上海市2020年初黑碳污染特征分析

黑碳是气溶胶的重要组分,影响着大气环境质量。自20世纪70年代以来,国际上开始探索极地地区黑碳气溶胶的污染特征,并将其列为气候变化的重要研究课题之一。该文选择上海市浦东新区灵山路、青浦区淀山湖、奉贤区海湾作为3个观测区域,分析了2020年1月15日-2月29日(新型冠状病毒肺炎疫情国内爆发期)黑碳的污染特征及其影响因素;结合2015-2020年期间浦东新区、青浦区和奉贤区环境空气质量历史数据,比较了新型冠状病毒肺炎疫情期间黑碳的排放特征。结果显示:疫情爆发期间,黑碳浓度先下降后上升,说明城市交通源排放是黑碳的主要来源;上海市城市大气中黑碳气溶胶浓度除受本地交通源影响较大外,一定程度也受外部输入的影响(包括北方重污染长距离输入和附近省市交通源污染的输入)。同时发现,疫情期间O_(3)作为首要污染物的天数大幅增多,远多于以PM_(2.5)为首要污染物的天数。

疫情防控期间上海市城郊空气污染特征比较

为比较COVID-19疫情防控期间上海市城郊地区环境空气污染特征,文章对闵行区与奉贤区2个观测点的主要空气污染物进行了研究。基于2019-2021年疫情防控同期,分析4种主要污染物以及气象条件的变化特征,分析结果显示,NO_(2)受防控措施影响最显著,城郊差异最小。O_(3)平均浓度比防控前分别上升65%(城区)、21.26%(郊区),城郊差异最明显。2020年防控期相较2019、2021年同期NO_(x)、PM_(2.5)、O_(3)显著下降。气象条件分析结果表明,城区相较于郊区有更多的静稳天气,从而不利于污染物扩散。Spearman相关性分析结果显示,O_(3)在城区与郊区都属于VOCs控制区,且在城区关系更加显著。采用潜在源贡献因子分析法和浓度权重轨迹分析法对比分析O_(3)污染区域输送的差异,上海城区O_(3)污染受上海本地生成贡献、杭州湾地区的气团中距离输送以及浙江沿海城市气团长距离输送综合作用。疫情防控措施导致上海市城郊两地污染物不同程度的减排,有效改善了上海市短期空气质量。

数据驱动的新污染物单体环境分析化学

新污染物是指未纳入监管、但存在较大环境健康风险的物质,具有种类繁多、环境持久性、生物累积性等特点。基于纳米孔道电化学的单体环境分析是一类新兴的监测技术,其测量原理是利用单个待测物过孔时产生的特征电流来定性,并用特征电信号的出现频率定量。本文聚焦两类重点关注的新污染物—全氟/多氟烷基化合物和微纳塑料,分别开发了基于生物纳米孔的单分子分析算法和基于毛细管固体孔的单颗粒分析算法。针对双三氟甲基苯甲酸异构体,通过单分子算法对原始电信号进行多维特征提取,在不使用标准品的情况下,将分类准确率从一维的74.3%提升至五维的92.6%。针对微纳塑料,利用单颗粒算法,实现了粒径4~6μm的羧基聚苯乙烯微球精准区分,准确率为100.0%。进一步通过有限元模拟,提取了受单因素影响的参数,为新污染物精准监测提供了新思路。

《涂料、油墨及胶粘剂工业大气污染物排放标准》(GB 37824—2019)解读

简述了我国涂料、油墨及胶粘剂工业的污染排放现状与特征,对《涂料、油墨及胶粘剂工业大气污染物排放标准》(GB 37824—2019)进行了解读。该标准在我国打赢蓝天保卫战三年行动计划的背景下发布实施,从全过程控制的角度构建了大气污染物排放指标体系,明确了以非甲烷总烃(NMHC)和总挥发性有机物(TVOC)为综合表征,与有毒有害特征污染物协调控制的挥发性有机物(VOCs)排放指标体系;提出了涂料、油墨、胶粘剂工业无组织排放控制要求和监测监控要求。指出,涂料、油墨及胶粘剂工业的VOCs控制以无组织排放为主,因此必须从源头减排入手,强化全过程控制和全生命周期控制,环境与安全协同,逐步实现行业可持续发展。

最新GB 37824-2019《涂料、油墨及胶粘剂工业大气污染物排放标准》解读

对生态环境部和国家市场监督管理总局联合发布的最新标准GB 37824-2019《涂料、油墨及胶粘剂工业大气污染物排放标准》的适用范围、技术内容以及实施监督进行了解读,分析了标准的特点以及达标要求。

典型精细化工行业挥发性有机物燃烧治理综合环境效益分析

在“双碳”目标的背景下,挥发性有机物(VOCs)燃烧处理能否达到减污降碳协同效果并实现环境效益值得研究。选取了典型精细化工行业7台VOCs燃烧治理设备,实测分析了这些设备对VOCs与光化学反应活性的削减效果以及对温室气体排放的影响,并进一步计算了减污降碳协同效果及其环境影响负荷。结果表明,7台设备对进口质量浓度为11.25~1963.16 mg/m^(3)的VOCs废气及其光化学反应活性的处理效率分别超过95%与93%,各设备VOCs与温室气体减排的协同效应系数为-145.20~4.59,而臭氧与温室气体减排的协同效应系数为-91.36~7.37,使用燃烧法治理VOCs会造成温室气体排放;但综合全球变暖以及光化学臭氧合成潜势权重后,燃烧法治理VOCs总体上能实现环境效益(进口浓度过低的设备除外)。为进一步提高污染物与温室气体减排的协同效果,可从提高末端处理设施进口浓度、降低能源消耗等方面改进。

工程教育专业认证背景下的环境分析与监测课程建设

在工程教育专业认证背景下,大学的工科教育正在向以学生为主体,以产出为导向的教育理念靠拢。这对于环境分析与监测课程的建设提出了新的挑战。本文从案例-理论、线上-线下、实践-理论、前沿-基础、思政-理论等多维度出发,论述了环境分析与监测课程的建设思路,力求通过扩充教学内容,探索教学方式,开拓和建设好环境分析与监测课程体系,为培养更多更合格的新时代环保领域工科卓越人才作出贡献。

HJ1179-2021《涂料油墨工业污染防治可行技术指南》标准解读

从HJ 1179-2021《涂料油墨工业污染防治可行技术指南》(简称《指南》,后同)标准编制的背景、基本原则和主要内容出发解读该《指南》,并从污染预防、治理和环境管理3方面分析提出的大气污染物、废水、固体废物和噪声污染防治可行技术和措施,有助于对《指南》的正确理解和有效落实。

国内外石化行业火炬污染排放控制标准与规范研究

火炬系统是石油化工、冶金等行业为处理生产工艺中产生的或剩余的易燃有害气体的控制措施,是保证工艺设备安全运行的重要保障,同时也是降低环境污染的重要措施.火炬燃烧排放的CO2、NOx及未完全燃烧的VOCs(挥发性有机物)是造成环境污染的重要原因,而目前国内仍没有较为成熟的控制火炬排放的标准,因此形成火炬排放与控制的标准规范已成为绿色生态建设的重要环节.通过对火炬分类及系统组成、燃烧气体的流量和热值控制、引燃火焰及燃烧火焰的检测和监控、系统排放的检测和监控等方面的分析,以及对国外〔如USEPA(美国环境保护局)、美国南加州、欧盟等地区〕的火炬标准与国内的火炬标准规范进行对比,并以上海市火炬的统计结果为基础,提出了对于上海市火炬排放控制标准与规范的基本框架建议.框架内容主要包括4个方面:①监测泄放气的流量、压力,控制泄放气与辅助气的比例,使燃烧气体的热值达到完全燃烧的范围;②监测引燃火焰和燃烧火焰,保证火炬的运行;③监测火炬的可见排放;④加强火炬的监管力度,定时检维修.

环境浓度下壬基酚对秀丽隐杆线虫时间依赖性的毒性兴奋效应

为研究暴露时间对壬基酚生态毒理学效应的影响,选取秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)作为受试生物,采用急性(24h和72h)、慢性(10d)3个不同时间点,进行壬基酚环境浓度下(0、0.0001、0.001、0.01、0.1、0.2mg·L^-1)的暴露实验,以秀丽隐杆线虫的生理指标(体长、运动行为)、生化指标(氧化应激、细胞凋亡、脂褐素)为终点进行评估。结果表明:急性暴露24h后,活性氧自由基(ROS)在0.01mg·L^-1时即出现了明显的下降,其他生理生化指标无统计学意义上的明显变化。72h暴露条件下,体长随壬基酚浓度的增加呈现倒U型趋势,在0.0001mg·L^-1时表现出最大刺激效应,比对照组高出26.4%(P<0.01);头部摆动频率和身体弯曲频率在2个较高浓度(0.1和0.2mg·L^-1)时表现出明显的刺激效应;细胞凋亡水平在0.0001mg·L^-1时显著性下降,呈现负剂量-效应关系(P<0.05),在0.2mg·L^-1时表现出最大刺激效应,比对照组降低了45.5%;ROS及脂褐素在壬基酚暴露浓度范围内呈正相关性增加。慢性暴露条件下,脂褐素在0.001mg·L^-1时表现出最大效应,和对照组相比下降了65.4%,并且随着壬基酚浓度的增加呈现U型趋势;其他生理生化指标随着壬基酚浓度的增加表现出明显的负面效应。研究揭示了环境浓度水平的壬基酚对秀丽隐杆线虫的生态毒理效应是时间依赖性的,急性暴露以引起刺激作用为主,表现为毒性兴奋效应,而长期暴露后壬基酚对生理生化指标的负面效应更为明显。上述结果为进行壬基酚的毒性评价及更好地理解其毒性作用机理提供基础数据。

杭州湾北岸上海段石化集中区臭氧重污染过程研究

为研究杭州湾O3污染的形成机制,采用在线监测系统对杭州湾北岸上海段石化集中区O3及其前体物开展了为期1个月(2019年5月)的同步连续观测.采用OZIPR(臭氧等值线研究)模型分析O3生成的敏感性.在O3重度污染期间,利用PMF(正定矩阵因子分解)模型对O3前体物——VOCs进行源解析,采用臭氧生成潜势及气团老化分别估算了VOCs的反应活性和化学消耗.结果表明:①2019年5月杭州湾北岸上海段石化集中区O3的IAQI(空气质量分指数)优良率仅为61.3%,ρ(O3)第90%分位值为173.0μg/m 3.5月22日、23日发生重度O3污染,O3日最大8 h滑动平均值分别为(284.4±19.2)(282.0±14.2)μg/m 3,分别超过GB 3095—2012《环境空气质量标准》二级标准限值(160μg/m 3)的77.75%和76.25%.②O3的生成受VOCs控制,降低VOCs的排放可在一定程度上降低O3的生成,降低NO x的排放反而会促进O3的生成.③O3重度污染期间,VOCs主要来自化工区排放(72.35%)和机动车尾气排放(27.65%).④O3重度污染期间,烯烃、炔烃及芳香烃对O3生成的贡献率之和在80.00%以上,其中丙烯、乙烯和甲苯的贡献率分别为29.97%、15.60%和14.16%;芳香烃及烯烃和炔烃是最主要的VOCs化学消耗物种,其中φ(丙烯)、φ(乙烯)和φ(1,2,4-三甲苯)的消耗量分别为13.57×10^-9、4.93×10^-9和3.55×10^-9.研究显示,杭州湾北岸上海段5月O3的生成受化工区影响显著,丙烯与乙烯是O3重污染期间关键的O3前体物.

不同传感器对涂料工业气态污染物的适用性研究

不同的光离子化气体检测器(PID)在对不同气态污染物进行检测时呈现出较大的不确定性。本文选择甲苯、乙酸乙酯等典型的涂料行业气态污染物作为代表,从线性度、响应时间、准确度、重复性、24 h漂移这5个方面评估不同10.6 eV PID的适用性。结果表明:5种被测气体在0~20μmol/mol的浓度范围内时,PID的线性回归系数R^(2)均能达到0.96以上,线性度良好。在5种气体测试中,甲苯和乙酸乙酯作为被测气体时,PID响应时间较长且重复性较差;当异丙醇作为被测气体时,PID的线性度、准确度、24 h漂移性能最差。总体而言,所考察的3台PID设备在5项指标上呈现差异,进行前期比对研究很有必要。

环境浓度下邻苯二甲酸二乙酯对秀丽隐杆线虫的生态毒理效应

DEP(diethyl phthalate,邻苯二甲酸二乙酯)是一种在环境中普遍存在的具有潜在神经和生殖毒性的增塑剂,其会干扰环境生物的发育水平、运动行为及生化水平.以秀丽隐杆线虫的体长、体宽、头部摆动频率及生化指标作为测试终点,评估环境中DEP对秀丽隐杆线虫的生态毒理效应.在不同环境浓度(0、0.0002、0.002、0.02、0.2、2 mg/ L)的DEP溶液中,对秀丽隐杆线虫进行不同时间(24 h、72 h和10 d)的暴露试验.结果表明:①在不同浓度DEP溶液中暴露24 h后,秀丽隐杆线虫的发育水平均未受到显著影响(P>0.05).②在不同浓度DEP溶液中暴露72 h后,秀丽隐杆线虫的发育水平受到干扰.与对照组相比,在DEP浓度最高(2 mg/ L)时,秀丽隐杆线虫体长下降了3.21%(P<0.05);在DEP浓度为0.0002 mg/ L时,秀丽隐杆线虫的体宽呈上升趋势,且头部摆动频率明显加快了5.52%(P<0.01),秀丽隐杆线虫的发育水平受到显著抑制.③在不同浓度DEP溶液中暴露10 d后,与对照组相比,秀丽隐杆线虫的体长、体宽和头摆频率均出现下降;在DEP浓度为2 mg/ L时,秀丽隐杆线虫体内活性氧自由基、脂褐素和细胞凋亡水平累积均增长显著,出现氧化应激损伤.研究显示,不同环境浓度的DEP溶液会对秀丽隐杆线虫产生一定的毒性影响,且不同暴露时间和暴露浓度产生的毒性影响也存在一定差异.

污染场地多相抽提低碳修复布井方案优化模拟研究

多相抽提(multi-phase extraction,MPE)技术常用于土壤与地下水修复,高效、低碳和低成本的布井方案优化是多相抽提技术进一步发展的关键.本研究通过自主编写的MATLAB-TMVOC联合优化程序,以模拟的苯污染场地为研究对象,对抽提井群水平布设方案和抽提井开筛位置进行优化,并探究了土壤渗透率对抽提井布设方案的影响.结果表明:MATLAB-TMVOC联合优化程序具有快速高效的特点,可以免除复杂的人工调参过程,相比人工优化可节省50%以上的模拟时间和90%以上的模拟量.优化后的抽提井布设间距随着土壤渗透率的降低而缩小,对于本研究所构建的模型,当土壤渗透率处在2×10^(-13)~8×10^(-12)m^(2)范围内时,土壤渗透率每减少10^(-13)m^(2),优化后的抽提井间距会减小约0.13 m,即土壤渗透率减少一个数量级,抽提井间距应减小17.8%~48.3%.对于土壤渗透率低于10-13m2的黏性地层,污染羽核心位置的布井间距应当小于4 m.优化后的修复方案能够降低成本、减少碳排放,当目标去除率为90%时,优化后的MPE修复方案可以节约29.7%~34.7%的运行成本、22.7%~29.3%的总成本以及21.4%~40.4%的碳排放量.研究显示,污染场地MPE修复井布设方案应当与场地渗透率和污染羽分布相结合,采取在污染源至污染羽尾方向上由密至疏的非均匀布井方案,以实现高效低碳修复.

我国固定源挥发性有机物污染管控的现状与挑战

挥发性有机物(VOCs)成为PM 2.5和臭氧(O 3)协同控制的核心污染物之一,但目前VOCs污染控制仍处于摸索阶段,其控制措施的有效性有待总结研究.为了进一步推动VOCs管控的有效性和科学性,对VOCs的定义、表征方法、排放标准、全过程控制技术及相应制度体系的现状进行了梳理,分析了存在的问题,并提出了相应的对策建议.结果表明:①国家和地方对VOCs的定义尚未统一,导致管控范围不明确,因此建议基于VOCs的物理性质(沸点和蒸气压)确定其管控范围,并与恶臭物质、有毒有害污染物分类协同控制,研究制定豁免清单和优先控制清单.②通过比较VOCs表征和监测方法的差异发现,非甲烷总烃(NMHC)的检测方法在稳定性、可靠性方面尚存在不足,建议建立总碳氢化合物(THC)与NMHC相结合的监测方法.③基于全过程控制技术体系的概念,分析并发现源头控制、过程控制、末端治理措施实施中存在投入和产出不平衡、稳定达标困难等问题,建议基于治理措施的全生命周期综合效益评价,建立最佳治理技术筛选方法.④针对VOCs排放总量控制制度与排污许可证制度、排放税制度等尚未有效联动的问题,建议统一总量核算办法、增设专门的VOCs排放税.⑤鉴于国家和地方排放标准存在差异,建议制定区域一体化排放标准以避免某些产业在有限区域内简单转移.

杭州湾北岸36种挥发性有机物污染特征及来源解析

为研究杭州湾北岸VOCs(挥发性有机物)的浓度水平、组成特征、反应活性和潜在来源,采用GC-FID在线监测系统对杭州湾北岸环境大气中的36种VOCs开展了为期1 a(2017年12月-2018年11月)的连续观测,采用LOH(VOCs的·OH消耗速率)和OFP(O3生成潜势)2种方法估算了大气VOCs的反应活性,并利用PMF(正定矩阵因子分解)和CPF(条件概率函数)模型分析其来源.结果表明:①φ(VOCs)小时平均值在冬季(26.47×10^-9)最高,夏季(9.76×10^-9)最低;全年φ(VOCs)小时平均值为21.24×10^-9,其中烷烃、烯烃+炔烃、芳香烃、卤代烃的贡献率分别为33.24%、34.13%、15.63%、17.00%;φ(烷烃)、φ(芳香烃)和φ(卤代烃)呈较明显的昼夜变化特征,φ(烯烃)和φ(炔烃)无明显昼夜变化趋势.②大气VOCs的总LOH和OFP分别为9.39 s-1和220.57μg/m3,KOH(·OH反应速率常数)和MIR(最大增量反应活性)系数的平均值分别为17.34×10-12 cm3/(molecule·s)和3.31;KOH和MIR系数的平均值分别与间/对-二甲苯的KOH和乙苯的MIR系数接近,表明大气VOCs的化学反应活性较强;VOCs关键活性物种为异戊二烯、乙烯、丙烯、甲苯、二甲苯和顺-2-丁烯.③特征物种相关性分析表明,杭州湾北岸大气存在老化现象,异戊烷和正戊烷受煤燃烧源影响较大,二甲苯和乙苯受溶剂排放源影响较大,甲苯和苯除受机动车尾气影响外,还受其他排放源影响.④PMF和CPF模型来源分析表明,大气VOCs主要来自石化工业源、燃料挥发源、生物质燃烧和煤燃烧源、机动车排放源和溶剂使用源,其中,机动车排放源主要来自西北方向,其他源主要来自西北、西和西南方向.研究显示,杭州湾北岸大气VOCs来源复杂,受周边工业区的影响较大.

国内外涂料制造工业挥发性有机物排放标准比较

VOCs (挥发性有机物)已成为中国大气污染防治的重点污染物,涂料的生产和使用是VOCs排放的重要固定源.美国、欧盟于20世纪90年代制定了涂料制造工业的VOCs排放标准,而中国自2010年起才开始管控VOCs的排放.通过对美国、欧盟和中国现行的涂料制造工业VOCs排放标准体系进行对比研究发现,中国涂料制造工业VOCs排放标准体系完整且严厉,由源头替代、工艺过程控制、排放限值、监控与管理等构成,但存在表征方法不明确、分析方法不准确、总量控制指标缺乏等问题.因此,基于优化VOCs全过程防控标准体系,提出以下4点建议:①强化源头VOCs排放控制,制定高固分涂料、水性涂料(油墨)各类涂料产品的VOCs含量限值,并配以相关分析方法;②加强VOCs工艺过程控制,在强调密闭要求的基础上,制定吸风罩捕集效率的统一判断标准;③选用TOC (有机碳)代替NMHC (非甲烷总烃)作为VOCs的表征指标,借鉴欧盟的逸散率制定排放绩效值,构建总量控制指标;④实施溶剂管理计划和PRTR (污染物释放和转移登记记录),以实现VOCs减排的长效机制.

涂料行业重点挥发性有机物的筛选与建议

挥发性有机物(VOCs)是当前核心大气污染物,而涂料的生产和使用过程中VOCs的排放一直得到关注。文中基于美国EPA的SPECIATE数据库和实际企业调研,研究了涂料行业重点VOCs的筛选原则与方法,确定VOCs的评分标准和量化处理方法;选取15个类型的涂料涂装工序,以质量分数、嗅阈值、饱和蒸气压、空气环境目标值和最大增量反应活性为评估参数,采用分级赋值和多参数综合评分筛选出7种(类)涂料行业重点VOCs。对重点VOCs的执行标准现状进行了调研比较,提出了修订的建议。

电化学法合成金属有机骨架化合物对含氧挥发性有机物的吸附性能

使用电化学法合成了3种金属有机骨架化合物(MOFs)Cu-BTC、MIL-100(Al)、ZIF-8,测定了3种MOFs对代表性含氧挥发性有机物(VOCs)异丙醇与乙酸乙酯的平衡吸附容量,并结合不同湿度条件下的穿透实验,考察了MOFs对于含氧VOCs的吸附性能。结果表明,ZIF-8对异丙醇和乙酸乙酯的平衡吸附容量最大,通过Langmuir模型拟合所得的异丙醇和乙酸乙酯理论最大吸附容量分别达到了530、613mg/g。在穿透实验中,总体上看,ZIF-8对异丙醇、乙酸乙酯的吸附容量利用率也最大,达到90.9%和87.8%。而随着湿度增加,3种MOFs的吸附容量利用率均下降。相比Cu-BTC和MIL-100(Al),ZIF-8在高湿度条件下能保持最佳的吸附性能。当相对湿度从3%±2%增加到90%±2%后,其对异丙醇、乙酸乙酯的穿透吸附量仅下降10.9%和22.7%。3种MOFs重复使用4次后仍能保持较好的吸附性能。

化学学科背景下中法工程师合作培养模式构建

本文关注化学学科大背景下高等教育的中法合作办学模式的构建与优化。法国的工程师教育属于精英培养体系,其悠久的治学历史和经验具有借鉴意义。本文以华东理工大学卓越工程师学院项目为例,对化学化工专业的中法工程师联合培养模式进行了总结与反思,为优化学校学科建设提供支持,以便于优化化学学科的合作办学模式。