广州秋季HONO污染特征及夜间来源分析

大气亚硝酸(HONO)光解是对流层大气中OH自由基(·OH)的主要来源,对光化学过程具有重要作用,但其夜间化学过程的研究较为薄弱.本文利用2015年10月暨南大学大气超级站的HONO及相关参数的观测数据,针对夜间HONO的污染过程和来源进行了分析.结果表明广州秋季HONO夜间浓度平均值为4.32μg·m~(-3),是日间浓度平均值(1.67μg·m~(-3))的2.6倍;夜间HONO平均转化率CHONO为0.006 8 h-1;夜间机动车直接排放对HONO的平均贡献为15.1%,并在20:00左右出现峰值(37.8%);夜间NO和·OH反应生成HONO的净速率平均值为0.44μg·(m~3·h)~(-1);相关性分析,发现大气颗粒物对HONO的生成不重要,但相对湿度(33%RH78%)对HONO生成具有显著促进作用.相关计算表明沉降的NO_2与水汽在地表的非均相反应可能是夜间HONO的主要来源.     

广州塔的高空HONO观测及其对大气氧化性的影响

HONO作为羟基自由基(·OH)的主要前体物而受到广泛关注,近几十年开展了大量观测,但高空观测较为稀缺,尤其在珠三角地区尚未开展.本研究于2020年8月在广州塔450m平台开展了HONO及相关参数的测量,结果表明:450m高空HONO平均浓度为(1.32±0.63)μg·m^-3,呈日间低、夜间高的日变化特征.日间地面相关来源(机动车排放、NO₂非均相转化)在传输过程中光解损耗,约有56%到达高空.此外,均相反应、气溶胶表面的非均相转化、硝酸盐光解等原位反应也都无法解释观测到的HONO浓度.因此,还需要其他来源来平衡HONO收支.高空450 m处HONO对·OH的贡献在上午远大于O₃,对光化学过程的启动具有重要作用,在全天对·OH的贡献也与O₃相当.可见,城市地区HONO对大气氧化性的影响不局限于地面,而可能贯穿下半个边界层.     

2017年春季常州HONO观测及对大气氧化能力影响的评估

本研究于2017年4月在江苏省常州市环境监测中心使用一套基于湿化学法的仪器对大气中的HONO进行了实时在线观测,HONO浓度范围在0.2～13.9μg·m~(-3)之间,平均值为(2.9±2.3)μg·m~(-3);同时,对O_3、 HCHO、 VOCs、光解频率以及气象参数进行了同步监测.利用MCM箱体模式模拟得到白天·OH浓度最大值范围在1.0×10~6～1.4×10~7个·cm~(-3)之间.同时结合观测结果与模式模拟结果计算了HONO、 O_3、 HCHO和H_2O_2的光解以及烯烃臭氧化反应对·OH的生成速率,定量表征大气氧化性,揭示了这5种来源对大气氧化能力的影响:整体上O_3光解(46.4%)HONO光解(41.1%)烯烃臭氧化反应(10.9%)HCHO光解(1.5%)H_2O_2光解(0.1%);清晨时HONO光解对·OH生成起主要作用,之后随着O_3浓度的增加,O_3光解对·OH的贡献占主导地位;在17:00之后,由于太阳光解频率显著降低,烯烃臭氧化反应对·OH生成有主要贡献;甲醛与过氧化氢的光解对·OH的贡献可忽略.     

京津冀地区二次有机气溶胶形成与来源的模拟研究

近年来我国多地区发生重大的霾污染,细颗粒物（PM2.5）浓度极高,来源复杂。有机气溶胶（OA）是PM2.5的重要组成成分之一,占北半球PM2.5质量浓度的20%—90%。在重霾期间二次有机气溶胶（SOA）对OA的贡献率可达44%—71%。因此,本文利用WRF-Chem模式模拟了2017年10月23—28日京津冀地区（BTH）一次重霾污染事件,评估了亚硝酸（HONO）的非均相反应、低温影响下羟基自由基（OH）的反应速率以及挥发性有机化合物（VOCs）对SOA生成的影响。模式较好地再现了BTH的大气污染物与SOA的时空变化特征。敏感性实验分析表明：在研究期间,非均相HONO源可使区域平均SOA浓度增加30.0%;提高·OH反应的速率可使平均SOA浓度增加16.8%;同时提高排放清单中VOCs的排放量与·OH的反应速率时,SOA平均浓度可增加33.6%。并且随着污染程度的加重,SOA在OA中的占比逐渐增加。因此,除了减少一次颗粒物排放外,减少SOA前体物的排放,也是改善空气质量的重要途径之一。     

大气中气态亚硝酸(HONO)测量方法的研究进展

HONO作为大气中OH自由基的主要来源之一,在大气环境中扮演着重要角色,影响着大气中污染物的氧化降解,加速空气污染过程;作为典型的城市污染物,不仅对灰霾的形成有着重要作用,并且在大气光化学过程中也起着关键性作用。该文综述了国内外用于测量HONO的主要方法,并将这些方法分成3类,从仪器原理、性能(测量精度和时间分辨率)以及潜在的干扰等方面进行讨论,着重介绍了湿化学方法中的长光程吸光光度法(LOPAP)的工作原理以及使用该方法测量大气中HONO的优势;建议进一步对长光程吸光光度法进行优化,避免因为采样管设计发生非均相化学反应;随着现代技术的不断进步,表现良好的长光程吸光光度法代表了未来HONO监测的发展方向。     

长江三角洲地区大气二恶英类污染物输送-沉降模拟研究

大气中的二恶英类物质(PCDD/Fs)是一类难降解的有毒污染物,可对人类和其他哺乳动物的健康构成危害.二恶英类物质主要是由废物焚烧、金属冶炼和造纸化工等行业所产生. 二恶英类物质为半挥发性物质,可以在气态和气溶胶之间相互转移,从而影响其大气物理和化学过程. 利用耦合有机物吸收和黑碳吸附的二恶英类污染物颗粒态、气态相间分配模块和化学转化的区域大气化学、输送模式(CMAQ)模拟了2006年1月,4月,7月和10月长三角(长江三角洲)地区PCDD/Fs在大气中的输送、转化和沉降等演变过程,探讨了大气中二恶英类污染物的季节变化规律和沉降特征. 模拟结果表明,长三角地区的二恶英类污染物排放存在着明显的长距离输送特征和区域影响;冬季大气二恶英类污染物浓度明显高于夏季,湿沉降是其主要的沉降途径.      

HONO来源及其对空气质量影响研究进展

综述了HONO来源(源排放、均相反应和非均相反应生成)、HONO模拟研究以及HONO来源对空气质量的影响.指出均相反应中激发态NO2与水汽作用形成HONO的机制在高NOx排放地区具有重要作用,但反应速率需进一步证实.非均相反应中水解反应可能是HONO最主要来源,空气质量模式模拟结果也支持该观点;soot表面的光照催化反应在soot高排放地区对HONO贡献较大,但仍需大量外场实验证实;土壤排放机理的外场实验研究极少,亟待加强.     

HONO来源及其对空气质量影响研究进展

综述了HONO来源(源排放、均相反应和非均相反应生成)、HONO模拟研究以及HONO来源对空气质量的影响.指出均相反应中激发态NO2与水汽作用形成HONO的机制在高NOx排放地区具有重要作用,但反应速率需进一步证实.非均相反应中水解反应可能是HONO最主要来源,空气质量模式模拟结果也支持该观点;soot表面的光照催化反应在soot高排放地区对HONO贡献较大,但仍需大量外场实验证实;土壤排放机理的外场实验研究极少,亟待加强.     

北京夏季大气HONO的监测研究

在2007-08-14～2007-08-24期间,利用差分光学吸收光谱（DOAS）技术,对北京市大气中HONO、NO₂和O₃等污染物进行了连续监测,分析了HONO和NO₂的日变化特征,讨论了夜间直接排放对HONO来源的贡献,进行了24 h和夜间13 h HONO非均相反应形成与黑碳气溶胶（BC）和相对湿度（RH）等要素的相关分析.结果表明,HONO和NO₂均在01:00左右达到峰值,HONO的另一峰值浓度出现在06:00,比NO₂第2个峰值出现时间07:00早1 h;夜间（19:00～次日07:00）直接排放对HONO的贡献最大达到31.3％,出现在20:00,平均贡献为15％;夜间HONO_corr/NO₂比率与BC和RH具有非常明显的相关性,说明HONO的非均相生成速率与NO₂的浓度以及反应介质BC表面的吸附水的浓度即RH成正比,得到夜间HONO平均转化率(HONO/NO₂)为0.8%·h^-1;而且RH的增加对HONO的非均相形成有利,但是当RH>80%对反应也将产生抑制作用,通过对监测期间的个例分析也证实了这一假设.     

典型华北农村地区冬季HONO的浓度水平及来源分析

气态亚硝酸(HONO)容易光解,是对流层大气羟基自由基(·OH)的重要来源之一,对区域二次污染的形成具有重要作用.我国在大气HONO观测研究方面主要集中在一些城市区域,而在我国北方农村区域的研究还鲜见报道.为此,本文利用亚硝酸在线分析仪(long path absorption photo meter,LOPAP)于2017年11月在中国科学院农村环境研究站(河北省望都县东白陀村)开展了为期一个月的HONO外场观测,并分析了HONO的浓度水平、变化特征及收支情况.大气HONO的浓度在观测期间呈现夜间高、白天低的日变化特征,夜间最高浓度(体积分数,下同)可达约3. 70×10-9,中午最低浓度也维持在0. 10×10-9以上,表明农村区域存在比较强的HONO来源.采暖前后CO浓度显著提高,而HONO浓度无显著变化,说明供暖燃烧对HONO的贡献较小;夜间机动车直接排放在污染天气和清洁天气条件下对HONO的贡献分别为23. 20%和31. 20%,说明在污染天气条件下存在着某些较强的HONO源;夜间·OH与NO的均相反应HONO平均生成速率可高达0. 40×10-9h-1,比NO2的非均相反应HONO生成速率(0. 24×10-9h-1)高0. 67倍,是HONO的主要来源; HONO在白天存在着很强的未知源,其强度可达1. 37×10-9h-1,对于HONO的贡献达到50%左右.     

羟基自由基快速去除表面有机磷污染实验研究

针对近年来不断发生的有机物磷污染事件,通过强电场电离放电方法把H2Ogas和O2电离,制取以·OH为代表的活性自由基溶液,以喷洒的方式对2种模拟有机磷污染物敌敌畏和氧乐果进行表面快速去除研究.结果表明,在pH=6,模拟平面上敌敌畏和氧乐果初始浓度为60 μg·cm-2的情况下,当·OH喷洒密度增加到3.9 μg·cm-2时,短时间内敌敌畏和氧乐果去除率均可达90%以上,矿化率也分别达到64%和72%.随着pH值的不断增大,有机物的去除率均表现为先略有降低而后迅速增大,在接近中性时最低;其中敌敌畏和氧乐果在pH=12时的去除率要比pH=6时分别高出约21%和26%.四因素三水平正交试验表明以喷洒方式去除表面有机磷污染起主要作用的是·OH.     

不同臭氧化工艺降解水中腐植酸

腐植酸作为水体中天然有机物的代表性物质的危害大,传统的处理工艺对其处理效果不理想。臭氧具有很强的氧化性,可以通过直接反应氧化水中有机物,也可以通过离解产生的·OH自由基氧化降解有机物。通过静态试验,对比了四种不同臭氧化工艺对腐殖酸的去除效果,分析了臭氧化降解原理、紫外光降解及催化臭氧化原理、活性炭吸附及催化臭氧化原理,探讨了臭氧、紫外线、活性炭三者之间的协同作用。     

UV-Fenton体系处理准好氧矿化垃圾床渗滤液尾水中难降解有机物

采用紫外(UV)耦合Fenton反应产生活性氧物种降解准好氧矿化垃圾床渗滤液尾水中的难降解污染物.考察了初始pH值、双氧水和二价铁(Fe~(2+))投加量对污染物去除效能的影响,并采用醇类猝灭实验和三维荧光技术解析了体系产生的主要活性氧物种及其腐殖质的降解机制.结果表明,UV-Fenton体系可协同、有效地处理准好氧矿化垃圾床渗滤液尾水中的污染物.增大双氧水和二价铁投加量可提高体系降解有机物的能力与反应速率,初始pH值为3.0时有机物降解效果最佳,中性与碱性环境均会显著抑制体系对有机物的降解.在H_2O_2投加量为0.084 mol·L~(-1),Fe~(2+)投加量为0.056 mol·L~(-1),初始pH值为3.0的条件下,渗滤液尾水COD去除率与反应速率常数最终分别为77.22%和0.04679.经UV-Fenton体系处理后,得益于体系主要的活性氧物种·OH与O■对渗滤液尾水中芳香类有机物质的有效降解,同时,可见区荧光峰值降低了51.00%,紫外区荧光峰值先增大后减小.因此,渗滤液中大分子物质大幅减少,小分子物质相对增多.     

连续测量大气·OH的化学电离飞行时间质谱仪的研制

搭建了一套化学电离飞行时间质谱仪用于连续测量大气·OH.该仪器采用了基于63Ni放射源的双管正交式结构大气压化学电离源电离大气中的·OH,最大程度地避免了试剂气体电离及滴定、转化反应间的相互干扰.63Ni放射源首先电离HNO3试剂气体得到试剂离子NO-3,·OH在反应管中与SO2反应最终转化为H2SO4,NO-3与H2SO4发生化学电离反应生成HSO-4离子,进入到质谱仪中进行检测,通过测量NO-3与HSO-4离子的强度,利用化学电离反应方程可直接计算出大气中OH的浓度.所研制仪器用于实验室内·OH的在线检测,在5 s内测得·OH的浓度为1.6×106个·cm-3,实验结果显示该仪器可用于原位连续测量大气中的超痕量自由基.     

广州市夏秋季HONO污染特征及白天未知源分析

利用2015年10月和2016年7月在广州市暨南大学大气超级站开展的气态亚硝酸(HONO)和O_3的质量浓度及其光解速率常数等相关参数的观测数据,对比分析了广州地区秋夏季的HONO变化规律和污染特性,估算了HONO和O_3对OH自由基的贡献,并且对白天HONO未知来源进行了探讨.结果表明:广州地区秋季HONO的平均浓度为3.15μg/m~3,夏季HONO的平均浓度为1.97μg/m~3,秋季HONO的平均浓度是夏季的1.6倍;HONO和NO_2均呈现典型的白天低,夜晚高的日变化规律;HONO光解对OH自由基的贡献在秋夏季均远大于O_3对OH自由基的贡献,说明广州地区HONO光解可能是OH自由基最主要的来源;对HONO白天未知来源的收支分析表明,HONO在白天存在着重要的未知源P_(unknown),其对HONO浓度的白天贡献在秋季和夏季分别占到总来源的69%和49%,这一较强的未知来源经相关性分析,很可能与白天NO_2的光增强反应有关.     

F-对弱吸附间苯二酚光催化降解效率的提升:游离·OH的作用

传统的光催化降解机制认为是光激发产生的氧化活性物质优先对吸附在催化剂表面的污染物分子进行降解,因此,弱吸附性有机物难以接触到光催化剂并发生降解.为探究提升弱吸附有机物光催化降解的机理,本文构建了一个高暴露{001}晶面TiO_2({001}-TiO_2)降解弱吸附间苯二酚(RE)的光催化体系.实验结果表明,所制备的{001}-TiO_2具有强亲水性,并能提供大量的F~-吸附位点.RE在{001}-TiO_2表面的吸附能力很弱,并且光催化降解效果很差.F~-的加入可使RE的光催化降解速率提升近3倍.通过自由基猝灭实验发现,RE的降解主要取决于溶液中游离羟基自由基(·OH)的作用,由于F~-能与{001}-TiO_2亲水表面的羟基及·OH形成强烈的竞争吸附,从而使·OH游离到溶液中氧化降解RE.EPR测试进一步证实了F~-不仅可以促使TiO_2产生更多的游离·OH,同时也能激发产生更多超氧自由基(·O~-_2),推测·O~-_2主要由有效分离的光生电子与O_2或·OH反应生成.综上,本研究明确了游离·OH对弱吸附RE的光催化降解效率起决定作用,F~-促使游离自由基产生的机制可为弱吸附有机污染物的降解提供新思路.     

臭氧-混凝耦合工艺污水深度处理特性及其机制

针对传统混凝工艺对溶解性有机物去除效果有限的问题,本文利用臭氧-混凝耦合工艺对污水处理厂二级出水进行深度处理.与相同混凝剂投量下的预臭氧-混凝工艺和传统混凝工艺相比,该耦合工艺处理效果明显优于预臭氧-混凝工艺和传统混凝工艺的处理效果.在两种pH条件下耦合工艺对溶解性有机污染物的去除率最大,分别为37.96%和39.66%.为了进一步明确该耦合工艺去除溶解性有机物的机制,测定了两种pH和有无混凝剂Al Cl3·6H2O存在时对臭氧衰减的影响,结果表明较高的pH和有混凝剂存在时都能够加快臭氧的分解速度.同时,选择羟基自由基(·OH)的指示剂对氯苯甲酸(p-CBA)间接计算了·OH的暴露量,结果表明耦合工艺中存在涉及·OH产生的高级氧化机制,而混凝剂可以提高臭氧化工艺中·OH的产量.当混凝剂与臭氧接触后,铝系混凝剂及其水解产物将作为催化剂促进臭氧分解为氧化能力更强的·OH,强化臭氧化效果,提高溶解性有机物的去除效率.     

γ辐照降解水中的盐酸环丙沙星的研究

本研究重点考察初始浓度、p H值、不同添加剂、复合污染物对盐酸环丙沙星γ辐照降解效果的影响.结果表明,γ辐照可以有效去除盐酸环丙沙星;低浓度和强酸性条件有利于盐酸环丙沙星的γ辐照降解;引入CO2-3、甲醇后,盐酸环丙沙星的降解受到抑制,可以推断盐酸环丙沙星降解主要基于·OH自由基的氧化和直接受到辐照激发降解.选择具有致癌性的污染物Br O-3与盐酸环丙沙星混合后辐照,两种污染物的去除率均得到提高,在吸收剂量为400 Gy时,盐酸环丙沙星与Br O-3的去除率分别提高18.74%与1.81%.100 mg·L-1盐酸环丙沙星经过6 000 Gyγ辐照降解后,TOC与COD的去除率分别为15.22%与61.44%.     

微波强化铁碳-双氧水体系处理填埋场渗滤液膜滤浓缩液研究

为了探讨微波(MW)/铁碳(Fe-C)/H_2O_2类芬顿反应对填埋场渗滤液膜滤浓缩液(简称"渗滤液浓缩液")中难降解有机物,系统研究了双氧水投量、Fe-C投量、初始pH值、微波输出功率和反应时间对浓缩液中有机污染物的去除规律,通过类比实验研究了MW/Fe-C/H_2O_2体系的反应协同作用;此外,采用紫外-可见和三维荧光光谱表征了浓缩液中溶解性有机物的分子结构变化;最后,利用SEM-EDS和XRD等表征对反应前后的Fe-C材料的催化机理进行了解析.结果表明,在双氧水投量为10 mL·L~(-1),Fe-C投量0.8 g·L~(-1),初始pH值为3,微波输出功率为450 W,反应时间为12 min时,其COD、腐殖质和色度的去除率达到了70.06%、94.61%和98.86%.与此同时,控制实验表明MW/Fe-C/H_2O_2具有较强的协同作用,且对有机物的降解效果远好于其他体系.经过MW/Fe-C/H_2O_2体系处理后,浓缩液中溶解性有机物的芳香性程度和腐殖质缩合度逐渐降低,并且腐殖质等大分子难降解有机物大幅去除,可生化性(BOD/COD值)也大幅提升.一方面,Fe-C材料包含了多种铁基氧化物等活性物质可与H_2O_2形成非均相芬顿反应;另一方面,在酸性条件下铁缓释淋滤产生的铁离子会与H_2O_2形成芬顿反应.并且,微波辐射作用可一定程度上强化上述过程,从而加速了有机物的去除.因此,MW/Fe-C/H_2O_2体系能够快速高效的对渗滤液浓缩液进行预处理,研究为高浓度有机废水的处理提供了借鉴.     

广州城市大气HOx化学过程初步研究

根据广州城市大气中OH自由基和其它污染物同步测量结果,计算了城市大气HO_x(OH+HO₂)化学过程中主要反应的转化速率,分析了城市大气化学过程的主要特征,并与清洁大气中的化学过程进行了对比.研究结果表明:广州城市大气中OH和HO₂总的生成速率分别约为4.5×10⁸分子/(cm³·s)和3.8×10⁸分子/(cm³·s),比清洁大气中要快得多;城市大气中的OH净生成主要来自气相HNO₂的光解,而OH的去除主要与VOCs、HCHO、NO₂和CO反应,有别于清洁大气.