固体燃料燃烧产生多环芳烃及含氧多环芳烃排放因子与排放特征的研究

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固体燃料燃烧排放是大气污染物的重要来源之一,了解源排放的污染特征对于认识污染物对空气质量和人体健康的影响具有重要意义。本研究通过对8种常用燃料(柞木、松木、玉米秸秆、玉米秸秆压块、兰炭、无烟型煤、散煤、烟煤型煤)在不同炉具(一种传统炉具和两种清洁炉具)中燃烧产生的PM1.0、TSP及气相样品进行采集,对样品中OC、EC、多环芳烃和含氧多环芳烃含量进行了测定,并利用多种统计方法对实验数据进行分析,研究了典型固体燃料在不同类型炉具中燃烧产生多环芳烃含氧多环芳烃的排放因子及污染特征。
  基于实验所得数据,本研究系统掌握了典型民用固体燃料燃烧排放多环芳烃和含氧多环芳烃的排放因子、源谱特征与气固分配特征。研究发现固体燃料在两种清洁炉具中燃烧产生的OC、EC、多环芳烃和含氧多环芳烃的排放因子均低于传统炉具。对不同类型的煤炭燃料而言,散煤和烟煤型煤在所使用的三种炉具中燃烧产生OC、EC、多环芳烃和含氧多环芳烃的排放因子均高于兰炭和无烟型煤;4种生物质燃料在三种炉具燃烧的结果显示,玉米秸秆排放OC、EC、多环芳烃和含氧多环芳烃排放因子最高,其次是松木和柞木,而玉米秸秆压块排放因子最低,表明燃料燃烧排放的污染物与燃料形态有较大关联。
  通过对源谱特征分析,本研究发现,生物质燃料燃烧产生PM1.0中PHE、FLA和PYR是最丰富的物种,而煤炭燃料燃烧产生的PM1.0中PAHs主要来自于PHE、FLA、PYR和BbF的贡献;生物质燃料和煤炭燃料燃烧所排放TSP中含量最丰富的PAHs均为PHE、FLA和PYR;生物质燃料和煤炭燃料燃烧所排放气相污染物中,NAP、FLO、ACY和PHE对PAHs总浓度的贡献最大。生物质燃料和煤炭燃烧排放PM1.0和TSP中OPAHs的主要成分均为9FO和ATQ;而生物质燃料和煤炭燃烧产生排放的气相污染物中,OPAHs主要来自NAP-1-ALD的贡献。此外,本研究还发现含氧多环芳烃与母体多环芳烃之间存在着显著的正相关(P<0.01)。通过气固分配系数分析,本研究探明了不同燃料在不同炉具中燃烧所排放PAHs的气固分配行为,发现烟气中PAHs在气相和颗粒相已经接近平衡。
  利用替换分析,本研究对不同燃料替代散煤燃料所产生的污染物排放量削减情况进行了评估。研究结果表明,在保证提供相同的热量情况下,当使用兰炭和无烟型煤代替散煤燃烧,OC和EC的削减效率最高,两种燃料燃烧所排放PM1.0中的OC、EC平均分别减少了94.5%和99.8%;所排放TSP中OC和EC平均减少了92.3%和99.6%。使用烟煤型煤替代散煤所获得的污染物削减效果最小。当使用烟煤型煤替换散煤在传统炉具和气化炉中燃烧时,所排放PM1.0中EC反而增加了121.9%和33.8%,所排放TSP中EC增加了75.9%和37.7%。使用薪柴代替散煤在传统炉具中燃烧也增加了PM1.0和TSP中EC的排放。当使用玉米秸秆压块、兰炭和无烟型煤代替散煤燃烧时,削减了最多的多环芳烃和含氧多环芳烃的排放。三种燃料燃烧所排放PM1.0中多环芳烃和含氧多环芳烃较散煤燃烧排放平均分别减少了96.4%和87.7%;所排放TSP中多环芳烃和含氧多环芳烃较燃煤燃烧排放平均减少了97.4%和86.4%。而使用烟煤型煤替换散煤燃烧时,削减多环芳烃和含氧多环芳烃的幅度最小,所排放PM1.0中多环芳烃和含氧多环芳烃平均削减了45.9%和36.2%,所排放TSP中多环芳烃和含氧多环芳烃平均削减了70.4%和43.8%。因此,使用兰炭和无烟型煤替代散煤燃烧能够有效减少OC和EC的排放,使用玉米秸秆压块、兰炭和无烟型煤替代散煤可大力削减多环芳烃和含氧多环芳烃的排放。
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