典型寒地民用炉灶燃烧秸秆排放颗粒物的特征研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:colawind
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民用炉灶燃烧秸秆仍是我国寒地农村地区取暖和烹饪的主要能源方式,秸秆等生物质的燃烧排放在雾霾等严重空气污染事件中扮演着重要角色,对环境空气质量,公众健康和气候变化均具有重大影响。为获取实测的民用炉灶源排放信息,本研究对典型寒地连火墙-连火炕式民用炉灶进行了固定源颗粒物采样系统的搭建,并对采集的颗粒物进行了化学组成分析,得到了颗粒物粒径分布特征、颗粒物及各组分的排放特征,并最终建立了源成分谱,为复合型大气污染成因机理分析和大气污染来源解析提供数据支撑,并为大气污染治理与减排政策指定提供参考。走访调研最终确定了水稻、大豆和玉米三种作物秸秆为研究对象,采用稀释系统法进行了样品采集。得到了颗粒物中OC和EC的排放特征,对比发现OC/EC值普遍低于其他研究,产生EC比例更高,说明炉灶供氧通风条件有待改进。炉灶实测EFT-PAHs远高于烟雾箱测试结果,说明以往基于实验室测试结果的排放总量可能低于真实情况。按环数加和的EFPAHs与其他研究哈尔滨颗粒相PHAs环数峰值出现在四环一致,侧面反映秸秆燃烧对环境大气影响之大。特征比值结果表明Flu/(Flu+Pyr)和Icd P/(Icd P+Bghi P)可用来对秸秆燃烧源进行初步判别,Ant/(Ant+Phe)和Ba P/(Ba P+Bghi P)值则可进一步区分炉灶燃烧和露天焚烧。元素分析发现PM2.5/1.0中Al、Ca含量均在10 mg/g以上,加和占测试无机组分70%以上。Mg、Ti、Cr、Ni含量在1.0 mg/g以上,Zn、Mn、Pb、V、Cd、As、Tl含量在1.0 mg/g以下。对应颗粒物中含量,玉米-Mg,大豆-Cd、Tl、Pb,水稻-As明显高于其他秸秆。水溶性离子分析表明K?与Cl?之和占WSI 50%以上且显著相关,是民用炉灶秸秆燃烧源识别的理想标志性离子对。水稻-Na?、大豆-SO?2?以及玉米-Mg2?三种特征离子则可以进一步识别不同类型秸秆燃烧。相关性分析发现除Cl?-K?外,水稻-PM1.0的SO?2?-Na?,大豆-PM2.5中的SO?2?-NH??和NO??-Ca2?以及玉米-PM1.0的SO?2?-Mg2?和NO??-Mg2?等特征离子对。TC/OC/EC,Cl?/K?,Mg2?/Ca2?/NH??/NO??与PM均显著相关,此外K?与OC或EC间也显著相关,K?/OC或K?/EC值识别民用炉灶秸秆燃烧排放源同样适用。粒径分布特征分析表明水稻、大豆和玉米秸秆燃烧排放颗粒物分别在0.56~1.0μm、0.32~0.56μm以及1.0~1.8μm的粒径范围具有最大丰度的单峰分布。3.2μm以下颗粒物质量占总质量80%以上。源谱表明EC与OM在内的碳质组分占比均在60%左右,甚至水稻-PM2.5中二者占比高达72.78%。对源谱和环境PM2.5中PAHs年均成分谱比较并结合Flu/(Flu+Pyr)与Ant/(Ant+Phe)值可推定哈尔滨大气颗粒相PAHs全年受民用炉灶秸秆燃烧排放源影响。多粒级源谱表明OC与EC在0.18-0.56μm范围,水稻-As在0.32-0.56μm,大豆-Cd在0.32-0.56μm范围出现含量峰值。总体看Mg、Ti、Ni、Cr、V、Zn、Mn、Pb等元素及OC/EC均在3.2μm之前的细粒径段出现含量峰值,健康风险较高,因此同时提出了包括炉灶通风系统改进与民用炉灶烟尘处理技术研发等在内的炉灶秸秆燃烧的排放控制建议,并且现阶段要做好民用炉灶使用时的个人防护。
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