武汉市秸秆燃烧VOCs排放估算及管理对策

秸秆燃烧是我国人为源挥发性有机物(volatile organic compounds,VOCs)排放的重要来源之一,其排放对气候变化和人体健康都有很大影响.对该来源VOCs排放量的可靠估算是在区域或城市范围内进行排放效应分析和污染控制的重要前提.根据2005~2011年武汉市农作物的总产量,采用排放因子分析法估算了武汉市及主要6个农作物产区的秸秆燃烧VOCs的排放量,并分别计算其耕地排放强度(I c)和区域排放强度(I r).结果表明,武汉市2005~2011年年均秸秆燃烧VOCs排放量约为(3 163±139)t,I c和I r分别为(1.52±0.06)t·km-2和(0.37±0.02)t·km-2.粮食类和油料类农作物秸秆燃烧是主要的排放源,需优先控制7大类21种VOCs物质.武汉市分区VOCs排放量从大到小排序依次为黄陂区、新洲区、江夏区、蔡甸区、汉南区、东西湖区,前4个区的排放总量占到武汉市的近九成.江夏区、汉南区、黄陂区和新洲区应作为秸秆燃烧VOCs排放的优先控制区,尤其是能作为全国代表性的江夏区,应引起高度重视.在进行区域或城市范围的秸秆燃烧产生污染物质的生态风险评价时,该污染物的I c和I r都是需要考虑的重要基础数据.最后,提出大力发展农村秸秆资源综合循环经济利用是解决区域或城市范围内秸秆燃烧产生环境问题的可行之径.     

流化床O2/CO2气氛下添加SiO2对燃煤PM2.5的控制

采用小型流化床研究了在O2/CO2气氛下添加SiO2对PM2.5(空气动力学直径小于2.5 μm的颗粒物)的控制,试验在1123 K、O2/CO2气氛下进行,并采用荷电低压撞击器(ELPI)采集和分析燃烧后的PM2.5.结果表明,添加SiO2是燃烧过程中影响PM2.5生成的重要因素.添加SiO2后,生成PM1的质量浓度均降低,而PM1-2.5的质量浓度均略有增加;PM2.5质量粒径分布均呈双峰分布,峰值分别出现在0.2 μm和2.0μm左右.随着SiO2添加量的增加,PM2.5中的S、K、Na、Cu和Pb元素的含量呈减少的趋势;随着颗粒粒径减小,S、K、Na、Cu和Pb元素的含量有增高的趋势.     

单光子/光电子在线质谱实时分析聚氯乙烯热分解/燃烧产物

实验室研制了低能光电子磁场增强电离(MEPEI)和单光子电离(SPI)复合电离源,该电离源具有电离化合物范围宽、碎片离子少、质谱图简单等优点,结合飞行时间质谱(TOF-MS)实现了聚氯乙烯(PVC)热分解/燃烧产物的在线分析.针对不同的目标化合物,MEPEI/SPI复合电离源通过调节电离区电场强度,可以快速在SPI和SPI-MEPEI之间切换.PVC热分解/燃烧产物中电离能大于光子能量(10.60 eV)的HCl和CO2(12.74 eV、13.77 eV)利用MEPEI模式电离;而烯烃、二氯乙烯、苯系物、氯苯、苯乙烯、茚满及萘系物等可通过SPI-MEPEI复合模式电离.通过实时监测PVC主要燃烧产物的信号强度随温度的变化趋势可推断出,PVC燃烧产物主要是通过两种机制生成:①250～370℃时,PVC发生脱氯及分子内环化反应,产生大量的HCl、苯和萘;②380～510℃时,PVC发生分子间交联反应,生成烷基芳烃,如甲苯和二甲苯/乙苯等.实验结果表明,SPI/SPI-MEPEI复合离子源TOF-MS分析速度快,应用范围广,在在线分析中具有广泛的应用前景.     

Homogeneous and heterogeneous reactions of anthracene with selected atmospheric oxidants

The reactions of gas-phase anthracene and suspended anthracene particles with O3 and O3-NO were conducted in a 200-L reaction chamber, respectively. The secondary organic aerosol (SOA) formations from gas-phase reactions of anthracene with O3 and O3-NO were observed. Meanwhile, the size distributions and mass concentrations of SOA were monitored with a scanning mobility particle sizer (SMPS) during the formation processes. The rapid exponential growths of SOA reveal that the atmospheric lifetimes of gas-phase anthracene towards O3 and O3-NO are less than 20.5 and 4.34 hr, respectively. The particulate oxidation products from homogeneous and heterogeneous reactions were analyzed with a vacuum ultraviolet photoionization aerosol time-of-flight mass spectrometer (VUV-ATOFMS). Gas chromatograph/mass spectrometer (GC/MS) analyses of oxidation products of anthracene were carried out for assigning the time-of-flight (TOF) mass spectra of products from homogeneous and heterogeneous reactions. Anthrone, anthraquinone, 9,10- dihydroxyanthracene, and 1,9,10-trihydroxyanthracene were the ozonation products of anthracene, while anthrone, anthraquinone, 9-nitroanthracene, and 1,8-dihydroxyanthraquinone were the main products of anthracene with O3-NO.     

区域空气质量模拟中查表法的应用研究

在自行开发完善的区域空气质量模式系统RegSRRMS中应用查表法,模拟中国典型城市群对流层大气主要污染物的浓度变化,评估该方法在大气复合污染事件预测和控制中的有效性.首先,利用具有国际先进水平的空气质量模式WRF-CHEM中的化学模块建立了包含完善气相化学、气溶胶过程的箱模式WRFBOX.其次,利用WRFBOX进行化学反应敏感性分析,基于影响污染物的重要因子分别建立了臭氧(O3)及其前体物、无机盐气溶胶和二次有机气溶胶(SOA)查算表数据库,并检验其有效性.最后,将此查算表数据库引入RegSRRMS,建立简化的查表算法.利用直接耦合机制法和查表法对2000年3月珠三角地区污染个例中主要大气污染物浓度进行模拟.通过比较2种方法的模拟结果,显示查表法计算效率提高了57%,能够反映大气光化学反应的非线性特征、气溶胶及其前体物的平衡关系,具有高分辨率、高时效性,能够方便快捷地给出源和受体之间的响应关系,结果可靠.在区域空气质量模式中应用查表法有利于大气污染事件的快速预测以及大气污染控制的快速决策.     

基于BP神经网络的煤层自燃预测

在全面分析影响煤层自燃因素的基础上,建立了煤层自燃预测的人工神经网络模型.应用该模型对某煤田的多个煤层样本进行了训练和预测,网络经过10次训练后,误差达到设定的最小值,6次预测测试中最大误差仅为0.027 8,最小的为0.000 1.研究表明,该模型精度较高,可用于预测煤层自燃的实际应用.     

含硫油品储罐腐蚀产物自燃性的研究

通过模拟储油罐中硫铁化物的生成方式, 分析和研究了H2S气体在无氧条件下,与不同相对湿度的Fe2O3、Fe3O4和Fe(OH)3反应所生成的硫铁化物的自燃性.不同相对湿度的试样经6 h硫化后,其自燃性明显不同.以Fe2O3试样为例,相对湿度为0的硫化产物氧化升温最高为256 ℃,平均升温速率为10.8 ℃/min; 相对湿度为5%、10%和15%的硫化产物,氧化升温最高温度分别为474 ℃、408 ℃和388 ℃,平均升温速率分别为20.5 ℃/min、18.3 ℃/min和13.5 ℃/min.实验结果表明, 不同相对湿度、不同物质的硫化产物,其自燃性有显著差异,样品的相对湿度对硫化产物的自燃性有重要影响.对各种干燥样品的硫化产物进行电镜分析发现,由不同物质硫化所生成的硫化产物结构不同,致使其自燃性有较大差异.硫铁化物氧化反应放热是引发油罐着火的主要因素.     

Modification of Ce02-ZrO2 catalyst by potassium for NOx-assisted soot oxidation

Potassium-modified ceria-zirconia catalyst was synthesized by wetness impregnation method. The ageing treatment was performed in static air at 800℃ for 20 hr to evaluate the thermal stability of the catalyst. The catalysts were characterized by X-ray diffraction,BET surface area, oxygen storage capacity, NOx-temperature programmed desorption and soot-temperature programmed oxidation measurements. By introduction of potassium, the maximum soot oxidation rate temperature (Tm) of the ceria-zirconia based catalyst decreased from 525 to 428℃ in the presence of NO under a loose contact mode. The shift of Tm of the K-modified catalyst after ageing is only 15℃. The enhanced activity of the aged catalyst mainly lies in the promotional effect of potassium on the NOx/oxygen storage cacity as well as the soot-catalyst contact.     

小型燃煤工业锅炉NO_x形成与释放规律模拟研究

NOx是我国十二五期间重点控制的污染物,燃煤工业锅炉是其重要来源。为了研究燃煤工业锅炉NOx的形成与释放规律,在实验室模拟了不同煤种的燃烧过程。采用原煤/焦炭燃烧法分别研究挥发分氮和焦炭氮生成NOx的反应,探讨燃料型NOx的形成与释放规律,并解释试验模拟条件下燃煤NOx产污系数和现场实测值的差异。结果表明,试验中烟煤、无烟煤、煤焦的NO转化率平均值分别为25.77%,22.17%和11.98%,产污系数平均值分别为4.31,5.08和2.00kg/t,高于现场实测结果核算值。燃煤工业锅炉NOx以燃料型为主,燃料型NOx的形成和释放是一个复杂的多相反应过程,由挥发分氮的氧化还原反应和焦炭氮的氧化还原反应组成,煤种、温度、空气流量、粒径、氧含量等因素对4种反应各自影响及影响程度并不相同。