王春艷，申進(jìn)朝，周偉峰，劉紅艷，劉桓嘉

1.安陽(yáng)工學(xué)院 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，河南 安陽(yáng) 455000;2.河南省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，河南 鄭州 450046;3.河南省鄭州生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，河南 鄭州 450007;4.河南省安陽(yáng)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，河南 安陽(yáng) 455000;5.河南師范大學(xué) 環(huán)境學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453002

0 引言

近年來(lái)，我國(guó)部分地區(qū)常發(fā)生霧霾天氣，燃煤電廠濕法脫硫后高濕煙氣和其中溶解性顆粒物的排放，被認(rèn)為是導(dǎo)致霧霾產(chǎn)生的重要因素[1]。美國(guó)環(huán)保署(EPA)將固定源排放的一次顆粒物定義為可過(guò)濾顆粒物(Filterable Particulate Matter，F(xiàn)PM)和可凝結(jié)顆粒物(Condensable Particulate Matter，CPM)，二者之和定義為總顆粒物(Total Particulate Matter，TPM)。我國(guó)關(guān)于固定源排放顆粒物的測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)《固定污染源排氣中顆粒物和氣態(tài)污染物采樣方法》(GB/T 16157—1996)[2]和《固定污染源廢氣 低濃度顆粒物的測(cè)定 重量法》(HJ 836—2017)[3]中只規(guī)定了FPM的測(cè)定方法，不包括CPM的測(cè)定方法，但CPM在大氣中會(huì)形成空氣動(dòng)力學(xué)直徑≤1 μm的顆粒物，即PM≤1 μm，是大氣中PM2.5和氣溶膠物質(zhì)的重要前體物，也是特定氣象條件下霧霾形成的重要成分[4-6]。國(guó)際上關(guān)于CPM的研究始于20世紀(jì)90年代，一致認(rèn)為CPM的排放不容忽視[4-8]。國(guó)內(nèi)關(guān)于CPM的研究尚處于起步階段，關(guān)于其形成機(jī)理的研究較少[9-11]，對(duì)其環(huán)境效應(yīng)尚沒(méi)有科學(xué)的評(píng)估方法。為進(jìn)一步明確我國(guó)燃煤電廠CPM排放狀況及其對(duì)周邊環(huán)境空氣質(zhì)量的影響，本文參考2017年EPA推薦的《固定污染源廢氣 可凝結(jié)顆粒物的測(cè)定 干沖擊瓶法》(Method 202)(下文簡(jiǎn)稱(chēng)Method 202)[12]和我國(guó)《固定污染源廢氣 低濃度顆粒物的測(cè)定 重量法》(HJ 836—2017)[3]，設(shè)計(jì)并應(yīng)用同步采集FPM和CPM的裝置，測(cè)定了國(guó)內(nèi)華北地區(qū)3家燃煤電廠FPM、CPM及其中9項(xiàng)水溶性離子和20種金屬元素質(zhì)量濃度，并研究其排放特征，初步探索其環(huán)境效應(yīng)，以期為準(zhǔn)確解析大氣中PM2.5的來(lái)源提供技術(shù)支持。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 排放源的選擇

選擇華北地區(qū)運(yùn)行穩(wěn)定的燃煤電廠A、B和C作為監(jiān)測(cè)對(duì)象，其煙氣治理工藝及監(jiān)測(cè)期間生產(chǎn)工況見(jiàn)表1。其中，B是一家企業(yè)自備電廠，使用1臺(tái)220 t/h燃煤鍋爐，鍋爐型號(hào)HG-220/9.8-L·PM18。

1.2 顆粒物監(jiān)測(cè)及其組分分析

1.2.1 顆粒物采樣裝置參考2017年EPA推薦的Method 202[12]和我國(guó)《固定污染源廢氣 低濃度顆粒物的測(cè)定 重量法》(HJ 836—2017)[3]，搭配國(guó)內(nèi)便攜式低濃度大流量自動(dòng)煙塵氣測(cè)試儀，建立了同步采集CPM和FPM樣品的TPM采樣系統(tǒng)，裝置示意圖見(jiàn)圖1。該裝置FPM濾膜頭安裝有FPM濾膜；采樣管需加熱至110～120 ℃以防止煙氣凝結(jié)；全程加熱的聚四氟乙烯管路連接垂直安裝的冷凝器和冷凝液收集瓶，其后順次連接干燥沖擊瓶、CPM濾膜夾、溫差電偶和測(cè)試儀主機(jī)。其中，干燥沖擊瓶和CPM濾膜收集進(jìn)一步凝結(jié)的液滴或顆粒物；冷凝器將煙氣降溫至30 ℃以下，冷凝液收集瓶和干燥沖擊瓶置于20～30 ℃的恒溫水箱中，確保樣氣通過(guò)CPM濾膜后溫度保持在20～30 ℃范圍內(nèi)。

1.2.2 樣品采集與處理按照2017年EPA推薦的Method 202[12]方法進(jìn)行采樣前準(zhǔn)備、樣品采集、氮?dú)獯迪春蜆悠坊厥铡?/p>

1.3 樣品組分的測(cè)定

1.3.1FPM樣品的測(cè)定參照《固定污染源廢氣 低濃度顆粒物的測(cè)定 重量法》(HJ 836—2017)[3]測(cè)定FPM質(zhì)量濃度。

1.3.2CPM樣品的測(cè)定采樣現(xiàn)場(chǎng)收集的冷凝液和CPM濾膜均是CPM樣品。

1)CPM無(wú)機(jī)樣品的測(cè)定

按照EAP推薦的Method 202[12]方法，用超純水超聲提取CPM濾膜，將提取后的水相與現(xiàn)場(chǎng)采集的水相樣品合并，形成CPM無(wú)機(jī)樣品，定容至500 mL，待測(cè)。測(cè)定因子、測(cè)定方法、儀器等信息見(jiàn)表2。①采用重量法測(cè)定CPM無(wú)機(jī)質(zhì)量濃度。量取250 mL或300 mL樣品,轉(zhuǎn)移至500 mL或容量更小的燒杯中，在(105±1) ℃烤箱中蒸發(fā)至體積<10 mL；在<30 ℃的室溫條件下自然晾干，置于無(wú)水硫酸鈣干燥器中干燥24 h，每隔6 h稱(chēng)重至恒重，即前后兩次稱(chēng)重相差不超過(guò)0.5 mg。②分別量取50 mL CPM無(wú)機(jī)樣品用于9項(xiàng)水溶性離子質(zhì)量濃度的測(cè)定和20種金屬元素的分析。

2)CPM有機(jī)樣品的測(cè)定

按照EPA推薦的Method 202[12]方法進(jìn)行CPM有機(jī)質(zhì)量濃度的測(cè)定。

1.4 質(zhì)量控制措施

1.4.1 樣品采集采樣前對(duì)微壓計(jì)、皮托管和煙氣采樣系統(tǒng)進(jìn)行氣密性檢驗(yàn)，確保每2 min泄露量不大于0.6 L。采用等速采樣方法對(duì)每個(gè)排放源采集6次樣品，每次采樣體積不小于1 m3。每個(gè)排放源均采集全程序空白，計(jì)算結(jié)果扣除空白值。

表1 3家燃煤電廠煙氣治理工藝和生產(chǎn)工況Table 1 Flue gas treatment technology and production conditions of three coal fired power plants

1.4.2 實(shí)驗(yàn)室分析質(zhì)量控制實(shí)驗(yàn)室分析用的各種試劑和超純水質(zhì)量均符合分析方法的要求，樣品及時(shí)分析。具體質(zhì)量控制措施：1)重量法分析。天平使用前必須進(jìn)行校準(zhǔn)，稱(chēng)量在恒溫恒濕條件下進(jìn)行，避免靜電對(duì)稱(chēng)量造成的影響。2)水溶性離子分析。標(biāo)準(zhǔn)曲線的相關(guān)系數(shù)≥0.995。采用內(nèi)標(biāo)法檢查儀器是否發(fā)生漂移或有干擾產(chǎn)生，即測(cè)試每批次(≤20個(gè))樣品時(shí)，選擇1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)曲線中間點(diǎn)質(zhì)量濃度的溶液，其質(zhì)量濃度測(cè)定結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)曲線該點(diǎn)質(zhì)量濃度之間的相對(duì)誤差≤10%。每批次(≤20個(gè))樣品均進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室空白、平行雙樣、加標(biāo)回收率的測(cè)定。實(shí)驗(yàn)室空白測(cè)定結(jié)果應(yīng)低于方法測(cè)定下限，平行樣測(cè)定值的相對(duì)偏差應(yīng)≤20%，加標(biāo)回收率應(yīng)為80%～120%。3)元素分析。每次分析均繪制校準(zhǔn)曲線，使相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.999以上。其他質(zhì)量控制措施同措施2)。

圖1 固定源TPM采樣裝置示意圖Fig.1 Sampling device for TPM

2 結(jié)果與分析

2.1 燃煤電廠FPM、CPM、TPM排放水平及其特征分析

3家燃煤電廠FPM、CPM和TPM排放水平統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可知，B廠排放TPM質(zhì)量濃度最高，為(19.05±8.85) mg/m3，C廠排放TPM質(zhì)量濃度最低，為(5.07±1.59) mg/m3。結(jié)合表1可知，樣品采集期間，B廠運(yùn)行負(fù)荷為95%，遠(yuǎn)大于A廠和C廠，較高的運(yùn)行負(fù)荷增加了B廠煙氣治理負(fù)荷，這應(yīng)是其TPM排放水平較高的主要原因。A、B、C燃煤電廠排放的TPM的主要組分是CPM，其占比分別約為92%、89%和89%。L.Corio等[13]歸納了美國(guó)18 個(gè)燃煤鍋爐CPM的排放水平，CPM平均占比為49%。而本研究中CPM平均占比約90%，這表明目前我國(guó)燃煤電廠煙氣治理設(shè)施處理FPM的效果較好，排放顆粒物以CPM為主。3家燃煤電廠FPM、CPM有機(jī)和CPM無(wú)機(jī)排放情況見(jiàn)圖2。由圖2可以看出，A、B、C燃煤電廠排放的CPM中的主要組分是CPM無(wú)機(jī)，平均占比分別為CPM的85%、98%、90%。H.H.Yang等[14]測(cè)定的燃煤電廠排放的CPM無(wú)機(jī)占比約為CPM的90%，與本研究較接近。CPM有機(jī)占比較低，這與電廠較高的煤炭燃燒效率和煙氣處理工藝有關(guān)，濕法脫硫和濕式電除塵工藝對(duì)有機(jī)物(多環(huán)芳烴、二噁英等)有協(xié)同處理作用[15-16]。C廠具有最低的CPM和TPM排放水平，這是因?yàn)槠浣?jīng)SCR脫硝后，采用了低低溫電除塵技術(shù)，即由低低溫省煤器(MGGH)將煙氣由130～140 ℃降溫至90～100 ℃，該過(guò)程可去除大部分SO3，大幅提高濕法脫硫的協(xié)同除塵效果[16]。

表2 測(cè)定因子、測(cè)量方法、儀器等信息表Table 2 Determination factors, determination methods, instruments and other information

表3 3家燃煤電廠FPM、CPM和TPM排放水平統(tǒng)計(jì)結(jié)果Table 3 Concentrations of FPM, CPM and TPM emitted by three coal fired power plants

圖2 3家燃煤電廠FPM、CPM有機(jī)和CPM無(wú)機(jī)排放情況Fig.2 Mass concentration percent of FPM, Inorganic CPM and organic CPM emitted by three coal fired power plants

2.2 CPM組分特征分析

2.2.1 水溶性離子組分特征及其形成機(jī)理分析3家燃煤電廠CPM中水溶性離子質(zhì)量濃度統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表4。由表4可知，A、B、C燃煤電廠排放的水溶性離子總質(zhì)量濃度相差不大，分別占CPM的61%、30%和57%，這表明水溶性離子是CPM的重要組成部分。A廠與C廠排放的CPM中水溶性離子組分特征類(lèi)似，SO42-質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，平均占比分別為60.5%和45.3%，是CPM中主要水溶性離子組分；其次是Na+，平均占比分別為21.5%和22.5%。這是由于3家燃煤電廠采用石灰石-石膏濕法脫硫，煙氣中的SO2可與漿液中的Ca(OH)2反應(yīng)生成CaSO4沉淀，去除后，少量CaSO4會(huì)溶于濕煙氣形成水溶性離子SO42-。同時(shí)，煙氣中SO2可進(jìn)一步氧化為SO3，其在有H2O條件下產(chǎn)生SO42-[15]。而B(niǎo)廠排放的CPM中NH4+質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，其次是SO42-。這與楊柳等[9]的研究結(jié)果相似。B廠排放的CPM中NH4+和SO42-平均占比分別為46.9%和37.8%，共84.7%，這表明脫硝過(guò)程也是濕煙氣中CPM形成的重要原因。A廠和C廠采用SCR脫硝技術(shù)，B廠采用SNCR脫硝技術(shù)，均以NH3作還原劑。NH3除與NOx發(fā)生反應(yīng)生成N2和H2O之外，還會(huì)產(chǎn)生氨逃逸。逃逸的NH3在煙氣中SO2、NOx等酸性氣體條件下形成NH4+。在SO2和H2O存在的條件下，NH3也會(huì)在催化劑表面發(fā)生不利反應(yīng)生成(NH4)2SO4和NH4HSO4[15]。因此B廠排放的CPM中NH4+質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，這與其較高的運(yùn)行負(fù)荷和脫硝運(yùn)行條件有關(guān)。Na+在A廠和C廠CPM中質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，B廠最低。這是由于脫硫、脫硝、除塵等煙氣治理過(guò)程與Na+的產(chǎn)生無(wú)關(guān)，Na+產(chǎn)生來(lái)源應(yīng)是燃料煤，不同企業(yè)使用的煤質(zhì)不同，煤炭燃燒產(chǎn)生煙氣中Na+質(zhì)量分?jǐn)?shù)也就不同。因此，A廠和C廠CPM中Na+占比較高是由于其使用煤質(zhì)中Na元素含量較高。

表4 3家燃煤電廠CPM中水溶性離子質(zhì)量濃度統(tǒng)計(jì)結(jié)果Table 4 Statistical results of water-soluble ions mass concentrations in CPM emitted by three coal fired power plants mg·m-3

2.2.2 元素分析3家燃煤電廠排放CPM中元素分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表5。由表5可知，CPM中元素分析結(jié)果差別較大：A廠檢出元素共有11種，總質(zhì)量濃度約為20.03 μg/m3;B廠檢出元素共有12種，總質(zhì)量濃度約為18.44 μg/m3;C廠檢出元素共有7種，總質(zhì)量濃度約為5.22 μg/m3。其中，A廠和B廠均檢出質(zhì)量濃度高于1 μg/m3的Zn、Cu、Al、Fe和Ba元素；B廠檢出元素種類(lèi)最多，其中對(duì)人體健康和生態(tài)環(huán)境影響較大的重金屬元素有Cr、As、Hg和Pb，排放質(zhì)量濃度較高的元素有As、Hg、Pb，其中As的質(zhì)量濃度為(0.76±0.42) μg/m3，分別是A廠和C廠的24倍和30倍；A廠和B廠檢測(cè)出的Cr質(zhì)量濃度分別為(0.06±0.02) μg/m3和(0.03±0.07) μg/m3，而C廠未檢出。

C廠檢出元素種類(lèi)最少，總質(zhì)量濃度最低，這表明C廠煙氣治理設(shè)施去除CPM中金屬及其化合物的效果最好。楊柳等[11]研究了超低排放路線下燃煤煙氣中CPM在濕法脫硫裝置(Wetflue Gas Desulfurization, WFGD)和濕式電除塵裝置(Wet Electrostatic Precipitator, WESP)中的轉(zhuǎn)化特性，結(jié)果表明,WFGD和WESP對(duì)FPM和CPM均具有去除作用。由于CPM中以CPM無(wú)機(jī)為主，故WFGD和WESP對(duì)CPM的去除作用包含了對(duì)CPM無(wú)機(jī)和其中金屬及其化合物的去除。

從“源”和“匯”的角度，排放到大氣中的CPM中金屬及其化合物均是大氣PM2.5中金屬元素的來(lái)源。重金屬元素Hg、Pb、As等一旦進(jìn)入大氣或有機(jī)體，在遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程中價(jià)態(tài)會(huì)發(fā)生改變，不能被分解，而會(huì)通過(guò)食物鏈累積在人體，引起嚴(yán)重的健康問(wèn)題[8]?？梢?jiàn)，固定源排放CPM中含有的金屬及其化合物不容忽視。

2.3 固定源排放CPM環(huán)境效應(yīng)的初步探索

2.3.1 大氣濕度對(duì)CPM環(huán)境效應(yīng)的影響在霧霾易發(fā)氣象條件下，燃煤電廠排放的濕煙氣含有大量水蒸氣和水溶性離子，大氣中常規(guī)污染物發(fā)生二次復(fù)合形成的濕態(tài)水溶性離子顆粒物也易在大氣邊界層內(nèi)富集，致使PM2.5質(zhì)量濃度快速增長(zhǎng)形成霧霾[17]。這些顆粒物從環(huán)境中吸收水氣并引起顆粒物粒徑和質(zhì)量濃度增加的現(xiàn)象，稱(chēng)為顆粒物的吸濕性。顆粒物中硫酸鹽、硝酸鹽、銨鹽和二次有機(jī)氣溶膠都具有吸濕性[18]，一般為PM2.5，而PM2.5是PM10

表5 3家燃煤電廠排放CPM中元素分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果Table 5 Statistics results of elements analysis in CPM emitted by three coal fired power plants μg·m-3

的組成部分[19]。以我國(guó)京津冀大氣污染傳輸通道城市安陽(yáng)2020年11月29日—12月3日發(fā)生的重污染天氣為例(數(shù)據(jù)來(lái)源：安陽(yáng)市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心)，以PM2.5/PM10對(duì)大氣相對(duì)濕度(RH%)做相關(guān)性分析，所得相關(guān)性曲線見(jiàn)圖3。由圖3可知，相關(guān)系數(shù)R=0.63，可見(jiàn)其相關(guān)性較好，大氣相對(duì)濕度對(duì)PM2.5有明顯影響。由圖3還可以看出，大氣相對(duì)濕度與CPM的環(huán)境效應(yīng)呈正相關(guān)關(guān)系。這是由于CPM中含有大量硫酸鹽、硝酸鹽、銨鹽等具有吸濕性的鹽類(lèi)，排放到大氣中形成的PM2.5必然也有一定的吸濕性。

圖3 重污染天氣時(shí)PM2.5/PM10對(duì)大氣相對(duì)濕度的相關(guān)性曲線Fig.3 Correlation curve of PM2.5/PM10 to atmospheric relative humidity in heavily polluted weather

2.3.2 風(fēng)速對(duì)CPM環(huán)境效應(yīng)的影響目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于CPM的環(huán)境效應(yīng)尚沒(méi)有科學(xué)的評(píng)估方法。有學(xué)者對(duì)韓國(guó)Chungcheongnam-do和Jeollanam-do 2個(gè)城市的大氣顆粒物進(jìn)行解析，如果考慮固定源CPM排放因素，工業(yè)燃燒源產(chǎn)生的顆粒物對(duì)區(qū)域顆粒物污染的貢獻(xiàn)分別從87.3%、78.7%上升至94.5%、96.5%[7]。對(duì)我國(guó)3個(gè)垃圾焚燒發(fā)電廠排放CPM的測(cè)定結(jié)果表明，TPM中CPM分別占97%、87%和98%，意味著目前我國(guó)垃圾焚燒發(fā)電廠有大量一次顆粒物未被監(jiān)測(cè)，其對(duì)周邊環(huán)境空氣質(zhì)量的影響有可能被低估[20]。此外，由于沒(méi)有考慮污染物的累積和大氣邊界層高度的變化所引起的大氣環(huán)境容量的動(dòng)態(tài)變化，國(guó)外的WRF/CMAQ、WRF/Chem、WRF/CAMx等模型[21]都不能準(zhǔn)確模擬我國(guó)重污染天氣時(shí)的大氣環(huán)境質(zhì)量，而CPM引起的環(huán)境效應(yīng)在靜穩(wěn)天氣條件下尤為突出。

計(jì)算流體力學(xué)法(Computational Fluid Dynamics，CFD)是近代流體力學(xué)、數(shù)值數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物。該方法提供了豐富的物理模型，用戶(hù)可以精確地模擬層流和湍流的不同流動(dòng)狀態(tài)，以及包含化學(xué)反應(yīng)、組分運(yùn)輸?shù)鹊膹?fù)雜流動(dòng)，直觀展現(xiàn)整個(gè)流場(chǎng)、濃度場(chǎng)在時(shí)間和空間的分布和變化。在模擬濕煙氣與環(huán)境空氣混合擴(kuò)散過(guò)程中，輸入煙溫、煙氣流速、環(huán)境風(fēng)速、環(huán)境濕度、飄滴直徑等參數(shù)，應(yīng)用CFD模擬煙羽長(zhǎng)度和消散高度，結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)接近[22-23]。

根據(jù)CPM的概念，形成CPM的物質(zhì)組分處于煙道中采樣位置時(shí)為氣態(tài)，離開(kāi)煙道后在環(huán)境狀況下降溫?cái)?shù)秒內(nèi)凝結(jié)成為液態(tài)或固態(tài)[12]。因此，CPM降溫冷凝與濕煙氣中的水分降溫冷凝有著基本一致的形成機(jī)理，可以應(yīng)用CFD模擬CPM在環(huán)境空氣中的混合擴(kuò)散。由于CPM在大氣中易形成PM≤1 μm的顆粒物，排放到大氣中短時(shí)間內(nèi)處于高濕環(huán)境，能夠吸濕長(zhǎng)大，成為PM2.5[4-6,17]，因此可以輸入顆粒物直徑2.5 μm進(jìn)行計(jì)算。應(yīng)用CFD軟件(18.0版)，設(shè)置煙囪高度100 m，預(yù)測(cè)范圍500 m×1000 m(表示高為500 m，長(zhǎng)為1000 m的平面)，網(wǎng)格數(shù)153 135，網(wǎng)格間隔1 m，CPM質(zhì)量濃度5 mg/m3，煙氣溫度55 ℃，煙氣排放速率20 m/s，環(huán)境溫度10 ℃, 相對(duì)濕度80%，得到風(fēng)速分別為0.5 m/s、1.0 m/s、2.0 m/s、3.0 m/s時(shí)形成的PM2.5軌跡圖，見(jiàn)圖4—圖7。由圖4—圖7可以看出，環(huán)境風(fēng)速是PM2.5擴(kuò)散的重要因素，隨著風(fēng)速的降低，由CPM形成的PM2.5在水平方向擴(kuò)散距離減少，縱向空間擴(kuò)散高度增大。當(dāng)風(fēng)速≤1.0 m/s時(shí)，PM2.5縱向擴(kuò)散明顯；當(dāng)風(fēng)速為2.0 m/s時(shí)，PM2.5主要分布在距離煙囪較近范圍內(nèi)；當(dāng)風(fēng)速為3.0 m/s時(shí)，PM2.5軌跡水平方向擴(kuò)散明顯。在我國(guó)秋冬季節(jié)，容易形成逆溫層，發(fā)生靜穩(wěn)天氣(風(fēng)速≤2.0 m/s，相對(duì)濕度>60%)，且大氣邊界層大大降低，甚至低到數(shù)百米(數(shù)據(jù)來(lái)源：濰坊市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心)。因此，當(dāng)風(fēng)速≤2.0 m/s時(shí)，固定源排放CPM形成的PM2.5水平方向擴(kuò)散有限，縱向空間擴(kuò)散受阻，會(huì)累積在大氣邊界層下面較小的空間內(nèi)，造成PM2.5質(zhì)量濃度累積升高，成為重污染天氣形成的重要原因。此外，高濕環(huán)境中PM2.5的吸濕效應(yīng)、氣態(tài)污染物的二次轉(zhuǎn)化等因素也會(huì)增強(qiáng)[18]，多因素共同作用造成了固定源周邊PM2.5質(zhì)量濃度短時(shí)間內(nèi)快速升高，形成霧霾。

圖4 風(fēng)速為0.5 m/s時(shí)PM2.5擴(kuò)散軌跡Fig.4 PM2.5 diffusion trajectory when wind speed was 0.5 m/s

圖5 風(fēng)速為1.0 m/s時(shí)PM2.5擴(kuò)散軌跡Fig.5 PM2.5 diffusion trajectory when wind speed was 1.0 m/s

圖6 風(fēng)速為2.0 m/s時(shí)PM2.5擴(kuò)散軌跡Fig.6 PM2.5 diffusion trajectory when wind speed was 2.0 m/s

圖7 風(fēng)速為3.0 m/s時(shí)PM2.5擴(kuò)散軌跡Fig.7 PM2.5 diffusion trajectory when wind speed was 3.0 m/s

3 結(jié)論

本文參考EPA推薦的Method 202和我國(guó)《固定污染源廢氣 低濃度顆粒物的測(cè)定 重量法》(HJ 836—2017)，利用自主設(shè)計(jì)的TPM采樣系統(tǒng)和國(guó)內(nèi)大流量低濃度煙塵測(cè)試儀，分析測(cè)定了我國(guó)華北地區(qū)3家燃煤電廠A、B、C的FPM、CPM和TPM排放水平及特征分布，研究了CPM組分特征，并初步探索了固定源排放CPM環(huán)境效應(yīng)，得出如下結(jié)論：1)燃煤電廠A、B、C排放的FPM質(zhì)量濃度均較低，CPM是TPM的主要組分，其質(zhì)量濃度分別占TPM的92%、89%和89%。按照目前我國(guó)監(jiān)測(cè)技術(shù)方法標(biāo)準(zhǔn)，燃煤電廠有約90%能夠在大氣中形成PM2.5的物質(zhì)未被監(jiān)測(cè)，其對(duì)大氣環(huán)境質(zhì)量的影響可能被低估。2)CPM無(wú)機(jī)是CPM的主要組分，SO42-、NH4+、Na+等水溶性離子是CPM無(wú)機(jī)的重要組分，其種類(lèi)和質(zhì)量濃度與燃煤電廠煤質(zhì)組成和脫硫、脫硝、除塵等煙氣治理設(shè)施工藝及運(yùn)行操作條件有關(guān);A廠和B廠均檢出質(zhì)量濃度高于1 μg/m3的Zn、Cu、Al、Fe和Ba,其中，B廠檢出元素種類(lèi)最多，對(duì)人體健康和生態(tài)環(huán)境影響較大的重金屬是Cr、As、Hg和Pb。3)大氣濕度與CPM的環(huán)境效應(yīng)呈正相關(guān)；風(fēng)速是影響大氣中PM2.5擴(kuò)散的重要因素，當(dāng)風(fēng)速≤2.0 m·s-1時(shí)，固定源排放CPM形成的PM2.5水平方向擴(kuò)散有限，縱向空間擴(kuò)散受阻，累積在大氣邊界層下，造成PM2.5質(zhì)量濃度累積升高，是重污染天氣形成的重要原因。因此，我國(guó)應(yīng)加強(qiáng)固定源排放CPM及其中金屬尤其是重金屬元素的監(jiān)測(cè)技術(shù)研究，并制定相關(guān)監(jiān)測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，為科學(xué)評(píng)估CPM污染排放、環(huán)境效應(yīng)及污染控制技術(shù)研究做準(zhǔn)備。此外，還應(yīng)加強(qiáng)固定源排放CPM環(huán)境效應(yīng)及其污染控制技術(shù)研究，為切實(shí)減少大氣中PM2.5及其前體物排放提供技術(shù)支持。