民用燃煤源中多环芳烃排放因子实测及其影响因素研究

民用燃煤是我国目前关注较多的多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)排放源.根据我国民用燃煤所涉及的煤种、燃烧方式和炉灶类型,利用全流稀释采样系统对5种不同成熟度的煤种,分别以散块煤和蜂窝煤形式在3种炉灶类型中燃烧产生的烟气进行了采样和分析,初步获取了我国民用燃煤烟气中PAHs排放因子(EFPAHs)的实测数据.结果表明,烟煤的EFPAHs在块煤燃烧方式下的变化范围为1.1～3.9 mg.kg-1,在蜂窝煤燃烧方式下的变化范围为2.5～21.1 mg.kg-1,无烟煤的EFPAHs在块煤与蜂窝煤燃烧方式下分别为0.2 mg.kg-1与0.6 mg.kg-1.在民用燃煤的EFPAHs的各种影响因素中,煤的地质成熟度起主导作用,不同成熟度煤种的EFPAHs差异幅度高达1～2个数量级.其次是燃烧形态(块煤/蜂窝煤),主要表现为同一种地质成熟度的煤在蜂窝煤燃烧方式下排放的PAHs比块煤高2～6倍.炉灶类型的影响最小.     

生物质露天焚烧及家庭燃用的多环芳烃排放特征研究

农村地区生物质燃烧排放是大气多环芳烃(PAHs)的重要来源之一.本研究利用建立的烟尘罩稀释通道采样系统,对我国典型的生物质燃烧方式—水稻、玉米、花生、大豆秸秆的家庭炉灶燃烧,并对水稻、玉米、花生秸秆以及荔枝树、大叶榕、小叶榕等落叶的露天焚烧进行实验室模拟,实测了秸秆野外焚烧、落叶野外焚烧、秸秆炉灶燃烧等3种典型生物质燃烧类型排放的气相及颗粒相PAHs的排放因子.结果表明,本研究生物质露天焚烧PAHs排放因子高于大部分已有实验结果,秸秆炉灶燃烧PAHs排放因子亦高于大部分排放清单采用值.3类燃料燃烧排放PAHs的谱分布相近,均以中低环PAHs为主,中高环(4~6环)PAHs比例为22.2%~28.8%.采用某单一数值作为某类源PAHs特征比的取值,并将其运用于大气PAHs的来源解析可能会造成偏差.     

村镇生活垃圾与秸秆混合焚烧过程中多环芳烃(PAHs)释放特征

为了解我国农村地区生活垃圾与玉米秸秆焚烧处置过程烟气中多环芳烃(PAHs)释放特征,对我国农村地区生活垃圾可燃组分以及生活垃圾与玉米秸秆混合焚烧组分在焚烧过程烟气中PAHs化合物释放特征进行分析,利用气相色谱-质谱仪(GC-MS)对样品中的16种PAHs进行分析,研究气态以及颗粒态PAHs的释放因子、环数比例、气固态分配以及排放特征值.结果表明气态PAHs排放因子为当垃圾与秸秆混合比例为1∶2时PAHs的总量最多,而颗粒态为当垃圾与秸秆混合比例为1∶3时PAHs的总量最多;气态PAHs主要集中于2～3环低环数化合物,颗粒态PAHs则主要以中低环数(3～4环)化合物为主,本研究为促进我国村镇生活垃圾处理与资源化运用提供理论依据.     

大气中多环芳烃气固相分配与颗粒物粒径的关系

采集了2005年5月16日～6月3日上海市桃浦地区气相样品、TSP样品及不同粒径的颗粒物样品.用GC-MS对各样品中美国EPA规定优先控制的16种多环芳烃(PAHs)做了定量分析.结果表明,大气中PAHs的气固相分配系数(KP)和各物质的过冷饱和蒸气压(pl⁰)呈良好的线性相关.多元线性回归分析表明,PAHs的气固相分配受颗粒物粒径大小的影响,粒径越大,对PAHs的气固相分配影响越大;过冷饱和蒸气压越高,气固相分配越易受到粒径大小的影响.     

西安采暖季大气中多环芳烃的污染特征及来源解析

采用改进型的大流量主动采样器,对西安采暖季大气总悬浮颗粒物(TSP)样品和气相样品进行了连续采集,利用GC-MS测定多环芳烃(PAHs)的浓度.结果表明,颗粒态和气态样品中Σ16PAHs平均值分别为(108.15±41.44)ng/m3和(260.14±99.84)ng/m3,2～3环的PAHs主要分布在气态中,而4环的PAHs主要分布在颗粒态中,PAHs的气固相分配系数和其过冷饱和蒸气压具有良好的相关性.温度与分配系数也具有显著相关性,并应用逐步回归方法得出分配系数与温度的回归方程.利用特征分子比值法进行源解析,发现西安大气中PAHs主要来源于煤的不完全燃烧和汽车尾气的排放,并利用因子分析和多元线性回归对各种来源的贡献率进行了计算.通过污染指数与因子的代表物质进行偏相关分析,发现某些PAHs与SO2、NO2来自于相同的污染源.     

乌鲁木齐市典型城区大气PAHs气-粒分配特征

大气中PAHs的气-粒分配是影响其在大气中分布、迁移和转化的一个重要因素,于2011年12月—2012年12月在乌鲁木齐市天山区采集大气气相和颗粒相样品,对聚氨酯泡沫样品的气相和石英纤维膜的颗粒相(TSP)中的16种PAHs进行分析.结果表明:采样期间颗粒相和气相中ρ(∑₁₆PAHs)总和的年均值为(116.71±92.74) ng/m3,采暖期〔(173.16±84.26) ng/m3〕是非采暖期〔(39.46±16.19) ng/m3〕的4.4倍;采暖期颗粒相中ρ(∑₁₆PAHs)平均值为(40.60±3.03) ng/m3,气相为(134.46±13.05) ng/m3,2～3环PAHs主要存在于在气相中,4～6环PAHs主要存在于颗粒相中.在非采暖期,颗粒相ρ(∑₁₆PAHs)平均值为(25.37±3.21) ng/m3,气相为(14.95±1.06) ng/m3.采用吸附和吸收模型对PAHs的分配特征进行了研究,表明PAHs的lg K_p(K_p为分配系数)与lg P_L0(P_L0为过冷蒸汽压)线性关系显著,在采暖期斜率绝对值为0.34,说明PAHs的气-粒分配以吸收为主;在非采暖期的斜率绝对值为0.78,表明PAHs的气-粒分配受吸收和吸附共同作用.PAHs的lg K_p与lg K_oa(K_oa为正辛醇-大气分配系数)线性关系显著,在采暖期斜率为0.38,表明PAHs气-粒分配并未达到平衡;在非采暖期,斜率为1.22,表明PAHs气-粒分配接近平衡.研究显示,乌鲁木齐市城区大气PAHs气-粒分配在采暖期及非采暖期特征不同,应区别制订政策和管理措施.      

中小燃煤锅炉PM2.5排放特征实测研究

中小燃煤锅炉是我国工业和民用部门最主要的供热方式,掌握其一次颗粒物的排放特征对于研究大气PM2.5的来源和控制途径具有重要意义.本研究通过实测中小燃煤锅炉烟气,获得了中小燃煤锅炉PM2.5及以下粒径段的排放因子和分布,并分析了各粒径段的颗粒密度及除尘装置的去除效率.研究发现,PM2.5质量排放因子平均为(0.123±0.061)kg·t-1,PM2.5粒子数的排放因子平均为(3.17±1.65)×105t-1,烟气中70~120 nm粒径段的积聚模态颗粒在质量和数量上都高于其他粒径段.锅炉燃烧负荷是影响锅炉PM2.5排放的重要因素,锅炉的燃烧负荷越低,PM2.5排放将随之降低.实测锅炉的PM2.5排放因子显著低于物料衡算结果,说明采用物料衡算方法可能极大地高估了现有排放清单中工业燃煤锅炉的一次PM2.5排放量.     

无机盐添加剂对蚊香燃烧产物中多环芳烃分布规律的影响

研究了3种无机盐添加剂(NaCl、Na2CO3和CaCO3)对蚊香燃烧烟气和灰烬中多环芳烃(PAHs)分布规律的影响,采用GC-MS方法分析样品中16种优控PAHs的含量.结果表明,未加添加剂时蚊香烟气中16种PAHs均有检出,其中萘最大(3.109μg.g-1),其次为菲(1.230μg.g-1)、二氢苊(0.495μg.g-1)和荧蒽(0.311μg.g-1),以2～3环PAHs为主,约占PAHs总排放因子的86.0%;灰烬中也以2～3环PAHs为主,但排放总量仅为烟气中的4.7%.添加NaCl和Na2CO3未能起到降低烟气中PAHs排放的作用,甚至导致烟气中PAHs总排放因子和毒性当量出现不同程度增加.比较而言,CaCO3降低蚊香烟气中PAHs排放的效果最佳.随着CaCO3添加量的增加,2～3环PAHs在烟气与灰烬中份额的比值明显增加,而5～6环PAHs在烟气与灰烬中份额的比值明显减少.摩尔分数为2.0%的CaCO3在降低蚊香烟气中PAHs总排放因子和毒性当量方面作用最显著,其PAHs总排放因子较未加添加剂时降低了1.8%,毒性当量浓度降低了86.6%.     

上海城市屋面径流PAHs赋存特征及其生态风险评价

为研究城市屋面径流中16种US EPA优控多环芳烃(PAHs)的污染特征,采集并分析了上海3次降雨事件典型屋面径流中颗粒相和溶解相PAHs的质量浓度,对屋面径流中PAHs的质量浓度特征、动态变化过程、来源解析以及潜在的生态风险进行了分析与讨论.结果表明,屋面径流中溶解相∑16PAHs的质量浓度为33.9~581.5ng/L,颗粒相PAHs的质量浓度为134.6~27528ng/L,3种屋面径流PAHs含量基本为:瓦屋面>水泥屋面>沥青屋面;不同类型的屋面径流中PAHs组分具有明显的相似性,均以3~4环组分为主,苯并[a]芘BaP的场次降雨事件平均浓度(EMC)值为17.4~378.5ng/L,超过我国规定的污水中BaP排放标准.源解析结果表明,瓦屋面径流中PAHs的主要来源为机动车排放源和燃煤源;沥青屋面和水泥屋面径流中PAHs主要来源于机动车排放源、燃煤源和石油类泄露和挥发源.屋面径流中PAHs毒性当量浓度为6.08~16.86ng/L,超过我国规定的标准限值,对环境存在一定的危害,应引起足够的重视.     

我国8种市售蚊香燃烧烟气中多环芳烃的排放特征

利用GC-MS对8种具有代表性的市售蚊香燃烧烟气中16种列入美国环境保护署(US EPA)优先控制的多环芳烃(PAHs)进行分析. 结果表明:有烟蚊香烟气中16种优先控制的PAHs均有检出(6号蚊香除外),排放因子较大的化合物主要有萘、苊、二氢苊、菲和荧蒽;无烟蚊香烟气中仅检出10～11种,排放因子最大的化合物是菲,其次为萘;各种蚊香烟气中PAHs均以2～3环化合物为主,约占排放量的83.3%～98.0%. 同无烟蚊香相比,有烟蚊香烟气中PAHs的排放量较大,毒性也较高. 根据烟气中PAHs排放因子估算出一盘蚊香燃烧后烟气中苯并［a］芘排放量相当于燃烧4支香烟,PAHs排放量相当于燃烧8支香烟;蚊香燃烧后室内空气中ρ(PAHs)高达1 486.60 ng/m3,其中ρ(苯并［a］芘)为8.07 ng/m3,超过其《室内空气质量标准》(GB/T18883─2002)中的日均限值.      

Influence of fuel moisture, charge size, feeding rate and air ventilation conditions on the emissions of PM, OC, EC, parent PAHs, and their derivatives from residential wood combustion

Controlled combustion experiments were conducted to investigate the influence of fuel charge size, moisture, air ventilation and feeding rate on the emission factors (EFs) of carbonaceous particulate matter, parent polycyclic aromatic hydrocarbons (pPAHs) and their derivatives from residential wood combustion in a typical brick cooking stove. Measured EFs were found to be independent of fuel charge size, but increased with increasing fuel moisture. Pollution emissions from the normal burning under an adequate air supply condition were the lowest for most pollutants, while more pollutants were emitted when an oxygen deficient atmosphere was formed in the stove chamber during fast burning. The impacts of these factors on the size distribution of emitted particles was also studied. Modified combustion efficiency and the four investigated factors explained 68%, 72%, and 64% of total variations in EFs of PM, organic carbon, and oxygenated PAHs, respectively, but only 36%, 38% and 42% of the total variations in EFs of elemental carbon, pPAHs and nitro-PAHs, respectively.     

蚊香燃烧产物中多环芳烃的分布规律及相关性研究

对蚊香燃烧后的烟气和灰烬样品进行采集,利用GC-MS方法分析其中16种优控多环芳烃(PAHs)的含量,并对烟气和灰烬中各PAHs组分及总量间的相关关系进行探讨.结果表明:蚊香烟气中16种PAHs均有检出,排放量较大的组分主要有萘、苊、二氢苊、菲和荧蒽,并以2～3环PAHs为主;灰烬中PAHs也以2～3环化合物为主,但排放总量仅为烟气中的4.7%～21.8%.通过与其他室内燃烧源PAHs排放量的对比发现,蚊香灰烬中总PAHs排放量低于卫生香源和木柴源,但比香烟源高一个数量级以上;烟气中总PAHs排放量低于燃煤源、木柴源和卫生香源,但明显高于烹调源.回归分析结果表明,烟气中总PAHs排放量与灰烬中的排放量表现出明显的线性关系(R2=0.9054).     

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.     

民用固体燃料及烹调油烟杂环胺排放及健康风险评价

模拟了典型固体燃料的民用燃烧及家庭烹饪食用油过程,分别采用烟尘罩稀释采样系统和小型烟尘罩采集烟气.利用高效液相色谱-紫外检测法测定了5种典型致癌杂环胺的排放特征.估算了2012年杂环胺排放量及不同情景下妇女炊事吸入杂环胺的致癌风险.结果表明,秸秆、薪柴、烟煤、无烟煤燃烧2-氨基-3-甲基-9H-吡啶[2,3-b]吲哚（MeAaC）排放因子均值为5.2~142.9μg/kg、2-氨基-9H-吡啶[2,3-b]吲哚（AaC）排放因子为0.6~37.8μg/kg,2-氨基-1-甲基-6-苯基咪唑并[4,5-b]吡啶（PhIP）排放因子为1.5~25.9μg/kg.植物油烹调MeAaC和2-氨基-3-甲基咪唑并（4,5-f）喹啉（IQ）排放因子均值分别为6.8μg/kg和1.5μg/kg.动物油烹调MeAaC、2-氨基-3,4-二甲基-3H-咪唑并喹啉（MeIQ）和AaC排放因子均值分别为6.2μg/kg、2.0μg/kg和1.1μg/kg.秸秆使用分别占PhIP、MeAaC和AaC 排放的93.0%、76.2%和76.2%.薪柴使用占AaC、MeAaC和PhIP排放的22.1%、7.7%和4.0%.烟煤使用占MeAaC、 PhIP和AaC排放的15.9%、2.8%和1.8%.健康风险评价表明,在缺乏有效排烟的情况下,使用烟煤（哈尔滨）或秸秆炊事的家庭妇女暴露于杂环胺总致癌风险分别为4.60×10^-5和1.84×10^-5,超过EPA建议值.使用薪柴或烟煤（包头）炊事的家庭妇女暴露于杂环胺总致癌风险分别为4.50×10^-6和4.31×10^-6,略高于EPA建议值.使用无烟煤及电能炊事妇女暴露于杂环胺总致癌风险为可忽略水平.     

Characteristics of particulate-bound polycyclic aromatic hydrocarbons emitted from industrial grade biomass boilers

Polycyclic aromatic hydrocarbons(PAHs) are carcinogenic or mutagenic and are important toxic pollutants in the flue gas of boilers. Two industrial grade biomass boilers were selected to investigate the characteristics of particulate-bound PAHs: one biomass boiler retro-fitted from an oil boiler(BB1) and one specially designed(BB2) biomass boiler. One coal-fired boiler was also selected for comparison. By using a dilution tunnel system, particulate samples from boilers were collected and 10 PAH species were analyzed by gas chromatography–mass spectrometry(GC–MS). The total emission factors(EFs) of PAHs ranged from 0.0064 to0.0380 mg/kg, with an average of 0.0225 mg/kg, for the biomass boiler emission samples. The total PAH EFs for the tested coal-fired boiler were 1.8 times lower than the average value of the biomass boilers. The PAH diagnostic ratios for wood pellets and straw pellets were similar.The ratio of indeno(1,2,3-cd)pyrene/[indeno(1,2,3-cd)pyrene + benzo(g,h,i)perylene] for the two biomass boilers was lower than those of the reference data for other burning devices, which can probably be used as an indicator to distinguish the emission of biomass boilers from that of industrial coal-fired boilers and residential stoves. The toxic potential of the emission from wood pellet burning was higher than that from straw pellet burning, however both of them were much lower than residential stove exhausts.     

燃煤污染源多环芳烃的排放规律及其分布特征

在对固定污染源烟道气中多环芳烃污染物采样和分析方法进行研究的基础上,对几种不同的燃煤锅炉和炉灶烟道气中的多环芳烃进行了分析测定和评价实验,并探讨了各种锅炉和炉灶多环芳烃的排放规律和分布特征.     

天津表层土壤中多环芳烃的主要来源

用主成分分析和多元线性回归分析方法研究了天津3个不同空间区域表土中PAHs的来源及其相对贡献.结果表明:燃煤和炼焦是各区最重要的PAHs释放源.塘沽汉沽高值区尤其如此,其燃煤和炼焦二者合计占总排放贡献的79%,交通源仅占21%.市中心及近郊区交通来源上升到与燃煤来源相当的水平(约各占35%),此外,焚烧产生的PAHs也占很高比例(21%).农村低值区则呈现出更多多源特点;秸秆燃烧是本区独有的,约占总贡献的11%.根据源解析得到的结果与根据燃料用量和排放因子计算的排放结果有一定可比性.     

2005年中国燃煤大气砷排放清单

燃煤排放的砷是引起大气环境污染和经济损失的重要痕量元素之一.对燃煤大气砷排放进行估算可以为砷排放法规政策的制定和选择适宜的燃煤砷污染控制技术提供依据.采用基于燃料消耗的排放因子法,按照经济部门、燃烧方式和除尘设施将燃煤排放源进行分类,根据各省区不同排放类型的煤炭消耗量和燃煤平均砷含量,建立了2005年中国燃煤大气砷排放清单. 2005年中国燃煤生产和消耗量分别为2 119.8和2 099.8 Mt.燃煤导致的大气砷排放总量估算约为1 564.4 t,其中排放量最大的省区是山东（144.4 t）,其次是湖南（141.1 t）、河北（108.5 t）、河南（77.7 t）、江苏（77.0 t）等,燃煤大气砷排放主要集中在中东部省区;绝大部分燃煤大气砷排放来自工业（818.8 t）和电力部门（303.4 t）,分别占燃煤大气砷排放总量的52.3%和19.4%;2005年中国燃煤排放的砷大约有375.5 t是以气态形式排放到大气中,占排放总量的24%.总体上,在全国范围内燃煤大气砷污染排放控制的重点是电力和工业部门;而对于新疆、甘肃、青海、贵州等地区,还应关注生活消费燃煤引起的砷中毒事件.     

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.     

太原市多环芳烃(PAHs)排放清单与分布特征分析

根据太原市11种主要排放源的排放因子和活动量数据,估算了美国国家环境保护局(US EPA)优先控制污染物清单中16种多环芳烃(PAHs)的年排放量.结果表明2010年太原市16种PAHs的排放量约为332.10t,其中7种致癌性PAHs排放总量为35.11t.从排放源看,生活燃煤和炼焦煤是太原市排放PAHs的主要来源,占总排放量的65%以上.从各地区的PAHs排放情况看,排放量最大的地区是清徐县(87t/a),占总排放的27%.其次为古交市(54t/a)、晋源区(44t/a)、尖草坪区(40t/a).各地区人均收入与单位GDP排放量之间呈负相关 (R2=0.727);各地区PAHs排放量与农村人口之间呈正相关(R2=0.813),从排放谱看,排放以低环PAHs为主(81%),致癌性PAHs占总排放量的10.6%.结果表明,太原市PAHs的排放与太原市特殊的能源结构和人群结构有关.