华北地区乡村站点(曲周)夏季PM2.5中二次无机组分的生成机制与来源解析

利用大气PM2.5水溶性组分及其气态前体物在线测量系统(GAC-IC)于2014年6月9日~7月11日对华北地区乡村站点曲周大气PM2.5中水溶性组分及其气态前体物进行了在线测量,分析了PM2.5中水溶性组分与气态前体物日变化规律及其相互作用,探讨了当地细颗粒物的气粒转化机制并分析了其来源.结果表明夏季曲周大气PM2.5中水溶性无机离子与相关气态前体物的浓度呈现明显的日变化规律.观测期间,PM2.5中SO2-4、NH+4和NO-3的平均浓度分别是26.28、18.08和16.36μg·m-3,是PM2.5中最主要的水溶性无机离子,约占PM2.5质量浓度的76.23%;气态前体物中,NH3浓度明显偏高、平均值为44.85μg·m-3,主要来源于当地的农业活动排放;硫氧化率(SOR)和氮氧化率(NOR)平均值分别是0.60和0.30,表现出明显的二次污染特征.经相关性分析发现:曲周大气PM2.5中NH+4与NO-3、SO2-4有良好的相关性,且表现为富氨状态,NH+4以(NH4)2SO4形式存在,NO-3的生成主要受HNO3的限制.对NH4NO3平衡进行研究发现:与夜间相反,白天曲周大气环境不利于NH4NO3生成和保持.结果也表明,二次转化是曲周夏季细颗粒物的主要来源,堆肥与农田释放的NH3是导致高浓度二次无机颗粒物(SNA)的重要因素.     

基于腔衰减相移光谱法的二氧化氮分析仪的设计与应用

基于腔衰减相移光谱法设计了一套二氧化氮在线分析仪,通过优化测量参数,该仪器可长期稳定运行,其时间分辨率为60 s,检出限为0.191 ppb,在0~300 ppb范围内,NO₂气体浓度与相位正切信号值具有较好的二次拟合关系,R²为0.9995.另外,该仪器在泰安站进行了长期外场观测,并与改装后的进口商品化仪器PKU-Thermo 42i-TL进行比对实验,结果表明,两者的测量结果一致性较好,R²=0.9811,表明其具有良好的运行稳定性和测定结果准确性,适用于环境大气二氧化氮浓度的在线监测.外场观测结果表明,春季泰安站二氧化氮浓度均值为12.39 ppb,有明显日变化规律.     

大气非甲烷烃在线测量系统的研发与应用

为满足大气非甲烷烃(NMHCs)时空分布监测需求,开发出一套可用于移动观测的小型在线测量系统.环境空气经Teflon膜去除颗粒物后,以100 m L·min-1流速采样进入多床吸附剂捕集阱,样品气中的NMHCs在-10℃的温度下被捕集,之后,捕集阱经高纯氮气反吹后迅速升温至300℃,载气(高纯氮气)以1.6 m L·min-1将解吸出的样品送入GC-FID进行检测.通过系列条件实验,确定了吸附剂的最佳组合和仪器运行的最优参数,在此条件下,本系统最低检出限为0.01 nmol·mol-1(顺-2-丁烯),标准工作曲线R2为0.9991~0.9998,10次重复实验RSD3%.本系统与现有商业化设备TH-300B的测量结果具有较好的一致性,在实际外场应用中,运行稳定性高、能准确追踪12种典型NMHCs的大气浓度变化,可为定量分析大气二次污染形成机制提供关键前体物信息.     

基于复合软电离源飞行时间质谱的小型化大气非甲烷烃在线快速监测系统的设计与应用

针对大气非甲烷烃(NMHCs)的时空分布监测需求,并弥补现有监测技术时间分辨率低、体积和功耗较大的不足,本研究自主研发出一套高性能、小型化的大气非甲烷烃在线快速测量系统.该方法基于串联吸附剂在特定温度下对目标物质的富集与解吸,采用单光子/化学复合软电离源飞行时间质谱(SPI/CI-TOFMS)作为分离和检测手段,实现对C_2～C_(10)挥发性有机物的快速分离和检测.通过对标准样品的测量表明:在SPI/CI模式下,C_2～C_(10)物种工作曲线(0～10×10~(-9))拟合优度R~20.99,大部分物种方法检出限为1×10~(-12)～80×10~(-12),仪器检出限为1×10~(-12)～35×10~(-12),RSD(n≥10)小于10%.将仪器初步应用于北京大学站点进行定点观测,测量结果与商业化仪器TH-300B离线分析结果吻合.本系统样品分析时间5～12 min可调,整机重量低于40 kg,整机尺寸小于50 cm×50 cm×80 cm,功率低于500 W,可满足大气非甲烷烃的快速监测需求,为提供高分辨率大气NMHCs时空分布数据提供技术支持.     

北京市春季交通干道移动源非甲烷总烃的在线跟踪观测与特征分析

机动车排放(Vehicular Emission,VE)是地面非甲烷烃(Non-methane hydrocarbon,NMHCs)的重要人为源之一.为获得北京市交通主干道NMHCs的实际排放情况,本研究以自主研发的吸附/热解吸前处理-单光子/化学复合软电离源飞行时间质谱(SPI/CI-TOFMS)为检测手段,于2018年3月14日在北京四环、五环主干道,对C_2～C_(10)挥发性有机物进行了车载在线跟踪观测.结果表明,C_2、C_3高挥发性物质浓度较高,其次是苯系物和丁烷;从空间分布来看,NMHCs浓度在离市中心较近的四环主干道相对较高,且车流量较大的南五环公路和西四环处NMHCs污染也较为严重;从NMHCs的结构组成来看,烷烃(63%、52%)占比最多,芳香烃(23%、32%)次之,烯烃(14%、16%)最少;对NMHCs特征物质之间的线性关系和比值关系进行分析,确定机动车排放对此次观测中NMHCs的生成贡献较大;通过计算各物种臭氧生成潜势(OFP),评估出C_3、C_4烯烃类物质和苯系物为北京四、五环地区优先控制物种.     

北京冬季奥运会历史同期大气PM2.5污染特征分析

基于2015~2021年的1~3月北京市大气PM_2.5浓度与化学组成长期观测数据,分析了2022年北京冬季奥林匹克运动会（冬奥会）和北京冬季残疾人奥林匹克运动会（冬季残奥会）历史同期的PM_2.5污染态势、化学组成特征以及潜在源区.2015~2018年的1~3月重污染［日均ρ（PM_2.5）>75 μg·m^-3］天数以及重污染期间PM_2.5平均值下降十分显著,之后这两者未发生明显改变.2018~2021年的1~3月每年平均发生重污染23 d,重污染天ρ（PM_2.5）平均值约为120.0 μg·m^-3.2015~2021年的1~3月超长重污染过程（连续重污染超过5 d）平均每年发生2~3次,其中2021年发生3次,且持续时间最长达到8 d.历年冬奥会历史同期发生重污染的天数为2~9 d,春节期间烟花爆竹大量燃放可能是该时期重污染发生的重要原因之一;冬季残奥会历史同期重污染天数一般为1~5 d,但2021年受频繁出现的静稳天气影响,重污染天数高达9 d.在同时段重污染期间,PM_2.5化学组成均以二次组分为主,例如在PM_2.5可测组分中,2020年NO₃^-质量分数高达46%,较同年清洁天（11%）显著增加;SO₄^2-质量分数为12%~19%,说明当前硫酸盐污染仍不容忽视.北京市1~3月PM_2.5主要贡献区域包括内蒙古自治区中西部、河北省、天津市、山西省、陕西省、山东省中西部和河南省北部.研究结果将为北京市冬季空气质量持续改善以及2022年冬奥会与冬季残奥会期间北京市环境空气质量保障提供科学依据.     

基于观测的我国典型地区臭氧局地化学生成及其关键前体物来源

为研究近年来我国重点区域(京津冀及周边地区、长三角地区、珠三角地区、成渝地区及汾渭平原)臭氧局地化学生成的控制因素，利用2014-2019年这些区域共8个代表性站点的夏秋季臭氧及前体物浓度数据，比较分析五大重点区域8个站点的挥发性有机物(VOCs)组成特征及其与臭氧化学生成之间关系.结果表明：(1)这5个重点区域的VOCs浓度主要由烷烃组成，而活性组分则以烯烃、含氧VOCs和芳香烃为主.(2)以泰安和成都作为郊区和城市站点的案例研究表明，环境条件发生变化(平均温度增加2℃、辐射增加20%或天然源排放增加20%)可能对当地臭氧生成量产生一定影响，但它们并不足以改变对臭氧生成控制区的判定.(3)通过采用VOCs来源解析技术和相对增量反应活性的方法，发现机动车尾气、工业和溶剂使用等人为源类别是影响局地臭氧化学生成的关键VOCs排放源，而在农村或郊区(如望都、泰安等站点)，天然源VOCs对臭氧生成贡献很大.研究显示，实现降低各城市臭氧峰值浓度，则需要制定并实施差异化的前体物减排策略，以便根据每个城市的VOCs排放特征及其对当地臭氧生成的影响来进行有效控制；同时认为，重点控制人为源VOCs是有效...     

成都郊区(新津)夏季甲醛污染特征分析

甲醛（HCHO）是大气光化学重要污染物之一,为研究西南地区郊区大气夏季甲醛污染特征选取了四川省成都市新津区进行大气甲醛观测,结合NO_x、O₃、PAN、J-value、温湿度、风速风向、天气数据进行分析.观测期间成都市新津区夏季甲醛浓度为0.76×10^-9~12.50×10^-9（V/V）,均值为3.47×10^-9±2.05×10^-9（V/V）,呈现明显的日变化规律.结合数据分析可知,一次人为排放源在成都郊区夏季日间甲醛贡献中占比较低.观测期间甲醛受光照的影响较大,与O₃、PAN、J-value普遍呈现一致的变化规律,因此成都市夏季日间甲醛主要来源为甲醛前体物的二次光化学反应.     

超滤法处理含乳化油废液

采用板框式超滤装置对钢管玫冷却用乳化油废液进行处理试验,结果表明,板框式超滤器在压力低于０．４０ＭＰａ,运行温度４０－４５℃条件下,配用ＰＳＦ超滤膜,可将乳化油废液一次连续浓缩,含油量由２％增至４０－５０％,体积２０倍,超滤平均通量５－２０Ｌ（ｍ＾２．ｈ）＾－１,渗透液中含油量降至１００ｍｇ．ｌ＾－１以下,油分截留率大于９９％,ＣＯＤ截留率大于９０％     

华北地区冬季和夏季大气甲醛污染特征分析

为探究华北地区大气甲醛的污染特征,应用自主设计的一套大气甲醛在线分析仪,于2017年冬季和2018年夏季在山东省德州市开展大气甲醛综合观测实验.结果表明,德州站冬季和夏季大气甲醛小时浓度范围分别为0.15×10~(-9)～9.89×10~(-9)和0.43×10~(-9)～10.42×10~(-9),平均值分别为(3.04±1.70)×10~(-9)和(4.32±2.06)×10~(-9),结合日变化特征可知,白天甲醛、过氧乙酰基硝酸酯(PAN)和臭氧(O_3)具有较好的一致性,表明光化学生成是甲醛的主要来源;冬季夜间检测出的高浓度甲醛则表明一次排放也具有重要的贡献.此外,大气甲醛的浓度变化受相对湿度、光照、风速和湿沉降影响较大,并且湿沉降是大气甲醛去除的重要途径.