基于走航監測的北京市城區晚高峰VOCs污染特征分析

岳天佐，賈建平，胡 劍，武高峰，吳輝廷，秦建偉，徐 科，陳興春，趙露露，李雪君，王明陽

（北京奧達清環境檢測有限公司，北京 100176）

近年來，隨著一系列大氣污染控制措施的實施，北京市城區、郊區的顆粒物濃度顯著下降，霧霾天氣發生頻次降低，空氣質量明顯改善，但臭氧污染問題仍突出，逐漸成為制約北京市大氣環境問題的重要因素。臭氧（O3）和二次有機氣溶膠（SOA）是VOCs的重要前體物，與光化學煙霧和灰霾天氣的形成密切相關。目前，如何協同控制PM2.5和O3，已成為每個生態環保單位關注和工作的重點。環境大氣中的VOCs種類繁多，成分復雜，其主要來源于天然因素和人為因素。但在城區，人為因素是VOCs來源的主要原因。文件《2020年揮發性有機物治理攻堅方案》提出，有條件的工業園區，政策鼓勵其開展企業VOCs成分分析、特征物質識別、走航觀測以及溯源等分析工作。

走航觀測是定量認識區域大氣污染特征的重要方法，與遙感監測和地面固定站點監測比較，走航觀測具有分辨率高、監測范圍廣的優點，同時，走航觀測還可以實時測量，有較好的靈活性和較強的機動性。相較于離線的實驗室分析檢測，其最大的特點是便攜、可移動、實時性，但無法滿足大范圍的監測工作的需要。VOCs走航監測能夠快速掌握一定區域內VOCs的時空分布及污染特征，本研究基于具有走航質譜監測模塊與氣相色譜-質譜分析模塊、單質譜分析與氣相色譜-質譜聯用分析（GC-MS）兩種應用模式的VOCs雙通道（+顆粒物）走航監測系統，對北京市城區某典型區域的VOCs和顆粒物進行一次走航監測，并在此基礎上，疊加監測分析晚高峰交通污染源的影響，有助于認識晚高峰期間城區VOCs大氣污染程度和組成成分特性，給相關區域開展大氣污染治理提供重要的技術支持；同時，也對VOCs和顆粒物走航監測的應用提供相關經驗支持。

1 材料和方法

1.1 走航監測范圍及監測時間

走航監測主要范圍為北京市某典型城區區域，區域內建筑類型主要包括工業園區、旅游景區、居民生活區、醫院、公園等，2個大型生產企業工業園區為互聯網科技企業園區以及精密電子生產園區。走航時間選擇在晚高峰期間，城區交通最高的16∶16～17∶31。監測期間濕度：64.7%、氣溫：-3.00 ℃、風向：南風、風速：5.7 m/s，對大氣特征污染物如烯烴、烷烴、總揮發性有機化合物（TVOCs）進行采樣監測。走航監測時間是2022年1月21日，走航車速度保持在20 km/h左右，發現異常點位時進行區域駐點監測。

1.2 監測設備說明

VOCs走航監測系統由杭州譜育科技發展有限公司研發，該系統在車體上可集成6大系統，分別是：①雙通道質譜分析系統；②氣象五參數系統；③GPS定位系統；④大氣自動采樣系統；⑤全自動惰性化系統；⑥VOCs動態稀釋儀等系統。雙通道質譜分析系統中，一通道為直接質譜分析系統，利用單質譜秒級連續響應迅速找到VOCs污染高值點，實時獲取VOCs單組分和TVOCs濃度變化和分布規則；另一通道是氣相色譜-質譜聯用（GC-MS）分析通道，先用色譜柱分離樣品，再用質譜快速檢測分離后的物質，實現VOCs樣品的定量和定性分析。

2 結果與討論

2.1 檢測結果

將走航路徑監測的VOCs 總量濃度和顆粒物匯 總 分 類，分 成4個 等 級：0～100、101～200、201～300、301～1 000 μg/m3，用不同顏色表示，顏色越深表示VOCs的總量濃度越高。北京市城區顆粒物及VOCs 總量的走航圖見圖1，監測數據顯示，此次監測過程中PM2.5質量濃度介于48.00～103.00 μg/m3之間，均值為60.98 μg/m3，是環境空氣質量標準一級限值（35.00 μg/m3）的1.74倍，最高值為103.00 μg/m3；PM10質量濃度范圍為55.00～111.00 μg/m3，均 值 為67.75 μg/m3，超過環境空氣質量標準一級限值（50.00 μg/m3）的35.5%，最高值為111.00 μg/m3；TSP總懸浮顆粒物均值為67.75 μg/m3，低于環境空氣質量標準一級限值（120.00 μg/m3），最高值為110.00 μg/m3，推測原因為交通擁堵導致。

圖1 顆粒物及VOCs走航監測結果圖

本次走航監測過程中TVOCs 的瞬時濃度平均值是117.21 μg/m3，但走航路徑中發現VOCs濃度峰值高于200 μg/m3的異常點位有4個，這個值遠大于該區域的VOCs平均濃度，因此對該區域涉及VOCs 排放的重點企業和城市道路擁堵路段要精細化管控。研究將TVOCs濃度與測得的氣象要素風向、風速、氣壓、濕度、溫度進行相關性分析，皮爾森相關系數結果（表1）顯示，VOCs的質量濃度與風向、濕度呈顯著正相關關系，即VOCs的質量濃度隨濕度的增加而升高，且受風向的影響較為明顯；與風速、溫度呈顯著負相關關系，當風速、溫度越低時，VOCs的質量濃度越高。

表1 TVOCs與氣象要素的皮爾森相關系數

2.2 VOCs組成特征

對于利用GC-MS對于VOCs組分進行定點采樣、分析監測結果如圖2所示，VOCs主要組分以苯及苯系物為主，其中1，2-二甲基苯、甲苯、苯、乙基苯，分別占VOCs含量的39.94%、26.65%、21.77%和11.64%。甲苯和苯間濃度的比值法通?？捎糜谂袛郪OCs污染物的大致來源。已有源譜表明生物質、煤炭等燃燒源中甲苯/苯平均濃度的比值（T/B）通常低于1，機動車尾氣中通常在1.42左右，一般認為不超過2，不同文獻結果略有不同，工業過程/溶劑程使用源中比值可能超10。本研究中所測得的T/B為1.22，更加符合機動車尾氣排放特征。

圖2 VOCs 組分百分比含量圖

3 結論與展望

（1）本次對北京朝陽區晚高峰城區路段的顆粒物及VOCs走航監測結果顯示，該區域TSP總懸浮顆粒物均值為67.75 μg/m3，低于環境空氣質量標準一級限值（120.00 μg/m3），VOCs的瞬時濃度均值為117.21 μg/m3，整體質量濃度處于較低水平。

（2）皮爾森相關系數結果顯示，VOCs的質量濃度與風向、濕度呈顯著正相關關系，與風速、溫度呈顯著負相關關系，應注意特殊氣象條件下對于VOCs的管控，加強對重點涉VOCs企業的精細化管控以及城市道路擁堵路段的管控。

（3）該監測區域VOCs濃度主要受苯系物的影響，該時間段、該監測區域，VOCs的優勢組分主要以甲苯、苯、乙基苯和1，2-二甲基苯為主的苯系物，排放源符合機動車尾氣排放特征。