别较ρ（NO）为803和402 mg/m3时提高了1.2~3.6和1.1~1.6倍.③飞灰中UBC（未燃尽碳）、CaO、MgO及Fe₂O₃可促进飞灰对汞的吸附.与褐煤飞灰相比,烟煤飞灰表现出更优的汞吸附性能,与UBC、CaO、MgO及Fe₂O₃在飞灰中的含量存在一定的正相关性.研究显示,烟气循环方式下飞灰汞吸附特性发生明显变化,煤质的合理选择、烟气循环比例、循环气体成分及浓度参数的优化控制可显著改善燃煤锅炉烟气中汞的排放控制效果.      

焚烧飞灰卫生填埋共处置的螯合稳定化技术研究

对4种垃圾焚烧飞灰的性质进行了分析,其主要元素以Si、Ca、Al、Cl等为主,此外还含有相当数量的重金属如Pb、Zn、Cu、Cr、Cd等,存在很大的环境风险.而飞灰进入卫生填埋场进行共处置是现实可行的出路,为保证共处置的安全性,针对共处置情景制订的浸出毒性浸出方法提高了浸取液酸强度(0.3 mol·L-1,以H 计),此浸出方法已于2007-05-01日开始执行.采用二硫代氨基甲酸盐(dithiocarbamate)类螯合剂对焚烧飞灰进行了稳定化处理工艺实验,结果表明,DTC类螯合剂通过螯合反应作用于飞灰中的重金属,当DTC类螯合剂投加量为3%(质量分数)时,4种飞灰中重金属的浸出值均能达到在卫生填埋场和垃圾进行共处置的要求.     

垃圾焚烧飞灰中重金属的污染特性

以广西和重庆某生活垃圾焚烧厂的焚烧飞灰为研究对象,研究了飞灰中重金属的化学形态、不同粒径下飞灰中重金属含量及浸出毒性。结果表明:广西垃圾焚烧飞灰中含有5种重金属,且都是以残渣态为主要存在形态;重庆垃圾焚烧飞灰中Cr以残渣态为主要存在形态,Zn、Cu和Cd以醋酸可提取态为主要存在形态,具有较大的潜在毒性,毒性较强的Pb只以醋酸可提取态和可还原提取态两种形态存在,危险性非常高,Mn以可还原提取态为主要存在形态。两地飞灰中含量较高的重金属元素都表现出向小颗粒富集趋势。随飞灰颗粒粒径的减小,各重金属浸出量基本呈增加趋势。相比之下,重庆的垃圾焚烧飞灰中Zn、Cu、Pb和Cd的含量和浸出量都高于广西飞灰。广西飞灰中各粒级的飞灰中各元素浸出量均不超标,而重庆飞灰各粒级的飞灰中Zn、Pb和Cd的浸出量严重超标,表明重庆飞灰属于典型危险废物。     

高压正脉冲电晕脱硫脱硝和除尘相互影响的研究

采用SO₂、NO和飞灰与空气混合而成的模拟烟气和纳秒级脉冲电源,研究高压正脉冲电晕脱硫脱硝和除尘之间的相互影响关系。实验结果表明,飞灰本身就有脱硫作用,但没有脱氮作用;飞灰和氨水对SO2的脱除作用基本上为两者单独脱除作用之和;飞灰可使电晕对SO₂的氧化量降低;SO₂可改善高压正脉冲电晕对飞灰的收集效果。实验和理论分析表明,脱硫脱硝和除尘可以在一个反应器或一个多电场的静电除尘器中同时实现。     

燃煤飞灰对锅炉烟道气中Hg0的吸附特性

在实验室模拟研究了燃煤飞灰颗粒组分对燃煤烟道气中气相Hg的吸附脱除特性.试验结果表明,Hg吸附量随飞灰烧失量的增长而增大,飞灰中不同类型介质的气相Hg吸附特性差异显著,其中未燃尽炭的Hg吸附性能最强,吸附剂BET比表面积与其Hg吸附量呈正相关关系.载气气相Hg浓度与Hg吸附量成非线性正相关关系,即Hg浓度为5×10^-7时的Hg吸附量只有5×10^-6的1/2.吸附温度与Hg吸附量呈较显著负相关关系.残炭表面的含氧官能团C=O有利于Hg的氧化和化学吸附.燃煤飞灰炭粒所具有的多孔隙结构和巨大比表面积有利于吸附脱除烟道气中Hg污染物.     

城市垃圾焚烧飞灰特性及水泥固化试验研究

试验分析了重庆市某城市垃圾焚烧发电厂飞灰的化学成分,研究了原飞灰的浸出毒性,考察了水泥对原飞灰和酸洗预处理飞灰中重金属的固化效果. 结果表明:飞灰中重金属Pb和Zn的浸出质量浓度均超过《危险废物浸出毒性鉴别标准》(GB5085.3-2007),因而被认为是危险废物,必须对之进行稳定化处理;酸洗预处理飞灰固化试块的抗压强度得到了一定程度的提高,其重金属Pb和Zn的浸出毒性均较相同配比、相同养护时间的原飞灰固化试块有明显降低;酸洗预处理飞灰固化试块抗压强度随掺入飞灰比例的降低和养护时间的延长而加大,在养护28 d时其抗压强度最高,达4.25 MPa;酸洗预处理飞灰固化试块在养护28 d时,其重金属Pb和Zn的浸出质量浓度分别比原飞灰所制固化试块降低了10.6%～59.0%和7.4%～73.7%.