燃煤鍋爐周邊環(huán)境PM2.5排放特征分析

鄭建南 陳桐生

摘要：本文對燃煤鍋爐周邊的PM2.5及化學(xué)組分的排放特征進(jìn)行了分析。結(jié)果顯示，燃煤鍋爐周邊環(huán)境大氣中PM2.5濃度為173.5μg/m3，觀測期間NO3-/SO42-為0.88，表明固定源對燃煤鍋爐周邊大氣中NO2和SO2貢獻(xiàn)量較大;SOR和NOR分別為0.10和0.14，高濃度的本地前體物排放是SO42-和NO3-形成的主因。

關(guān)鍵詞：燃煤鍋爐;細(xì)顆粒物;水溶性離子;排放特征

中圖分類號：X83 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-672X（2019）08-0-01

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.08.089

Analysis of PM2.5 emission characteristics in the surrounding environment of coal-fired boilers

Zheng Jiannan1，Chen Tongsheng2

（1.Environmental Research Institute of Chaoyang District， Shantou City， Shantou Guangdong 515100，China;2.South China Institute of Environmental Sciences， Ministry of Ecology and Environment，Guangzhou Guangdong 510655， China）

Abstract：This paper analyzes the emission characteristics of PM2.5 and chemical components around coal-fired boilers. The results show that the PM2.5 concentration in the ambient atmosphere of the coal-fired boiler is 173.5 μg/m3， and the NO3-/SO42- is 0.88 during the observation period， indicating that the fixed source contributes a lot to the NO2 and SO2 in the atmosphere around the coal-fired boiler; SOR and The NOR is 0.10 and 0.14， respectively. The high concentration of local precursor emissions is the main cause of SO42- and NO3- formation.

Key words：Coal-fired boiler;Fine particulate matter;Water-soluble ion;Emission characteristics

近幾年來，我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展帶來了嚴(yán)重的大氣復(fù)合污染問題，其中以PM2.5為首要污染物。燃煤鍋爐污染物排放是大氣環(huán)境PM2.5的主要來源之一，其也成為了制約和諧社會健康發(fā)展的重要瓶頸。國內(nèi)外學(xué)者針對燃煤鍋爐顆粒物排放開展了大量研究。郭欣等[1]獲取了不同除塵器入口和出口PM10的顆粒粒徑排放規(guī)律及元素分布特性。耿春梅等[2]針對木質(zhì)和秸稈2種生物質(zhì)燃料開展煙塵、PM10和PM2.5排放特征的研究，并與燃煤鍋爐進(jìn)行比較。但目前針對燃煤鍋爐周邊PM2.5及組分排放特征的研究相對較少。本文于采暖季選取某燃煤鍋爐，在周邊大氣環(huán)境中設(shè)置采樣點(diǎn)，分析得到了PM2.5及組分的排放數(shù)據(jù)，研究結(jié)果對于燃燒源污染防控具有重要意義。

1 材料與方法

本研究采樣地點(diǎn)位于循環(huán)流化床燃煤鍋爐周圍環(huán)境大氣中，采樣儀器為武漢天虹生產(chǎn)的大氣顆粒物采樣器，采樣流量為100L/min，采用特氟龍濾膜采集PM2.5樣品，采樣時間為2017年1月3日～24日。將采樣濾膜置于離心管中，加入10mL高純水，然后超聲提取水溶性離子45min，用離子色譜分析儀測定離子含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 PM2.5質(zhì)量濃度

采樣期間燃煤鍋爐周邊大氣環(huán)境PM2.5日均質(zhì)量濃度在52.3～365.2μg/m3之間，平均為173.5μg/m3，是環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的二級日均濃度限值的2.3倍（見圖1）。主要是由于采樣點(diǎn)位于燃煤鍋爐附近，采暖季燃煤量的增加導(dǎo)致PM2.5及SO2、NOx等氣態(tài)前體物排放量的增加，采樣期間SO2、NO2濃度分別達(dá)到66.5 μg/m3、71.9μg/m3。雖然近幾年國家采取了一系列措施控制大氣污染，但PM2.5濃度處于居高不下的水平。由此可見，要有效減緩大氣復(fù)合污染，還需加快實(shí)行鍋爐煤改氣等措施的進(jìn)度。

2.2 SO42-和NO3-質(zhì)量比分析

通常用大氣顆粒物中的NO3-與SO42-質(zhì)量濃度的比值是否>1，判斷移動源和固定源對大氣中NO2和SO2貢獻(xiàn)量的大小[3]。如果大氣顆粒物中NO3-/SO42-的比值較高，則說明機(jī)動車排放對大氣中NOx和SO2的貢獻(xiàn)大于燃煤源的貢獻(xiàn)。反之，則說明與機(jī)動車排放相比，燃煤源的貢獻(xiàn)對大氣中NOx和SO2的貢獻(xiàn)較為顯著。

采樣期間NO3-/SO42-為0.88，表明固定源對大氣中NO2和SO2的貢獻(xiàn)作用均大于移動源，燃煤仍然是采樣點(diǎn)周圍的污染源。發(fā)達(dá)國家空氣中NOx絕大部分來自于汽車尾氣，大氣顆粒物中NO3-與SO42-的比值較大（1.33～2.20）[4]。

2.3 SO42-、NO3-與前體物的轉(zhuǎn)化

二次無機(jī)氣溶膠的濃度與相應(yīng)的前體物濃度及其在大氣中生成粒子的轉(zhuǎn)化率有關(guān)。Ohta的研究表明，硫氧化率（SOR）和氮氧化率（NOR）大于0.1表示存在二次轉(zhuǎn)化[5]。根據(jù)文獻(xiàn)中SOR和 NOR的計(jì)算方法[6]，采樣期間SOR為0.10，表明顆粒物的二次轉(zhuǎn)化不明顯，主要是由于冬季光化學(xué)反應(yīng)較弱。SO2向SO42-的轉(zhuǎn)化主要通過SO2和HO等自由基反應(yīng)的氣相氧化和液相氧化。在低溫、高濕的冬季，充足的SO2通過液相氧化產(chǎn)生一定數(shù)量的SO42-，高濃度前體物排放是采樣期間SO42-形成的主要原因。NOR平均值為0.14，說明NO2向NO3-的轉(zhuǎn)化率高于SO2。大氣中的 NO3-主要來源于NH3和氣態(tài)硝酸之間氣相反應(yīng)形成的 NH4NO3。

3 結(jié)論

燃煤鍋爐周邊環(huán)境大氣中PM2.5日均質(zhì)量濃度在52.3～365.2μg/m3之間，平均為173.5μg/m3，是二級日均濃度限值的2.3倍;觀測期間NO3-/SO42-為0.88，表明固定源對燃煤鍋爐周邊大氣中NO2和SO2貢獻(xiàn)量較大;SOR和NOR分別為0.10和0.14，高濃度的本地前體物排放是SO42-和NO3-形成的主因。

參考文獻(xiàn)

[1]郭欣，陳丹，鄭楚光，等.燃煤鍋爐可吸入顆粒物排放規(guī)律研究[J].環(huán)境科學(xué)， 2008， 29（3）：587-592.

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

[3]Ye B，Ji X，Yang H， et al. Concentration and chemical composition of PM2.5 in Shanghai for a 1-year period[J]. Atmospheric Environment， 2002（374）：499-510.

[4]張秋晨，朱彬，龔佃利.南京地區(qū)大氣氣溶膠及水溶性無機(jī)離子特征分析[J].中國環(huán)境科學(xué)，2014（02）： 311-316.

[5]Ohta S， Okita T. Chemical characterization of atmospheric aerosol in Sapporo[J].Atmospheric Environment，1990，24（4）：815-822.

[6]Wang Y， Zhang G， Tang A， et al. The ion chemistry and the sources of PM2.5 aerosol in Beijing[J].Atmospheric Environment，2005，39（21）：3771-3784.

收稿日期：2019-03-12

作者簡介：鄭建南（1981-），男，漢族，本科學(xué)歷，工程師，研究方向?yàn)榄h(huán)境規(guī)劃、環(huán)境管理及生態(tài)恢復(fù)治理等。

通訊作者：陳桐生（1978-），男，高級工程師，研究方向?yàn)榄h(huán)境影響評價技術(shù)及生態(tài)研究。