晉城市環(huán)境空氣中VOCs生成臭氧潛勢分析

文_李廣池 晉城市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測站

本文利用手工監(jiān)測數(shù)據(jù)，研究晉城市臭氧污染特征，篩選出對O3生成貢獻(xiàn)較大的VOCs物種，分析環(huán)境空氣中VOCs的來源，明確對O3形成貢獻(xiàn)較大的VOCs物種和主要行業(yè)，為制定晉城市本地化的VOCs控制對策提出科學(xué)建議。

1 數(shù)據(jù)來源與方法

1.1 研究區(qū)域

晉城市位于山西省東南部，市境總面積9490平方公里，其中市區(qū)面積149平方公里。全境位于盆地之中，地勢呈北高，中、南部低的簸箕狀，周邊地形不利于污染物擴(kuò)散，工業(yè)企業(yè)以煤化工、鑄造、火電、鋼鐵等行業(yè)為主。

1.2 研究方法

在晉城市區(qū)設(shè)置1個(gè)采樣點(diǎn)， 2019年春季（4月）和夏季（5月）用蘇瑪罐采集VOCs樣品，用氣相色譜-質(zhì)譜對VOCs樣品分析。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果分析主要物質(zhì)種類組成及占比、污染來源，利用最大增量反應(yīng)活性系數(shù)法（MIR）計(jì)算，分析臭氧生成潛勢（OFP）。

1.3 數(shù)據(jù)來源

本次研究所用數(shù)據(jù)主要來源：在晉城市生態(tài)環(huán)境局樓頂設(shè)置1個(gè)采樣點(diǎn)，采樣時(shí)間為2019年春季（4月）和夏季（5月），采樣頻次為1次/6天，使用6L蘇瑪罐采集樣品，監(jiān)測采樣時(shí)間為當(dāng)日10：00至次日10：00。分析樣品8個(gè)，每個(gè)樣品70種VOCs，其中包括57種非甲烷烴（Non-methane hydrocarbons,NMHCs），即PAMS清單VOCs，13種醛酮類物質(zhì)。

2 VOCs組成特征分析

春季（4月）大氣中70種VOCs檢出來的污染物30種，濃度由高至低前十種化合物依次是：乙烯、甲醛、丙酮、苯乙烯、乙烷、乙醛、丙烷、乙炔、正十一烷、甲苯。這十種化合物總共占VOCs總濃度的86.8%。苯/甲苯（B/T，w%）的平均比值為0.80，乙苯/間-對二甲苯的平均比值為0.22，說明晉城市環(huán)境空氣中VOCs受機(jī)動(dòng)車尾氣和燃煤排放的影響。

春季（4月）大氣中70種VOCs分為烷烴、烯烴、炔烴（指乙炔）和芳香烴、醛酮。其中，烷烴占比為15.84%；烯烴占比為28.87%；炔烴占比為2.99%；芳香烴占比為15.47%；醛酮濃度占比為36.82%。烯烴和醛酮是環(huán)境空氣VOCs化合物中的主要組分。

夏季（5月）大氣中70種VOCs檢出來的污染物68種，較4月份增加了38種，月平均濃度增加144.2%。大氣中濃度由高至低前十種化合物依次是：2-甲基-1,3-丁二烯、甲醛、丙酮、正丁烯、正十二烷、乙醛、2-甲基戊烷、丙烯醛、丙醛、間/對-二甲苯。這十種化合物總共占VOCs總濃度的58.6%。2-甲基-1,3-丁二烯（異戊二烯）排名第一，來源于天然源植物，說明植物對VOCs有較大貢獻(xiàn)。苯/甲苯（B/T，w%）的平均比值為0.94，乙苯/間-對二甲苯的平均比值為0.55，說明晉城市環(huán)境空氣中VOCs受機(jī)動(dòng)車尾氣和燃煤排放的影響。經(jīng)綜合分析，晉城市環(huán)境空氣VOCs主要來源是天然源植物、機(jī)動(dòng)車排放、燃煤排放。

夏季（5月）70種VOCs分為烷烴、烯烴、炔烴（指乙炔）和芳香烴、醛酮。其中，烷烴占比為26.02%；烯烴占比為23.81%；炔烴占比為0.08%；芳香烴占比為11.32%；醛酮占比為38.06%。、烷烴、烯烴和醛酮是環(huán)境空氣VOCs化合物中的主要組分。

3 臭氧生成潛勢（OFP）分析

VOCs是形成臭氧的重要前體物，了解對臭氧生成貢獻(xiàn)較大的VOCs物種和種類，有利于有的放矢地開展臭氧污染防治工作。因此，本報(bào)告利用“最大活性增量（maximum incremental reactivity, MIR）”法計(jì)算了57種NMHCs和13種OVOCs對近地面臭氧生成的貢獻(xiàn)-臭氧生成潛勢（ozone formation potential, OFP）。5月VOCs的總平均OFP值比4月VOCs的總平均OFP值增加了180.8%。

圖1 OFP中排名前十的VOCs化合物

春季（4月）大氣VOCs中對總OFP值貢獻(xiàn)最大的前10種化合物由高至低如圖1所示，這10種VOCs總共貢獻(xiàn)了總OFP值的95.3%。由圖1可知，對臭氧生成貢獻(xiàn)大的VOCs是濃度較高且活性較強(qiáng)的乙烯、甲醛、乙醛、烯烴和醛酮類化合物，主要來自工業(yè)生產(chǎn)使用的涂料和溶劑。

春季（4月）經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，57種NMHCs和13種OVOCs分為烷烴、烯烴、炔烴（指乙炔）、芳香烴和OVOCs。其中，OVOCs的OFP值占比為37.78%；烯烴的OFP值占比例為53.49%；芳香烴的OFP值所占比例為6.44%；烷烴的OFP值占比例為1.71%；炔烴的OFP值占比為0.58%。

圖2 OFP中排名前十的VOCs化合物

夏季（5月）大氣VOCs中對總OFP值貢獻(xiàn)最大的前10種化合物由高至低如圖2所示，這10種VOCs總共貢獻(xiàn)了總OFP值的78.4%。由圖2可知，對臭氧生成貢獻(xiàn)大的VOCs是2-甲基-1，3-丁二烯（異戊二烯）排名第一，占排名前十的VOCs化合物的41.39%，說明植物對臭氧的生成產(chǎn)生影響。其次濃度較高且活性較強(qiáng)的是甲醛，還有烯烴、醛酮類和間/對-二甲苯化合物，主要來自工業(yè)生產(chǎn)使用的涂料和溶劑。

夏季（5月）經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，57種NMHCs和13種OVOCs分為烷烴、烯烴、炔烴（指乙炔）、芳香烴和OVOCs。其中，OVOCs的OFP值占比為40.19%；烯烴的OFP值占比例為43.93%；芳香烴的OFP值占比例為11.02%；烷烴的OFP值占比例為4.72%；炔烴的OFP值占比為0.13%。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

通過對晉城市大氣VOCs監(jiān)測結(jié)果分析，主要物質(zhì)種類組成及占比、污染來源分析，利用最大增量反應(yīng)活性系數(shù)法（MIR）計(jì)算，分析臭氧生成潛勢（OFP）。主要得出以下結(jié)論：

晉城市大氣中70種VOCs檢出來的污染物夏季（5月）多于春季（4月），平均濃度增加144.2%。

晉城市大氣中70種VOCs。夏季（5月） VOCs的總平均OFP值高于春季（4月） VOCs的總平均OFP值，總平均OFP值增加了180.8%。

春季（4月）對臭氧生成貢獻(xiàn)大的VOCs是濃度較高且活性較強(qiáng)的乙烯、甲醛、乙醛、烯烴和醛酮類化合物，主要來自工業(yè)生產(chǎn)使用的涂料和溶劑，2-甲基-1，3-丁二烯（異戊二烯）排在第六，來源于天然源植物，尤其是闊葉類植物，說明植物對臭氧生成也有貢獻(xiàn)。

夏季（5月）對臭氧生成貢獻(xiàn)大的VOCs是2-甲基-1，3-丁二烯（異戊二烯）排名第一，占排名前十的VOCs化合物的41.39%，說明植物對臭氧的生成產(chǎn)生影響。

4.2 建議

對晉城市環(huán)境空氣VOCs濃度及臭氧生成潛勢的分析表明，晉城市工業(yè)生產(chǎn)和使用的涂料、溶劑對晉城市臭氧生成潛勢貢獻(xiàn)較大，因此一方面工業(yè)企業(yè)在生產(chǎn)工藝選擇上，優(yōu)先選擇VOCs排放量小的生產(chǎn)工藝，另一方面對工業(yè)生產(chǎn)使用的涂料和溶劑產(chǎn)生VOCs的企業(yè)進(jìn)行有效的治理，從源頭削減、過程控制、末端治理等環(huán)節(jié)優(yōu)化，以技術(shù)進(jìn)步為主線，優(yōu)選低揮發(fā)、低活性物種進(jìn)行源頭替代，加強(qiáng)工藝過程的無組織排放檢測與修復(fù)；此外工業(yè)涂裝、道路修護(hù)等涉及到戶外VOCs使用的環(huán)節(jié)，應(yīng)避開白天光化學(xué)反應(yīng)強(qiáng)烈時(shí)段進(jìn)行錯(cuò)峰，從而降低環(huán)境空氣中臭氧濃度水平，實(shí)現(xiàn)環(huán)境空氣質(zhì)量的改善。同時(shí)，晉城市還應(yīng)加強(qiáng)機(jī)動(dòng)車，尤其是柴油車的管控，如涉柴油車活動(dòng)在夜間進(jìn)行等。

另外，由于植物對臭氧生成有貢獻(xiàn)，特別是夏季對臭氧生成貢獻(xiàn)較大，建議在綠化時(shí)應(yīng)進(jìn)行樹種的選擇，因闊葉類植物對臭氧生成貢獻(xiàn)較大，所以，盡量進(jìn)行樹種的科學(xué)優(yōu)化，也可以對現(xiàn)有綠化中闊葉類植物進(jìn)行適當(dāng)?shù)臉浞N更換。