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生物质燃烧排放是大气污染的主要来源之一,生物质开放式燃烧(如秸秆露天焚烧)则是我国农村普遍的燃烧类型。本研究建立了一套烟尘罩稀释通道采样系统,通过性能检测后用于生物质开放式燃烧污染排放模拟研究。本研究选取了珠三角地区常见的开放式燃烧类型-水稻秸秆、甘蔗梢叶以及枯枝落叶焚烧作为模拟研究对象,分析和探究了生物质开放式燃烧污染排放过程及其影响因素,并获取主要污染物的排放因子及PM2.5源成分谱,为建立珠三角地区或其他类似地区生物质燃烧源排放清单提供了必要的基础数据。
水稻秸秆、甘蔗梢叶和枯枝落叶燃烧排放PM2.5化学组成分析表明,有机物是颗粒物的最主要组成,分别占到水稻秸秆、甘蔗梢叶和枯枝落叶排放PM2.5的73.8%、60.2%以及133.0%,其中EC含量分别为3.7%、29.7%、2.8%;水溶性离子总排放含量分别为21.2%、42.5%、20.7%,并以Cl-、K+、NH4+以及SO42-为主。水稻秸秆明火过程燃烧速率较大而变化剧烈,而闷火过程燃烧速率则较小且稳定,其排放的PM2.5组成有一定的差异。
甘蔗梢叶燃烧CO2、CO、PM2.5、EC和OC的排放因子分别为907.75~2467.29 g/kg、907.8~2467.3 g/kg,9.8~31.9 g/kg,1.8~3.3 g/kg和0.7~1.2 g C/kg;水稻秸秆燃烧相应的排放因子分别为343.36~1076.34 g/kg,21.5~123.6 g/kg,5.0~36.8 g/kg,0.1~0.7 g C/kg,和2.0~18.6g;而枯枝落叶的分别为482.8~1106.3 g/kg,23.41~57.00g/kg,4.8~9.4 g/kg,0.3 g C/kg,和12.2 gC/kg。闷火燃烧排放的不完全燃烧产物如CO、PM等大于明火燃烧。
燃烧温度与各污染物种的相关性都比较好,可以用米表征燃烧状态或通过燃烧温度来推测污染物排放情况。燃料的含水量、堆放方式和点火方式以及燃料投放量等对最终的燃烧排放影响显著。含水量与PM2.5排放因子拟合结果相关性较好(R2=0.36),燃料投放量与PM2.5以及CO拟合优度分别高达0.78和0.68。
根据上述研究结果,并结合文献、统计资料,建立了2005年珠三角地区43个县级市区及整个珠三角地区生物质燃烧主要污染物排放清单。2005年珠三角地区因生物质燃烧排放的PM2.5、EC、CO、NMHCs和NOx量分别为0.40、0.059、6.59、0.81和0.36万吨。其中,EC的排放以薪柴燃烧为主,而其他污染物种则以秸秆燃烧为主,珠三角地区森林大火的贡献较小。