民用燃煤烟气中甲基多环芳烃的排放特征

利用全流稀释烟气采样系统,对20个煤/炉组合方式(涉及4种烟煤和1种无烟煤、块煤和蜂窝煤2种燃烧方式、3种北方地区常用的炉灶类型)的燃烧烟气进行了采样和分析,获取了多环芳烃的排放因子数据.针对具有更强“三致”作用的甲基多环芳烃(A-PAHs)的排放特征进行讨论,并与原煤的有机溶剂抽提物进行对比.结果表明,不同煤种和燃烧方式的8种A-PAHs排放因子(EFA-PAHs)差别显著,其中,烟煤在块煤与蜂窝煤两种燃烧方式下的变化范围分别为0.5~1.6mg/kg和63.9~100.1mg/kg,无烟煤以块煤与蜂窝煤燃烧的EFA-PAHs分别为0.1mg/kg和67.3mg/kg;蜂窝煤的平均EFA-PAHs比块煤高约2个数量级,说明作为洁净煤技术被推广使用的蜂窝煤燃烧方式存在“不洁净”的方面,应引起重视.对比原煤抽提物中A-PAHs的变化特征,可知燃煤烟气中的A-PAHs部分来自于煤的受热挥发,具有原煤的一些特征,但是更多的A-PAHs来自于燃烧过程中的高温裂解反应.     

民用燃煤含碳颗粒物的排放因子测量

通过烟尘罩稀释通道系统采样,实验室模拟民用燃煤的燃烧方式,获取了不同成熟度的散煤、蜂窝煤的PM2.5、EC和OC的排放因子.民用燃煤的排放与煤炭成熟度有很大相关,不同煤种排放因子差距很大.在6种实验煤炭中,烟煤散烧的排放因子较大,其中S3煤种的排放因子最大,其PM2.5、EC和OC的实测值分别为11.06、3.51和5.39 g·kg-1;无烟煤散烧排放因子较少,S1煤种的排放因子最小,其PM2.5、EC和OC分别为0.78、0.02和0.49 g·kg-1;蜂窝煤的颗粒物以及OC排放因子与相似成熟度的散煤燃烧相当,但是EC排放相对散煤较低.EC、OC源清单工作需要对民用燃煤源进行更详细的分类,结合相应的排放因子,才能更加准确的估计这一重要排放源的贡献率.     

国内民用燃煤烟气中多环芳烃排放因子研究

模拟国内民用燃煤过程.确定燃煤排放烟气中PAHs的排放因子、PAHs在烟气气相与颗粒相之间的分配、特征排放谱以及不同燃烧方式的影响.结果表明:以15种母体PAHs加和计,燃煤排放因子的变化范围为71～882 mg·k8-1,排放因子和有毒PAHs组份排放量由高至低依次为烟煤、蜂窝煤和无烟煤,主要毒性成份存在于颗粒相中.PAH组份的气-固相分配比例与其饱和蒸汽压存在显著的正相关关系.燃煤类型和燃煤中挥发组份对烟气PAHs排放因子、气-固相分配以及排放谱分布具有决定性作用.另外,不同燃烧方式对燃煤排放因子也有一定影响,缺氧条件会导致排放系数升高.     

中国民用燃煤排放细颗粒物中水溶性离子清单及减排启示

基于稀释通道采样系统和室内模拟燃烧实验,实测采集两种民用燃煤(蜂窝煤和块煤)燃烧排放的细颗粒物(PM_(2.5)),利用离子色谱分析样品中的Na~+、NH_4~+、Mg~(2+)、K~+、Ca~(2+)、F~-、Cl~-、NO_3~-和SO_4~(2-)等9种水溶性离子,计算得到相关排放因子,并结合能源统计年鉴,基于"自上而下"方法获得2013年全国(除港、澳、台地区)民用燃煤排放PM_(2.5)中水溶性离子的排放总量,以人口密度数据作为空间分布权重因子,建立全国1km×1km的网格化清单.结果表明,除Ca~(2+)和Mg~(2+)以外,蜂窝煤燃烧排放水溶性离子排放因子普遍高于块煤燃烧排放,因而需对块煤加工成蜂窝煤的多种有害组分的减排效果进行系统评估.9种水溶性离子中SO_4~(2-)离子排放因子远高于其他水溶性离子的排放因子;对于蜂窝煤和块煤,分别为494mg/kg和105mg/kg.从阴阳离子当量浓度之比(2.0~2.5)来看,民用燃煤排放一次颗粒物呈酸性.民用燃煤水溶性离子人均排放量最多的省份是山东、河北和北京,分别为520.2,401.1,362.7g/人;单位面积排放强度最高的是山东、北京和上海,分别为323.9,287.3,197.9kg/km~2.从民用燃煤离子单位面积排放强度和人均排放量来看,北京和山东均需要对该类源减排引起足够重视.高分辨率空间分布显示民用燃煤排放水溶性离子分布有以下几个特点:(1)东部高于西部;(2)平原、盆地多;山地、高原少;(3)受到自然地理环境因素和经济发展水平制约,主要集中分布于平原、盆地及河谷地区人口密布,从应对冬季大气重污染过程的角度,需加大对民用燃煤排放水溶性离子及其气态前体物的管控力度.     

民用燃料燃烧排放PM2.5和PM10中碳组分排放因子对比

在实验室中模拟民用燃料在家庭炉灶中的燃烧,应用稀释通道系统采集颗粒物,获得玉米秸秆、薪柴、蜂窝煤和块煤四种常用民用燃料燃烧排放PM10,PM2.5及载带碳组分的排放因子.结果表明,民用燃料燃烧排放的颗粒物以细颗粒为主, PM2.5占PM10的70%~90%.颗粒物排放因子最大的为块煤,其PM2.5和PM10的排放因子分别为9.837和11.929g/kg,分别是蜂窝煤的12.6和13.7倍;玉米秸秆和薪柴PM2.5和PM10的排放因子稍低于块煤,为7.359~10.444g/kg.4种燃料燃烧OC排放因子块煤最高,其在PM2.5和PM10中分别为5.29和5.19g/kg.薪柴燃烧EC的排放因子最高,其在PM2.5和PM10 中的排放因子分别为1.065和1.126g/kg.块煤两种粒径上EC的排放因子略低于薪柴.蜂窝煤EC的排放因子最低,比薪柴低300倍左右,玉米秸秆EC的排放因子也要比薪柴低10倍左右.碳组分是块煤,秸秆,薪柴排放颗粒物的主要成分,其含量在40%~60%之间,该值比蜂窝煤高3倍.四种燃料对应的OC/EC比值差异很大,薪柴和块煤燃烧排放颗粒该值为3~6,秸秆和蜂窝煤燃烧排放颗粒其值高达30~50.     

陕西省民用散煤燃烧气态污染物排放因子研究

为深入了解陕西省民用散煤燃烧烟气中气态污染物(CO、NOx、SO_2)的排放因子,选取陕西省居民家庭使用频率较高的块煤及蜂窝煤,利用自行设计的采样系统对燃烧烟气中的CO、NOx、SO_2排放因子进行实测研究。结果表明,在充分燃烧条件下,烟煤、无烟煤、蜂窝煤气态污染物CO排放因子分别为:64.1、38.4、35.1g/kg;NOx排放因子分别为:1.49、1.21、0.50g/kg;SO_2排放因子分别为:3.48、1.35、1.23g/kg。NOx排放因子大小顺序为:烟煤蜂窝煤无烟煤,CO、SO_2排放因子大小顺序为:烟煤无烟煤蜂窝煤。获得了2016年陕西省民用散煤的气态污染物排放清单;块煤CO、NOx、SO_2的排放量分别为13.13、0.346、0.61万t,贡献率均超过了85%;农村生活领域散煤三种气态污染物的排放量占陕西省生活领域散煤排放总量近80%。因此,农村地区散煤的治理是陕西省改善空气质量、加强大气污染治理工作的关键。     

陕西省民用散煤燃烧颗粒物排放因子测定及分析

通过调研并搜集陕西省民用燃煤,实验模拟散煤在家庭炉灶中的燃烧,应用稀释通道系统采集颗粒物,分析得到陕西省不同地区民用煤燃烧颗粒物排放因子。结果表明:榆林烟煤颗粒物排放因子为11.17 g/kg;延安烟煤为7.96 g/kg;高陵无烟煤为2.58 g/kg;蜂窝煤颗粒物排放因子在1 g/kg左右。根据PM_(10)占总颗粒物的百分数可得粒径<10μm的颗粒物排放因子,经对比其他文献研究,分析实验结果,得到符合陕西省排放特征的排放因子,计算出2015年陕西省各市散煤燃烧颗粒物排放量,为当地民用燃煤污染物排放清单的编制及源解析工作的开展提供支持。     

中国民用煤燃烧排放细颗粒物中重金属的清单

基于稀释通道采样系统和室内模拟燃烧实测,并搜集全国各省区煤中11种重金属的含量,推算出两种常用民用煤(蜂窝煤和块煤)燃烧排放的细颗粒物(PM_(2.5))中V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Sb和Pb等11种重金属排放因子.计算了2012年全国(除港、澳、台地区)民用燃煤排放PM_(2.5)中重金属的排放量,并建立了全国30 km×30 km的网格化清单.结果表明,蜂窝煤燃烧排放PM2.5中,Pb、Zn、As和Cu的排放因子较高,分别为27.1、16.8、0.99和0.97 mg·kg-1,分别是块煤的56、6、10和2倍.2012年我国民用燃煤燃烧排放PM_(2.5)中V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Sb和Pb的排放总量分别为0.5、30.1、59.5、1.1、29.3、20.0、188.9、64.9、1.6、3.4和176.7 t.湖南、河北、内蒙古、河南和山东等省区民用煤燃烧排放的各种重金属总排放量较高,分别占全国排放总量的12.4%、12.3%、10.4%、9.9%和9.3%.不同重金属的单位面积排放强度与人均排放量显示,北京、河南、山东、湖南、江西、贵州以及内蒙古等地区存在较高的重金属健康风险.空间分布信息显示,Zn和Pb年排放量较大的地区分布较广,主要分布在内蒙古、河北、北京、天津、山东、河南、甘肃、湖南以及江西等省(市)区.本研究所得细粒子中重金属清单可为区域空气质量模拟、人体健康风险评估等提供基础数据.     

民用燃煤排放分级颗粒物中碳组分排放因子

中国是全球碳质气溶胶最重要的贡献者之一,民用燃煤排放占有很大的比重.排放因子的不确定性直接影响碳气溶胶排放清单的准确性.本研究基于室内模拟燃烧实验和稀释通道采样系统,采用FA-3型9级撞击采样器采集了3种蜂窝煤(考虑明烧和闷烧)和包括烟煤与褐煤在内的4种块煤燃烧排放的九级粒径颗粒物,采用热光法分析了不同粒径颗粒物中有机碳(OC)和元素碳(EC)的含量,计算得到排放因子.结果表明:(1)对于蜂窝煤的明烧与闷烧,PM2.1中OC排放因子分别为0.07g·kg~(-1)和0.10 g·kg~(-1),EC的排放因子为0.002 g·kg~(-1)和0.001 g·kg~(-1);闷烧排放的有机碳颗粒物高于明烧;元素碳排放因子低于明烧.块煤排放PM2.1中OC与EC排放因子分别是1.4 g·kg~(-1)和0.02 g·kg~(-1),高出蜂窝煤排放一个数量级.(2)粒径分析结果表明,民用煤燃烧排放的颗粒物及其载带的碳组分集中在细颗粒物上,碳组分的质量中值粒径均小于2.5μm,总碳(OC+EC)的排放因子粒径分布表明蜂窝煤燃烧排放的碳组分富集于≤0.43μm粒径段,块煤富集于0.43~0.65μm粒径段.     

北京市民用燃煤烟气中气态污染物排放特征

以北京远郊农村居民常用的蜂窝煤、煤球、烟煤散煤为实验用煤,开展燃烧实验.研究了烟气无机污染物排放因子、VOCs释放情况.结果表明在充分燃烧的条件下,蜂窝煤、煤球、烟煤气态污染物SO2排放因子分别为1.50、1.91、1.62kg·t~(-1);NOx排放因子分别为0.420、0.901、2.20 kg·t~(-1);CO排放因子分别为22.4、37.3、87.3 kg·t~(-1).燃烧排放的NOx和CO的排放因子顺序关系为:烟煤煤球蜂窝煤;SO2的排放因子大小顺序分别为:煤球烟煤蜂窝煤.获得了北京市2014年3种民用煤燃烧排放的气态污染物的排放清单,烟煤散煤排放的SO2超过了0.55万t,NOx超过了0.75万t,CO超过了29万t.3种煤质燃烧过程中点火和封火阶段VOCs排放浓度相对较高,各阶段VOCs排放因子为点火阶段最高,封火阶段次之.     

Emission factors of polycyclic aromatic hydrocarbons from domestic coal combustion in China

Domestic coal stove is widely used in China, especially for countryside during heating period of winter, and polycyclic aromatic hydrocarbons （PAHs） are important in flue gas of the stove. By using dilution tunnel system, samples of both gaseous and particulate phases from domestic coal combustion were collected and 18 PAH species were analyzed by GC-MS. The average emission factors of total 18 PAH species was 171.73 mg/kg, ranging from 140.75 to 229.11 mg/kg for bituminous coals, while was 93.98 mg/kg, ranging from 58.48 to 129.47 mg/kg for anthracite coals. PAHs in gaseous phases occupied 95% of the total of PAHs emission of coal combustion. In particulate phase, 3-ring and 4- ring PAHs were the main components, accounting for 80% of the total particulate PAHs. The total toxicity potency evaluated by benzo[a]pyrene-equivalent carcinogenic power, sum of 7 carcinogenic PAH components and 2,3,7,8-tetrachlorodibenzodioxin had a similar tendency. And as a result, the toxic potential of bituminous coal was higher than that of anthracite coal. Efficient emission control should be conducted to reduce PAH emissions in order to protect ecosystem and human health.     

基于入户调查的贵阳市生活燃煤排放清单

为准确掌握贵阳市生活燃煤大气污染物的排放状况,为南方山地城市大气污染防治工作提供科学依据,本研究于2017年对贵阳市生活燃煤情况开展了入户调查.据统计分析,2016—2018年贵阳市常住人口和生活煤炭消费量变化小.同时,采用排放系数法结合GIS技术,建立了贵阳市2016年1 km×1 km生活燃煤大气污染物排放清单.结果表明：①全市生活燃煤量约为55.9×10⁴ t,单位面积燃煤量为69.5 t·km^-2,不同区（市、县）生活燃煤量存在明显差异;从燃煤总量来看,开阳县最大,云岩区最小;从单位面积燃煤量来看,云岩区最大,息烽县最小.②全市生活燃煤PM₁₀、PM_2.5、SO₂、NO_x、VOCs、CO、OC、BC排放量分别为1230.5、783.0、6963.5、615.3、1006.8、39096.4、55.9、3.9 t,单位面积排放量分别为153.0、97.4、865.7、76.5、125.2、4860.7、7.0、0.5 kg·km^-2.③生活燃煤污染物排放量呈明显的季节性变化特征,冬季采暖季污染物的排放量远高于非采暖季.④在空间分布上,大气污染物排放主要集中在云岩区、南明区、白云区中南部,以及观山湖区东南部、乌当区西南部及花溪区东北部,这与居民生活区域基本呈一致性分布.⑤调查样本量覆盖了总家庭户数的1.5%,全市以煤炭为生活能源的住户占比约为38.1%,户均燃煤量为（1.158±0.010）t·a^-1,排放清单不确定性总体范围为-82.6%~201.0%.     

重庆市新型干法水泥厂汞排放特征

以重庆市3个新型干法水泥厂为研究对象,分析典型水泥厂输入输出物料汞含量,探讨水泥厂中汞的来源和去向,研究重庆市典型新型干法水泥厂汞的排放特征,估算其大气汞排放量和排放因子.结果表明,3个水泥厂的汞主要来源为石灰石,其次为煤.石灰石汞含量为(0.025±0.001)~(0.032±0.002)mg·kg~(-1),煤汞含量为(0.080±0.002)~(0.110±0.012)mg·kg~(-1).脱硫石膏汞含量较高,为(0.447±0.007)~(0.525±0.009)mg·kg~(-1),其余原料的汞含量均较小.3个水泥厂排放的汞主要进入了烟气,脱硫石膏中的汞主要进入了水泥产品.3个水泥厂的大气汞排放量为(73.42±8.10)~(215.18±10.75)g·d-1,大气汞排放因子(EF熟料、EF水泥)分别为(0.016±0.001)~(0.049±0.001)g·t-1和(0.011±0.000)~(0.036±0.001)g·t-1,明显低于以往水泥行业采用的国外汞排放因子.     

燃煤电厂和垃圾焚烧电厂燃烧产物中卤代多环芳烃的赋存特征和毒性风险

研究了燃煤电厂和垃圾焚烧电厂燃烧产物中卤代多环芳烃（HPAHs）的赋存特征、生成机制和毒性效应.结果表明,燃煤电厂和垃圾电厂飞灰中氯代PAHs （Cl-PAHs）的含量为1.06~1.67 ng·g^-1和2.76 ng·g^-1,溴代PAHs （Br-PAHs）的含量为26.4~44.2 ng·g^-1和6.31 ng·g^-1;垃圾电厂飞灰中Cl-PAHs的含量明显高于燃煤电厂,主要是因为生活垃圾中含有大量的聚氯乙烯为代表的塑料.来自煤粉炉的飞灰中Br-PAHs和Cl-PAHs的含量明显低于循环流化床燃煤飞灰,主要是因为煤粉炉具有更高的燃烧温度和燃烧效率.燃煤电厂飞灰中主要为7-BrBaA和9-ClPhe;垃圾电厂除尘器飞灰中Br-PAHs主要为9-BrPhe和2-ClAnt.7-BrBaA和9,10-Br₂Ant在燃煤电厂除尘器飞灰的含量远高于其在底灰和脱硫石膏的含量,但摩尔质量相对较小的2-BrFle在飞灰、底灰和脱硫石膏中的含量相近.垃圾电厂除尘器飞灰经过半干法脱酸后Br-PAHs的含量减少50%以上,但是经过螯合剂稳固化作用之后飞灰中Br-PAHs的含量明显升高.Pearson相关分析结果表明,燃煤电厂不同燃烧产物的HPAHs生成机制相同,而垃圾焚烧电厂不同产物中HPAHs具有不同的生成机制,飞灰螯合化过程导致HPAHs的二次生成.垃圾电厂除尘器飞灰中HPAHs的TEQs值（10.0×10^-3 ng·g^-1）与燃煤电厂相近（8.87×10^-3~15.0×10^-3 ng·g^-1）.对于垃圾电厂不同燃烧产物,脱酸工艺能够显著去除7-BrBaA从而降低飞灰的TEQ值,而飞灰螯合化后TEQ值达到螯合前的5.4倍.燃煤电厂的飞灰因年产量较大,且总HPAHs的TEQs值相对较高,对其处理和资源化利用应考虑HPAHs带来的生态风险.     

森林生物质燃烧烟尘中的有机碳和元素碳

选取10种乔木制备风干树枝、新鲜树枝两种类型的样品,通过自制的生物质燃烧装置模拟阴、明燃两种燃烧方式燃烧制备的树枝样品,采集排放的烟尘,并使用DRI2001A热/光分析仪测定样品中的有机碳(OC)、元素碳(EC).结果表明,风干树枝明燃排放烟尘中OC的排放因子(EFOC)、EC的排放因子(EFEC)、PM的排放因子(EFPM)均值分别为6.8、2.1、16.5g·kg-1,阴燃排放烟尘中均值分别为57.5、11.1、130.9 g·kg-1;新鲜树枝明燃排放烟尘中EFOC、EFEC、EFPM均值分别为13.6、3.3、30.5 g·kg-1,阴燃排放烟尘中均值分别为57.6、9.6、125.6 g·kg-1.树枝(风干树枝、新鲜树枝)阴燃时EFOC、EFEC、EFPM均高于明燃时,在明燃(高温度)条件下含水率与树枝燃烧时EFOC、EFEC、EFPM是呈正相关关系.树枝燃烧烟尘中OC、EC、TC(TC=OC+EC)占PM的百分比约为45%、10%、55%,乔木树枝阴燃排放烟尘中OC的质量分数高于明燃,EC的质量分数低于明燃.新鲜树枝排放烟尘中OC的质量分数高于风干树枝,EC的质量分数低于风干树枝.风干树枝明燃条件下OC/EC的均值为3.3(2.5~5.2),阴燃条件下均值为5.2(4.3~6.3);新鲜树枝明燃条件下OC/EC的均值为4.1(3.1~5.3),阴燃条件下均值为6.2(4.2~8.4),乔木树枝阴燃时OC/EC的值高于明燃,含水率高的乔木树枝(新鲜树枝)燃烧排放烟尘中OC/EC的值高于含水率低的树枝(风干树枝).风干树枝燃烧烟尘中OC、EC的相关系数为0.985,新鲜树枝燃烧烟尘中OC、EC的相关系数为0.915,含水率不同的乔木树枝(风干树枝、新鲜树枝)在不同燃烧条件下(明燃、阴燃)排放烟尘中OC与EC都具有良好的相关性.     

设施栽培对土壤与蔬菜中PAHs污染特征及其健康风险评价

利用现场设施栽培试验,研究了大棚内外土壤、蔬菜(生菜、苋菜、空心菜和青菜)及蔬菜生长期内湿沉降样品中16种PAHs的含量特征、可能来源以及对人的健康风险.结果表明,大棚内外蔬菜中PAHs含量平均值分别为99.27 ng·g~(-1)和109.11 ng·g~(-1);棚内外土壤中PAHs含量分别为128.01 ng·g~(-1)和173.07 ng·g~(-1).棚内PAHs含量明显低于棚外,棚内外土壤与蔬菜体内的PAHs均以低环为主.湿沉降颗粒态与溶解态PAHs含量分别为2 986.49 ng·g~(-1)和61.9 ng·L~(-1).通过分析蔬菜对土壤中PAHs的生物富集系数发现蔬菜对低环PAHs富集系数较大.土壤与蔬菜中PAHs主要来源为石油排放和草、木和煤的燃烧;湿沉降颗粒态中PAHs主要来源为油类排放与草、木和煤的燃烧;溶解态主要来源为化石燃料的燃烧和汽油排放.分析终身暴露致癌风险,儿童与成人食用不同种类蔬菜的终身暴露致癌风险值ILCR在10-6~10-4(排除苋菜)之间,都存在潜在致癌风险,棚外蔬菜致癌风险高于棚内,相比较其他3种蔬菜食用苋菜(ILCR10-6)的致癌风险最低,青菜的终身暴露风险ILCR10-5,有较高的致癌风险.     

几种植物根亚细胞中菲的分配

以菲为多环芳烃(PAHs)代表物,采用温室水培试验方法,研究了黑麦草、苏丹草、墨西哥玉米、高羊茅、三叶草等5种植物根亚细胞中菲的分配作用.结果表明,经144h培养,随着培养液中菲平衡浓度由0.056mg·L-1增至0.39mg·L-1,黑麦草根、细胞壁、细胞器中菲的含量分别从26.85、20.01和36.19mg·kg-1增大到56.91、49.54和59.77mg·kg-1,富集系数则分别由357.14、479.49和649.25L·kg-1降低到145.92、127.04和153.26L·kg-1.黑麦草根及亚细胞组分中菲的含量大小为细胞器根细胞壁,其中细胞器中菲含量要比细胞壁高21%～163%.水中菲的起始浓度均为1mg·L-1时,144h后,供试5种植物根细胞器中菲的含量(48.64～145.2mg·kg-1)均大于细胞壁(15.86～74.49mg·L-1).5种植物根亚细胞中菲分配的比例大小顺序为细胞器细胞壁可溶部分;其中,根内46%～53%和31%～40%的菲分别分布在细胞器和细胞壁中.