張宜升,欒勝基,2*,邵 敏,曾立武,林 云,4,曾立民,何凌燕,黃曉鋒(.北京大學深圳研究生院,人居環(huán)境科學與技術重點實驗室,廣東 深圳 58055；2.深港產學研基地環(huán)境模擬與污染控制重點實驗室,廣東 深圳 58057；.北京大學環(huán)境科學與工程學院,環(huán)境模擬與污染控制國家重點聯(lián)合實驗室,北京 0087；4.Department of Atmosphere Sciences, Texas A & M University, College Station, TX, USA, 77840-50)

生物質燃燒源排放煙塵罩稀釋采樣系統(tǒng)設計與應用

張宜升1,欒勝基1,2*,邵 敏3,曾立武1,林 云1,4,曾立民3,何凌燕1,黃曉鋒1(1.北京大學深圳研究生院,人居環(huán)境科學與技術重點實驗室,廣東 深圳 518055；2.深港產學研基地環(huán)境模擬與污染控制重點實驗室,廣東 深圳 518057；3.北京大學環(huán)境科學與工程學院,環(huán)境模擬與污染控制國家重點聯(lián)合實驗室,北京 100871；4.Department of Atmosphere Sciences, Texas A & M University, College Station, TX, USA, 77840-3150)

為研究生物質燃燒源顆粒物與氣態(tài)污染物的排放特征,設計了可用于生物質燃燒排放實驗室模擬研究的煙塵罩稀釋采樣系統(tǒng).該系統(tǒng)可模擬生物質燃燒釋放的高溫高濃煙氣排放到大氣中的冷卻、稀釋、生長等理化過程,捕集燃燒排放的細顆粒物和多種痕量氣態(tài)污染物.通過更換不同內徑采樣嘴等方法,系統(tǒng)稀釋倍數(shù)可在10～70倍之間調節(jié).詳細介紹了系統(tǒng)的設計原理及結構,并對系統(tǒng)可靠性進行了檢驗.整個采樣系統(tǒng)通過了氣密性測試,分級采樣系統(tǒng)平行性良好,細顆粒物損失在可接受范圍,對燃燒狀態(tài)擾動低,燃燒狀態(tài)可實時評估.應用該系統(tǒng)測定了我國南方地區(qū)典型生物質燃燒源含碳污染物種的排放特征,結果表明其適于模擬各種類型的生物質燃燒.

生物質燃燒源；煙塵罩稀釋采樣；顆粒物；實驗室模擬

目前,中國農村有近60%的家庭使用生物質能作為主要生活燃料[1],受農村傳統(tǒng)生活習慣的影響和經濟條件的制約,預計在未來相當長的時期內中國農村地區(qū)使用這類燃料的低效燃燒狀況不會有很大改善[2].生物質露天焚燒是另外一種遍布于全球范圍內的常見燃燒形式[3].生物質燃燒過程中,木質素、纖維素和半纖維素不完全分解,釋放出各類有毒有害物質.其中,含碳物種包括黑碳、有機碳、甲烷等在全球輻射平衡中起著重要作用[4-5].大氣污染物來源解析結果表明,生物質燃燒釋放的細顆粒物對區(qū)域灰霾有著顯著貢獻[6-7].在通風不良的情況下,會造成農戶室內外空氣的嚴重污染[8].

生物質燃燒污染物的排放特征研究有待完善,其影響因素尚不明確.生物質燃燒速率大,燃燒過程變化劇烈,短時間內可釋放大量煙氣,產生的污染物瞬時濃度值極高,遠超現(xiàn)有監(jiān)測儀器的檢出限,極易導致采樣膜過載,因此直接對采樣分析比較困難,一般需通過稀釋后進行樣品采集和分析[9].同時,大部分燃燒類型不利于現(xiàn)場架設采樣裝置,如露天焚燒、半開放式燃燒的爐灶(無煙道)、或者自帶煙囪但現(xiàn)場架設采樣裝置困難,因此需開展實驗室模擬研究.開發(fā)研制能夠模擬生物質燃燒釋放煙氣進入環(huán)境空氣中的煙塵罩稀釋采樣系統(tǒng),有效采集有代表性的燃燒類型排放的顆粒物和氣態(tài)污染物,建立準確的源成分譜,對于了解污染源對大氣污染的貢獻、大氣污染物來源解析,制定污染防治措施具有重要的意義.

發(fā)達國家在顆粒物及氣態(tài)污染物的排放因子測定和影響因素方面的研究工作開展較早,開發(fā)了多套稀釋采樣系統(tǒng),用以研究薪柴、秸稈、煤炭、森林植被、枯草等燃燒污染物排放特征.典型的有美國EPA 推薦的Method 5G 民用源采樣系統(tǒng)[11],美國農業(yè)部林務局火災科學實驗室采用的巨型煙塵罩采樣系統(tǒng)[12].目前,亞洲發(fā)展中國家如印度、泰國、馬來西亞等也逐步建立了煙塵罩加稀釋采樣系統(tǒng),測定了室內薪柴、動物糞餅等燃燒時排放的CO、VOCs、PM2.5(含EC和OC)和PAHs等含碳污染物的排放因子,并研究了燃料性質對排放因子的影響[13-14].

國內在測定固定源燃燒排放研究領域起步較晚,專門用于測試生物質燃燒排放的系統(tǒng)較少,目前已有的系統(tǒng)主要分為自然狀態(tài)下直接采樣和稀釋條件下采樣兩類.因設計和搭建相對簡單,目前應用前一類的采樣系統(tǒng)較多[15-17],但采樣結果可靠性較低[18],在連接在線監(jiān)測儀器方面受限,無法做到全譜測量.目前國內有少數(shù)幾家單位開展了稀釋條件下采集煙氣系統(tǒng)的相關研究[9,19-25].

在設計煙塵罩采樣系統(tǒng)時應考慮以下幾個因素:稀釋比應足夠大,以保證采樣設備能最大程度模擬煙氣在大氣真實環(huán)境的演化過程,同時稀釋管道應足夠長,以保證煙氣與零氣充分混合;為保證采集樣品的代表性,需等速采集燃燒釋放的煙氣,并使煙氣樣品盡可能接近實際大氣環(huán)境下的條件;所用的材料應對采集樣品污染最小且耐煙氣腐蝕;采樣設備能提供足夠的停留時間,以保證顆粒物的凝結、成核;煙氣中顆粒物和氣態(tài)污染物的損失最小,管道直徑應盡可能的大,以防止煙氣在管壁上沉積;煙塵罩能夠捕集所有的煙氣,且通過煙塵罩的氣流不能對燃燒狀態(tài)產生額外的擾動[11-14,18-25].為進一步研究生物質燃燒源排放源譜,本研究結合以上設計要求搭建了一套操作簡便、運行可靠的煙塵罩稀釋采樣系統(tǒng),并將這套系統(tǒng)應用于秸稈、薪柴等生物質燃燒的實驗室模擬,以期能滿足我國典型生物質燃燒源排放測試的要求.

1 系統(tǒng)原理與設計

1.1 系統(tǒng)原理

由圖1可見,煙塵罩稀釋采樣系統(tǒng)由4部分構成,包括模擬燃燒系統(tǒng)、稀釋系統(tǒng)、采樣系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng).設計內容包括:模擬各種燃燒過程,采用煙塵罩完全收集燃燒排放的煙氣;基于排放污染物的質量平衡原理,通過等速采樣裝置定量分離部分煙氣,煙氣在系統(tǒng)負壓下被動吸入一級稀釋通道內;煙氣與一定倍數(shù)的經高效空氣過濾器和冷干機處理后的干潔空氣(零氣)在湍流的作用下混合均勻,經文丘里變速后進入二級稀釋通道,被進一步稀釋,達到分析儀器可接受的濃度;二次稀釋后煙氣部分進入后端停留室用于顆粒物采樣,部分進入旁路,用于連接在線儀器,通過離線和在線采樣結合的方式實現(xiàn)全組份測量.

離線采集部分,PM10和PM2.5由cyclone采集(URG Inc.,USA),氣態(tài)多環(huán)芳烴由凈化后的聚氨酯泡沫采集,揮發(fā)性有機物由Canister罐采集,含氧揮發(fā)性有機物由前置KI管加DNPH管采集.在線監(jiān)測部分,PM2.5由TEOM-1405和Dustrak 8520測定,顆粒物粒徑組成采用AMS測定,氣態(tài)污染物CO2、CO、NO-NO2-NOχ分別采用美國熱電Thermo 410i、Thermo 48i、Thermo 42I-HL等型號分析儀測定.黑碳氣溶膠采用AE-31型7波段黑碳儀(Magee Scientific Inc.)監(jiān)測.

圖1 煙塵罩稀釋采樣系統(tǒng)Fig.1 Schematic of the hood dilution sampler

顆粒物及其組分的排放因子,由式(1)可得.氣態(tài)污染物的排放因子由式(2)可得.

式中:EFi為物種i排放因子;Δmdry燃料干重;mi為i物種的排放量;Qt為單位時間t內未稀釋煙氣采樣量;Q0為單位時間t內煙道內總煙氣量;DR1和DR2分別為一級和二級稀釋通道的稀釋比; ΔCi為氣態(tài)污染物i在稀釋后煙氣濃度與背景濃度的差值;v0為煙道內風速;D0為煙道直徑.

1.2 系統(tǒng)設計

系統(tǒng)主體材料采用拋光不銹鋼制作,以防止靜電吸附,減少顆粒物等在管路中的損失.由于進入采樣管的煙氣溫度和顆粒物濃度均較高,為防止冷凝吸附,對管路進行了保溫和控溫.系統(tǒng)盡可能縮短了采樣進氣管路的長度,采用加熱帶包裹采樣嘴至文丘里管路,采樣過程中由電磁閥控溫至120℃,該溫度為EPA Method 201A推薦值[26].

壓縮空氣系統(tǒng)包括無油空壓機、冷干機、調節(jié)閥、壓力表、活性炭柱、HEPA(三級過濾).采樣管路均采用Teflon管,采用Gast無油活塞泵抽氣.風機排出的煙氣經中效排煙除塵箱后,由25m高的煙筒排放至高空.

為模擬煙氣排到大氣中的實際情況,在稀釋通道的末尾設置停留室(支持6路同時采樣),使顆粒有足夠的時間凝結成核、長大后再通過各種采樣器進行采樣和分析.停留室體積50L,4路顆粒物采樣器同時運轉時稀釋后煙氣停留時間為45s,顆粒物成長時長合理,可防止過長時間導致的凝結或壁吸附損失[18].

1.2.1 保證自然燃燒狀態(tài) 煙塵罩為四棱錐形,罩口設計為1.5m×1.5m,高1m.燃燒臺架與煙塵罩頂部的最大距離為0.75m.一次通道的抽風速度以10m/s計,煙塵罩罩口氣流流速為0.08m/s,低于密室空氣流速(0.25m/s)[27],遠低于一般民用煤爐煙道內煙氣的抬升速度(1～3m/s)[22],對燃燒狀態(tài)影響可忽略.

由于秸稈等生物質燃燒迅速,在短時間內會釋放大量的煙氣.實驗表明,燃燒2kg秸稈約需6min,可排放24～32m3的煙氣,煙氣平均排放速率可達180m3/h.為防止煙氣外逸,煙道風機的抽風量須顯著高于180m3/h.本系統(tǒng)風機抽風量在0～1200m3/h內可調,煙塵罩可完全收集不同類型生物質燃燒釋放的煙氣.

1.2.2 等速采樣與稀釋倍數(shù)調節(jié) 將采樣嘴置于煙道正中方位測點上正對氣流,使采樣嘴的吸氣速度與測點處氣流速度相同.采用S型皮托管測速,根據(jù)煙道內壓力參數(shù)的變化情況,折算出對應的流量并反饋到“固定源稀釋通道采樣系統(tǒng)V1.0”軟件[21].反饋的信號以D/A的形式輸出,用以調整一級稀釋零氣的流量,使一級采樣流量穩(wěn)定,從而保證采樣全過程等速.在風機一定轉速條件下,采用Q-TrakTMPlus(Model 8552/8554,TSI)測量煙道中煙氣的實際流速,共測試4次,每次測量時間為2h,煙氣均穩(wěn)定地以10m/s通過煙道.

大流量分流部分的設計可為本套系統(tǒng)提供動力,并擴大采樣的稀釋比調節(jié)范圍. 根據(jù)停留室入口管路直徑和大流量分流管路的入口直徑,可確定等速分流流量比,即使稀釋后的煙氣等速進入停留室和大流量分流部分.

整個系統(tǒng)有兩級稀釋過程,包括(煙塵罩和煙道)的一級稀釋、等速追蹤固定源稀釋系統(tǒng)的二級稀釋.一級稀釋倍數(shù)可通過調節(jié)一次稀釋通道末端的風機抽風量來控制.由于風機抽風量調節(jié)范圍較寬,因此一次稀釋倍數(shù)可在較大范圍內調節(jié).當一級稀釋倍數(shù)確定后,可對二級稀釋倍數(shù)進行微調.通過更換不同口徑的采樣嘴、調節(jié)大流量分流部分,可實現(xiàn)在約10～70倍之間調節(jié).

1.2.3 稀釋系統(tǒng)混合均勻性 保證采樣煙氣與零氣混合均勻,稀釋通道的長度需為通道內徑10倍以上[11].本系統(tǒng)一次稀釋通道從煙塵罩到等速分離采樣口的距離為2.4m,15倍于通道內徑(155mm).一般認為,雷諾數(shù)大于4000表明氣流已處于湍流狀態(tài).一級稀釋通道中最低氣速大于5m/s,以5m/s計算,在120℃以下的所有溫度條件下,通道內氣流均能滿足湍流條件.經旁路抽出的二次稀釋后煙氣同時用于采集揮發(fā)性有機物、含氧羰基化合物、以及在線監(jiān)測PM2.5、PM10、CO2、CO、BC等污染物,因此需旁路內氣流處于湍流狀態(tài),保證煙氣被完全稀釋.在整個系統(tǒng)氣流達平衡時,二級稀釋通道末端Re接近10000,表明經二次稀釋后零氣與煙氣已混合均勻.

1.2.4 實時監(jiān)測 使用K型熱電偶監(jiān)測主要點位實時溫度,包括火焰上方、煙道內煙氣、停留室內稀釋后的煙氣、水溫(煮水實驗)等的溫度,運用“氣溶膠觀測綜合數(shù)據(jù)在線軟件”(專利號:2012SR033839),將其實時顯示在電腦界面.對煙道內和稀釋后煙氣中的CO2、CO分別進行在線監(jiān)測的數(shù)據(jù)也可用該軟件實時顯示,時間分辨率為10s.圖2為一次木柴爐灶燃燒——煮水實驗過程中各測點溫度實測及CO2、CO濃度.

圖2 溫度、CO2和CO在線監(jiān)測界面Fig.2 Online measurements of temperature, CO2and CO

與國內外現(xiàn)有的生物質燃燒源采樣系統(tǒng)相比(表1),本系統(tǒng)具有以下特點:1)燃燒條件接近實際燃燒情況,可模擬生物質自然燃燒狀態(tài)下的污染物排放;2)反映燃燒狀態(tài)的幾個主要參數(shù),包括溫度、CO2濃度、CO濃度等可實時同一軟件界面顯示,可實時評估燃燒狀態(tài);3)稀釋比可在較大范圍內調節(jié),使待測污染物濃度落在儀器最佳檢測范圍內.

2 系統(tǒng)性能評價

2.1 氣密性

檢測時密封采樣進氣口,通零氣使總進氣量穩(wěn)定在100L/min左右.其他操作條件與采樣時一致,采用皂膜流量計(Gilian Gilibrator-2, USA)校準后的質量流量計(七星華創(chuàng),北京)監(jiān)測各出口的出氣量.測試結果表明,總進氣量與總出氣量差值百分比小于5%,系統(tǒng)氣密性良好.

2.2 氣流分布均勻性

采用以CO2為標識氣體的濃度廓線方法測量系統(tǒng)中煙道采樣口位置氣流的分布均勻性.在煙道采樣口前10cm處設置一個監(jiān)測橫截面,在橫截面上選取8個監(jiān)測點位(圖3),采用CO2分析儀(Thermo 410i, USA)分別監(jiān)測8個點位在不同風速下(相當于不同稀釋比下)CO2的濃度.監(jiān)測結果表明,系統(tǒng)在達到設計使用風速時(～10m/s),各測點測量濃度相對標準偏差(RSD)值小于5%,氣流能達到混合均勻狀態(tài)(圖4).

圖4 不同風速下煙道橫截面CO2濃度廓線Fig.4 CO2concentration profiles in flue section under various wind velocities

2.3 平行采樣測試

進行了兩次平行性實驗,直接抽取室外大氣樣品,6路采樣通道全開,同時采集PM2.5和PM10樣品到停留室底部的Teflon膜上并稱重,采樣時間為12h,各通道的流量均為16.67L/min.分組檢驗PM2.5和PM10樣品質量的相對標準偏差不超過4%,說明分級采樣系統(tǒng)各通道之間的平行性良好.

2.4 顆粒物損失

清洗系統(tǒng)管路,自然干燥后組裝,按標準操作進行一次完整燃燒排放采樣.采樣完成后立刻拆卸進氣管路和文丘里部件并用去離子水超聲提取20min,提取液旋轉蒸發(fā)儀濃縮后定容至25mL,由ICS-2500離子色譜儀分析.結果表明,對于采集到的顆粒物(未切割粒徑),各種離子在這兩個部件處損失均不超過7.5%,合計損失不超過15%(圖5).

圖5 顆粒物水溶性離子組分在采樣進氣管以及文丘里部件上的損失率Fig.5 Loss of water soluble inorganic ions in PM2.5at sampling inlet and venture

根據(jù)Hildemann等的研究[11],稀釋煙道對空氣動力學粒徑為62μm的粗顆粒的捕集損失高達45%,對1.3μm粒徑的細顆粒的捕集損失為7%.可見,通過本方法獲得的顆粒物損失主要來自粗顆粒.因此,本系統(tǒng)比較適用于PM2.5等細顆粒的采集,用于采集PM10及以上的粗顆粒時,應對結果進行修正.

2.5 二次稀釋倍數(shù)校正

由于空壓機壓力波動導致稀釋氣供氣量存在一定波動,同時系統(tǒng)氣密性在可接受范圍內亦存在波動,因此有必要校正由上述兩種波動帶來的二次稀釋倍數(shù)誤差.理論稀釋倍數(shù)由式(4)計算獲得.實際稀釋倍數(shù)通過檢測CO2進氣口濃度、出氣端濃度及背景值通過式(5)獲得.

式中:Q煙氣為進入采樣嘴的煙氣體積流量.結果如圖6,R2=0.991表明二次稀釋倍數(shù)理論計算值可用圖中的一次函數(shù)來校正.

圖6 二次稀釋倍數(shù)理論值與實測值擬合結果Fig. 6 Calibration results for the secondary dilution ratio

3 系統(tǒng)應用

目前,該系統(tǒng)已應用于實驗室模擬我國南方地區(qū)典型生物質燃燒源排放含碳污染物的采樣分析[33].為了使實驗具有一定的代表性,必須確定一個和實際情況類似的燃燒過程.已開展的燃燒類型包括秸稈(水稻、玉米、花生等)或落葉的開放式燃燒、秸稈或薪柴(桉樹、荔枝樹等)在爐灶燃燒等.對于秸稈或落葉的開放式燃燒,通過稱取一定重量的秸稈或落葉,直接放置在搭好的實驗臺上進行燃燒實驗,分別模擬平鋪燃燒和堆燒過程.其中,平鋪燃燒燃料的厚度不超過田間實際情況.燃料在托盤內燃燒釋放的煙氣直接由煙塵罩收集后進入稀釋通道采樣系統(tǒng).對于秸稈或薪柴爐灶燃燒,搭建南方地區(qū)傳統(tǒng)爐灶,稱取一定重量的秸稈或薪柴,參考煮水實驗標準Water Boiling Test Version 4.2.1(參見http://www.aprovecho.org/lab/pubs/testing),模擬農戶爐灶實際燃燒過程.除生物質燃燒之外,將旁路封閉、減少稀釋倍數(shù)的情況下,該系統(tǒng)已應用于研究烹飪[34]、農戶燃煤等燃燒過程的排放特征.

4 結語

在參考國內外同類成果的基礎上,設計的生物質燃燒源顆粒物稀釋煙道采樣系統(tǒng)具有以下特點:燃燒條件接近實際燃燒情況,可模擬生物質自然燃燒狀態(tài)下的污染物排放;多通道同時采樣,平行性好;稀釋比可在較大范圍內調節(jié),使待測污染物濃度落在儀器最佳檢測范圍內;溫度及CO2和CO等氣態(tài)污染物的濃度實時顯示,可實時評估燃燒狀態(tài).煙塵罩稀釋采樣系統(tǒng)的性能測試結果表明,該系統(tǒng)運行穩(wěn)定,細顆粒物損失低,測量結果可靠.該系統(tǒng)可進一步擴展應用于分析其他民用燃燒源污染物排放特征.

[1] 中華人民共和國國家統(tǒng)計局.中國第二次全國農業(yè)普查資料匯編(綜合卷) [M]. 北京:中國統(tǒng)計出版社, 2009.

[2] Wang R, Tao S, Wang W T, et al. Black Carbon Emissions in China from 1949 to 2050 [J]. Environmental Science and Technology, 2012,46(14):7595-7603.

[3] Andreae M O, Merlet P. Emission of trace gases and aerosols from biomass burning [J]. Global Biogeochemical Cycles, 2001, 15(4):955-966.

[4] Andreae M O. Ramanathan V. Climate's dark forcings [J]. Science, 2013,340(6130):280-281.

[5] Bond T C, Doherty S J, Fahey D W, et al. Bounding the role of black carbon in the climate system: A scientific assessment [J]. Journal of Geophysical Research-Atmospheres, 2013,118(11): 5380-5552.

[6] 霍 靜,李彭輝,韓 斌,等.天津秋冬季PM2.5碳組分化學特征與來源分析 [J]. 中國環(huán)境科學, 2011,31(12):1937-1942.

[7] 陳燁鑫,朱 彬,尹 聰,等.基于衛(wèi)星遙感和地面觀測資料分析蘇皖兩省一次空氣污染過程 [J]. 中國環(huán)境科學, 2014,34(4):827-836.

[8] Edwards R D, Liu Y, He G, et al. Household CO and PM measured as part of a review of China’s National Improved Stove Program [J]. Indoor Air, 2007,17(3):189-203.

[9] 祝 斌,朱先磊,張元勛,等.農作物秸稈燃燒PM2.5排放因子的研究 [J]. 環(huán)境科學研究, 2005,18(2):29-33.

[10] Roden C A, Bond T C. Emission factors and real-time optical properties of particles emitted from traditional wood burning cookstoves. Environmental Science and Technology, 2006,40(21): 6750-6757.

[11] Hildemann L M, Cass G R, Markowski G R. A dilution stack sampler for collection of organic aerosol emissions: Design, characterization and field tests [J]. Aerosol Science and Technology, 1989,10(1):193-204.

[12] Chen L W, Moosmuller H, Arnott W P, et al. Emissions from laboratory combustion of wildland fuels: emission factors and source profiles [J]. Environmental Science and Technology, 2007,41(12):4317-4325.

[13] Kim Oanh N T, Albina D O, Li P, et al. Emission of particulate matter and polycyclic aromatic hydrocarbons from select cookstove-fuel systems in Asia [J]. Biomass and Bioenergy, 2005,28(6):579-590.

[14] Habib G, Venkataraman C, Bond T C, et al. Chemical, microphysical and optical properties of primary particles from the combustion of biomass fuels [J]. Environmental Science and Technology, 2008,42(23):8829-8834.

[15] 莊亞輝,曹美秋,王效科,等.中國地區(qū)生物質燃燒釋放的含碳痕量氣體 [J]. 環(huán)境科學學報, 1998,18(4):337-343.

[16] Cao G L, Zhang X Y, Gong S L, et al. Investigation on emission factors of particulate matter and gaseous pollutants from crop residue burning [J]. Journal of Environmental Sciences, 2008, 20(1):50-55.

[17] Fu F, Tian B, Lin G, et al. Chemical characterization and source identification of polycyclic aromatic hydrocarbons in aerosols originating from different sources [J]. Journal of the Air and Waste Management Association, 2010,60(11):1309-1314.

[18] 孔少飛,白志鵬,陸 炳,等.固定源排放顆粒物采樣方法的研究進展 [J]. 環(huán)境科學與技術, 2011,34(12):88-94.

[19] 白志鵬,陳 魁,朱 坦,等.煙道氣湍流混合稀釋采樣系統(tǒng)研究與開發(fā) [C]//城市環(huán)境空氣顆粒物源解析技術國際研討會論文集. 天津:南開大學出版社, 2003,220-224.

[20] 于雪娜.固定源稀釋通道采樣系統(tǒng)的研制與應用 [D]. 北京:北京大學, 2004.

[21] 周 楠,曾立民,于雪娜,等.固定源稀釋通道的設計和外場測試研究 [J]. 環(huán)境科學學報, 2006,26(5):764-772.

[22] 劉 源,張元勛,魏永杰,等.民用燃煤含碳顆粒物的排放因子測量 [J]. 環(huán)境科學學報, 2007,27(9):1409-1416.

[23] Zhang Y X, Shao M, Zhang Y H, et al. Source profiles of particulate organic matters emitted from cereal straw burnings [J]. Journal of Environmental Sciences-China, 2007,19(2):167-175.

[24] Zhang Y X, Schauer J J, Zhang Y H, et al. Characteristics of particulate carbon emissions from real-world Chinese coal combustion [J]. Environmental Science and Technology, 2008, 42(14):5068-5073.

[25] 李興華,段 雷,郝吉明,等.固定燃燒源顆粒物稀釋采樣系統(tǒng)的研制與應用 [J]. 環(huán)境科學學報, 2008,28(3):458-463.

[26] US Environmental Protection Agency. Method 201ADetermination of PM10and PM2.5emissions from stationary sources [EB/OL]. 2010,Available:http://www.epa.gov/ttnemc01/ methods/method201a.htm.

[27] Ballard-tremeer G, Jawurek H H. The “Hood Method” of measuring emissions of rural cooking devices [J]. Biomass and Bioenergy, 1999,16(5):341-345.

[28] Zhang H F, Ye X N, Cheng T T, et al. A laboratory study of agricultural crop residue combustion in China: Emission factors and emission inventory [J]. Atmospheric Environment, 2008, 42(36):8432-8441.

[29] Iinuma Y, Brüggemann E, Gnauk T, et al. Source characterization of biomass burning particles: The combustion of selected European conifers, African hardwood, savanna grass, and German and Indonesian peat [J]. Journal of Geophysical Research-Atmospheres, 2007,112(D8),doi:10.1029/2006JD007120.

[30] Fran?a D A, Longo K M, Neto T G S, et al. Pre-Harvest sugarcane burning: determination of emission factors through laboratory measurements [J]. Atmosphere, 2012,3:164-180.

[31] Wang Q, Geng C M, Lu S H, et al. Emission factors of gaseous carbonaceous species from residential combustion of coal and crop residue briquette [J]. Frontier of Environmental Science and Engineering in China, 2013,7(1):66-76.

[32] 耿春梅,陳建華,王歆華,等.生物質鍋爐與燃煤鍋爐顆粒物排放特征比較 [J]. 環(huán)境科學研究, 2013,26(6):666-671.

[33] Zhang Y S, Shao M, Lin Y, et al. Emission inventory of carbonaceous pollutants from biomass burning in the Pearl River Delta Region, China [J]. Atmospheric Environment, 2013,76: 189-199.

[34] He L Y, Lin Y, Huang X F, et al. Characterization of high-resolution aerosol mass spectra of primary organic aerosol emissions from Chinese cooking and biomass burning [J]. Atmospheric Chemistry and Physics, 2010,10:11535-11543.

治霾馬拉松能否跑得贏?

北京國際馬拉松賽早已落下帷幕,但比賽當天嚴重的霧霾天成為人們熱議的話題.雖然馬拉松比賽結束了,但是,治理環(huán)境污染、改善空氣質量的馬拉松仍在進行,而且需要參賽者竭盡全力,向終點沖刺.

冰凍三尺非一日之寒.若要消除“心肺之患”,應從以下3方面做起:

首先,完善應急機制.舉辦2008年北京奧運會的實踐證明,只要敢動真格,良好的空氣質量是可以通過一系列治污措施實現(xiàn)的,如排污企業(yè)限產停產、機動車限行等.但是,我們的應急機制還不夠完善,普遍存在響應時間慢、環(huán)節(jié)銜接不暢等問題.因此,必須將應急機制發(fā)揮到位,才能為治理環(huán)境污染贏得時間、積累經驗.

其次,提升治污水平.筆者在環(huán)保一線工作多年,俗話說,巧婦難為無米之炊,與城市交通管理部門相比,環(huán)保部門在信息化執(zhí)法方面的力量十分薄弱.例如,對機動車異地違規(guī)的處置,交通管理部門可通過全國聯(lián)網系統(tǒng)實現(xiàn)異地處罰,達到治理無盲區(qū).反觀環(huán)保部門,目前市區(qū)兩級都未形成互聯(lián)互通,信息資源無法共享,形成了信息壁壘,延誤了執(zhí)法時機.因此,要盡快打通系統(tǒng)內部信息化的最后一公里,利用大數(shù)據(jù)、云計算等技術與其他職能部門共享執(zhí)法資源,提高治理環(huán)境污染的效率.

第三,提高全民環(huán)境意識.在十面霾伏之下,每個人既是污染的受害者,又是污染的貢獻者.一是要樹立同呼吸、共治理的意識.相關部門要加大對保護環(huán)境的宣傳力度,通過進社區(qū)、進企業(yè)、進工地等方式,采用百姓喜聞樂見的形式講解環(huán)保知識.二是通過物質獎勵調動百姓參與環(huán)境治理的積極性,如舉報違法排污行為給予資金獎勵,或通過加大公共交通補貼力度等方式引導人們減少私家車出行頻次.三是建議將環(huán)境知識納入中小學教材,使中小學生從小接受環(huán)保理念,將知識變成一種習慣,最終達到以知促行.

摘自《中國環(huán)境報》

2014-10-29

Design and application of hood dilution sampling system for measuring biomass burning sources.

ZHANG Yi-sheng1, LUAN Sheng-ji1,2*, SHAO Min3, ZENG Li-wu1, LIN Yun1,4, ZENG Li-min3, HE Ling-yan1, HUANG Xiao-feng1(1.Key Laboratory for Urban Habitat Environmental Science and Technology, Peking University Shenzhen Graduate School, Shenzhen 518055, China；2.Key Laboratory of Environmental Simulation and Pollution Control, PKU-HKUST Shenzhen-Hong Kong Institution, Shenzhen 518057, China；3.State Joint Key Laboratory of Environmental Simulation and Pollution Control, College of Environmental Sciences and Engineering, Peking University, Beijing 100871, China；4. Department of Atmosphere Sciences, Texas A&M University, College Station, TX, 77840-3150, USA). China Environmental Science, 2014,34(11)：2741～2748

A hood dilution stack sampling system was designed to measure particulate matter and trace gas emissions from biomass burning sources. The cooling, dilution and ageing process were simulated in the system after the hot flue gases were collected by the hood. A series of isokinetic nozzles were used to adjust dilution ratios ranged from 10 to 70. The design principles and the structure of the sampling system were described in detail. The reliability of the system was verified by performance tests. The system passed hermetic tests with acceptable fine particle loss, and negligible impacts on burning status. Real-time display of burning conditions was achieved by self-designed software. The system was utilized to characterize major carbonaceous species emissions from typical biomass burning sources in South China. Results indicated that the system was suitable of simulating various types of biomass burning activities.

biomass burning sources；hood dilution sampling system；particulate matter；laboratory simulation

X513

A

1000-6923(2014)11-2741-08

張宜升(1982-),男,山東濰坊人,助理研究員,博士,主要事大氣環(huán)境化學、大氣污染源排放特征、有毒有害物質等研究.表論文10余篇.

2014-02-25

國家“973”項目(2013CB228503);國家自然科學基金資助項目(41405114)環(huán)境模擬與污染控制國家重點聯(lián)合實驗室專項經費資助(14K04ESPCP);國家“863”項目(2006AA06A309)

* 責任作者, 教授, sjluan@pku.edu.cn