基于在线测量的机动车甲醛排放特征与人为源甲醛排放量化研究

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对流层臭氧污染已经成为制约我国空气质量持续改善的瓶颈问题,识别臭氧前体物排放特征与量化前体物排放是制定臭氧污染防控策略的重要依据。甲醛(HCHO)作为臭氧污染的关键前体物,是臭氧污染防控策略关注的重点之一。然而,由于污染源HCHO测量难度大,长期以来的科学研究主要集中在大气反应二次生成的HCHO,对人为源HCHO一次排放特征的研究严重不足,使其排放量化存在较大不确定性。机动车尾气HCHO排放浓度范围宽、排放波动大、易受高温高湿和其他污染物干扰,是人为源中HCHO排放特征识别与量化研究的难点与重点污染源。鉴于此,本研究以机动车为研究对象,自主研发了一套可以满足超宽测量范围的便携式机动车甲醛在线测量系统,并开展了69辆机动车台架和实际道路行驶工况测试,识别了机动车HCHO排放特征和关键影响因素,建立了主要车型HCHO排放因子。在此基础上,以广东省为案例建立了HCHO排放源清单,评估了实测排放因子对排放清单的影响,并通过观测数据对改进的HCHO排放清单进行了校验。本论文的主要成果和结论如下:(1)自主研发了一套便携式机动车甲醛在线测量系统(PMS-HCHO),由采样前处理和稀释装置以及双通道甲醛在线测量装置组成,解决四个关键难点:(1)避免尾气高温高湿和其他污染物对HCHO测量的影响;(2)实现在线、快速、准确测量;(3)满足0.04ppb至180 ppm的超宽测量范围;(4)实现便携式并满足车载测试需求。(2)应用PMS-HCHO识别机动车HCHO逐秒排放特征,并准确量化排放因子,发现排放标准、燃料类型、启动方式和行驶工况是机动车HCHO排放的主要影响因素。机动车HCHO排放随着车排放控制标准的加严呈现下降趋势,国VI汽油客车相对于国II下降了95%,国VI柴油货车相对国III下降了81%。然而柴油货车依然展现了高于汽油车10倍的HCHO排放,是其他国家规定排放限值的12倍,以往常用的离线HCHO测量方法可能大大低估了柴油车HCHO排放。汽油车和柴油车在冷启动后200秒内皆展现了超高HCHO排放峰值,柴油车冷启动HCHO排放是汽油车的33倍;柴油车在车辆热启动后200秒同样产生了HCHO高排放,仅低于冷启动排放因子18%。实际道路测试的HCHO排放因子低于台架测试结果3至4倍,但实际行驶工况的快速变化导致了更复杂的HCHO排放特征变化,台架测试启动排放影响过于显著且无法反映实际工况热行驶过程中的高排放。(3)道路移动源是不容忽视的HCHO排放源,对重要城市如广州、深圳和东莞的HCHO排放贡献比例为10%以上。与实测排放因子法的道路移动源HCHO排放量化结果对比,成分谱法存在显著不确定性:不同成分谱计算结果差异极大,且高估了汽油车HCHO排放,却严重低估了柴油车HCHO排放。在此基础上,论文充分考虑重点排放源HCHO排放因子和成分谱数据,改进人为源HCHO排放清单,发现溶剂使用源和工艺过程源是重要HCHO排放源,总贡献为44%,这在以往研究中常常被忽略。(4)观测校验发现广东省HCHO排放可能低估了6.7万吨,是HCHO排放总量的64%,从而导致64万吨臭氧生成低估。溶剂挥发源是主要的缺失来源,缺失排放量占观测校验排放总量的43%,也是严重缺乏实测HCHO排放因子的排放源。燃料燃烧源的排放缺失也不容忽视,占观测校验排放总量的21%,其中移动源是广州、深圳和东莞主要的缺失燃料燃烧源。本研究建立的PMS-HCHO可广泛应用于污染源HCHO排放测量,基于此仪器识别的机动车HCHO排放特征可显著改善HCHO排放清单,可为污染源HCHO量化研究提供技术支撑与方法参考。本研究校验发现溶剂挥发源和移动源HCHO排放尚存在较大的不确定性,亟待进一步通过实际测量改进排放量化。
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