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不同粒径下典型燃烧源及南京秋季大气中化学组分的分布特征

曾兆荷  
【摘要】:本研究选取不同种煤炭及各地区水稻、小麦、玉米秸秆进行燃烧实验,测定不同粒径的PM、碳质成分、水溶性离子及硫、碳同位素组成。结果表明,燃烧源中化学组分排放因子的粒径分布规律整体一致,随着粒径减小而增大,秸秆烟尘的粒径差异更显著,其PM_(2.1~10)、PM_(1.1~2.1)、PM_(1.1)排放因子分别为0.39~1.55、0.84~6.66、4.23~18.88g/kg。在同一粒径下,煤炭或秸秆烟尘中同一化学组分排放特征随着种类和产地的不同呈现明显差异。秸秆烟尘与煤炭烟尘中OC/EC、WSOC/OC值存在显著差异,表示可根据碳质特征值区分这两种燃烧源。在水溶性离子中,秸秆烟尘的K~+、Cl~-含量最高,在细粒径中两者分别占总水溶性离子的百分比较高达40%~52%;煤炭烟尘中SO_4~(2-)含量最大,在粗粒径的百分比最高为44%。不同种类燃烧源中硫、碳同位素具有显著差异,三种秸秆烟尘中玉米富集重碳,δ~(13)C值为-15.66‰,水稻和小麦富集重硫,δ~(34)S值分别为3.9‰、4.2‰;三种煤炭烟尘中煤B、C较富集重碳,δ~(13)C值分别为-24.3‰、26.16‰,煤C富集重硫,δ~(34)S值为15‰。同种秸秆烟尘中硫、碳同位素分别随着产地不同存有差异,南京小麦秸秆烟尘中δ~(13)C、δ~(34)S值分别为-29.72‰、2.8‰,相对其他产地小麦秸秆较贫重碳和重硫,表示建立本地燃烧源硫、碳同位素源谱具有重要意义。为了获得不同粒径大气气溶胶的来源情况,在南京北郊于2019年10月26日-11月15日进行大气样品采集,测定样品中化学组分和硫、碳同位素,并对其粒径分布特征进行分析。结果表明,大气气溶胶中化学组分及污染来源都具有显著的粒径差异。采样期间,在2.1~10、1.1~2.1、≤1.1μm粒径中,PM浓度分别为133.8±49.57μg/m~3、19.37±6.11μg/m~3、43.27±13.37μg/m~3,粗颗粒物污染水平显著高于细粒径,各化学组分浓度的粒径分布一致。通过水溶性离子因子分析及化学组分特征值,推测二次来源是各粒径大气气溶胶的首要污染源,在2.1~10、1.1~2.1、≤1.1μm粒径中主要一次排放源分别为扬尘、机动车尾气、生物质燃烧。大气PM_(2.1)中δ~(34)S值为3.66‰,推测硫酸盐污染源主要为生物质燃烧,粒径≤1.1μm中SO_4~(2-)对PM_(2.1)中SO_4~(2-)贡献较高,因此生物质燃烧对此粒径硫酸盐贡献较大。粒径2.1~10、1.1~2.1、≤1.1μm中TC同位素分别为-25.68±1.45‰、-27.24±0.61‰、-27.28±0.37‰,判断各粒径中主要碳源分别为燃煤源、机动车、生物质燃烧。


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