宿遷市城郊2021年夏季揮發性有機物(VOCs)特征分析

劉昌威，周 宇，薛 俊，孫 丹，許純領

(1.江蘇省宿遷環境監測中心，江蘇 宿遷 223800；2.武漢天虹儀表有限責任公司，湖北 武漢 430000)

1 引言

近年來，隨著宿遷市經濟穩步發展，城市臭氧污染逐年加重，成為制約空氣質量提高的重要因素。研究表明，夏季是臭氧污染最重要的季節，而VOCs是臭氧生成的重要前體物[1]，為了進一步了解臭氧來源，2021年6～8月份，利用在線氣相色譜系統在宿遷城郊對環境空氣中的揮發性有機物(VOCs)進行觀測[2]，分析了組分特征、臭氧生成潛勢并對來源進行解析[3]。

2 VOCs化學組成特征分析

2021年6～8月份，江蘇省宿遷市TH-300B大氣環境揮發性有機物(C2-C12)在線監測系統共發出92個VOCs日均值，每份小時數據包括102 種VOCs，分別為烷烴類、烯烴類、芳香烴類、炔烴類、醛酮類、鹵代烴類，比例見圖1。

圖1 VOCs組成分布

由圖1可知，2021年6～8月份宿遷市VOCs中，烷烴類占25.48%，烯烴類占8.48%，芳香烴類占10.98%，炔烴類占4.07%，醛酮類占31.20%，鹵代烴類占19.80%。

3 關鍵VOCs物種篩選

3.1 VOCs濃度貢獻篩選

對2021年6～8月份宿遷市所有VOCs濃度進行分析，篩選濃度最高的前10種VOCs組分如圖2。

圖2 VOCs濃度貢獻篩選

由圖2可知，前10種VOCs組分分別是：丙酮(3.30×10-9)、丙烷(1.48×10-9)、乙烷(1.29×10-9)、二氯甲烷(1.05×10-9)、甲苯(0.99×10-9)、氯甲烷(0.84×10-9)、乙烯(0.81×10-9)、乙炔(0.75×10-9)、2-丁酮(0.51×10-9) 、丁醛(0.51×10-9)。

2021年6月1日至8月31日voc總濃度為18.485 ×10-9，同比下降9.85%。

3.2 VOCs臭氧生成潛勢貢獻篩選

結合最大增量反應活性(Maximum Incremental Reactivity,MIR)量化VOCs的臭氧生成潛勢(Ozone Formation Potentials,OFPs)[4]。OFPs僅說明該地區大氣VOCs具有的臭氧生成的最大能力，實際對臭氧生成的貢獻量還受當地NOx濃度水平、OH自由基濃度和其他污染氣象條件等制約。

對2021年6～8月份宿遷市所有VOCs進行分析，篩選OFP貢獻最高的前10種VOCs組分如圖3。

圖3 OFP關鍵物質篩選

由圖3可知，前10種VOCs組分分別是：甲苯(16.31 μg/m3)、間/對二甲苯(14.23 μg/m3)、異戊二烯(11.19 μg/m3)、丁醛(9.78 μg/m3)、乙烯(9.09 μg/m3)、丙烯醛(7.76 μg/m3)、丙醛(6.92 μg/m3)、丁烯酮(6.25 μg/m3)、鄰二甲苯(3.95 μg/m3)、異丁烯(3.42 μg/m3)。

對OFP貢獻最大的前10種物質中，3種是芳香烴類物質，3種是烯烴類和4種醛酮類，芳香烴類物質占38.79%，烯烴類物質占26.67%，醛酮類物質占34.54%，可見，醛酮類和芳香烴類是該站點該時段VOCs中對OFP貢獻最大的關鍵活性組分。

2021年6月1日至8月31日總OFP為127.37 μg/m3，同比上升6.48%。

烷烴類雖然在該時段大氣中濃度較高，但其反應活性低，對臭氧的貢獻占比不是很大；烯烴類由于C=C雙鍵的存在致使其光化學反應活性較高，MIR較大，對臭氧的貢獻較高；而苯系物其光化學反應活性也較高，對臭氧的生成貢獻也較高，汽車尾氣、工業生產及溶劑涂料中均會有苯系物的排放，對臭氧的生成貢獻也高；醛酮類由于值較高，部分醛酮類光化學反應活性也較高，故對臭氧的生成貢獻也較高，工業生產過程中會產生醛酮類的排放，酮類還是溶劑的主要成分[5]。

4 PMF源解析

根據監測數據，進行PMF模型計算，經過PMF模型多次擬合，結合站點邊環境，確定5個較為合適的污染源類：因子1～5。

因子1是機動車尾氣，因子1中乙炔、丙烷和正戊烷、異戊烷，以及苯、二甲苯等芳香烴化合物占有較高比例，均為機動車尾氣排放的主要物種；站點距離新揚高速公路約8.5 km，周邊車流量較大，因此，可以認為因子1是機動車尾氣排放[6]。

因子2是燃燒源排放，因子2中乙炔和乙烯貢獻高，它們都是燃燒排放的特征，此外低鏈烷烴、苯系物也是燃燒的主要排放物，因此，可以認為因子2是燃燒源排放。

因子3是工業排放，工業生產過程中會有鹵代烴、苯系物、烯炔烴、醛酮和烷烴的排放；站點東北方向6.6 km處有化工園區，因此，結合周邊環境可以認為因子3是工業排放[7]。

因子4是溶劑涂料排放，因子4中苯系物和酮類占比較高，酮類是溶劑的主要成分，甲苯、乙苯、間/對二甲苯和鄰二甲苯( TEX) 主要來自涂料、油漆、合成香料、粘合劑和清洗劑等的使用[8]；站點東北方向6.6 km處有化工園區，化工園區內包括家具廠、玻璃廠、制衣廠等多家企業，均會涉及到溶劑涂料的使用，因此，可以認為因子4是溶劑涂料的使用排放[9]。

因子5是植物排放，異戊二烯是植被排放的主要特征，在本次源解析中異戊二烯只對因子5有貢獻。

PMF解析宿遷市2021年6月1日至8月31日的VOCs排放源的比例見圖4。

圖4 源解析餅狀圖

由圖4可知，宿遷市2021年6月1日至8月31日VOCs排放源中，機動車尾氣排放占24.5%，燃燒源排放占19.0%，工業排放占40.4%，植物排放占9.6%，溶劑涂料排放占6.5%[10]。

5 結論與建議

(1)2021年6月1日到8月31日VOC總濃度為18.485 ×10-9，同比下降9.85%。

(2)對OFP貢獻最大的前10種物質中，3種是芳香烴類物質，3種是烯烴類和4種醛酮類，芳香烴類物質占38.79%，烯烴類物質占26.67%，醛酮類物質占34.54%，可見，醛酮類和芳香烴類是該站點該時段VOCs中對OFP貢獻最大的關鍵活性組分。

(3)根據VOCs源解析結果，宿遷市2021年6月1日至8月31日VOCs排放源中，機動車尾氣排放占24.5%，燃燒源排放占19.0%，工業排放占40.4%，植物排放占9.6%，溶劑涂料排放占6.5%。

故建議應加強對工業企業、機動車尾氣、燃燒源的管控。