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Picarro | 华北平原开放式奶牛场氨排放研究

日期: 2023-10-27
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雾霾问题,严重威胁人们的健康和生活质量,为了寻求解决方案,科学家们开始寻求各种可能的对策,其中之一就是从奶牛场中寻找突破口。这听起来可能有些奇怪,但事实上,氨气是雾霾形成的一个重要因素,而奶牛场和氨气之间存在着奇妙的关联。

NH3氨气(Ammonia)

氨是大气中的主要碱性物质,是细颗粒物的重要前驱体。它可以与硫酸盐和硝酸盐或其他化合物反应生成细颗粒物,造成各种环境和健康问题。氨沉降对于土壤酸化及水体富营养化也具有重要影响。

人们越来越关注氨排放,以建立准确的排放清单并制定合理的减排措施。然而世界范围内许多氨排放清单的排放因子(EFs)和活动数据存在很大的不确定性。中国是氨排放的重要源,约占亚洲总排放的55%,约占全球总排放的20%。而农业是最重要的排放源,畜牧业氨排放占人为总排放的50%以上。因此,准确量化其排放特征显得尤为重要。

科研团队为此开展研究

Picarro | 华北平原开放式奶牛场氨排放研究

北京大学环境科学与工程学院蔡旭晖研究团队于2016.6.29-7.18(2016S,探索阶段)、2016.12.16-2017.1.10(2016W)、2018.6.1-7.2(2018S)三个试验阶段在北京西北郊区的一个开放式奶牛场(403±5头荷斯坦奶牛,自由走动,具有“华北平原农场规模和奶牛类型”的代表性)利用微气象方法估算了华北平原典型奶牛场的氨排放量。使用定制的9 m可伸缩塔作为每个观测点的观测平台,所有仪器均安装在塔上,距地面高度大致相同(8 m)。测量了NH3浓度、气象参数(风速和风向、气温、湿度)、湍流变量,经过严格的质量控制和筛选后,利用Inverse dispersion method(IDM)和分析足迹模型确定氨排放率,并确定奶牛场的排放因子。

Picarro | 华北平原开放式奶牛场氨排放研究
奶牛场的卫星图像

NH3排放测量:

利用Picarro G2103氨气分析仪以2s的采样率测量NH3浓度。Teflon管与分析仪相连,另一端连接到防水杯上,固定在塔上,出口向下。未使用过滤器。管总长度约为9m,样品流速约为1.0 slpm。在2016W和2018S试验中,使用恒温加热带加热气路,以消除采样管内的水蒸气凝结,减少氨吸附。

结论

Picarro | 华北平原开放式奶牛场氨排放研究
2018年(2018S-north)夏季氨气浓度

从实验结果可以看出,氨排放量日变化比较合理。中午排放率峰值约为40 μg m-2 s-1,夜间约为20 μg m-2 s-1。相对较低的排放率和较短的白天持续时间导致冬季日平均排放率低于夏季。整个奶牛场冬季和夏季的总排放量分别为0.38±0.13 g s-1和0.46±0.10 g s-1 ,相当于冬季20±7 μg m-2 s-1和夏季24±6 μg m-2 s-1的平均排放率。奶牛场排放因子为冬季82±27 g head-1 d-1和夏季99±23 g head-1 d-1。与中国及其他以往的研究结果相当。源分布的复杂性、湍流的扰动、模型简化和数据筛选都会导致结果的不确定性。作者建议未来需要开展更多工作来减少这些不确定性。

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