徐州市典型月份臭氧污染特征分析

收稿日期：2023-11-27

基金項(xiàng)目：徐州市重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（社會(huì)發(fā)展KC20057）。

作者簡介：苗欣慧（1988—），女，江蘇徐州人，工程師。研究方向：環(huán)境監(jiān)測、大氣污染防治等。

摘要：歷年6月都是徐州市臭氧污染最嚴(yán)重的月份。本文基于徐州市空氣質(zhì)量國控監(jiān)測點(diǎn)的臭氧數(shù)據(jù)，分析2023年6月徐州市臭氧污染特征。結(jié)果表明，芳香烴和烯烴是對臭氧生成貢獻(xiàn)較大的組分，乙烯、間/對-二甲苯、異戊二烯是臭氧生成潛勢（OFP）排名前三的物種，需要重點(diǎn)加強(qiáng)相關(guān)污染源的管控。

關(guān)鍵詞：臭氧污染；芳香烴；烯烴；污染管控

中圖分類號：X515 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）01-0-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.042

Analysis of typical monthly ozone pollution characteristics in Xuzhou City

MIAO Xinhui

（Xuzhou Environment Monitoring Center， Xuzhou 221002， China）

Abstract： June has been the month with the most severe ozone pollution in Xuzhou City over the years. Based on the ozone data from the national air quality monitoring points in Xuzhou City， this paper analyzes the characteristics of ozone pollution in Xuzhou City in June 2023. The results indicate that aromatic hydrocarbons and olefins are the components that contribute significantly to ozone generation， while ethylene， m/p-xylene， and isoprene are the top three species with ozone formation potential （OFP）， and it is necessary to focus on strengthening the control of relevant pollution sources.

Keywords： ozone pollution; aromatic hydrocarbons; olefins; pollution control

2023年6月，徐州市出現(xiàn)17 d污染天，均以臭氧（O3）為首要污染物，O3濃度范圍為69～222 μg/m3。

臭氧及其前體物NO2和揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）濃度變化顯示，臭氧濃度同比下降2.8%，NO2濃度同比上升5.9%，VOCs平均濃度同比下降23.1%。經(jīng)各要素對比，高溫、低濕等不利氣象條件為臭氧生成提供有利的環(huán)境，前體物濃度較高，為臭氧超標(biāo)提供充足的反應(yīng)物[1-2]。

1 光化學(xué)污染特征分析

臭氧的生成與氮氧化物（NOx）和VOCs的活性呈高度非線性關(guān)系，三者的關(guān)系十分復(fù)雜。采用不同初始濃度的NOx和VOCs的混合物，都可以得到一個(gè)O3生成潛勢（OFP）[3-5]的最大值，用此峰值與初始NOx和碳?xì)浠衔餄舛茸鲌D，就可以繪出O3峰值的等濃度曲線，該曲線反映O3生成與前體物的非線性關(guān)系。離心動(dòng)力學(xué)建模方法（EKMA）采用O3等濃度曲線，為制定控制對策提供技術(shù)支撐，這種方法常用于研究城市臭氧濃度與其前體物敏感性的關(guān)系。6月徐州市臭氧的EKMA曲線表明，橫坐標(biāo)是本地源排放的VOCs削減百分比，縱坐標(biāo)是排放的NOx削減百分比。整體來看，徐州市處于VOCs控制區(qū)，此時(shí)削減人為源VOCs排放能有效控制O3濃度，如圖1所示。

6月VOCs化學(xué)組成的占比顯示，烷烴、鹵代烴和含氧揮發(fā)性有機(jī)物（OVOCs）占主導(dǎo)地位。其中，烷烴是徐州市最主要的VOCs類別，濃度為7.8×10-9，占總VOCs的41.6%，鹵代烴和OVOCs次之，占比為17.1%和16.9%。城市大氣中的OVOCs主要來自光化學(xué)反應(yīng)生成和工業(yè)溶劑使用；鹵代烴主要來自工藝過程源和溶劑使用源，如圖2所示。

從同比變化來看，烷烴、烯烴、炔烴和芳香烴在總揮發(fā)性有機(jī)化合物（TVOCs）的占比分別上升15.3%、1.4%、1.5%和2.5%，鹵代烴和OVOCs分別下降9.1%、11.6%，烷烴、烯烴、炔烴、芳香烴占比升幅明顯。從來源上看，它們主要來自工藝過程源、溶劑使用源、移動(dòng)源、化石燃料固定燃燒源、生物質(zhì)燃燒源、餐飲油煙、儲存運(yùn)輸?shù)任廴驹碵6-7]。

6月，徐州市OFP平均值為91.1 μg/m3，VOCs各化學(xué)組成對臭氧生成的貢獻(xiàn)從大到小依次是烯烴＞芳香烴＞烷烴＞OVOCs＞鹵代烴＞炔烴，其中鹵代烴、炔烴和OVOCs對OFP的貢獻(xiàn)幾乎可以忽略不計(jì)，如圖3所示。徐州市大氣中活性較強(qiáng)的組分有烯烴和芳香烴，它們在VOCs光化學(xué)組成中占10.6%和7.6%，但對OFP的貢獻(xiàn)高達(dá)36.0%和35.9%。如表1所示，與2022年同期相比，芳香烴對OFP的貢獻(xiàn)增幅最大（7.9%）；烷烴次之，同比增加5.6%；炔烴同比增加0.03%，烯烴、鹵代烴和OVOCs分別下降11.5%、0.9%和1.2%。由此可以看出，芳香烴同比上升，且OFP貢獻(xiàn)較高，主要受工藝過程源、溶劑使用源、化石燃料固定燃燒源和移動(dòng)源影響。

2 典型污染過程的臭氧來源解析

8—16日是6月污染較重且時(shí)間最長的污染過程，其間，臭氧濃度為195 μg/m3，同比上升6.0%。本次污染持續(xù)9 d，2 d為重度污染，4 d為中度污染，占比為67%。10日，臭氧濃度為221 μg/m3，其中銅山區(qū)臭氧濃度為240 μg/m3，為本次污染過程的第一個(gè)峰值。15日臭氧濃度為222 μg/m3，賈汪區(qū)臭氧濃度為242 μg/m3，為本次污染過程的第二個(gè)峰值。

臭氧污染期間，徐州市NO2濃度為23 μg/m3，與污染前期（6月4—7日濃度17 μg/m3）相比，上升35.3%；VOCs濃度為18.2×10-9，環(huán)比上升15.2%。從VOCs濃度構(gòu)成來看，烷烴、烯烴、芳香烴、鹵代烴和OVOCs的濃度分別上升13.8%、3.2%、23.0%、10.8%和31.9%，可見污染期間，芳香烴和OVOCs升幅尤為明顯。

從OFP濃度構(gòu)成來看，污染期間，烷烴在體積濃度中占比最大，而OFP中烯烴和芳香烴占比較高，分別為39.3%和36.1%，對臭氧濃度生成的貢獻(xiàn)較為顯著。相較于污染開始前，烷烴、烯烴、芳香烴、鹵代烴和OVOCs濃度分別上升35.1%、18.8%、24.4%、21.4%和39.4%。烯烴和芳香烴物質(zhì)在污染期間對臭氧濃度生成的貢獻(xiàn)進(jìn)一步加大。2023年

6月OFP排名前十的組分如圖4（a）所示，2022年

6月OFP排名前十的組分如圖4（b）所示。

芳香烴對徐州市臭氧生成貢獻(xiàn)突出。從OFP濃度前十物種來看，乙烯、間/對-二甲苯、丙烯、鄰二甲苯、1-丁烯、2-丁酮、1，2，4-三甲基苯和正丁烷分別增加28.2%、18.0%、7.5%、17.2%、7.5%、2.7%、46.2%和16.9%。由此可以看出，芳香烴中的間/對-二甲苯、鄰二甲苯和1，2，4-三甲基苯升幅較大，乙烯和正丁烷增幅也較大。這說明汽油添加劑、涂料溶劑/添加劑、燃燒排放等領(lǐng)域[8-9]的管控力度也有待進(jìn)一步加大。

3 結(jié)論

6月影響徐州市空氣質(zhì)量的主要物種是臭氧，出現(xiàn)17 d超標(biāo)天，其中，8—16日是污染時(shí)間較長且較嚴(yán)重的一次污染過程。從臭氧生成潛勢來看，芳香烴和烯烴是對臭氧生成貢獻(xiàn)較大的組分，乙烯、間/對-二甲苯、異戊二烯是OFP排名前三的物種。8—16日的污染期間，OFP排名前十的物種中，升幅較大的有芳香烴中的間/對-二甲苯、鄰二甲苯、1，2，4-三甲基苯、乙烯和正丁烷，它們主要來自汽油添加劑、涂料溶劑/添加劑、燃燒排放等領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)

1 王占山，李云婷，陳 添，等.北京城區(qū)臭氧日變化特征及與前體物的相關(guān)性分析[J].中國環(huán)境科學(xué)，2014（12）：3001-3008.

2 劉明花，樂 群，呂勁文.上海市城郊臭氧濃度變化分析及模擬預(yù)報(bào)[J].環(huán)境科技，2008（6）：

1-4.

3 李昌龍，尚 靜，王靜怡，等.徐州市區(qū)O3濃度與前體物的變化特征分析[J].環(huán)境科技，2017（2）：31-35.

4 吳 鍇，康 平，王占山，等.成都市臭氧污染特征及氣象成因研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2017（11）：4241-4252.

5 楊錦錦，張凱山，毛紅梅，等.城市大氣中臭氧濃度控制的困難與挑戰(zhàn)：以成都市為例[J].環(huán)境工程，2017（2）：83-88.

6 高博熠，高愛舫，李紹榮，等.京津冀大氣污染傳輸通道城市：鶴壁市臭氧污染特征及潛在源研究[J].河北地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào)，2023（5）：58-66.

7 冼愛丹，徐文帥，邢 巧，等.文昌市臭氧污染特征、輸送路徑及潛在源區(qū)分析[J].環(huán)境化學(xué)，2023（9）：3017-3027.

8 周德榮，劉 祎，高 健，等.中國東部地區(qū)典型臭氧污染過程防控敏感性及減排情景研究[J].大氣科學(xué)學(xué)報(bào)，2023（5）：667-678.

9 徐棟夫，溫李明，曹萍萍.2015—2019年成都夏季地面臭氧濃度與氣象要素關(guān)系及臭氧污染天氣分型[J].氣象與環(huán)境科學(xué)，2023（5）：25-32.