上海某工業(yè)區(qū)周邊農(nóng)田大氣中揮發(fā)性有機(jī)物污染特征及來(lái)源分析

項(xiàng)凌云，韓德明

（上海交通大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海　200240）

?

上海某工業(yè)區(qū)周邊農(nóng)田大氣中揮發(fā)性有機(jī)物污染特征及來(lái)源分析

項(xiàng)凌云，韓德明

（上海交通大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海200240）

摘要：工業(yè)排放的揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）通過(guò)遷移以及干濕沉降會(huì)對(duì)工業(yè)區(qū)周邊農(nóng)田造成一定的影響。對(duì)上海某工業(yè)區(qū)周邊農(nóng)田場(chǎng)地的樣本研究表明：大氣中揮發(fā)性有機(jī)物含量在時(shí)間上，下午（609.75g/m3）>上午（498.25g/m3）>晚上（316.16g/m3）；在空間上總體上表現(xiàn)為場(chǎng)地內(nèi)東北方位最高，西南方位最低的分布特征。物污染來(lái)源，主成分分析結(jié)果顯示VOCs主要來(lái)源為有機(jī)溶劑、噴涂工業(yè)生產(chǎn)排放源、燃料的揮發(fā)以及汽車(chē)尾氣等。

關(guān)鍵詞：大氣污染物；時(shí)空分布特征；VOCs

隨著城鎮(zhèn)化發(fā)展，很多地區(qū)呈現(xiàn)農(nóng)村和工業(yè)區(qū)并存，而工業(yè)排放的揮發(fā)性有機(jī)物通過(guò)遷移以及干濕沉降會(huì)對(duì)周邊農(nóng)田造成一定的影響。揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）是大氣中的重要污染物，可以通過(guò)參與大氣光化學(xué)反應(yīng)生成二次污染物如臭氧、過(guò)氧乙酰硝酸酯和有機(jī)氣溶膠等，對(duì)人體健康、氣候、環(huán)境等造成間接影響。同時(shí)，VOCs中苯及鹵代芳香烴等對(duì)人體產(chǎn)生致癌與非致癌健康影響。目前，對(duì)大氣中揮發(fā)性有機(jī)物污染的研究主要集中在城市和城鄉(xiāng)結(jié)合部，而對(duì)工業(yè)區(qū)周邊農(nóng)田的環(huán)境影響研究較少。本研究以上海浦東新區(qū)某工業(yè)區(qū)周邊的農(nóng)田為研究對(duì)象，通過(guò)采集大氣樣品以了解該場(chǎng)地內(nèi)VOCs的時(shí)空分布特征以及來(lái)源，為控制和防治區(qū)域的大氣污染以及城市工業(yè)區(qū)規(guī)劃提供依據(jù)。

1　材料與方法

（1）大氣樣品采集。該農(nóng)田場(chǎng)地位于上海浦東某工業(yè)區(qū)內(nèi)，場(chǎng)地面積約為11萬(wàn)m2。其東部為某化工噴涂企業(yè)，西部、南部為工業(yè)區(qū)景觀(guān)河與農(nóng)田，北部為某電子科技公司。根據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量檢測(cè)點(diǎn)位布設(shè)技術(shù)規(guī)范》，在該場(chǎng)地內(nèi)共布設(shè)23個(gè)大氣采樣點(diǎn)，其中場(chǎng)地內(nèi)22個(gè)，市區(qū)對(duì)照點(diǎn)1個(gè)。

樣品的采集方法主要采用氣袋（Tedlor袋）采樣法，采樣時(shí)間為2015年7月6日至2015年8月5日。每天采集三個(gè)時(shí)間段大氣樣品，分別為上午（9:00～11:00）、下午（14:30～16: 30）和晚上（19:00～21:00），共采集了122個(gè)樣品。采樣期間，主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|風(fēng)、東南風(fēng)以及西南風(fēng)，風(fēng)速1.6～5.4m/s，溫度范圍為21～38℃。每次樣品采集完以后，將樣品在低溫環(huán)境下運(yùn)輸至實(shí)驗(yàn)室并盡快進(jìn)行分析。

（2）樣品分析。采用6370-5975c型GC-MS色質(zhì)聯(lián)用儀（美國(guó)安捷倫科技公司）以及熱脫附儀（英國(guó)馬克斯公司）對(duì)采集的大氣樣品進(jìn)行分析。DB-624型石英毛細(xì)管色譜柱，60m×0.32mm×0.25μm。載氣為氦氣，進(jìn)樣口溫度為140℃，色譜柱升溫條件為45℃維持8min，以7℃/min的速度運(yùn)行至220℃，維持6min。流量為1.2 mL/min，分流比為不分流。掃描方式為全掃描，掃描范圍為35～270amu；離子化能量為70eV，接口溫度為280℃。本研究共檢測(cè)出98種揮發(fā)性有機(jī)物，其中烷烴29種，烯烴11種，芳香烴16種，鹵代烴20種，醛類(lèi)6種，酮類(lèi)6種，其它10種。為保證所獲得的數(shù)據(jù)的真實(shí)性與可靠性，現(xiàn)場(chǎng)采樣嚴(yán)格按照相關(guān)的采樣技術(shù)規(guī)范及方法進(jìn)行。

2　污染特征討論

（1）大氣中VOCs濃度水平。大氣中共檢測(cè)出98種有機(jī)物，有機(jī)物總濃度范圍為61.88～1107.43g/m3，平均濃度為444.77±233.43g/m3，見(jiàn)表1所示。其中，芳香烴類(lèi)濃度最高，其次為烷烴類(lèi)和酮類(lèi)。單種污染物濃度濃度最高的前5種污染物依次為甲苯（98.54±66.16g/m3）>丙酮（60.12±41.53g/m3）>正己醛（30.27±19.17g/m3）>正辛烷（24.98±23.20g/m3）>1-己烯（24.48±75.55g/m3）。將本研究檢測(cè)出的VOCs濃度與國(guó)內(nèi)外其它研究對(duì)比發(fā)現(xiàn)，該農(nóng)田場(chǎng)地大氣中濃度高于北京、寧波等城區(qū)濃度，而低于我國(guó)臺(tái)灣、土耳其Aliaga等地濃度。

表1　本研究與國(guó)內(nèi)外其它VOCs濃度對(duì)比（單位：μg/m3）

（2）大氣污染物的時(shí)間分布特征。在時(shí)間上，場(chǎng)地范圍內(nèi)大氣中污染物總濃度表現(xiàn)出較明顯的變化趨勢(shì)。對(duì)比周末與工作日?qǐng)龅刂形廴疚餄舛龋梢园l(fā)現(xiàn)所有采樣點(diǎn)工作日大氣中污染物濃度顯著高于周末。例如場(chǎng)地內(nèi)東南角A3采樣點(diǎn)的污染物濃度，污染物總濃度周末為232.17g/m3，工作日該位置濃度為457.25g/m3，工作日濃度幾乎為周末濃度的2倍。在一天的具體三個(gè)時(shí)間段中，污染物濃度水平表現(xiàn)為下午>上午>晚上。場(chǎng)地范圍內(nèi)，上午、下午和晚上的平均濃度分別為498.25±189.22g/m3、609.75±297.16g/m3和316.16±159.94 g/m3。相比上海市區(qū)對(duì)照點(diǎn)108.9g/m3，場(chǎng)地內(nèi)大氣中VOCs濃度明顯較高，表明其受到VOCs排放源的影響。

（3）污染物空間上分布特征。以各時(shí)間段的平均值進(jìn)行污染物在場(chǎng)地空間上的分布特征分析，結(jié)果如圖1所示。可以清楚的看出，大氣中污染物在場(chǎng)地的東北角（平均濃度為611.95±57.65g/m3）出現(xiàn)高濃度區(qū)域，而場(chǎng)地范圍內(nèi)西北（214.35±29.63g/m3）和西南（263.62±162.50g/m3）較邊緣位置呈現(xiàn)出最低濃度。根據(jù)實(shí)地采樣以及調(diào)研，發(fā)現(xiàn)位于場(chǎng)地東面的化工噴涂企業(yè)，其噴涂車(chē)間主要設(shè)置在北部方位。同時(shí)，當(dāng)風(fēng)向?yàn)闁|風(fēng)時(shí)，場(chǎng)地內(nèi)大氣中濃度會(huì)顯示出較明顯的增加。因此，推斷場(chǎng)地濃度的東高西低、北高南低的空間分布趨勢(shì)，受污染源排放以及氣象條件的兩方面影響。

圖1　污染物總濃度空間分布圖

3　污染物來(lái)源檢測(cè)分析

作為源探究的工具，主成分分析法為VOCs的來(lái)源提供了可靠的方法。采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行主成分分析，以43種平均濃度大于2.00g/m3的有機(jī)物濃度值為輸入變量，低于檢測(cè)限以0值替代。對(duì)主成分分析得到的成分矩陣進(jìn)行方差極大法旋轉(zhuǎn)，前4個(gè)特征值大于1的成分累計(jì)占總成分的79.86%，本次選取前4個(gè)成分進(jìn)行本次污染來(lái)源的分析。

主成分1中，因子載荷大于0.6的主要為苯系物、醛類(lèi)和酮類(lèi)等物質(zhì)。苯、甲苯、對(duì)/間二甲苯、醛類(lèi)和酮類(lèi)化合物等主要來(lái)自涂料、油漆、粘合劑和涂料的稀釋劑等的使用。場(chǎng)地東面的工噴涂企業(yè)擁有噴漆生產(chǎn)線(xiàn)工藝以及IML（模內(nèi)鑲件注塑）產(chǎn)品生產(chǎn)線(xiàn)工藝，使用了溶劑型油墨、油漆、油漆溶劑、油墨稀釋劑等物質(zhì)。因此，可以認(rèn)為源1是油漆、有機(jī)溶劑等揮發(fā)源。

主成分2中，因子載荷大于0.6的污染物主要為庚烷、芳香烴類(lèi)物質(zhì)。芳香烴類(lèi)物質(zhì)除部分來(lái)源于溶劑揮發(fā)外，噴涂、膠版印刷和電路板清洗等工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程也會(huì)存在一定量的排放。因此，源2可以解釋為來(lái)自工業(yè)排放揮發(fā)源。

主成分3對(duì)污染源的解釋貢獻(xiàn)率為11.078%，其正方向主要物質(zhì)為C2～C5低碳烷烴類(lèi)物質(zhì)。根據(jù)已有研究成果，這些物質(zhì)主要來(lái)源于汽油蒸汽和液態(tài)石油的揮發(fā)以及化石生物質(zhì)燃料的不完全燃燒產(chǎn)物。因此可以認(rèn)為源3是料揮發(fā)及其不完全燃燒產(chǎn)物源。

主成分4的方差貢獻(xiàn)率為6.74%，三甲基戊烷、正己烷、1-己烯在主成分4的載荷值分別為0.961、0.966和0.962。三甲基戊烷、正己烷等是汽油車(chē)尾氣的特征標(biāo)志物，因此可以認(rèn)為源4是汽車(chē)尾氣排放源。

參考文獻(xiàn)

［1］王宇.北京市典型道路空氣中揮發(fā)性有機(jī)物污染特征與模擬［D］.北京：北京林業(yè)大學(xué)，2014.

［2］HSIEH C C，TSAI J H.VOC concentration characteristics in southern Taiwan［J］.Chemosphere，2003，50（4）：545-556.

［3］Yetkin Dumanoglu，Melik Kara，Hasan Altiok.Spatial and seasonal variation and source apportionment of volatile organic compounds （VOCs）in a heavily industrialized region［J］.Atmospheric Environment，2014，（98）：168-178.

［4］夏芬美，李紅，李金娟，柴發(fā)合，李宏姣，張玉潔，王學(xué)中，張瑋琦，畢方.北京市東北城區(qū)夏季環(huán)境空氣中苯系物的污染特征與健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)［J］.生態(tài)毒理學(xué)報(bào)，2014，（6）：1041-1052.

［5］張平.杭州市空氣中苯系物的污染特征、來(lái)源及健康風(fēng)險(xiǎn)［D］.浙江：浙江大學(xué)，2007.

［6］翟增秀，鄒克華，李偉芳，王亙，翟友存.天津中心城區(qū)環(huán)境空氣揮發(fā)性有機(jī)物污染特征分析［J］.環(huán)境科學(xué)，2013，（12）：4513-4518.

［7］羅達(dá)通，高健，王淑蘭，王紅麗，王倩，陳長(zhǎng)虹.上海秋季大氣揮發(fā)性有機(jī)物特征及污染物來(lái)源分析［J］.中國(guó)環(huán)境科學(xué)，2015，（4）：987-994.

［8］周裕敏，郝鄭平，王海林.北京地區(qū)城鄉(xiāng)結(jié)合部大氣揮發(fā)性有機(jī)物污染及來(lái)源分析［J］.環(huán)境科學(xué)，2011，（12）：3560-3565.

［9］王臻，程金平，吳詩(shī)劍，張建萍,邵海洋.車(chē)載色質(zhì)——熱脫附聯(lián)用系統(tǒng)及其對(duì)惡臭類(lèi)物質(zhì)測(cè)定的研究［J］.化學(xué)通報(bào)，2014，（12）：1229-1232.

［10］NELSON P F，QUIGLEY S M.Non-methane hydrocarbons in the atmosphere of Sydney，Australia［J］.Environmental Science Technology, 2008，16（10）：650-655.

［11］BARLETTA B，MEINARDI S，ROWLAND F S，et al.Volatile organic compounds in 43 Chinese cities［J］.Atmospheric Environment，2005，39（32）：5979-5990.

［12］鄭偉巍，畢曉輝，吳建會(huì)等.寧波市大氣揮發(fā)性有機(jī)物污染特征及關(guān)鍵活性組分［J］.環(huán)境科學(xué)研究,2014，27（12）：1411-1419.

The Characteristics and Source Analysis of Atmospheric Volatile Organic Compounds in the Farmland Surrounding by Industrial Zone in Shanghai

XIANG Ling-yun，HAN De-ming
（School of environmental science and engineering，Shanghai Jiaotong University，Shanghai 200240，China）

Abstract：Industrial emissions of volatile organic compounds may cause certain influence to surrounding farmland environment by migration and dry wet subsidence.This study sets of one farmland in industrial zone in Shanghai as the research object，and carries out the investigation of atmospheric environment quality monitoring around to analyze the spatial and temporal distribution of atmospheric pollution and the sources.The results showed that the average VOCs concentrations in the afternoon （609.75g/m3）>that in the morning（498.25g/m3）> that in the evening（316.16g/m3）.The space distribution characteristics showed highest for the northeast, southwest area were the lowest. PCA analysis suggested that organic solvent volatilization，industrial production, fuel volatilization and car exhaust emissions were the main sources.

Key words：air pollutant；spatial temporal feature；VOCs

作者簡(jiǎn)介：項(xiàng)凌云，主要研究方向：環(huán)境科學(xué)。

收稿日期：2015-12-25

中圖分類(lèi)號(hào)：X511

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2095-980X（2016）01-0151-02