The ozone produced by a dielectric barrier discharge device was injected into the exhaust gas to oxidize a part of NO to $NO_2$, and then the exhaust gas containing the mixture of NO and $NO_2$ was further treated in a catalytic reactor where both NO and $NO_2$ were reduced to $N_2$ in the presence of ammonia as the reducing agent. The $NO_2$ content in the mixture of NO and $NO_2$ was changed by the amount of ozone added to the exhaust gas. The experiments were primarily concerned with the effect of reaction temperature on the catalytic $NO_x$ reduction at various $NO_2$ contents. The increase in the $NO_2$ content by the ozone injection remarkably improved the performance of the catalytic $NO_x$ reduction, especially at low temperatures.
We conducted intensive observations of ozone, CO, $NO_x$ (=NO and $NO_2$), $NO_y$ (total odd nitrogen species including particulate nitrate) and total nitrate (the sum of gaseous $HNO_3$ and particulate nitrate) at Cape Hedo, Okinawa, Japan, from 19 March to 3 April, 2009, to investigate ozone production during long-range transport from the Asian continent. Ozone production efficiency (OPE) was used to evaluate photochemical ozone production. OPE is defined as the number of molecules of ozone produced photochemically during the lifetime of a $NO_x$ molecule. OPE is calculated by the ratio of the concentration increase of ozone to that of $NO_z$ ($=NO_y-NO_x$). Average OPE during observation was estimated to be $12.6{\pm}0.5$, but concentrations of ozone increased nonlinearly with those of $NO_z$. This non-linearity suggests that OPE depends on air mass origin and $NO_z$ concentrations. There were very different values of OPE for the same air mass origin, so that only the air mass origin alone does not control OPE. OPE was low when $NO_z$ concentration was high. We examined the correlation between $NO_z$ and $CO/NO_y$ ratios, which we used instead of the ratio of non-methane hydrocarbons (NMHCs) to $NO_x$. The $CO/NO_y$ ratios decreased with increasing $NO_z$ concentrations. These results indicate that competition reactions of OH with NMHCs and $NO_2$ are the rate determining steps of photochemical ozone production during long-range transport from the Asian continent to Cape Hedo, for high concentrations of nitrogen oxides.
본 연구에서는 촉매공정의 질소산화물 제거 성능을 향상시키기 위하여 배기가스에 오존을 주입하였다. 배기가스에 오존을 주입하면 배기가스에 포함되어 있는 NO의 일부가 $NO_2$로 빠르게 산화되며, NO와 $NO_2$ 혼합물은 촉매반응기에서 $N_2$로 환원된다. 오존의 발생을 위해 유전체 장벽 방전 반응기가 사용되었고 촉매로는 상용 $V_2O_5-WO_3/TiO_2$ 촉매가 사용되었다. 질소산화물의 환원제는 암모니아였다. 촉매반응기 전단의 $NO_2$ 함량은 오존 주입량에 의해 변화될 수 있었으며, $NO_2$ 함량 변화가 촉매의 질소산화물 저감성능에 미치는 영향에 대해 살펴보았다. $NO_2$ 함량이 촉매반응기의 성능에 미치는 영향은 다양한 조건에서 수행되었는데, 주요 변수로 선정한 것은 반응온도, 초기 $NO_x$ 농도, 암모니아 농도, 그리고 배기가스 유량이었다. 오존주입에 의한 $NO_2$ 함량 증가는 촉매공정의 질소산화물 제거 성능을 크게 향상시킬 수 있었으며, 이러한 성능 향상 효과는 반응온도가 낮을수록 두드러졌다. 본 연구의 오존 주입 방법은 기존 촉매 공정의 개선에 크게 유용할 것으로 판단된다.
한반도 동남 지역에서 고농도 오존이 발생한 사례에 대해 $NO_x$에 대한 오존의 수반민감도를 살펴보았다. 사례일에 지배적이었던 국지 순환과 고농도 오존을 모의하기 위해 WRF-CMAQ 모델을 사용하였다. 수반민감도 분석을 위해 CMAQ의 수반 모델을 적용하였다. 본 연구의 목적은 고농도 오존에 주변지역이 미친 영향을 살펴본 수용지 중심의 민감도 분석이다. 또한, 행정 구역별 기여도를 정량적으로 산정하였는데, 대구를 수용지로 하는 민감도 분석 결과 영향지역은 대구에 인접하여 포항으로 이어지는 영역과 남동쪽으로 떨어진 넓은 지역으로 나타났다. 첫 번째 영역은 고농도 사례일 당일에 배출된 $NO_x$의 민감도가 주로 나타났고 두 번째 영역은 전 날 배출에 의한 영향이었다. 반면, 부산을 수용지로 한 경우 사례일 당일 주간의 해풍의 영향으로 같은 날의 $NO_x$ 배출 효과 보다는 전 날 배출되었던 농도에 대한 민감도가 더 중요하였다. 민감도 영향지역에 대한 단면도 분석 결과 지표부근의 $NO_x$ 수송과 함께 상층에서 이류되는 영향도 중요하였다.
An experimental investigation of the gas-phase photooxidation of toluene-NO$_{x}$-air mixtures at sub-ppm concentrations has been carried out in a 6.9 m3, indoor smog chamber irradiated by blacklights. Measured parameters in the toluene-NO$_{x}$ experiments included $O_3$, NO, NO$_2$, NO$_{x}$, CO, SO$_2$ toluene, and air temperature. The initial toluene concentration ranged from 225 ppb to 991 ppb and the initial concentration ratio of toluene/NO$_{x}$ in ppbC/ppb was in the range of 5~20. It was found that the variation of gaseous species with irradiation time caused by the photooxidation of toluene-NO$_{x}$-air mixtures depended on the initial toluene concentration for similar concentration ratio of toluene/NO$_{x}$. The dependency of initial toluene concentration on the photooxidation of toluene-NO$_{x}$-air mixtures for toluene/NO$_{x}$=5~6 seemed to be opposite to that for toluene/NO$_{x}$=10~11. The arriving time at maximum ozone concentration depended on both initial toluene concentration and initial concentration ratio of toluene/NO$_{x}$. However, the maximum concentration of ozone formed by photooxidation depended only on the initial toluene concentration.luene concentration.
Volatile organic compound (VOC) emissions in the 2007 CAPSS (Clean Air Protection Supporting System) emissions inventory are chemically speciated for the SAPRC99 (Statewide Air Pollution Research Center 99) mechanism, following the Source Classification Code (SCC) matching method to borrow the U.S.EPA's chemical speciation profiles. CMAQ simulations with High-order Direct Decoupled Method (HDDM) are in turn applied to evaluate uncertainty in the method by comparing the simulated model VOC species to the observations in the Seoul Metropolitan Area (SMA) for a 2007 June episode. Simulations under-predicted ALK1 to ALK4 in SAPRC99 by a factor of 2 to 5 and over-predicted ALK5 by a factor of 7.5 while ARO1, ARO2, OLE1, and ethylene (ETH) are comparable to the observations, showing relative difference by 10 to 30%. OLE2 emissions are roughly 4 times overestimated. Emission rates for individual VOC model species are revised referring to the ratio of simulated to observed concentrations. Impact of the VOC emission changes on the overall ozone prediction was insignificant for the days of which 1-hr maximum ozone are lower than 100 ppb. However, simulations showed ozone difference by 5 to 10 ppb when high ozone above 120 ppb was observed in the vicinity of Seoul. This result suggests that evaluations on individual model VOC emissions be necessary to lead ozone control plans to the right direction. Moreover, the simulated ratios of ARO1 and ARO2 to $NO_x$ are roughly 50% lower than the observed ones, which imply that adjustment in $NO_x$ and VOC emission rates may be required to mimic the real VOC/$NO_x$ condition over the area.
Matsunaga, Sou N.;Shimada, Kojiro;Masuda, Tatsuhiko;Hoshi, Junya;Sato, Sumito;Nagashima, Hiroki;Ueno, Hiroyuki
Asian Journal of Atmospheric Environment
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제11권1호
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pp.29-32
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2017
Ozone concentration in Tokyo Metropolitan area is one of the most serious issues of the local air quality. Tropospheric ozone is formed by radical reaction including volatile organic compound (VOC) and nitrogen oxides ($NO_x$). Reduction of the emission of reactive VOC is a key to reducing ozone concentrations. VOC is emitted from anthropogenic sources and also from vegetation (biogenic VOC or BVOC). BVOC also forms ozone through $NO_x$ and radical reactions. Especially, in urban area, the BVOC is emitted into the atmosphere with high $NO_x$ concentration. Therefore, trees bordering streets and green spaces in urban area may contribute to tropospheric ozone. On the other hand, not all trees emit BVOC which will produce ozone locally. In this study, BVOC emissions have been investigated (terpenoids: isoprene, monoterpenes, sesquiterpenes) for 29 tree species. Eleven in the 29 species were tree species that did not emit BVOCs. Three in 12 cultivars for future planting (25 %) were found to emit no terpenoid BVOCs. Eight in 17 commonly planted trees (47%) were found to emit no terpenoid BVOC. Lower-emitting species have many advantages for urban planting. Therefore, further investigation is required to find the species which do not emit terpenoid BVOC. Emission of reactive BVOC should be added into guideline for the urban planting to prevent the creation of sources of ozone. It is desirable that species with no reactive BVOC emission are planted along urban streets and green areas in urban areas, such as Tokyo.
This study analyzes the characteristics of ozone weekend effect(OWE) in Busan. $O_3$ concentration on Sunday was over 10% higher than that on weekdays in all areas except for Kwangbokdong, Taejongdae, and Joadong. Such a difference was higher in the industrial area than in the residential area. $O_3$ generation was facilitated by the decrease in $NO_X$ emission on Sunday in VOC-limited regime where the VOC/$NO_X$ ratio is low. Low NO concentration in the Sunday morning decreased inhibition of $O_3$. NO-$O_3$ crossover time on Sunday was shorter than that on weekdays which in turn extended the accumulated duration of $O_3$. Future studies can include whether the entire Busan is VOCS-limited or the coastal area is VOCS-limited while the inland area is $NO_X$-limited.
The Carbon Bond Mechanism IV has been developed for use in urban- and regional-scale oxidant models. The photochemical mechanism, CBM4, contains extensive improvements to earlier carbon bond mechanisms in the chemical representations of aromatics, biogenic hydrocarbons, peroxyacetyl nitartes, and formaldehyde. Ozone is produced mainly by nitrogen oxides and hydrocarbon. By altering the initial concentrations of the mechanism, an analysis of the sensitivity of ozone concentrations to VOC/NO$\_$x/ ratios and VOC composition is conducted in this one-dimensional mechanism. Note that it is considered a chemical mechanism in order to understand the photochemical reactions within this mechanism. It analyzed the results of these simulations by applying a NO$\_$x/-sensitive and a VOC-sensitive regime. These sensitivity regimes are changed to match the relative contribution of VOC and NO$\_$x/ concentrations to ozone production in simulations of two sets.
In this study, we examined the contribution of nitrogen oxides and volatile organic compounds emitted from China and Japan to ozone concentrations over Gwangyang-bay, South Korea. We used a chemical transport model, Community Multi-scale Air Quality model, and its instrumented sensitivity tool, High-order Decoupled Direct Method. Intercontinental Chemical Transport Experiment-Phase B 2006 for East Asia and Clean Air Policy Support System 2007 emissions inventories for South Korea were used for the ozone simulation. During the study period, May 2007, the modeled maximum daily 8-hr average ozone concentration among seven air quality monitors in Gwangyang-bay was 68.8 ppb. The contribution of $NO_x$ emissions from China was 19.5 ppb (28%). The highest modeled ozone concentrations and Chinese contributions appeared when air parcels were originated from Shanghai area. The observed 8-hr average ozone concentrations in Gwangyang Bay exceeded the national ambient air quality standard (60 ppb) 203 times by daytime and 56 times by nighttime during the period. It was noticed that many exeedances happened when contribution of Chinese emissions to ozone concentrations over the area increased. Sensitivity analysis shows that a reduction in Chinese $NO_x$ and VOC emissions by 15% could lessen the total exceedance hours by 24%. This result indicates that high ozone concentrations over Gwangyang-bay are strongly enhanced by Chinese emissions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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