农作物秸秆燃烧PM2.5排放因子的研究

农作物秸秆燃烧是一类重要的生物质燃烧形式,已是大气细粒子的来源之一.建立了实验室模拟-稀释通道采样系统,并利用这一系统测定了浙江、四川、河南、河北、北京(主要粮食产区)五地的玉米、小麦和水稻秸秆燃烧过程中PM_2.5的排放因子.结果表明:实验室模拟明火燃烧的w(PM_2.5)为7.2～39.0 g/kg,与文献[5],[7]～[8]中野外燃烧结果相似,表明两者燃烧状态具有相似性;排放因子受秸秆燃烧状态影响显著,闷火燃烧为明火燃烧的2.4～11.5倍;同时,农作物种类不同PM_2.5排放因子也存在明显差别;而排放因子随秸秆生长地域变化比较小.      

内蒙古主要农作物秸秆燃烧释放烟气污染物研究

为了解内蒙古自治区农作物秸秆露天焚烧烟气污染物排放情况,运用自主设计的生物质燃烧系统,以内蒙古地区典型农作物（葵花和玉米）秸秆作为研究对象进行室内模拟燃烧试验,通过比较不同地区秸秆燃烧释放CO、CO₂、NO_x、C_xH_y和PM_2.5之间的差异,进行排放特性研究。结果表明：葵花秸秆CO、CO₂、NO_x、C_xH_y和PM_2.5的排放因子分别为（344.71±66.36）、（1 147.73±229.01）、（3.20±0.62）、（138.48±28.22）和（0.97±0.20）g/kg,玉米秸秆的排放因子分别为（319.69±52.27）、（1 178.75±149.00）、（1.29±0.04）、（57.83±9.45）和（1.44±0.17）g/kg;不同地区农作物秸秆在明燃和阴燃条件下PM_2.5排放因子分别为（0.23±0.11）～（3.26±0.16）和（0.53±0.35）～（2.91±1.69） g/kg,CO排放因子分别为（162.66±15.94）～（381.65±81.74）和（235.29±34.43）～（569.80±165.72）g/kg,CO₂排放因子分别为（1 094.96±182.04）～（1 866.22±377.83）和（725.10±107.71）～（1 409.43±82.32） g/kg,除CO₂排放因子表现为明燃大于阴燃外,其他污染物排放因子均表现为阴燃大于明燃。

     

家具板材排放VOCs成分谱及排放因子研究

随着目前人们对室内空气质量要求的不断提高,家具板材作为影响室内空气质量的VOCs (挥发性有机物)排放源,也逐渐受到重视.采用500 L静态箱使用PTR-TOF-MS(质子转移反应-飞行时间质谱)对市售六类家具板材排放的VOCs进行测定分别进行排放速率与排放平衡试验得到板材的排放特征与排放成分谱,并估算其排放因子.结果表明:①集成材、胶合板、细木工板、刨花板、密度板、实木地板8 h排放的ρ(TVOC)(TVOC为总挥发性有机物,total volatile organic compound)平均值分别为0.76、0.39、0.42、0.68、0.17、0.23 mg/m³,各类板材主要排放物种分别为甲苯、甲醛、甲醛、正壬烷、甲醇、甲醛,其质量浓度平均值分别为0.23、0.23、0.13、0.35、0.04、0.06 mg/m³.②排放平衡试验中焕城胶合板、吉林松木集成材、凯越密度板及时代刨花板TVOC的排放因子分别为3.63、10.63、0.51、2.07 g/m³.③板材排放VOCs成分谱中,焕城胶合板主要排放物种为丙...     

民用燃煤不同燃烧阶段细颗粒物排放特征

研究了民用燃煤在不同燃烧阶段排放PM_2.5的质量浓度分布特征.结果表明,散煤与正烧炉在旺火阶段排放颗粒物粒径主要集中在0.2μm以下(d50=0.15μm),加煤和封火阶段在0.2～0.5μm(d₅₀=0.38μm),质量占比46.6%～68.97%.型煤与正烧炉在各阶段排放的颗粒物均以0.2μm以下颗粒物为主,质量占比44.64%～56.24%.扫描电镜(SEM)观察到燃煤排放PM_2.5为大量超细颗粒物聚集形成的簇团状结构.用碳平衡法计算得到散煤加煤阶段的PM_2.5排放因子为4.72g/kg,分别是旺火和封火阶段的12和11倍.将散煤更换为型煤,能够使得加煤阶段的PM_2.5排放因子减少90.9%,从而显著降低PM_2.5排放.     

烟台市典型工业排放PM2.5源成分谱特征研究

鉴于烟台市本地化源成分谱研究缺乏的现状,以及颗粒物精细化来源解析及环境管理的需求,采用NK-ZXF颗粒物再悬浮采样器,对6家烟台市典型工业下载灰源样品进行再悬浮采样,构建6类〔燃煤电厂、供热锅炉、生物质锅炉、钢铁（烧结）行业、玻璃行业和垃圾处理行业〕PM_2.5源成分谱,并对PM_2.5源成分谱特征及其排放颗粒物携带重金属特征进行评估.结果表明:①燃煤电厂PM_2.5源成分谱的标识组分包括Si、Cl-和SO₄2-,其质量分数分别为15.2%、9.3%和7.8%;与燃煤电厂相比,供热锅炉排放的PM_2.5中w（OC）偏高、w（SO₄2-）偏低;生物质锅炉排放的主要组分有K、Cl-和OC等,其质量分数分别为7.4%、13.3%和8.6%;钢铁（烧结）行业PM_2.5源成分谱中w（Ca）、w（Fe）和w（Cl-）较高;SO₄2-和Ca为玻璃行业PM_2.5源成分谱的主要组分,其质量分数分别为20.6%、8.2%;垃圾处理行业重金属质量分数最高,其主要组分为Cl-和SO₄2-.②CD（coefficient of divergence,分歧系数）计算结果表明,各源成分谱有一定相异性（CD范围为0.53~0.70）,其中生物质锅炉与垃圾处理行业PM_2.5源成分谱差异（CD为0.70）最大.③各典型工业排放PM_2.5所携带重金属特征显示,垃圾处理行业排放PM_2.5中的重金属质量分数（2.3%）最高,燃煤电厂、供热锅炉、生物质锅炉和玻璃行业排放的重金属中Cr、Ni和Cu相对质量分数较高,钢铁行业和垃圾处理行业排放的重金属中Pb相对质量分数较高.研究显示,所构建的烟台市各典型工业排放PM_2.5源成分谱特征鲜明,能够反映各行业PM_2.5排放特征.      

交通来源颗粒物排放因子的研究

用谭裕沟隧道TSP,PM₁₀和PM_2.5的质量浓度和主要成分的分析结果,得到一定机动车流量和速度下交通来源不同粒径颗粒物质量浓度和主要成分的平均排放因子,可以基本代表北京市机动车行驶的综合排放因子,具有应用价值.还估算了北京市交通来源不同粒径颗粒物及其主要化学成分的排放量.      

民用燃煤不同燃烧阶段细颗粒物排放特征

研究了民用燃煤在不同燃烧阶段排放PM_2.5的质量浓度分布特征.结果表明,散煤与正烧炉在旺火阶段排放颗粒物粒径主要集中在0.2μm以下（d₅₀=0.15μm）,加煤和封火阶段在0.2~0.5μm （d₅₀=0.38mm）,质量占比46.6%~68.97%.型煤与正烧炉在各阶段排放的颗粒物均以0.2μm以下颗粒物为主,质量占比44.64%~56.24%.扫描电镜（SEM）观察到燃煤排放PM_2.5为大量超细颗粒物聚集形成的簇团状结构.用碳平衡法计算得到散煤加煤阶段的PM_2.5排放因子为4.72g/kg,分别是旺火和封火阶段的12和11倍.将散煤更换为型煤,能够使得加煤阶段的PM_2.5排放因子减少90.9%,从而显著降低PM_2.5排放.     

长三角地区秸秆焚烧PM2.5排放量估算与分析研究

根据长三角地区的实际情况,对该地区两省一市的秸秆焚烧PM2.5排放量状况进行估算.通过长三角地区2002年-2012年主要农作物产量、草谷比、焚烧比例和PM2.5排放因子,估算了该地区内秸秆焚烧量,同时对由秸秆焚烧引起的PM2.5排放量进行了估算,并进行了分析.结果表明：长三角地区2002年-2012年秸秆焚烧量最高的为农业发达的江苏省,高峰都集中在每年的10月份前后,由秸秆焚烧引起的PM2.5排放量呈逐年上升趋势,2012年达到55 218.96 t,其中江苏省每年的PM2.5排放量占到该地区的75％以上,2012年占到80％.研究结果将为制定该地区污染控制政策,改善区域环境空气质量提供科学理论依据.     

重庆市典型工业源颗粒物污染排放特征

利用稀释通道系统采集重庆市主城区典型燃煤锅炉和水泥窑炉烟道气中的颗粒物样品,并利用静电低压撞击器将其分为12级,分析了工业源颗粒物(0.02~10 μm)粒径谱特征。结果表明,水泥窑炉颗粒物数浓度排放表现出双峰型的对数分布特征,分别出现在积聚态（0.12 μm）以及接近粗颗粒态（1.23~1.96 μm）粒径范围处,燃煤锅炉颗粒物数浓度变化特征以及浓度水平都有较大的差异,主要呈积聚态单峰型变化趋势。大型燃煤电厂颗粒物排放的数浓度和质量浓度均为最高,其峰值分别为2.2×106 cm^-3和174.2 mg/m³。水泥窑炉PM_2.5中OC、Al、Ca含量较高,分别为17.96%、17.32%和9.90%;燃煤锅炉PM_2.5中Al、SO₄^2-和OC含量较高,分别为9.17%、8.92%和6.15%。相对于水溶性组分和碳组分,无机元素含量相对较高,其对水泥窑炉和燃煤锅炉PM_2.5质量浓度的贡献分别达到了44.28%和18.07%。     

秸秆燃烧产生颗粒物化学组分及排放特征

收集玉米、水稻和小麦秸秆模拟露天燃烧排放的颗粒物,分析样品中碳质组分、水溶性离子(共9种)和无机元素(共17种),研究其排放因子及特征比值。结果表明:秸秆燃烧OC的排放因子远高于EC,二者范围分别为169~1 707和91~300 mg/kg。总水溶性离子排放因子范围为162~840 mg/kg。K~+、Na~+、NH_4~+和Cl~-是水溶性离子的主要组分,占水溶性离子总排放因子的80%~92%。K、Ca、P和Mg 4种生长元素排放因子之和占秸秆燃烧排放颗粒物中无机元素的98%~99%。Zn、Pb、Cu为秸秆燃烧排放颗粒物中排放因子较高的重金属元素,这些重金属对人体健康的影响不可忽视。此外,研究发现OC/EC可以用来区分秸秆燃烧与香烟燃烧、重型柴油车和草类燃烧源,K~+/OC可以用来区分秸秆燃烧与居民燃木取暖,K/Ca可以用来区分秸秆燃烧与交通污染源。     

长三角区域大气重污染应急减排效果评估

为评估长三角区域大气重污染应急减排方案的效果依据上海市环境科学研究院编制的2015年长三角区域高分辨率大气污染源排放清单设计了3级减排方案,利用本地化的WRF-CMAQ模式对长三角区域一次重污染过程进行了模拟验证,并评估了各减排方案的效果.结果显示:①如各城市单独进行减排在一级、二级和三级减排方案下ρ(PM_2.5)分别降低0～7.2、0～20.6和0.1～34.8μg/m³,降幅分别为0～11.7%、0～19.5%和0.2%～28.0%,长三角区域空气质量优良率未见明显上升.②如进行区域协同减排在一级、二级和三级减排方案下ρ(PM_2.5)分别降低0.5～10.0、2.7～30.2和4.3～51.8μg/m³,降幅分别为1.8%～12.8%、9.3%～23.5%和14.7%～37.0%.对于多数城市,区域协同减排效果比单独减排效果显著其中舟山市、连云港市和常州市的区域协同减排效果最突出.在三级减排方案下的区域协同减排会使空气质量优良率明显提升,空气质量优良的城市从6个升至10个,中度以上污染城市从12...     

长三角地区中小燃煤锅炉PM2.5成分谱特征

选取7台中小燃煤锅炉,分析其排放的烟气中PM_2.5的排放因子、成分谱特征和除尘设施对不同粒径段的PM_2.5、OC、EC的去除效率.研究发现：除尘设施出口处的PM_2.5质量排放因子在0.047~0.283 g·kg^-1之间,平均为（0.146±0.081）g·kg^-1.SO₄^2-在离子组分中的含量最为丰富,其次为NH₄⁺和Ca²⁺;S在元素组分中的含量最为丰富,其次为Al、Ca、Fe;OC、EC的含量波动幅度较大,各锅炉产生的OC和EC比值均大于1.在所测粒径的范围内,PM_2.5的质量浓度呈单峰或双峰分布,峰值点出现在0.07~0.12 μm处和1 μm以上（双峰时）;OC的粒径分布呈双峰或三峰的特征,峰值点分别出现在0.04 μm和0.20~0.31 μm处和1 μm以上（三峰时）.除尘设施对PM_2.5、OC、EC质量浓度的整体去除效率分别为66%、53%和23%.     

不同生物质燃烧排放多环芳烃及糖醇类化合物的模拟研究

选择水稻、小麦、玉米及棉花秸秆与马尾松枝,采集模拟燃烧时排放的PM2.5,分析PM2.5中多环芳烃(PAHs)和糖醇类化合物的含量,获得PM2.5及负载的两类化合物的排放因子;采用500 W汞灯直接照射收集了PM2.5的尘膜,获得了中、高环PAHs及左旋葡聚糖的光解动力学.结果表明,PM2.5的排放因子介于(2.26±0.60)g·kg-1(马尾松枝)~(14.33±5.26)g·kg-1(玉米秸秆)之间;19种PAHs的排放因子介于(0.82±0.21)mg·kg-1(马尾松枝)~(11.14±5.69)mg·kg-1(棉花秸秆)之间,且以4环类PAHs所占比例最高,介于51%~71%之间(其中马尾松枝燃烧时惹烯的排放因子最大);9种糖醇类化合物的排放因子范围为(52.34±50.16)mg·kg-1(水稻秸秆)~(238.81±33.62)mg·kg-1(小麦秸秆),且都以左旋葡聚糖占绝对优势(72%~96%).光照模拟显示,目标化合物的光照损失都遵循拟一级动力学,其中≥4环的PAHs的光解速率常数随着尘膜中PAHs的负载量增大而减小,来源特征比值Flua/(Flua+Py)和Ip/(Ip+Bg P)相对稳定,而左旋葡聚糖的光解速率常数为0.004 5 min-1,与苯并[a]蒽的光解速率常数(0.004 1~0.005 0 min-1)接近.     

城市生活垃圾露天焚烧PM2.5及其组分排放特征

利用稀释采样系统,针对桶内燃烧和自然堆积两种常见露天焚烧方式,分别对橡塑类、纸类和木竹类这3种组分生活垃圾露天焚烧PM_(2.5)排放特征进行实测,计算PM_(2.5)、OC、EC、水溶性离子和无机元素排放因子.结果表明,木竹类生活垃圾PM_(2.5)排放因子(7.44±0.76)g·kg~(-1)最高,纸类PM_(2.5)排放因子(2.72±0.52)g·kg~(-1)最低.桶内燃烧的条件会造成更多污染物排放.在不同的燃烧方式下,橡塑类和纸类生活垃圾在桶内燃烧的条件下PM_(2.5)排放因子是自然堆积燃烧的2.5~3.5倍.PM_(2.5)中OC和EC为主要组成成分,PM_(2.5)组分构成占比约为46.6%~67.2%.不同垃圾组分OC/EC比率差异较大,但该比率受焚烧条件影响较小,有助于解析不同组分垃圾焚烧排放贡献.水溶性离子中NH+4离子、Cl-离子含量最高,在PM_(2.5)中所占比例范围分别为2.28%~6.35%和1.04%~14.31%.无机元素中Ca、K、Fe和Ba元素排放因子较高.重金属元素中Zn元素排放因子最高,Cu、Cr、Sb和Pb等元素也有一定富集.Zn元素含量主要由燃烧方式决定,桶内燃烧大约是自然堆积燃烧的20倍左右.     

长三角地区重点源减排对PM2.5浓度的影响

应用中尺度天气-化学预报模式(WRF-Chem),基于重点源(八大重点行业与交通)一般与强化两组减排情景,针对2013年开展长三角地区重点源减排对PM_(2.5)浓度影响的模拟研究.长三角地区SO2、NOx、PM_(2.5)和NMVOC排放在一般减排情景下分别减少36.3%、26.3%、32.0%、14.6%,强化减排情景下分别减少51.4%、39.6%、37.6%、28.4%.模拟结果表明,两组减排情景下长三角地区国控点PM_(2.5)年均浓度分别下降1.4~26.7μg·m~(-3)和2.1~32.3μg·m~(-3),降幅分别为2.7%~23.1%和3.9%~27.5%,二次无机盐中硝酸盐对年均PM_(2.5)浓度的降低贡献最大.PM_(2.5)及二次无机盐浓度变化的季节特征均体现为冬季降幅最小,夏季降幅最大,并且随着减排力度的增强,夏季降幅的进一步降低程度最显著,导致削减效果的季节差异增大.重点源强化减排即可使得上海、江苏夏季PM_(2.5)浓度降低约20%.对大气氧化性的进一步分析表明,减排对四季大气氧化性均有不同程度的增强,加大减排力度后,大气氧化性进一步增强,有利于二次PM_(2.5)的生成,从而阻碍了PM_(2.5)浓度的降低.其中,冬季的阻碍作用最强,导致PM_(2.5)污染改善效果最差.夏季大气氧化性受减排影响较小,从而使得PM_(2.5)污染改善在四季中最有效.此外,春、秋季的阻碍作用也不容忽视.     

我国典型钢铁行业主要工艺环节排放颗粒物源成分谱特征

鉴于我国钢铁行业排放颗粒物源成分谱数量不足,有待更新的现状,致力于服务精细化颗粒物源解析的需求,采用稀释通道系统对武汉市某钢铁公司的3个主要工艺环节(烧结、炼钢、炼铁)排放源进行了采样.构建了3类PM_(2.5)源成分谱及3类PM_(10)成分谱,对源谱主要化学组分特征进行了研究,并与国内其他区域已有的钢铁行业源谱研究进行了对比.结果表明:(1)烧结工艺源成分谱中,SO_4~(2-)、Al和NH_4~+等含量高,PM_(2.5)源谱中质量分数依次为22. 2%、4. 5%和3. 5%,PM_(10)源谱中依次为36. 0%、5. 2%和2. 7%,炼铁工艺Fe元素含量最高,在PM_(2.5)源谱和PM_(10)源谱中分别达到28. 3%和24. 5%,炼钢工艺源谱Ca、Fe元素等为主要组分;(2)元素组分中,烧结工艺S元素含量最高,地壳元素在PM_(10)源谱中含量更高,炼铁工艺Pb、Cr等重金属含量偏高,炼钢工艺Cr富集;(3)源谱之间分歧系数的计算显示,同类工艺粗细粒径源谱相似性偏高,烧结工艺与其他两类工艺源谱之间差异性较高,炼钢工艺与炼铁工艺差异性较低.同国内其他区域研究源谱相比,发现Fe、Si和Ca等为钢铁行业排放颗粒物中标识性组分,而碳组分和SO_4~(2-)等组分特征随生产方式、除污设备等不同表现出不同特征.     

长江三角洲地区秸秆露天焚烧大气污染物排放清单及其在空气质量模式中的应用

基于长江三角洲江苏、安徽、浙江和上海地区2008年粮食产量的统计年鉴,结合作物谷草比、排放因子等估算了上述地区2008年秸秆焚烧排放污染物清单,重点完善了各县级市污染物排放.结果表明2008年江苏、安徽、浙江和上海地区SO2、NOx、CO、CO2、PM2.5、BC、OC、NH3、CH4、NMVOC的排放总量分别为14.28、86.01、1 744.56、36 893.03、517.54、11.74、114.63、19.93、89.37和208.57 kt.江苏中部和北部、安徽北部地区秸秆露天焚烧污染物排放较多,而江苏南部和浙江地区污染物排放量较少.将建立的秸秆露天焚烧排放污染物清单应用于WRF-CMAQ空气质量模式,结果表明,考虑秸秆焚烧排放源后,对PM10、CO等大气污染物的模拟能力大幅提高,模拟浓度比使用原始排放源分别提高42%和28%,模拟浓度与实测浓度的相关系数分别提高0.25和0.17,模拟值较使用原始排放源更加贴近实测值.     

不同燃烧状态下农作物秸秆PM2.5排放因子及主要成分分析

运用自主设计的生物质燃烧系统,对水稻、小麦、大豆、玉米、花生和油菜6种农作物秸秆采用不同燃烧状态(阴燃和明燃)进行实验室模拟燃烧,分析PM_(2.5)的排放因子及其碳质组分和水溶性离子之间的差异.研究结果表明,不同燃烧状态对秸秆PM_(2.5)的排放因子、碳质组分和水溶性离子的排放均具有显著影响.不同农作物秸秆PM_(2.5)排放因子范围在阴燃和明燃时分别是11.45~23.84 g·kg~(-1)和4.51~12.15 g·kg~(-1).有机碳(OC)、元素碳(EC)的排放因子范围阴燃时分别是5.03~11.04 g·kg~(-1)和0.94~2.70 g·kg~(-1),明燃时分别是1.55~6.02 g·kg~(-1)·kg~(-1)和1.04~2.11 g·kg~(-1),阴明燃具有显著差异且阴燃高于明燃.此外,OC/EC、OC/PM_(2.5)和EC/PM_(2.5)在不同燃烧状态均具有显著差别,可作为区分阴明燃的指标.PM_(2.5)中水溶性离子的主要组分阴燃时为K+(1.011 g·kg~(-1))、Cl~-(0.712 g·kg~(-1))、F~-(0.182 g·kg~(-1)g)和SO_4~(2-)(0.166 g·kg~(-1)),明燃时为K+(0.457 g·kg~(-1))、Cl~-(0.271 g·kg~(-1))、SO_4~(2-)(0.086 g·kg~(-1))和F~-(0.048 g·kg~(-1)),且阴燃条件更有利于离子的排放.此外,水溶性离子的相关性也因燃烧状态的不同而有较大的差异.     

长江三角洲地区霾判别方法的对比分析

为对比霾判别方法的差异,探讨霾观测标准的再完善性,文中从空间分布与单点时间序列两方面分别分析研究了4种霾判别方法的特征与适用性.选取中国长江三角洲地区1980~2009年38个地面观测站的气象资料,根据使用日均值的方法 1、2和使用14:00观测值的方法 3分别统计各站点的霾日,分析3种方法的异同.发现这些方法都能够反映出霾的长期变化趋势,但存在差异,这种差异随着年代际变化逐渐减小.由方法 1得到的霾日数最多,方法 3考虑了天气现象,比方法 1和2更合理.依据南京北郊2012年5月~2013年4月的逐时PM2.5浓度、相对湿度和能见度等资料,分析比较了方法 4(霾的观测和等级预报,QX/T 113-2010)与方法 1、2、3的不同.结果表明,由方法 3统计出的霾日少于其他方法,由方法 4统计出的霾日数介于方法 1与方法 3的结果;方法 3不能分辨出霾的严重程度,而其他方法能较好地分辨出霾的严重程度.