廈門某工業園區周邊VOCs組成特征及來源分析

林國輝

(廈門市環境監測站，福建 廈門 361021)

當前階段，我國面臨細顆粒物(PM2.5)污染形勢依然嚴峻和臭氧(O3)污染日益凸顯的雙重壓力，特別是在夏季，臭氧已成為導致部分城市空氣質量超標的首要因子。揮發性有機物(VOCs)是形成臭氧及二次氣溶膠的重要前體物，主要存在于企業原輔材料或產品中，部分屬于有毒有害物質，是導致工業園區空氣質量相對較差、惡臭投訴多等生態環境問題的重要污染因子。強化VOCs減排已經成為協同控制PM2.5和O3污染的重要管控措施[1]。生態環境部印發的《2020年揮發性有機物治理攻堅方案》指出，鼓勵有條件的工業園區分析企業VOCs組分構成，識別特征物質，開展走航監測以及溯源分析等工作。

工業園區大氣成分復雜，且反應性強，企業之間排放污染物疊加重合，排放點多面廣，監測難度大。李春玉和張珊等[2]用氣相色譜技術評估園區的VOC污染狀況和臭氧生成潛勢研究；楊建虎等[3]利用在線GC/MS識別園區特征因子以及未知組分；王紅麗等[4]利用走航監測技術，系統評估工業園區VOCs污染水平及特征。氣相色譜法只能對已知組分進行監測，對園區未知物質的定性定量分析能力不足。在線GC/MS只能駐點分析，受風向影響較大，對污染物溯源分析能力不足。走航監測技術對環境大氣VOCs覆蓋率不足，監測結果與實際濃度存在一定差距。

本研究采用在線GC/MS對廈門市某工業園區周邊進行駐點監測，結合風速、風向等污染物氣象擴散條件要素，對照同期位于狐尾山的城市環境空氣質量監測數據，分析該工業園區的VOCs濃度水平及特征組分。利用走航監測技術，對園區周邊路段進行走航監測，分析園區污染分布規律，對VOCs異常高值點進行組分分析，解析污染來源[5]。通過工業園區與城市環境VOCs監測數據比較，結合走航監測結果，較為全面地評估了工業園區的VOCs污染水平和組分構成，使得溯源分析更為精準，研究結果有助于系統認識工業園區VOCs污染情況，以期為園區VOCs監管及減排提供重要支撐。

1 材料與分析方法

1.1 在線GCMS設備

本研究采用美國INFICON有限公司生產的HAPSITE ER型便攜式GC/MS聯用儀；使用采集裝置采集200 mL環境空氣，使用Tri-bed濃縮管濃縮VOCs，經氣相色譜分離后再進入質譜分析。色譜柱使用100%聚甲基硅氧烷固定相，60℃到180℃程序升溫，四極桿檢測器，校準氣體為Linde公司生產的56組分PAMS和65組分TO15標氣，內標氣包括4-溴氟苯、溴氯甲烷、氯苯-D5和1,4二氯苯，運行過程選擇全掃描方式。

1.2 走航監測設備

本文采用杭州譜育科技發展有限公司生產的EXPEC 3500 Plus 監測系統。該系統為雙通道質譜分析系統，一通道為直接進樣質譜分析通道，樣品不通過色譜，直接進入質譜檢測器進行檢測，實現快速質譜分析； 另一通道為氣相色譜-質譜聯用(GC-MS)分析通道，首先通過色譜柱對樣品行分離，然后利用質譜對分離后的物質進行檢測，實現準確的定性和定量分析。走航監測過程中，環境空氣持續進入采樣通道后，樣品經離子源離子化后得到 VOCs 特征離子，根據特征離子及其濃度對環境空氣中的 VOCs 進行快速定性、定量分析，快速找出走航區域內的 VOCs 濃度高點。在高值點，選擇吸附熱解吸進樣，樣品中各組分先經氣相色譜柱分離，依次進入質譜分析。

2 結果

2.1 ΣVOCs濃度水平

圖1 工業區周邊和狐尾山ΣVOCs濃度水平

監測時段內，該工業區周邊駐點ΣVOCs最高值為172.2 nmol/mol，出現在2021年2月25日18時，同期狐尾山(城市環境點)值為15.88 nmol/mol，此時風向為西南方向，來向為工業區方向，說明該時段工業區內有明顯的有機物排放；4日18時后略有上升，走勢與狐尾山數據較為一致，該時段應該是工業區排放疊加氣象擴散不利導致。新陽居住區ΣVOCs平均值為26.5 nmol/mol，同期狐尾山平均值為20 nmol/mol，工業區周邊比同期城市大氣環境高32%。結合風向分析，西南風向ΣVOCs平均值為32.7 nmol/mol，非西南風向ΣVOCs平均值為25.0 nmol/mol，西南風向ΣVOCs比非西南風向高31%。

2.2 特征組分識別

該工業園區周邊特征組分為二硫化碳、丙酮、二氯甲烷、2-丁酮、苯、甲苯、二甲苯等。其中，二硫化碳是橡膠助劑的原料[6]；二氯甲烷、丙酮是常用的化學溶劑，在高分子、制藥領域有廣泛運用。

二硫化碳個別小時濃度值較高，明顯高于狐尾山濃度；平均值為3.25nmol/mol，間歇排放特征明顯，二硫化碳高值時段，多為西南風向，西南風向二硫化碳平均值為7.29nmol/mol，非西南風向平均值為1.59nmol/mol，西南風向高3.6倍。這說明西南風向為二硫化碳的主要來源。西南方向有一家輪胎橡膠企業，其廢氣處理措施為UV紫外光解，可能是VOCs的主要來源之一。

表1 在線GC/MS特征組分數據分析 單位:nmol/mol

2.3 走航監測結果

本次走航VOCs濃度水平平均值在88 nmol/mol，最高值為242 nmol/mol。走航區域內共發現VOCs高值點5處。

圖2 工業區走航總體效果圖

對VOCs高值點進行GC/MS采樣分析，主要組分為乙酸乙酯、三氯乙烯、甲苯、二甲苯、十一烷、十二烷、十三烷等。主要來源可能為溶劑揮發或機動車尾氣排放[8]。

表2 走航特征組分數據分析

3 結論

①在線GC-MS數據分析發現，該工業區周邊環境空氣揮發性有機物特征組分為二硫化碳、丙酮、二氯甲烷、2-丁酮、苯、甲苯、二甲苯等。單物質濃度值均未超過嗅閾值，但多種揮發性物質疊加仍有可能產生異味[9]。

②該工業區ΣVOCs濃度水平超出同期城市大氣環境32%左右。西南風向ΣVOCs高于非西南風向約31%。西南風向二硫化碳平均值高于3.6倍。說明西南方向可能為該工業區周邊環境空氣揮發性有機物的主要來源。

③走航監測表明，該工業區周邊路段存在多處VOCs高值點。主要特征組分為乙酸乙酯、三氯乙烯、甲苯、二甲苯、十一烷、十二烷、十三烷等，主要來源可能為溶劑揮發或機動車尾氣排放。