和田市城区PM_(2.5)中PAHs的浓度、来源及致癌风险

2014年在新疆和田市城区分冬、春、夏、秋4个季节采集大气PM2.5样品,分析了其中16种多环芳烃(PAHs)的含量、组成和来源,并评估了其致癌风险。结果表明:PAHs浓度年均值为99.02 ng/m^3,且具有明显的季节性分布,即冬季(241.52 ng/m^3)>秋季(87.50ng/m^3)>春季(30.81 ng/m^3)>夏季(10.39 ng/m^3),冬季苯并[a]芘(Ba P)的浓度高达16.57 ng/m^3;全年PAHs以4~6环为主,冬季4环PAHs比例(46.03%)明显高于夏季的比例(15.97%),表明气粒两相分配对PAHs分布有显著影响。PAHs浓度与气温和风速显著负相关,与相对湿度显著正相关,表明相对低的气温和风速、相对高的湿度是冬季PAHs污染较高的重要原因。特征比值法源解析结果显示,PAHs主要来源于燃烧源,其中冬季PAHs来源以燃煤及薪柴燃烧为主,春、秋季以燃煤源和交通源的混合污染来源为主,夏季以交通源为主。后向轨迹分析表明,除和田市东北部的局地输送外,来自中亚、西亚其他国家外部输入的气团也对和田市城区PAHs有重要影响。苯并[a]芘毒性当量浓度(Ba P_(eq))年均值为10.51 ng/m^3,终身呼吸性肺癌风险(CR)为9.14×10^(-4),是美国环保署(USEPA)可接受致癌风险指数的9.14倍,表明和田市城区居民具有一定的潜在健康风险。

基于热解-重整-燃烧解耦三床气化系统的生物质催化制富氢气体

生物质催化气化是将生物质转换成富氢气体的有效途径。该研究提出了一种由热解反应器、重整反应器和提升管燃烧器三部分构成的解耦三床生物质气化(decoupled triple bed gasification,DTBG)工艺。在实验室规模的DTBG气化反应装置上,以水蒸气为气化剂,以橄榄石为原位焦油裂解催化床料,进行了生物质水蒸气催化气化试验,考察了生物质种类、重整器温度、生物质进料速率对气化效果的影响规律,并且对气化副产物焦油的特性进行了分析。试验结果表明,生物质原料的挥发分对气化产物分布的影响很大,原料挥发分含量越高,气体产率越高,碳转化率越高,气体中的H2和CO体积分数越大、CO2体积分数越低。当重整器温度由750升高到850℃时,气体产率从0.91增加到1.08 m3/kg,焦油质量浓度从19.1降低到7.3 g/m3,同时气体品质大幅度提升。随着生物质进料速率的增加,产气中H2体积分数大幅度增加,CO2体积分数大幅度降低,但是焦油质量浓度基本不变。当重整器温度为800℃,白松木屑进料速率为220 g/h时,H2和CO体积分数分别达到了42.2%和14.6%,产气中焦油质量浓度为10.1 g/m3。气化焦油的主要成分为多环芳烃,其中萘含量最高。当重整器温度从700℃升高到850℃时,焦油中单环化合物几乎全部分解,3~4环多环芳烃化合物逐步降低,萘的相对含量从54.7%升高到75.6%。该研究结果可为大规模气化装置的设计、运行以及优化提供理论指导。

乌鲁木齐市可吸入颗粒物水溶性离子特征及来源解析

采暖期时在乌鲁木齐市采集了环境空气中的可吸入颗粒物,对可吸入颗粒物质量浓度及8种水溶性离子的特征和来源进行了分析。结果表明,细粒子和粗粒子的月平均质量浓度分别是53.5～233.3μg/m3和38.9～60.9μg/m3;细粒子和粗粒子中水溶性离子主要由SO24-、NH4+和NO3-组成;粗粒子中NH4+与NO3-和SO24-的相关性分别是0.70和0.66,细粒子中NH4+与NO3-和SO24-的相关性分别是0.89和0.93,铵盐是乌鲁木齐可吸入颗粒物主要存在形式;煤烟尘是乌鲁木齐市采暖期可吸入颗粒物的主要来源。

生物质和煤共热解特性及催化剂对热解的影响

为研究生物质和煤程序升温共热解特性及相互作用,利用热天平和管式炉反应器对白松木屑和五彩湾烟煤的共热解特性及催化剂对生物质和煤共热解的影响进行了研究,并考察了共热解半焦的孔结构特性。结果表明:不同比例的生物质和煤在共热解过程中,两者基本保持了各自的热解特性,由于生物质和煤的主要热解阶段温度相差较大,共热解过程中没有发生明显的协同作用。生物质和煤共热解半焦产率实验值大于计算值,当生物质质量分数从75%减少至25%时,半焦产率实验值与计算值之间的差值从0. 81个百分点增加到1. 07个百分点。橄榄石和载镍橄榄石(NiO/olivine)的添加促进了共热解反应发生的深度。载镍橄榄石催化剂添加(原料和催化剂质量比1:1)的条件下,共热解碳转化率提高了0. 5%～5. 1%,随着混合物中生物质比例的增加,催化剂的催化效果更加明显。

乌鲁木齐市采暖期大气PM_(2.5)、PM_(10-2.5)中重金属污染水平评价

针对2007年12月至2008年1月在乌鲁木齐市采集的可吸入颗粒物(PM2.5-10和PM2.5),采用消解法和双道原子荧光光法(AFS)、电感耦合等离子体质谱仪法(ICP-AES)分析了样品中的5种重金属元素,并对MP10-2.5和PM2.5中重金属的污染水平和人类活动的贡献进行了评价.结果表明:PM10-2.5质量浓度平均值187μg/m3,超过国家二级标准(150μg/m3)的1.25倍、PM2.5质量浓度平均值为279μg/m3,超过美国EPA1997年颁布的PM2.5日平均值65的4.3倍.PM10-2.5和PM2.5中Pb的污染指数1<Igeo<10为重污染、Cd、Hg的Igeo>10为严重污染.富集因子分析得出乌鲁木齐市Cd和Hg元素的EF值大于10,说明这些元素主要是人为源贡献,受土壤扬尘的影响较少;而Co、Pb元素的EF值在1～10之间,说明其主要来自自然来源.

乌鲁木齐市典型城区大气PAHs气-粒分配特征

大气中PAHs的气-粒分配是影响其在大气中分布、迁移和转化的一个重要因素,于2011年12月—2012年12月在乌鲁木齐市天山区采集大气气相和颗粒相样品,对聚氨酯泡沫样品的气相和石英纤维膜的颗粒相（TSP）中的16种PAHs进行分析.结果表明：采样期间颗粒相和气相中ρ（∑16PAHs）总和的年均值为（116.71±92.74）ng/m3,采暖期〔（173.16±84.26）ng/m3〕是非采暖期〔（39.46±16.19）ng/m3〕的4.4倍;采暖期颗粒相中ρ（∑16PAHs）平均值为（40.60±3.03）ng/m3,气相为（134.46±13.05）ng/m3,2-3环PAHs主要存在于在气相中,4-6环PAHs主要存在于颗粒相中.在非采暖期,颗粒相ρ（∑16PAHs）平均值为（25.37±3.21）ng/m3,气相为（14.95±1.06）ng/m3.采用吸附和吸收模型对PAHs的分配特征进行了研究,表明PAHs的lg Kp（Kp为分配系数）与lg PL0（PL0为过冷蒸汽压）线性关系显著,在采暖期斜率绝对值为0.34,说明PAHs的气-粒分配以吸收为主;在非采暖期的斜率绝对值为0.78,表明PAHs的气-粒分配受吸收和吸附共同作用.PAHs的lg Kp与lg Koa（Koa为正辛醇-大气分配系数）线性关系显著,在采暖期斜率为0.38,表明PAHs气-粒分配并未达到平衡;在非采暖期,斜率为1.22,表明PAHs气-粒分配接近平衡.研究显示,乌鲁木齐市城区大气PAHs气-粒分配在采暖期及非采暖期特征不同,应区别制订政策和管理措施.

新疆独山子石化区域PM_(2.5)中水溶性无机离子的形成机制

2015年9月至2016年7月在新疆独山子区采集大气PM_(2.5)样品,对所含的水溶性无机离子和大气气态污染物的季节性变化进行了分析.其结果表明,PM_(2.5)、SO_2、NO_2和O_3的年均浓度分别为70.04、19.36、4.50、83.06μg·m^(-3); PM_(2.5)、SO_2、NO_2的浓度均出现冬季最高,夏季最低的趋势,而O_3浓度在春、夏季节偏高,冬季偏低;总水溶性无机离子的季节变化特征为冬季(68.99μg·m^(-3))>秋季(14.23μg·m^(-3))>春季(10.31μg·m^(-3))>夏季(5.06μg·m^(-3)),其中SO_2^(-4)、NO_3^-、NH_4^+为水溶性无机离子的主要组成部分,占到水溶性总离子质量浓度的70%以上.对硫氧化率(SOR)和氮氧化率(NOR)的估算表明,全年SOR的值均大于0.1,表明SO_2^(-4)主要来自大气二次转化.夏季NOR值远低于其它季节. SO_2^(-4)浓度和SOR在冬季出现较高值,可能是由于冬季取暖导致SO_2排放量增加,同时较高的相对湿度又促进了SO_2的非均相转化.受相对湿度的影响,NO_3^-在冬季主要以非均相反应的方式生成,在春、夏、秋的3个季节主要以均相反应的方式生成;当PM_(2.5)的质量浓度大于75μg·m^(-3)时,NO_3^-/SO_2^(-4)、NOR/SOR和NOR值均显著增加,表明独山子区的硝酸盐污染较为严重.

极干旱区大气PM_(2.5)对质粒DNA的氧化性损伤研究

近年来和田经济迅速发展及城市人口快速增长,汽车尾气、工业废气等各类污染物的城区排放量也在不断增加,加重了和田市大气污染。为评估和田市城区风速、沙尘天气对大气PM_(2.5)毒性的影响,于2014年1月、4月、7月、10—11月采集大气PM_(2.5)样品,应用质粒DNA评价法研究其PM_(2.5)的氧化性损伤能力。结果表明,采样期间,和田市城区大气PM_(2.5)质量浓度的变化范围为70~2489μg·m^(-3),PM_(2.5)质量浓度有随风速增大而增大的趋势。应用TD30(造成30%DNA损伤率所需的颗粒物剂量,μg·mL^(-1))值指示颗粒物氧化性损伤能力,结果表明,TD30越高,颗粒物氧化性损伤能力越弱,全样和水溶部分TD30值的变化范围分别为444~27480μg·mL^(-1)和481~20434μg·m L^(-1);不论是全样还是水溶部分,其对质粒DNA的氧化性损伤均表现出随风速减小而增大的变化趋势;沙尘和非沙尘期间全样TD30的平均值分别为9464μg·mL^(-1)和8008μg·mL^(-1),而水溶部分分别为5494μg·mL^(-1)和7822μg·mL^(-1),即沙尘期间采集的颗粒物对体外DNA的氧化性损伤小于非沙尘期间采集的样品,且非沙尘期间采集的样品的全样损伤大于相应的水溶部分样,而沙尘状况下体外DNA的氧化性损伤可能主要来源于水溶成分。全样和水溶部分的TD30平均值与PM_(2.5)平均质量浓度之间存在明显的正相关趋势,说明颗粒物的质量浓度对DNA氧化损伤起着一定的作用。

乌鲁木齐市可吸入颗粒物污染水平及其与气象因素的相关性分析

为了解可吸入颗粒物污染水平与气象因素之间的关系,从2008年9月—2010年2月采集乌鲁木齐市可吸入颗粒物样品,并对其随时间的变化特征及其与气象因素之间的相关性进行了统计分析。结果表明,采样时间内可吸入颗粒物中PM2.5和PM2.5-10的质量浓度的范围分别为38.2~468.7μg/m3和20.8~243.1μg/m3,平均浓度分别为134.2μg/m3和69.2μg/m3。可吸入颗粒物同时受几种气象因素的影响,其浓度与温度、能见度、风速呈负相关,与湿度呈正相关。

载镍橄榄石催化剂对棉秆热解的影响

为了揭示催化剂对生物质热解过程的影响,文章以新疆棉秆为原料,研究了橄榄石及载镍橄榄石(NiO-olivine)对棉秆热解产物的影响规律,并对其物理、化学性质进行表征。研究结果表明:催化剂对生物质热解起到双重作用,一方面,促进半焦的进一步热解,提高生物质热解过程中碳的转化率和原料的利用率,另一方面,对热解焦油的裂解具有较好的催化作用,促进了焦油和甲烷的裂解/重整反应,从而提高了气体产率,H2含量提高一倍。生物质热解过程中,催化剂表面的NiO被热解气还原形成单质Ni充当活性中心;随着热解温度的升高,催化剂的催化效果更加明显;随着NiO负载量的增加,催化剂的催化活性不断增强,当负载量大于7%时,催化剂的自还原消耗大量的热解气导致产气中的H2和CO含量大幅度降低,CO2和H2O含量增加。该研究结果有助于深入了解镍基催化剂对生物质热解的影响机制,为生物质催化气化提供参考依据。

奎屯—独山子区域冬季PM_(2.5)单颗粒的物理特性

使用带能谱的高分辨率场发射扫描电镜(FESEM)和图像分析技术对奎屯—独山子区冬季PM_(2.5)样品进行微观形貌测定,研究其数量—粒度分布、体积—粒度分布特征。结果表明:单颗粒主要包含矿物颗粒、球形颗粒、烟尘集合体和其他颗粒。工厂、电厂、机动车尾气、道路扬尘是奎屯—独山子区域大气污染的主要来源。矿物颗粒对奎屯—独山子区域PM_(2.5)的数量贡献最大。各采样点各种类别颗粒物数量百分含量的不同,反映了污染物来源的不同。冬季各种颗粒主要分布在0.1~0.6μm的粒径范围内。

PM_(2.5)中丙二醛的检测、浓度特征及氧化损伤的研究

以和田市城区2014年采集的大气PM_(2.5)样品为实验对象,将0.1 g的PM_(2.5)样品膜与2-硫代巴比妥酸(0.2%)和三氯乙酸(20%)混合显色液反应,用可见光分光光度计测定反应产物的吸光度,通过正交实验来优化PM_(2.5)膜中丙二醛(MDA)的提取及测定条件,结果表明,在反应温度90℃、超声和加热时间40 min、显色剂用量为45 mL时,反应产物在532 nm处具有稳定的最大吸收峰。对和田市城区PM_(2.5)及MDA质量浓度的变化特征分析结果表明,和田市城区4个季节PM_(2.5)平均质量浓度由高到低顺序分别为春季(1 096.67±369.60)μg/m^3、夏季(1 016.16±708.00)μg/m^3、秋季(686.88±525.00)μg/m^3和冬季(214.54±94.70)μg/m^3。MDA平均质量浓度的变化范围为1.10～7.75 ng/m^3,其平均值最高为夏季(4.43±1.80)ng/m^3,最低为春季(1.42±0.60)ng/m^3,冬季与秋季相当,分别为(2.93±0.70)ng/m^3和(2.83±0.80)ng/m^3;最终,将PM_(2.5)膜中MDA的质量浓度与相应的TD_(30)(体外DNA氧化损伤达到30%的剂量)进行相关性分析得出,无论是全样还是水样的TD_(30)值均随MDA浓度的升高而呈降低的趋势。其中,全样与MDA质量浓度的相关性更为显著(r=-0.597,显著性P<0.01)。

乌鲁木齐市冬季大气PM_(10-2.5)、PM_(2.5)中水溶性无机离子的化学特征

本研究在乌鲁木齐市设置6个采样点,采用日本产NL—20型撞击分级采样器,从2007年12月至2008年1月采集粒度PM10-2.5和PM2.5的大气颗粒物,对其进行水溶性无机离子的分析。结果表明:颗粒中SO42-的含量最大,分别占PM10-2.5、PM2.5质量浓度的23.9%和21.5%,且[NO3-]/[SO42-]比值较低1。