【摘要】： 生物質(zhì)燃燒排放的大量氣溶膠(氣體和顆粒物組分)，其對全球大氣環(huán)境、全球氣候系統(tǒng)及生態(tài)系統(tǒng)的改變都會產(chǎn)生重要的影響。中國是一個農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)作物秸稈資源擁有量居世界首位。有研究表明在中國農(nóng)作物秸稈燃燒對生物質(zhì)燃燒排放的氣態(tài)污染物、顆粒物污染物貢獻(xiàn)最多。本論文針對農(nóng)作物秸稈燃燒排放氣溶膠已經(jīng)成為我國區(qū)域環(huán)境和氣候影響的重要因素，而且其對我國區(qū)域環(huán)境和氣候的影響方式和影響程度還在不斷的變化。很顯然，目前要解決農(nóng)作物秸稈燃燒排放的氣溶膠所造成的區(qū)域環(huán)境效應(yīng)和氣候效應(yīng)這一難題，，須從實(shí)驗(yàn)室模擬研究農(nóng)作物秸稈燃燒排放氣溶膠的排放特征開始�；谏鲜鏊悸�，我們自行設(shè)計建造了可以模擬農(nóng)家灶臺和田間露天燃燒的燃燒爐，借助于大型氣溶膠煙霧箱和先進(jìn)的表征測量系統(tǒng)手段，深入研究了中國三大主要農(nóng)作物秸稈-水稻秸稈、小麥秸稈和玉米秸稈-燃燒排放的氣態(tài)污染物、新鮮顆粒物的排放特征以及排放的新鮮顆粒物的粒徑分布特征和粒徑成長特征，還分析考察了氣體和顆粒物中的多環(huán)芳烴和烷基多環(huán)芳烴的排放特征。本論文主要包括三大主要部分。 第一部分為通過對中國三大農(nóng)作物秸稈-水稻、玉米和小麥秸稈-進(jìn)行燃燒實(shí)驗(yàn)得到了燃燒排放的氣態(tài)污染物(CO、CO_2、NO_x)的排放因子，排放比和燃燒效率。水稻、小麥和玉米秸稈在明火充分燃燒的條件下，氣態(tài)污染物CO的排放因子分別為64.2，141.2和114.7 gkg~(-1)；CO_2排放因子分別為791.3，1557.9和1261.5 g kg~(-1)；NO_x排放因子分別為1.81，1.12和1.28 g kg~(-1)。水稻、小麥和玉米秸稈燃燒排放的CO相對于CO_2的排放比ER_(CO／CO2)分別為0.081，0.091和0.091，NO_x相對于CO_2的排放比ER_(NOx／CO2)分別為0.0019，0.0007和0.0010；水稻、小麥和玉米秸稈燃燒所得的改性燃燒效率MCE分別為0.93，0.92和0.92。并且研究確定了中國2004年三種農(nóng)作物秸稈燃燒排放的氣態(tài)污染物(CO、CO_2、NO_x)的排放清單和排放強(qiáng)度地理分布特征。中國2004年因三種農(nóng)作物秸稈燃燒排放的氣態(tài)污染物CO，CO_2和NO_x總量分別為2.3×10~7，2.5×10~8和2.8×10~5t左右。三種氣態(tài)污染物(一氧化碳、二氧化碳和氮氧化物)排放強(qiáng)度最高的省份分別是山東省、河南省和江蘇省。 第二部分為通過對中國三大農(nóng)作物秸稈-水稻、玉米和小麥秸稈-進(jìn)行燃燒實(shí)驗(yàn)得到了燃燒排放的顆粒物的粒徑分布特征和粒徑成長特征。農(nóng)作物秸稈燃燒排放的顆粒物的粒徑分布呈現(xiàn)出單峰對數(shù)正態(tài)擬合分布特征，小麥秸稈燃燒排放的顆粒物的初始個數(shù)濃度粒徑峰值出現(xiàn)在47 nm附近，而水稻和玉米秸稈燃燒排放的顆粒物的初始個數(shù)濃度粒徑峰值分別出現(xiàn)在102 nm，155 nm附近。在粒徑成長過程中考察了粒徑成長速率。在4小時老化過程中，水稻秸稈燃燒排放的顆粒物平均成長速率為40 nm h~(-1)，玉米秸稈燃燒排放的顆粒物平均成長速率為38 nm h~(-1)，小麥秸稈燃燒排放的顆粒物平均成長速率為26 nm h~(-1)。 此外，還得到了三種農(nóng)作物秸稈燃燒排放的顆粒物的數(shù)目排放因子和質(zhì)量排放因子，水稻、小麥和玉米秸稈燃燒排放的顆粒物的數(shù)目排放因子分別為(1.64±0.1)×10~(13)，(1.4±0.1)×10~(13)和(1.74±0.1)×10~(13)particles kg~(-1)；質(zhì)量排放因子分別為(2.64±0.5)×10~5，(1.1±0.3)×10~5和(3.9±0.6)×10~5μg kg~(-1)。研究確定了中國2004年三種農(nóng)作物秸稈燃燒排放的新鮮顆粒物的排放清單和排放強(qiáng)地理分布特征。中國2004年由三種農(nóng)作物秸稈(水稻、小麥和玉米秸稈)燃燒向大氣排放的新鮮顆粒物的總量約1.3噸。排放強(qiáng)度最大的省份是山東省。 第三部分為通過對中國三大農(nóng)作物秸稈-水稻、玉米和小麥秸稈-進(jìn)行燃燒實(shí)驗(yàn)分別得到了燃燒排放的氣相中和顆粒物中的多環(huán)芳烴和烷基多環(huán)芳烴的排放因子，水稻秸稈、玉米秸稈和小麥秸稈燃燒排放的顆粒物中的多環(huán)芳烴(PAHs)的排放因子分別為1.64、0.93和0.72 mg kg~(-1)，烷基多環(huán)芳烴(APAHs)的排放因子分別為0.24、0.27和0.28 mg kg~(-1)；而水稻秸稈、玉米秸稈和小麥秸稈燃燒排放的氣相中的多環(huán)芳烴(PAHs)的排放因子分別為3.62、0.81和0.65 mg kg~(-1)，烷基多環(huán)芳烴(APAHs)的排放因子分別為1.01、0.35、0.66 mg kg~(-1)。并結(jié)合所得的排放因子研究確定了中國2004年三種農(nóng)作物秸稈燃燒排放的多環(huán)芳烴和烷基多環(huán)芳烴的排放清單和排放強(qiáng)度地理分布特征。中國2004年因三種農(nóng)作物秸稈燃燒排放的多環(huán)芳烴(PAHs)及烷基多環(huán)芳烴(APAHs)的總量分別為1088噸和379噸。多環(huán)芳烴(PAHs)及烷基多環(huán)芳烴(APAHs)排放強(qiáng)度最高的省份是河南省、山東省和江蘇省。 以上三大部分研究內(nèi)容是基于我國三種農(nóng)作物秸稈燃燒的實(shí)際情況，分析考察了其燃燒排放的氣態(tài)污染物、顆粒物和多環(huán)芳烴及烷基多環(huán)芳烴的排放特征。詳細(xì)分析了氣態(tài)污染物、顆粒物和多環(huán)芳烴及烷基多環(huán)芳烴的排放因子、排放清單及排放強(qiáng)度地理分布，同時還分析了燃燒排放的顆粒物的粒徑分布特征，粒徑成長特征。以便可以更好的揭示生物質(zhì)燃燒源氣溶膠的氣候效應(yīng)和環(huán)境效應(yīng)，為研究區(qū)域氣候模型設(shè)計和氣候變化模擬提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，進(jìn)一步為國家制定相關(guān)政策提供科學(xué)支撐，為國家的氣候和環(huán)境外交提供科學(xué)依據(jù)。
【圖文】：

薄薄膜內(nèi)壁壁壁 A兒目界 errr圖2一1氣態(tài)污染物和顆粒物采樣實(shí)驗(yàn)裝置本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是由兩部分組成(見圖2一l):一部分是自行設(shè)計的燃燒爐，另一部分是復(fù)旦大學(xué)的4.5m3不銹鋼氣溶膠煙霧箱。燃燒爐構(gòu)型是由兩層圓柱形組成，側(cè)面有觀察窗，下面有空氣進(jìn)氣口和氣體緩沖區(qū)，最底面封底，并加裝滾輪，上面是圓錐形蓋子加硅膠密封圈，蓋子頂端有氣體出氣孔:點(diǎn)火器采用焊炬加裝電子打火裝置，以丙烷氣體為燃燒氣;燃燒區(qū)以不銹鋼鋼網(wǎng)作支撐，在其上可以放置燃燒的秸稈。復(fù)旦大學(xué)校園內(nèi)的氣溶膠煙霧箱的外徑2.0m，內(nèi)徑1.7m

個真空泵進(jìn)行控制;此外，其他分析儀器分別通過氣溶膠煙霧箱外接口進(jìn)行連接。2.2多環(huán)芳烴及烷基多環(huán)芳烴采樣實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)也是由部分組成(見圖2一2):一部分是氣泵和自行設(shè)計的燃燒爐，另一部分是采樣部分。燃燒爐結(jié)構(gòu)性質(zhì)如上所述，氣泵主要的作用是鼓入空氣，進(jìn)而維持流量計流量的穩(wěn)定。采樣部分主要由大氣采樣器、流量計和處于負(fù)壓的氣溶膠煙霧箱組成;大氣采樣器的內(nèi)徑為 25mm，可用于采集顆粒物，還可放置氣體吸附劑;流量計用于監(jiān)測流量，其最大量程為 100L/min。當(dāng)氣溶膠煙霧箱處于負(fù)壓時，可作為采樣器的抽氣泵。整個實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)密封，所有的煙氣都可被收集，進(jìn)而可以進(jìn)行秸稈燃燒釋放多環(huán)芳烴及烷基多環(huán)芳烴排放量的計算。圖2一3說明了整個裝置的工作流程。煙煙煙 煙煙霧箱箱撼撼燒爐爐爐爐爐 爐 爐側(cè)側(cè)洛 .....{{{{{{{{{{{{{{圖2一2多環(huán)芳烴和烷基多環(huán)芳烴實(shí)驗(yàn)裝置動公動帶動一動公排放的煙霧穎拉物氣態(tài)P妞s和AP人Hs株膜采集被吸附劑采集采樣完畢青一圖2一3燃燒實(shí)驗(yàn)采樣裝置的工作流程2.3寬范圍顆粒物分光儀(WPS)直徑在3到ZOnm之間的顆粒物被稱作“凝結(jié)核模態(tài)”氣溶膠(某些研究中也被稱作超細(xì)粒子模態(tài))，再此模態(tài)中的顆粒物主要是由氣態(tài)前體物的凝結(jié)和生長產(chǎn)生的。
【學(xué)位授予單位】：復(fù)旦大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號】：X513

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 趙蘭;冷云偉;任恒星;李浩;;大型秸稈沼氣集中供氣工程生命周期評價[J];安徽農(nóng)業(yè)科學(xué);2010年34期

2 鄭有飛;田宏偉;陳懷亮;劉忠陽;鄧偉;;河南省夏季秸稈焚燒污染物排放量的估算與分析[J];農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報;2010年08期

3 陸炳;孔少飛;韓斌;王秀艷;白志鵬;;2007年中國大陸地區(qū)生物質(zhì)燃燒排放污染物清單[J];中國環(huán)境科學(xué);2011年02期

相關(guān)會議論文 前2條

1 高文玲;卞新民;吳潔;郭偉;孫金福;李勝;杜磊;石建福;;溝埋還田不同埋草量對冬季稻田CO_2排放的影響[A];發(fā)展低碳農(nóng)業(yè) 應(yīng)對氣候變化——低碳農(nóng)業(yè)研討會論文集[C];2010年

2 田宏偉;鄧偉;申占營;陳海波;杜子璇;;生物質(zhì)燃燒的環(huán)境影響研究進(jìn)展[A];第27屆中國氣象學(xué)會年會大氣物理學(xué)與大氣環(huán)境分會場論文集[C];2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 蘇繼峰;秸稈焚燒對南京及周邊地區(qū)空氣質(zhì)量的影響[D];南京信息工程大學(xué);2011年

本文編號：2661859