模擬冬季供暖導(dǎo)致PM2.5濃度升高的實(shí)驗(yàn)

白宇 曹越 王瀟萌 孫秀暉 陳美虎

摘要：空氣污染問題已成為影響我國(guó)城鎮(zhèn)居民生活質(zhì)量的一個(gè)重要因素，而因PM2.5污染導(dǎo)致的重污染天氣的多發(fā)季又集中在冬季供暖季中。本文設(shè)計(jì)了一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，模擬北方城市冬季供暖季中燃煤鍋爐排出含硫酸鹽類物質(zhì)的情況，并確定了硫酸根離子的存在會(huì)引起PM2.5濃度的上升。北方城市冬季供熱系統(tǒng)雖已開始由燃煤改為燃?xì)?，但加大推進(jìn)改燃力度，并防止散煤點(diǎn)源、面源排放對(duì)削減冬季PM2.5濃度峰值仍存在極大積極作用。

關(guān)鍵詞：冬季供暖;模擬實(shí)驗(yàn);PM2.5

中圖分類號(hào)：X131.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2019）04-0-02

Abstract： The problem of air pollution has become an important factor affecting the quality of life of urban residents in China. The frequent seasons of heavy pollution caused by PM2.5 pollution are concentrated in the winter heating season. The article designed an experiment to simulate the discharge of sulphate-containing substances from coal-fired boilers in the northern heating season in northern cities， and determined that the presence of sulphate ions would cause an increase in PM2.5 concentration. Although the winter heating system in the northern city has begun to change from burning coal to gas， it is necessary to increase the intensity of propelling and reforming， and to prevent the point source and non-point source emissions of loose coal to have a very positive effect on reducing the peak concentration of PM2.5 in winter.

Key words： Winter heating;Simulation experiment; PM2.5

眾所周知，PM2.5已經(jīng)成為影響我們?nèi)粘Ｉ钆c身體健康的一個(gè)重要因子[1]。根據(jù)天津市污染物時(shí)空分布特點(diǎn)，在冬季供暖期，即每年11月至次年3月，PM2.5的污染尤其嚴(yán)重。環(huán)保部負(fù)責(zé)人也表示北方冬季燃煤采暖對(duì)空氣質(zhì)量惡化貢獻(xiàn)較大[2]。

根據(jù)上述實(shí)際情況，設(shè)計(jì)一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，想要模擬供暖季時(shí)期燃煤鍋爐排放對(duì)空氣質(zhì)量的影響。根據(jù)供暖煙囪采樣，燃煤鍋爐排放煙氣除自身含有大量顆粒物成分外，還有因煤炭燃燒產(chǎn)生的大量硫酸鹽類物質(zhì)。本次實(shí)驗(yàn)采用硫酸鹽溶液放入具有加熱功能的空氣加濕器中，初步模擬燃煤鍋爐排放硫酸鹽類物質(zhì)，計(jì)算其對(duì)空氣質(zhì)量造成的影響。

1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

（1）在天津市武清區(qū)某燃煤鍋爐排氣口處進(jìn)行采樣，對(duì)其煙氣冷凝水中各離子濃度進(jìn)行分析。測(cè)定其中SO42-濃度為220 mg/L，NO3-濃度為6.5 mg/L，Na+為29.9 mg/L，Ca2+為32.4 mg/L，其他為41.1 mg/L。決定本次實(shí)驗(yàn)采用濃度為275 mg/L的硫酸鈉溶液進(jìn)行模擬。

（2）采用3臺(tái)在國(guó)家顆粒物適用性檢測(cè)合格產(chǎn)品名錄中的顆粒物采樣設(shè)備，同時(shí)放置在相同環(huán)境中進(jìn)行PM2.5采樣，3臺(tái)設(shè)備同時(shí)進(jìn)行7天的比對(duì)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果曲線互相之間相關(guān)系數(shù)大于0.97即可進(jìn)行采樣實(shí)驗(yàn)。本次實(shí)驗(yàn)采用的3臺(tái)顆粒物采樣器均為美國(guó)熱電公司生產(chǎn)的1405F型顆粒物自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備3臺(tái)儀器7天比對(duì)曲線互相之間相關(guān)系數(shù)均大于0.98，如圖1。

2 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）將3臺(tái)設(shè)備分別放置在三個(gè)相同濕度、溫度的密閉環(huán)境中，其中1處不放置加濕器，作為背景數(shù)據(jù);另2處分別作為參比房間與實(shí)驗(yàn)房間。在兩處室內(nèi)均放置同一批次的具有加熱功能的加濕器。（2）在參比房間內(nèi)的加濕器內(nèi)，只添加經(jīng)過處理，電阻率≥18.2MΩ·cm、25℃的去離子水，在實(shí)驗(yàn)房間的加濕器內(nèi)，添加相同品質(zhì)去離子水配置的濃度為275mg/L的硫酸鈉溶液。（3）在同一時(shí)刻打開加濕器，并開啟加熱功能，模擬冬季供暖煙囪噴出含有硫酸鹽類物質(zhì)的情況。記錄兩臺(tái)顆粒物采樣設(shè)備的數(shù)據(jù)變化。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 顆粒物濃度變化

實(shí)驗(yàn)房間自加濕器開啟時(shí)刻起，PM2.5濃度激增，最高上升至2200ug/m3，而沒有添加NaSO4溶液的實(shí)驗(yàn)室，顆粒物濃度平穩(wěn)無異常變化。

3.2 添加硫酸鈉溶液的房間濕度與顆粒物濃度關(guān)系

隨著室內(nèi)濕度的變化，顆粒物濃度與其呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)性?？梢酝茰y(cè)實(shí)驗(yàn)房間室內(nèi)的顆粒物是隨著加濕器的噴霧形成的。加濕器噴霧完成后，室內(nèi)濕度連續(xù)下降，室內(nèi)顆粒物濃度也明顯下降。

3.3 參比房間與實(shí)驗(yàn)房間的PM2.5顆粒放大2000倍后電鏡掃描比對(duì)，如圖4、圖5。

參比房間與實(shí)驗(yàn)房間的顆粒物采樣膜經(jīng)過電鏡掃描放大2000倍后的照片可以看出，實(shí)驗(yàn)房間，即添加了硫酸鈉溶液的房間的PM2.5顆粒數(shù)量倍增，粒徑更小。

4 結(jié)論

通過實(shí)驗(yàn)可以看出，用添加了硫酸鈉溶液的加濕器噴射出的水霧包含大量硫酸鹽類顆粒。此項(xiàng)實(shí)驗(yàn)并不能完全模擬出北方冬季供暖季的真實(shí)情況，但其對(duì)顆粒物的貢獻(xiàn)之大也可見一斑。加大北方冬季供季期間的改燃力度，加強(qiáng)對(duì)散煤燃燒的管理，或者實(shí)施濕法脫硫凈化煙氣[3]的方法理論上可以有效削減PM2.5濃度峰值，為我市冬季環(huán)境空氣質(zhì)量改善作出貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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[2]陳碩，陳婷.空氣質(zhì)量與公共健康：以火電廠二氧化硫排放為例[J].經(jīng)濟(jì)研究，2014（8）：158-169.

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收稿日期：2019-01-08

作者簡(jiǎn)介：白宇（1987-），男，漢族，本科學(xué)歷，助理工程師，研究方向?yàn)榄h(huán)境保護(hù)。