福州市主城區大氣VOCs污染特征及來源特征

丘萬鵬

（龍巖市上杭生態環境局，福建 上杭 364200）

1 數據來源及數據處理

本文采用的數據來自福建省超級大氣監測站，該站點位于福州市鼓樓區的福建省環境監測站樓頂。該站點的設立為大氣環境質量分析、污染物成因分析、大氣環境管理等工作提供了重要支撐。本次采用該站點2018年全年的大氣光化學組分監測數據，對116種VOCs組分監測數據進行研究分析，了解掌握2018年度福州市主城區VOCs濃度的時間序列變化特征及種類、組分特征和來源特征，為福州市的VOCs和臭氧污染防治提供決策依據。

通過對數據有效性核查、Excell數據篩選、統計，柱狀圖、餅狀圖分析等對數據進行處理，確保數據的有效性和客觀性，分析結果的真實性和可靠性。經數據處理，剔除因設備故障、調試、數據校準等產生的無效數據，2018年共獲得7116組有效監測數據，占總監測數據的85%。全年VOCs平均濃度為15.87ppb，濃度范圍為2.22～141.43ppb。為方便分析，將116種組分的VOCs劃分為烷烴、鹵代烴、醛酮類、芳香烴、烯烴、炔烴、含氧類等7大種類。

2 結果與分析

2.1 VOCs日變化特征

福州市省環境監測站點位VOCs日變化特征如圖1所示，從圖1可看出，早（07:00～11:00）、中（12:00～18:00）、晚（19:00～06:00）的VOCs平均濃度分別為17.01ppb、14.3ppb和16.16ppb，呈現早間VOCs濃度最高，晚間其次，午間最低的日變化特征，各種類VOCs平均濃度也呈現此規律。原因可能是晚間地面溫度和大氣邊界層有所降低，不利于污染物擴散，累積致使VOCs濃度不斷升高，加之早間高峰時段汽車尾氣排放增加，導致VOCs在早間達到高值；隨著光照強度不斷增強，地面溫度和大氣邊界層抬升，大氣流動增強，光化學反應消耗速率加快，污染物濃度也就隨之降低；另外也存在夜間企業VOCs排放量增加的可能性。

圖1 2018年福州市省環境監測站點位VOCs日變化情況

2.2 VOCs季節變化特征

福州市省環境監測站點位VOCs季節變化特征見圖2，從圖2可看出，VOCs平均濃度季節變化呈現秋季＞冬季＞夏季＞春季的特征。其中，含氧類在春季濃度最大，醛酮類在夏季濃度最大，鹵代烴在秋季濃度最大，芳香烴、炔烴、烯烴、烷烴在冬季濃度最大。福州市夏季的主導風向為東南風，冬季主導風向為東北風，位于福州市東南方向的閩侯縣、福清市，分布著數量較多的工業涂裝、化工化纖、印刷印染、工業鍋爐等涉VOCs企業，位于福州市東北方向的連江縣、羅源縣，分布著一定數量的工業爐窯、鍋爐、涂裝等涉VOCs企業，所以風向季節性變化以及行業企業生產季節性變化都有可能是造成VOCs濃度季節性特征的原因。

圖2 2018年福州市省環境監測站點位VOCs季節變化情況

2018年福州市省監測站點位VOCs各組分與種類年均濃度之間的關系

2.3 VOCs種類、組分濃度與來源特征

2.3.1 VOCs種類、組分濃度特征

從圖3可看出，VOCs各種類年均值占比為：含氧類1%、醛酮類15%、鹵代烴22%、芳香烴11%、炔烴5%、烯烴10%、烷烴36%，呈現出烷烴＞鹵代烴＞醛酮類＞芳香烴＞烯烴＞炔烴＞含氧類的特征。

圖3 2018年福州市省監測站點位VOCs各種類濃度占比

通過進一步篩選、分析，從各種類中篩選出對濃度貢獻前10位的關鍵組分，見表1。按照濃度高低分別為丙烷、丙酮、乙烷、二氯乙烷、乙烯、乙炔、正丁烷、二氯甲烷、甲苯、一氯甲烷。從表1可看出，分別占該種類的比重為：34.0%、78.5%、29.7%、30.7%、63.8%、98.7%、14.3%、22.4%、42.3%、19.9%。前10位的關鍵組分年平均濃度之和為11.45ppb，占全年VOCs平均濃度比重的72%。其中醛酮類中丙酮占了絕大部分；炔烴中幾乎全部來自乙炔；烷烴主要由丙烷、乙烷、正丁烷組成，三者之和占了78%；而鹵代烴主要由一氯甲烷、二氯甲烷、二氯乙烷組成，三者之和占了73%。

2.3.2 VOCs來源特征

從圖3、下表可以看出，占比最高的是烷烴，乙烷、丙烷、正丁烷分別占29.7%、34.0%和14.3%，占烷烴總量的78%，是烷烴中的主要組分。蔡長杰等[2]人對上海市夏季大氣中VOCs源解析研究表明，烷烴主要來自交通工具尾氣排放、燃料揮發（液化石油氣/天然氣泄漏和汽油蒸發）和溶劑使用, 其分擔率分別為 45%、32%、12%；陸思華[3]等人的研究表明，城市環境空氣中乙烷、丙烷、正丁烷的主要來源是液化石油氣車輛尾氣的排放；McCarthy M C[4]

等人的研究表明，丙烷和丁烷是LNG/PG的主要成分。因此，烷烴的來源主要來自機動車尾氣排放和燃料揮發，少部分來自溶劑使用。

其次是鹵代烴，占比重2 2%。二氯乙烷、二氯甲烷、一氯甲烷分別占3 0.7%、22.4%、19.9%，占鹵代烴總量的73%，是鹵代烴中的主要組分。文獻表明[5]，城市揮發性鹵代烴中的二氯甲烷、二氯乙烷、三氯甲烷主要源于交通道路源排放，一氯甲烷則主要來自以海洋和植物排放為主的天然源。福州市屬于沿海地市，且植被覆蓋率較高，與該項研究結果相符。因此，本研究區域大氣中鹵代烴的主要來源是機動車排放及海洋和植物排放。

醛酮類占比第三，約占15%。其中丙酮占該種類總量達78.5%，其在貢獻前10的關鍵組分中排名第二。導致丙酮濃度相對較高的原因是：1）汽車尾氣中丙酮含量較高[6]；2）福州市區周邊存在一定數量的涂料等溶劑使用的工業企業，而丙酮是這些工業常用的溶劑；3）丙酮在大氣中停留時間較長，光解及與·OH反應的速率分別是50d和60d[7、8]，導致出現累積效應。

占比第四的是芳香烴，約占11%。甲苯則占芳香烴比重42.3%，喬月珍等[9]人的研究表明，輕型汽油車尾氣VOCs中甲苯、二甲苯約占43%；蔡長杰等[2]人的研究表明，芳香烴主要來自溶劑使用、交通工具尾氣排放、工業生產和燃料揮發，其分擔率分別為35%、26%、22%、17%，可知芳香烴可能來自機動車排放和燃料揮發、溶劑使用和工業生產。烯烴占比約10%，乙烯是其中的主要組成，烯烴主要來自交通工具尾氣排放和燃料揮發[6]。炔烴占比5%含量較低，其中98.7%為乙炔，文獻表明乙炔是燃燒源的示蹤物[10]，是燃料不完全燃燒的產物。根據福州市及周邊燃燒源的分布情況，市區存在機動車燃料的燃燒，市區東北方向的長樂區、連江縣，東南方向的福清市均分布著一定數量的燃煤、燃生物質鍋爐，市區周邊也分布著幾家大型的燃煤電廠。因此，乙炔的來源可能是機動車燃料、煤、生物質等燃料的不完全燃燒。

綜上，福州市主城區的VOCs主要是來自人為源排放，小部分來自天然源。根據分析，10種關鍵組分均可能來自機動車排放，且7種類別的VOCs大部分也可能來自機動車排放，因此，機動車排放是福州市主城區VOCs的主要來源，其次是燃料揮發和工業溶劑使用，而工業企業燃料燃燒及海洋和植物等天然源排放也占了小部分。

3 結論

（1）大氣中VOCs各種類年平均濃度呈現烷烴＞鹵代烴＞醛酮類＞芳香烴＞烯烴＞炔烴＞含氧類的特征，其中按照各組分濃度高低排列分別是丙烷、丙酮、乙烷、二氯乙烷、乙烯、乙炔、正丁烷、二氯甲烷、甲苯、一氯甲烷。研究區域大氣中的有機物來源比較復雜，主要來自人為源排放，其中機動車排放是主要來源，其次是燃料揮發和溶劑使用，而工業企業燃料燃燒及海洋和植物等天然源排放也占了小部分。

（2）一天中各時段VOCs平均濃度呈現上午＞晚上＞中午的特征，這一方面與夜間溫度低、大氣邊界層低，污染物不易擴散，造成累積有關；另一方面可能是受城市居民上班出行早晚高峰和工業污染源夜間排放量增加的影響。因此，建議福州市進一步加強出行高峰期的交通疏導；建議執法部門查閱上風向工業企業夜間用電情況，及時發現可能的違法違規生產企業，并開展夜查，實施精準執法，降低工業源排放。

（3）福州市主城區VOCs平均濃度季節變化呈現秋季＞冬季＞夏季＞春季的特征。其中，含氧類在春季濃度最大，醛酮類在夏季濃度最大，鹵代烴在秋季濃度最大，芳香烴、炔烴、烯烴、烷烴在冬季濃度最大。分析表明，可能與風向季節性變化以及行業企業生產季節性變化有關。

（4）建議福州市加強對機動車的監管，嚴格執行汽、柴油機動車排放新標準，降低汽、柴油車污染物排放；有效整合機動車檢驗檢測各項措施、系統，充分利用年檢站、遙感監測系統、道路檢測、抽測等獲取的數據，強化數據聯動，實現對不達標車輛的精準查處。