排放因子(EF)表示某物质生产单位的排放速率。本研究中,物质生产单位显然指的是特定城市建筑物人居排泄物所释放NH 3的生产单位——人,单位是g·capita-1·yr-1[1]。如前所述,本研究中城市建筑物人居排泄物的NH 3排放因子,是基于6栋居民楼的数据而得出。但本节将6栋居民楼和2栋学生公寓的NH 3排放因子一并加以讨论,因为两者都可以得到相对可靠的信息,且具有类似的建筑构造,这使得两者的结果可供相互校验。从图37-3(a)可知,居民楼和学生公寓楼顶排气管内NH 3的浓度,与风速显著相关(R 2=0.52,p<0.001),表明排气孔内的风速是NH 3排放速率的一个很好指标。
在本研究的EF估算中,有一个假设性前提:某一建筑物内的住户,其EF都是相同的,不论性别、年龄、社会经济状况或其他任何因素的影响。尽管城市建筑物人居排泄物的NH 3释放周期以日计,但由于人在1 d内可能会在不同类型的建筑物间流转,故NH 3在1 d内的释放过程,不是一栋建筑物内全进全出的过程。换言之,本研究测得的某栋建筑物排气管内每天平均的NH 3浓度,只可能在众人停留于建筑物内的某个时间段中产生。极端的例子是,一栋楼内全部为上班族,并且在工作日全部正点上班,那么某个人通过粪尿释放的NH 3,不是在自己家里一栋建筑物内完成的[但是由图37-3(a)可知,风速是浓度的替代指标。实际情况是,建筑物内的风速全天变化不大,可知排气管内的NH 3是一个全天都在进行的缓释过程],而是这些人在下班时间、回家之后产生的。因而,需要根据实际情况,对典型建筑物(在本研究中是指居民楼和公寓)内的“EF”(因为原始的EF不是全天的EF,而是人在建筑物内那段时间的EF)赋予一个时间系数。基于登门访问住户,本研究估算的居民楼住户平均在家时间是12 h,其中至少6 h为睡眠时间,因而城市建筑物人居排泄物的产生时间也在6~12 h之间,或者一天的1/4~1/2。由此可知,时间系数的一个合理的取值区间应为2~4。本研究共成功获取了6栋居民楼(RB-1—RB-6)和2栋学生公寓(SA-1和SA-2)排气管的79个样品,因而有79个独立的EF。其中RB-1和RB-2、RB-3和RB-4、RB-5和RB-6、SA-1和SA-2有相同的住户,因而可以根据住户数的不同,将这79个EF分为4组,即56(RB-1和RB-2)、35(RB-3和RB-4)、24(RB-5和RB-6)及21(SA-1和SA-2)。在图37-3(b)中,各组的住户数与EF的线性相关分析表明,他们之间不存在显著性差异,仅有微弱的负相关(斜率为-0.14)。这说明,各个组EF的一致性较好,可以扩展延伸,并代表其他居民楼的EF。
图37-3 (a)居民楼和学生公寓楼顶排气管内NH 3的浓度与风速的相关关系;(b)居民楼和学生公寓内人数与城市建筑物人居排泄物NH 3排放因子的关系。(彩图见下载文件包,网址见14页脚注)(www.xing528.com)
基于前述方法,6栋居民楼和2栋学生公寓用于计算城市建筑物人居排泄物的NH 3,EF的参数和具体结果列于表37-3。两类建筑物的平均EF(平均值±1σ)分别为22.0±19.4(RBNH3)和21.5±7.4 g·capita-1·yr-1(SA NH3)。又基于以上的讨论,从一天整体的视角来看,以上RBNH3需要乘以一个时间系数(变化范围为2~4),才能得出个人全天真实的EF,即HM NH3。取平均值3为最佳时间系数估计,则每人平均的城市建筑物人居排泄物的NH 3排放因子最终确定为3×RBNH3,即66.0±58.9 g·capita-1·yr-1。M.Sutton等[1]认为,婴儿排泄物的EF为13.7(2.8~63.2)g NH 3 N·capita-1·yr-1。然而,迄今尚没有基于实验的HM NH3的报道。根据本研究得出的HM NH3,上海城区约2 400万常住人口(2015年数据)每年排放的NH 3为1 584±1 414 Mg。C.Huang等[2]和X.Fu等[3]的排放清单结果表明,上海2007和2010年的NH 3排放总量分别约为42 600 Mg(在95%置信区间内的不确定性,为36%以下~77%以上,后同)和64 500 Mg(±112.8%),但两者都低估甚至忽略了城市内部的NH 3排放。尽管上海城市建筑物人居排泄物的NH 3排放量,对全市NH 3排放总量的贡献不大,却占到了城区NH 3排放量(10 742 Mg)的14.7%。有模型研究结果表明,超过一半的农业NH 3排放,会在下风向10 km范围内沉降(具体距离取决于气象条件)。因而,城市建筑物人居排泄物的NH 3排放对城区颗粒物的贡献比例,有可能远超过其在排放清单中所占的比例。当然,具体的贡献比例尚需要更多的观测和模拟结果作为依据。
表37-3 居民楼和学生公寓中排气管的NH3浓度(μg·m-3)、平均风速(m·s-1)及排放因子(g NH3·capita-1·yr-1)
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