用数值模拟方法研究含硫颗粒物生成过程

为了研究不同燃烧条件对燃煤中含硫颗粒物生成的影响,利用数值分析方法模拟炉膛煤燃烧。通过改变燃烧环境温度、进口氧气所占总气体摩尔比,分析得到的碳烟(soot)颗粒、SO2和CO2等主要物质浓度场。模拟结果能够很好地反映炉膛内各物质生成趋势和历程。生成的碳烟颗粒中富集煤中一部分硫元素,燃烧后期未被氧化的碳烟颗粒是燃煤烟气含硫颗粒物的一个重要来源。进口O2摩尔比从0.1~0.5时碳烟颗粒迅速被氧化,出口处产生含硫碳烟颗粒物减少。在1 200~1 600 K范围内,温度增高不利于碳烟颗粒的生成,来源于碳烟颗粒的含硫颗粒物也就逐渐减少。     

杭州市春季大气超细颗粒物粒径谱分布特征

2012年3~5月,采用快速迁移率粒径谱仪(fast mobility particle sizer,FMPS)对杭州市大气超细颗粒物数浓度进行了连续监测和分析研究.结果表明,核模态(5.6~20 nm)、爱根核模态(20~100 nm)、积聚模态(100~560 nm)以及总颗粒物(5.6~560 nm)日均数浓度值分别为0.84×104、1.08×104、0.47×104和2.38×104cm-3.晴天天气下,爱根核模态颗粒物浓度较高,且可观测到核模态和爱根核模态颗粒在早上10:00~11:00开始增加,3~4 h后结束,这说明太阳照射强度促进了新粒子形成.在工作日与周末,人为活动因素使各模态颗粒物浓度分布有明显差异.结合天气因素分析可知,风速和风向也直接影响颗粒物浓度;颗粒物浓度与能见度分析结果表明:杭州地区大气能见度的高低受核模态和爱根核模态的颗粒影响较小,与积聚模态颗粒物浓度呈负相关关系.     

亚稳平衡态吸附(MEA)理论——传统吸附热力学理论面临的挑战与发展

传统吸附热力学是建立在吸附密度(吸附量,molm2)为热力学状态函数的基础之上的.MEA理论指出,实际反应的吸附密度具有非状态函数的本质.在这个新的基础之上推导所得的MEA不等式指出:传统定义的吸附反应平衡常数具有热力学非常数性,它从根本上受反应过程(如可逆性、动力学)的影响,因此无法用来准确描述实际反应的平衡特征.只有建立可以描述亚稳平衡态吸附的理论体系,才有可能准确表征实际吸附反应的平衡限度.本文综述了MEA理论的宏观热力学原理以及应用该理论解决实际环境科学问题的3个范例.一是用MEA理论解释了国际上界面吸附领域中长期悬而未解的“固体浓度效应”问题.二是用MEA理论发现了环境生物地球化学中磷循环所遵循的一个基本原理和规律.三是用MEA原理改造地球化学与土壤化学中常用的固液分配系数(Kd)的定义(即重新定义Kd).这3个范例分别代表了由MEA概念所引发的新的研究方向.最后介绍了从分子水平实验验证和发展MEA理论的最新结果以及用XAFS(X光精细结构吸收光谱)所发现的金属离子在水合金属氧化物表面上吸附的微观机制.这一发现可以统一解释金属离子在水合金属氧化物表面上静电吸附、离子交换吸附、非离子交换吸附、外层表面络合物、内层表面络合物、表面沉淀等作用.     

四种典型抗生素在饮用水源中不同粒径颗粒上的竞争吸附研究

水体中的颗粒物作为载体,会吸附重金属、抗生素等污染物质,在饮用水传统处理工艺下难以有效去除,成为饮用水中的一大安全隐患.本文利用微波萃取(MAE)和高效液相色谱与质谱联用(HPLC-MS/MS)方法分别对颗粒物上吸附的抗生素进行了前处理和测定,分析了饮用水源水中的颗粒物对4种典型抗生素的竞争吸附特性.研究表明,水体颗粒物吸附单一抗生素达到吸附平衡时,小颗粒和大颗粒上的吸附位点均未达到饱和.抗生素的结构对其在颗粒物上的吸附有重要影响,4种抗生素的两两竞争吸附结果显示,罗红霉素(ROX)、青霉素G(PG)的竞争能力最强,甲氧苄啶(TMP)次之,萘啶酸(NAL)的竞争能力最弱.     

上海市中心城区空气中可吸入颗粒物污染水平和变化状况

2005年对上海市闸北区空气中可吸入颗粒物(PM10--空气动力学当量直径小于10μm的颗粒物的总称)的污染状况进行了一年的连续监测.结果表明:全年各月PM10污染均以2级为主,占总样本数的67.6%;其次是1级占20.0%,3级占11.0%,4级占1.4%.全年空气质量状况最好的为9月份,最差为11月份.PM10浓度与CO和NO2浓度呈现出显著的相关性,说明机动车尾气是该区域PM10的主要来源;PM10污染程度还明显地受到降水、气温、气压、风向、风速、相对湿度等气象条件以及北方沙尘暴的影响.     

上海市浦东城区冬季颗粒物数浓度及其谱分布特征

采用APS-3321空气动力学粒径谱仪对上海市浦东城区2012年12月至2013年2月0.5~20μm大气颗粒物浓度及其谱分布进行了实时监测。结果发现,上海市浦东城区冬季大气颗粒物数浓度为360个/cm3,其中0.5~1.0μm颗粒物数为345个/cm3,占总颗粒物的95.7%;1.0~2.5μm颗粒物数为15个/cm3,占颗粒物总数的4.1%;2.5~20.0μm颗粒物数为0.6个/cm3,占颗粒物总数的0.2%。当空气质量为AQI≤50、50AQI≤100、100AQI≤200、AQI200时,颗粒物数浓度分别为77.5、243.2、522.6、868.5个/m3。随着空气污染的加重,小于PM2.5颗粒物数浓度增加显著且对总的颗粒物数浓度的贡献也有所增加,且AQI200时,PM2.5中1.0~2.5μm颗粒物数浓度贡献增幅最大;此外,不同空气质量条件下,颗粒物数浓度的日变化存在一定差异,这对于空气污染防治具有重要意义。     

Metallic Composition and Sources of Airborne Atmospheric Particulates in the Industrial Belt of the City of Madrid

The characteristics of the airborne particulates in the industrial belt of the city of Madrid were studied and their metal content in Pb, Ca, Cu, Ni, Fe, Mn, Cr, Mg, Zn and K were determined, with the purpose of assessing any differences when compared to typical urban particulates. The object was to examine the sources of the trace metals analysed and to evaluate their spatial and temporal variations. Six sample collection points were chosen in the industrial belt of the city of Madrid and more than 320 samples were collected over a period of one year. Various forms of source identification were used in order to study the origins of each of the analysed metals. The data obtained indicates that the area studied has a different kind of pollution from that which typically occurs in urban or industrial areas. We were also able to explain a high percentage of the inorganic pollution investigated using a small number of sources: resuspended ground dust, vehicle exhaust, building, industrial combustion and metal processes, and fuel-oil combustion.     

多孔CaO颗粒脱硫过程中硫酸盐化特性的数值模拟

在循环流化床炉内喷钙控制SO2的过程中,新生成的CaSO4会堵塞CaO颗粒的孔隙,导致脱硫效率的降低。通常认为CaSO4堵塞CaO颗粒孔隙有2种形式：其一是CaSO4产物层覆盖在颗粒的外表面造成堵塞孔隙出口;其二是SO2进入孔隙内部生成CaSO4形成均匀堵塞。这种处理方法忽略了孔隙内部的SO2浓度差异,与实际情况相差甚远。针对此问题,建立了离散化的收缩孔隙随机孔模型对CaO颗粒与SO2的反应过程进行数值模拟。模型考虑了生成的CaSO4对有效扩散系数的影响,孔隙内部SO2浓度差异对于CaO颗粒转化速率的影响,以及反应过程中孔隙结构收缩对于颗粒整体转化的影响。通过Fortran自主编程并计算,结果表明模型与实验数据吻合较好。CaO颗粒反应过程中,由于颗粒外部SO2浓度高而率先反应并堵塞颗粒孔隙,导致颗粒内部大量CaO没有参与反应。CaO硫酸盐化的最佳环境温度为800~900 °C,过高和过低都会对其硫酸盐化产生负面影响。颗粒粒径越小,CaO硫酸盐化率越高。