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生物质秸秆露天焚烧污染物排放特性及排放规模研究

王俊芳  
【摘要】:我国是农业大国,农作物秸秆的产量巨大。近年来,随着我国农村生活能源结构的变化,秸秆逐步失去传统的农业原料和炊事方面的作用,很多地区的秸秆露天焚烧现象日趋严重。秸秆的大规模露天焚烧不仅造成资源浪费,还会引发火灾,更为重要的是严重污染了环境,对人体健康和气候变化造成极大的负面影响。故,本研究选取国内分布最广的三种生物质秸秆——水稻、小麦、玉米秸秆,在实验室模拟秸秆露天焚烧,着眼于研究燃烧状态和水分含量等关键因素对污染物排放的影响,获取确凿的排放因子数据,以便对其危害性进行准确定量评估。首先,我们探究了三种秸秆的颗粒物排放特性。小麦秸秆明火燃烧、焖火燃烧、竖堆燃烧时总颗粒物(TSP)的排放因子分别为11.36~18.00、28.68~48.05、10.46~17.14g/kg;相应地,水稻秸秆为 9.20~13.76、34.85~46.32、8.56~13.12g/kg;玉米秸秆为 8.94~15.19、36.44~51.38、8.40~14.65g/kg。三种农作物秸秆燃烧排放的颗粒物以细颗粒物为主,尤其是小于2.5μm的细颗粒物。本研究中,PM_(2.5)占TSP全部质量的58.57%~83.07%。生物质秸秆焖火燃烧状态下PM_(2.5)的排放因子明显比明火燃烧状态下要高得多,大约是2.8~5.2倍。各粒径段颗粒物的排放因子与秸秆含水量呈正相关关系。且横堆时,各粒径段颗粒物排放因子都比竖堆时要略高。然后,我们探究了三种秸秆的气态污染物排放特性。小麦、水稻、玉米秸秆明火燃烧时CO的排放因子分别为43.55~61.57、50.36~79.24、58.51~70.05g/kg;相应地,焖火燃烧时为 80.72~114.92、86.86~108.79、79.73~98.20g/kg;竖堆燃烧为 40.65~47.25、48.64~57.52、56.34~62.35g/kg。生物质秸秆焖火燃烧状态下CO的排放因子明显比明火燃烧状态下要高,大约是1.2~1.9倍。CO的排放因子与含水量呈正相关关系。且横堆时,CO的排放因子都比竖堆时要略高。秸秆燃烧NO_x、SO_x、CH_4的排放因子随水分和燃烧状态变化不大,其值分别为 1.67~3.68,0.19-0.43,3.26~7.04g/kg。最后,结合文献调研,得到了我国2014年的秸秆露天焚烧污染物排放清单。我国2014年三种农作物秸秆总产量5.8亿吨,露天焚烧量1.3亿吨,露天焚烧比例达到22%。其中,河南省的露天焚烧量最高,其次是安徽省、湖南省、山东省、江苏省、黑龙江省。2014年我国因三种农作物秸秆(小麦秸秆、水稻秸秆、玉米秸秆)燃烧排放的PM_1、PM_(2.5)、PM_(10)、TSP 的总量分别为 194.90、353.56、400.47、448.47 万吨;CO_2、CO、NO_x、SO_x、CH_4的总量分别为13824.71、1092.12、31.06、3.91、65.06万吨。其中,河南省排放量最高,其次是安徽省、山东省、黑龙江省、湖南省、江苏省。


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