中國農(nóng)作物秸稈燃燒排放氣態(tài)、顆粒態(tài)污染物排放特征的實驗室模擬.pdf

1、生物質(zhì)燃燒排放的大量氣溶膠(氣體和顆粒物組分),其對全球大氣環(huán)境、全球氣候系統(tǒng)及生態(tài)系統(tǒng)的改變都會產(chǎn)生重要的影響。中國是一個農(nóng)業(yè)大國,農(nóng)作物秸稈資源擁有量居世界首位。有研究表明在中國農(nóng)作物秸稈燃燒對生物質(zhì)燃燒排放的氣態(tài)污染物、顆粒物污染物貢獻(xiàn)最多。本論文針對農(nóng)作物秸稈燃燒排放氣溶膠已經(jīng)成為我國區(qū)域環(huán)境和氣候影響的重要因素,而且其對我國區(qū)域環(huán)境和氣候的影響方式和影響程度還在不斷的變化。很顯然,目前要解決農(nóng)作物秸稈燃燒排放的氣溶膠所造成的區(qū)

2、域環(huán)境效應(yīng)和氣候效應(yīng)這一難題,須從實驗室模擬研究農(nóng)作物秸稈燃燒排放氣溶膠的排放特征開始?；谏鲜鏊悸?我們自行設(shè)計建造了可以模擬農(nóng)家灶臺和田間露天燃燒的燃燒爐,借助于大型氣溶膠煙霧箱和先進(jìn)的表征測量系統(tǒng)手段,深入研究了中國三大主要農(nóng)作物秸稈-水稻秸稈、小麥秸稈和玉米秸稈-燃燒排放的氣態(tài)污染物、新鮮顆粒物的排放特征以及排放的新鮮顆粒物的粒徑分布特征和粒徑成長特征,還分析考察了氣體和顆粒物中的多環(huán)芳烴和烷基多環(huán)芳烴的排放特征。本論文主要包括

3、三大主要部分。第一部分為通過對中國三大農(nóng)作物秸稈-水稻、玉米和小麥秸稈-進(jìn)行燃燒實驗得到了燃燒排放的氣態(tài)污染物(CO、CO2、NOx)的排放因子,排放比和燃燒效率。水稻、小麥和玉米秸稈在明火充分燃燒的條件下,氣態(tài)污染物CO的排放因子分別為64.2,141.2和114.7gkg-1;CO2排放因子分別為791.3,1557.9和1261.5gkg-1;NOx排放因子分別為1.81,1.12和1.28gkg-1。水稻、小麥和玉米秸稈燃燒排放

4、的CO相對于CO2的排放比ERCO/CO2分別為0.081,0.091和0.091,NOx相對于CO2的排放比ERNOx/CO2分別為0.0019,0.0007和0.0010;水稻、小麥和玉米秸稈燃燒所得的改性燃燒效率MCE分別為0.93,0.92和0.92。并且研究確定了中國2004年三種農(nóng)作物秸稈燃燒排放的氣態(tài)污染物(CO、CO2、NOx)的排放清單和排放強(qiáng)度地理分布特征。中國2004年因三種農(nóng)作物秸稈燃燒排放的氣態(tài)污染物CO,CO

5、2和NOx總量分別為2.3×107,2.5×108和2.8×105t左右。三種氣態(tài)污染物(一氧化碳、二氧化碳和氮氧化物)排放強(qiáng)度最高的省份分別是山東省、河南省和江蘇省。第二部分為通過對中國三大農(nóng)作物秸稈-水稻、玉米和小麥秸稈-進(jìn)行燃燒實驗得到了燃燒排放的顆粒物的粒徑分布特征和粒徑成長特征。農(nóng)作物秸稈燃燒排放的顆粒物的粒徑分布呈現(xiàn)出單峰對數(shù)正態(tài)擬合分布特征,小麥秸稈燃燒排放的顆粒物的初始個數(shù)濃度粒徑峰值出現(xiàn)在47nm附近,而水稻和玉米秸稈

6、燃燒排放的顆粒物的初始個數(shù)濃度粒徑峰值分別出現(xiàn)在102nm,155nm附近。在粒徑成長過程中考察了粒徑成長速率。在4小時老化過程中,水稻秸稈燃燒排放的顆粒物平均成長速率為40nmh-1,玉米秸稈燃燒排放的顆粒物平均成長速率為38nmh-1,小麥秸稈燃燒排放的顆粒物平均成長速率為26nmh-1。此外,還得到了三種農(nóng)作物秸稈燃燒排放的顆粒物的數(shù)目排放因子和質(zhì)量排放因子,水稻、小麥和玉米秸稈燃燒排放的顆粒物的數(shù)目排放因子分別為(1.64±0.

7、1)×1013,(1.4±0.1)×1013和(1.74±0.1)×1013particleskg-1;質(zhì)量排放因子分別為(2.64±0.5)×105,(1.1±0.3)×105和(3.9±0.6)×105μgkg-1。研究確定了中國2004年三種農(nóng)作物秸稈燃燒排放的新鮮顆粒物的排放清單和排放強(qiáng)地理分布特征。中國2004年由三種農(nóng)作物秸稈(水稻、小麥和玉米秸稈)燃燒向大氣排放的新鮮顆粒物的總量約1.3噸。排放強(qiáng)度最大的省份是山東省。第三

8、部分為通過對中國三大農(nóng)作物秸稈-水稻、玉米和小麥秸稈-進(jìn)行燃燒實驗分別得到了燃燒排放的氣相中和顆粒物中的多環(huán)芳烴和烷基多環(huán)芳烴的排放因子,水稻秸稈、玉米秸稈和小麥秸稈燃燒排放的顆粒物中的多環(huán)芳烴(PAHs)的排放因子分別為1.64、0.93和0.72mgkg-1,烷基多環(huán)芳烴(APAHs)的排放因子分別為0.24、0.27和0.28mgkg-1;而水稻秸稈、玉米秸稈和小麥秸稈燃燒排放的氣相中的多環(huán)芳烴(PAHs)的排放因子分別為3.62

9、、0.81和0.65mgkg-1,烷基多環(huán)芳烴(APAHs)的排放因子分別為1.01、0.35、0.66mgkg-1。并結(jié)合所得的排放因子研究確定了中國2004年三種農(nóng)作物秸稈燃燒排放的多環(huán)芳烴和烷基多環(huán)芳烴的排放清單和排放強(qiáng)度地理分布特征。中國2004年因三種農(nóng)作物秸稈燃燒排放的多環(huán)芳烴(PAHs)及烷基多環(huán)芳烴(APAHs)的總量分別為1088噸和379噸。多環(huán)芳烴(PAHs)及烷基多環(huán)芳烴(APAHs)排放強(qiáng)度最高的省份是河南省、

10、山東省和江蘇省。以上三大部分研究內(nèi)容是基于我國三種農(nóng)作物秸稈燃燒的實際情況,分析考察了其燃燒排放的氣態(tài)污染物、顆粒物和多環(huán)芳烴及烷基多環(huán)芳烴的排放特征。詳細(xì)分析了氣態(tài)污染物、顆粒物和多環(huán)芳烴及烷基多環(huán)芳烴的排放因子、排放清單及排放強(qiáng)度地理分布,同時還分析了燃燒排放的顆粒物的粒徑分布特征,粒徑成長特征。以便可以更好的揭示生物質(zhì)燃燒源氣溶膠的氣候效應(yīng)和環(huán)境效應(yīng),為研究區(qū)域氣候模型設(shè)計和氣候變化模擬提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù),進(jìn)一步為國家制定相關(guān)政策提供科