2019—2021年張家口市VOCs污染特征及來源分析

摘要：本文利用2019—2021年張家口市手工監(jiān)測的揮發(fā)性有機物（VOCs）數(shù)據(jù)，對VOCs污染特征及其來源進行分析。結(jié)果表明，2019—2021年張家口市VOCs的平均體積分數(shù)分別為16.01×10-9、17.55×10-9和16.01×10-9，烷烴占比為72%～74%，烯烴占比為8%～11%，炔烴占比為4.8%～6.9%，芳香烴占比為9.7%～12.4%。C2～C5烷烴、C2～C3烯烴、乙炔、苯和甲苯是張家口市VOCs關(guān)鍵物種。2019—2021年臭氧生成潛勢（OFP）分別為97.59 μg/m3、103.79 μg/m3和88.07 μg/m3，2021年OFP較2019年下降約10%。OFP貢獻占比最高的為芳香烴，占比為40.0%，其次為烯烴，OFP貢獻占比為32.2%。甲苯和苯濃度可能主要受燃燒源和機動車尾氣的共同影響。機動車尾氣是張家口市大氣VOCs的最重要來源，其貢獻率可達33.8%，其次是工業(yè)過程源、燃燒源和溶劑使用源，其貢獻率分別為22.0%、20.5%、16.6%，而天然源的貢獻率為7.2%。

關(guān)鍵詞：張家口市；揮發(fā)性有機物；臭氧生成潛勢；來源分析

中圖分類號：X511 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2023）04-0-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2023.04.027

Analysis of VOCs Pollution Characteristics and Sources in Zhangjiakou City from 2019 to 2021

LIU Xinjun， WANG Shujuan， FAN Liru， LI Genli

（Hebei Province Ecology Environmental Monitoring Center， Shijiazhuang 050037， China）

Abstract： This paper uses the manually monitored volatile organic compounds （VOCs） data in Zhangjiakou City from 2019 to 2021 to analyze the pollution characteristics and sources of VOCs. The results show that the average volume fractions of VOCs in Zhangjiakou City from 2019 to 2021 are 16.01×10-9、17.55×10-9 and 16.01×10-9， respectively， the proportion of alkanes is 72%～74%， the proportion of olefins is 8%～11%， the proportion of alkynes is 4.8%～6.9%， and the proportion of aromatic hydrocarbons is 9.7%～12.4%. C2～C5 alkanes， C2～C3 olefins， acetylene， benzene， and toluene are key VOCs species in Zhangjiakou City. The ozone formation potential （OFP） from 2019 to 2021 was 97.59 μg/m3、103.79 μg/m3 and 88.07 μg/m3， respectively， in 2021， OFP decreased by about 10% compared to 2019. The highest OFP contribution is from aromatic hydrocarbons， accounting for 40.0%， followed by olefins， with an OFP contribution of 32.2%. The concentrations of toluene and benzene may be mainly affected by the combined effects of combustion sources and vehicle exhaust. Vehicle exhaust is the most important source of atmospheric VOCs in Zhangjiakou City， with a contribution rate of 33.8%， followed by industrial process sources， combustion sources and solvent use sources， with a contribution rate of 22.0%， 20.5% and 16.6%， respectively， while natural sources contribute 7.2%.

Keywords： Zhangjiakou City; volatile organic compounds; ozone formation potential; source analysis

揮發(fā)性有機物（VOCs）和氮氧化物（NOx）是對流層O3生成的主要前體物[1]?？刂芕OCs的排放對O3控制非常重要。大氣中的VOCs主要來自植物排放、機動車尾氣、溶劑使用和工業(yè)生產(chǎn)過程等[2]。本研究根據(jù)2019—2021年張家口市VOCs手工監(jiān)測數(shù)據(jù)，結(jié)合臭氧生成潛勢（OFP），對VOCs污染特征和來源進行分析。

1 材料與方法

采樣點設(shè)置于張家口市中心。2019—2021年4—10月，每6天進行一次手工采樣，采集周期為10：00至次日10：00。依據(jù)《環(huán)境空氣臭氧前體有機物手工監(jiān)測技術(shù)要求（試行）》進行蘇瑪罐采樣分析，分析因子包括57種臭氧前體混合物（PAMS）組分。通過嚴格的質(zhì)量保證與控制，對采集、分析等環(huán)節(jié)進行管理。本研究引用CARTER[3]獲得的最大增量反應(yīng)活性（MIR）值，計算VOCs物種的OFP，采用EPA PMF5.0軟件進行解析。

2 結(jié)果與討論

2.1 VOCs變化特征

2019—2021年，張家口市VOCs的平均體積分數(shù)（指57種PAMS體積分數(shù)之和）分別為16.01×10-9、17.55×10-9和16.01×10-9，VOCs濃度基本持平，明顯低于石家莊市[4]、唐山市[5]等工業(yè)城市，可能因為工業(yè)活動較弱且擴散條件較好。烷烴占比為72%～74%，烯烴占比為8%～11%，炔烴占比為4.8%～6.9%，芳香烴占比為9.7%～12.4%。濃度排名前10的物種為丙烷、乙烷、異丁烷、乙炔、乙烯、異戊烷、正丁烷、甲苯、苯和丙烯，累計占比為80.5%。

2.2 臭氧生成潛勢及構(gòu)成

2019—2021年，張家口市OFP分別為97.59 μg/m3、103.79 μg/m3和88.07 μg/m3，2021年較2019年下降約10%。芳香烴體積分數(shù)只有10%，卻貢獻40.0%的OFP；烯烴體積分數(shù)約為10%，貢獻32.2%的OFP。OFP貢獻排名前10的物質(zhì)為間/對二甲苯、乙烯、甲苯、丙烯、2-甲基-1，3-丁二烯、丙烷、異丁烷、鄰二甲苯、正丁烯和異戊烷，主要為芳香烴及烯烴類物質(zhì)。

2.3 特征物質(zhì)比值

甲苯與苯的比值（T/B）常用于識別芳香烴的來源。在城市，苯的主要來源是燃燒過程，如機動車尾氣排放、生物質(zhì)燃燒、燃煤過程等[6-9]。除了機動車尾氣排放外，涂料和溶劑的使用也是甲苯的重要來源，工業(yè)區(qū)環(huán)境空氣中測得的T/B為4.8～5.8，而其他燃燒過程的T/B為0.2～0.6。研究表明，T/B小于2.0時，機動車尾氣排放顯著，該比值越大，則說明氣團所受機動車尾氣以外的其他因素影響越大。張家口市T/B比值小于0.635的比例為19.2%，處于0.635～2.000的比例為69.7%，大于2.000的比例為11.1%，表明甲苯和苯濃度可能主要受燃燒源和機動車尾氣的共同影響。

2.4 PMF來源解析

選擇典型來源的典型特征物種作為輸入，剔除濃度不確定性較大的物種，所選擇的化合物約占所有物種總濃度的90%，表明所選擇的物種能代表大氣中VOCs的污染水平，能用于正定矩陣因子分解（PMF）中進行VOCs的源解析。解析結(jié)果如圖1所示。張家口市大氣中的VOCs主要有5個來源。來源一含有高占比的異戊二烯，它是生物源排放的重要示蹤物種，判定其為天然源。來源二含有高占比的烯烴和部分烷烴，判定其為工業(yè)過程源。來源三以高占比的芳香烴為主要特征，判定其為溶劑使用源。來源四含有高占比的C2～C6烷烴，判定其為機動車尾氣。來源五含有高占比的C2～C3烷烴、烯烴、乙炔和苯，判定其為燃燒源。

不同來源對VOCs的貢獻不同。經(jīng)分析，機動車尾氣是張家口市大氣VOCs的最重要來源，其平均貢獻率可達33.8%，其次是工業(yè)過程源、燃燒源和溶劑使用源，其貢獻率分別為22.0%、20.5%、16.6%，而天然源的貢獻率為7.2%。

3 結(jié)論

2019—2021年，張家口市VOCs的平均體積分數(shù)分別為16.01×10-9、17.55×10-9和16.01×10-9，烷烴占比為72%～74%，烯烴占比為8%～11%，炔烴占比為4.8%～6.9%，芳香烴占比為9.7%～12.4%。C2～C5烷烴、C2～C3烯烴、乙炔、苯和甲苯是張家口市VOCs關(guān)鍵物種。2019—2021年，OFP分別為97.59 μg/m3、103.79 μg/m3和88.07 μg/m3，2021年OFP較2019年下降約10%。OFP貢獻占比最高的為芳香烴，占比為40.0%，其次為烯烴，OFP貢獻占比為32.2%。研究表明，甲苯和苯濃度可能主要受燃燒源和機動車尾氣的共同影響。機動車尾氣是張家口市大氣VOCs的最重要來源，其平均貢獻率可達33.8%，其次是工業(yè)過程源、燃燒源和溶劑使用源，其貢獻率分別為22.0%、20.5%、16.6%，而天然源的貢獻率為7.2%。

參考文獻

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