鎮江市商業綜合體地下停車場內污染物排放特征及臭氧生成潛勢分析

王晨希 衛 嵩 田苗苗

(江蘇省鎮江環境監測中心,江蘇 鎮江 212000)

隨著區域經濟一體化進程的不斷加快,環境空氣污染已經逐步從單一、局地的城市空氣污染轉變為區域、復合型的大氣污染[1]。鎮江市在大力推進PM2.5污染防控工作的同時,已經將有效遏制臭氧前體物的生成、從源頭上減少臭氧污染,作為全年大氣污染防治工作亟須解決的關鍵問題。

揮發性有機物(VOCs)作為O3生成的重要前體物,主要包括烷烴、烯烴、芳香烴、炔烴、鹵代烴和含氧有機物等[2]。VOCs來源復雜,包括:工業排放[3]、溶劑涂料揮發[4]、機動車尾氣等人為源及植物排放等天然源[5-7]。近年來,國內外對VOCs的排放濃度、污染特征及來源情況開展了深入研究,其中大部分研究集中選取在工業園區或者郊區[8-14],如:秦艷紅等[8]在南京某典型化工園區對園區春季VOCs污染特征及其O3生成潛勢(OFP) 進行分析,研究園區內VOCs 組分占比情況和不同時刻VOCs的變化特征;胡天鵬等[9]基于某石油化工園區在線 VOCs 監測結果對其開展化學組成、光化學反應活性、時間變化特征及來源解析等方面的研究,結果發現烷烴是石油化工園區 VOCs 的最主要成分,而烷烴和烯烴分別是等效丙烯體積和最大臭氧(O3) 生成潛勢( OFP) 的最主要貢獻者;Ahsan等[10]在南京郊區連續測量了89種VOCs以及O3、氮氧化物( NOX) 、CO 和二氧化硫(SO2),通過計算OFP和二次有機氣溶膠生成潛勢( SOAFP) 證明,只有減少交通排放,降低芳香烴和烯烴的濃度,才能從根本上改善研究區域空氣質量。

商業綜合體一般集中在城市中心,臨近居民生活區,靠近市區國控站點,其地下停車場因通風條件差,極易造成污染物聚集,影響周邊空氣質量。本文以城市商業綜合區為研究對象,利用2022年對鎮江某商業綜合體地下停車場定點在線監測數據,分析綜合體地下停車場VOCs污染特征及O3生成潛勢(OFP),為今后城市商業區VOCs減排及O3污染管控措施的制定提供技術支撐。

1 研究方法

1.1 監測點位

選擇能夠代表鎮江市的主要商業綜合體,同時靠近國控站點,能夠反映區域環境空氣污染特征的綜合體內地下停車場開展采樣工作。采樣點位示意見圖 1。

綜合體內地下停車場位于城市中心,周邊交通密集,人口眾多,離最近的國控站點直線距離為2.0 km,毗鄰居民區,周邊工業污染源相對較少。

圖1 采樣位點示意圖

1.2 監測頻次

本次監測時間為2022年8月11-15日,選擇綜合體每日營業時間內人流、車流最多的時間段10：00-11：00,11：00-12：00,12：00-13：00,13：00-14：00,14：00-15：00共計5個監測時段,連續采樣監測。

1.3 監測設備

本次監測采用定點在線監測,監測設備為高時空分辨率大氣 VOCs 走航監測系統(SPIMS2000),由廣州禾信儀器股份有限公司自主研發,該系統包含車載式大氣采樣系統、環境空氣快速監測預警溯源系統軟件、飛行時間質譜儀工作站軟件、GPS 記錄儀等配置,具有靈敏度高、檢測范圍廣、無需樣品前處理直接檢測等優點,可實時顯示空氣污染全組分譜圖和實時超標報警提示,全面動態掌握污染情況,結合企業原輔料、生產情況、污染排放情況確定 VOCs 污染來源,為區域揮發性有機物的精細化管理提供數據支撐。

采用智能六參儀監測分析CO, PM10, PM2.5, NO2, O3, SO2六項污染物指標。儀器型號:H6型便攜式多參數空氣質量監測儀(廠家:青島和誠環保)。

1.4 監測原理

設備的主要原理:樣品氣體無需進行預處理,經過聚二甲基硅氧烷(PDMS)膜導入反應室,采用單光子電離技術,真空紫外燈(10.6 eV)將氣體軟電離后,形成各自特征的分子離子,各分子離子在相同路徑的真空飛行時間質量分析器中飛行,具有較小質荷比的先到達終點,具有較大質荷比的后到達終點,依據到達終點飛行時間的先后順序實現對不同物質的定性定量分析。

1.5 OFP計算方法

環境空氣中VOCs 反應生成O3的量取決于不同組分被氧化的速率、具體的氧化機理、VOCs組分在大氣中的濃度等因素[9]。Wu等[14]提出最大增量反應活性( MIR)可以用來衡量VOCs不同組分經過反應生成O3的OFP,具體計算公式如下:

OFPi= MIRi× ( VOCs)i

式中: ( VOCs)i—VOCs中物質i的質量濃度,μg /m3;

MIRi—VOCs中物質i的O3最大增量反應中的O3生成系數。

2 結果與討論

2.1 各監測時段VOCs濃度分布特征

五個監測時段的TVOC值由圖2所示,地下停車場的TVOC均值為768.65 ppbv,整體濃度較高,其原因主要由于停車庫通風條件差,機動車尾氣不易擴散。10：00-11：00地下停車庫的排風系統處于排風期間,TVOC濃度值最小,為657.13 ppbv。11：00-12：00超市冷鏈車在未熄火狀態下停靠在附近,受冷鏈車尾氣影響,此時TVOC濃度值最大,為888.34 ppbv。12：00-13：00,13：00-14：00,14：00-15：00三個時間段均受垃圾站房和機動車尾氣影響,TVOC濃度相對較高,分別為848.30 ppbv,886.76ppbv和853.52 ppbv。

圖2 監測期間各時間段TVOC濃度值

2.2 各監測時段VOCs組分變化特征

5個監測時段的VOCs組分占比如圖3所示,圖3表明,由于各監測時段因地庫排風系統定期開啟時間差異、不同時間段車流量產生尾氣量的差異和是否處于貨物裝卸、垃圾運輸等時間節點等的不同,各監測時段的VOCs組分占比存在差異,但從整個監測過程來看,醇酸酯、芳香烴、醛酮類和烷烯烴類在5個監測時段占比均較高,在制定綜合區地下停車場VOCs防控計劃時,應作為重點關注對象。

圖3 監測期間各時間段VOCs分類占比圖

2.3 各監測時段VOCs種類變化特征

綜合體地下停車場位于附近國控站點正南方,直線距離2.0 km。各監測時段VOCs濃度前十物種由表1所示,監測時段1處于排風開啟時段,主要受排風系統抽風影響,VOCs濃度整體較低。監測時段2處于超市冷鏈車裝卸貨物時段,此時VOCs濃度浮動主要受冷鏈車尾氣排放影響。監測時段3和4處于車流高峰,且此時段伴隨垃圾運轉工作,地庫內汽車尾氣濃度升高,且異味明顯。監測時段5主要受機動車尾氣影響VOC濃度有所浮動。在整個監測時段乙醇、乙醛和二甲苯等VOCs物種濃度最高,應作為重點關注對象。

表1 各監測時段VOCs體積濃度排名前十物種

2.4 各監測時段OFP變化特征

為探究監測期間商業綜合體地下停車場VOCs組分對周邊臭氧濃度的影響,本研究對綜合體地下停車場VOCs的臭氧生成潛勢進行分析,由圖4可知:二甲苯和丙烯在五個時段中臭氧生成潛勢最高,監測時段1和監測時段3臭氧生成潛勢前五物種排序為:二甲苯>丙烯>乙醛>丁烯>丙烯醛;監測時段2臭氧生成潛勢前五物種為:二甲苯>丙烯>丁烯>丙烯醛>乙醛;監測時段4和監測時段5臭氧生成潛勢前五物種為:二甲苯>丙烯>丁烯>甲苯>乙醛。

2.5 各監測時段六參數變化特征

對綜合體地下停車場不同時段CO,PM10,PM2.5,NO2,O3,SO2六項污染物濃度進行分析,推斷污染物的變化特征及產生原因。

如圖5所示,從監測時段1開始,CO平緩上升,PM10和PM2.5變化一致,呈現波動上升趨勢,NO2和O3變化一致,在初始濃度波動上升后趨于平緩,SO2濃度較平穩。監測時段2時,CO,PM10,PM2.5,NO2和O3濃度升高,出現以CO,PM10,PM2.5,NO2和O3為主的污染,尤其CO在整個時段2中濃度最高,在此時段大型貨車來往頻繁,因此表明機動車尾氣對CO,PM10,PM2.5,NO2和O3影響較大。在監測時段3、4、5中,六項污染物均表現出CO,PM10和PM2.5的濃度均較高,該時段監測點附近垃圾站房裝卸頻繁,且出現明顯惡臭,表明垃圾站房及機動車尾氣對CO,PM10和PM2.5的影響。在整個監測時段,CO,PM10,PM2.5,NO2,O3,SO2平均濃度分別為5766.46,159.73,81.47,41.50,70.56 μg/m3和3.97 μg/m3,其中CO平均濃度最高,在所有污染物中影響最大。

圖5 5個監測時段六項污染物濃度變化

3 結論

(1)綜合體地下停車場整體TVOC濃度較高,均值為768.65 ppbv,10：00-11：00受地下排放系統影響TVOC濃度值最小(657.13 ppbv),11：00-12：00超市卸貨口有冷鏈車存在未熄火狀態TVOC濃度值最大(888.34 ppbv)。

(2)5個監測時段的VOCs組分占比表現為醇酸酯、芳香烴、醛酮類和烷烯烴類占比較高,在VOCs防控時應重點關注。VOCs優勢物種顯示乙醇、乙醛和二甲苯等物種濃度較高,尤其在垃圾轉運時段。在整個監測時段應重點關注VOCs物種為乙醇、乙醛和二甲苯等物質。

(3)VOCs物種的臭氧生成潛勢計算結果主要表現二甲苯、丙烯、乙醛、丁烯等物種的臭氧生成潛勢較高。

(4)綜合體地下停車場5個時段CO,PM10,PM2.5,NO2,O3,SO2六項污染物平均濃度分別為5766.46,159.73,81.47,41.50,70.56 μg/m3和3.97 μg/m3,其中CO濃度顯示高值,CO在所有污染物中影響最大。

(5)商業綜合體地下停車場通風條件差,易造成污染物聚集,構建地下停車場通風系統時,應增加換氣次數和新風量,對地下停車場內的污染物進行有效的稀釋,降低地下停車場內污染物濃度。完善新能源汽車配套基礎設施,推廣新能源汽車應用,從源頭上減少尾氣排放污染。同時,要強化無組織廢氣收集,使污染廢氣能夠符合標準進行排放,降低對周邊環境的影響。

4 治理措施與建議

針對以上研究結果,為改善綜合體停車場內空氣質量,減少空氣污染,治理建議如下:

(1)限制尾氣排放,提倡新能源車出行。嚴格執行國家和地方針對汽車尾氣排放相關標準,在綜合體停車場內建設和完善車輛檢測設施,對汽車尾氣進行實時監測和排放監測。

(2)安裝智能化排風通風系統,提高綜合體停車場內部清潔保潔的管理水平。根據停車場的面積及車流情況科學規劃通風排風系統,保障停車場內地面硬化合規,減少尾氣和揚塵污染。

(3)大力發展綜合體智能停車場,建立智能化綜合體管理系統。將停車場、停車誘導系統、停車場管理系統用通信、計算機、傳感與控制等先進技術有效地集成,實現準確、高效的數字化、網絡化、智能化綜合停車誘導,減少人為接觸機動車尾氣的機率,保障人們的身心健康。

(4)增強對綜合體停車場內部的管理和督促力度,出臺地下停車場空氣質量標準及管理的規定,規范停車場的建設、運行和維護情況,使地下停車場的空氣質量有規劃設計和監管的依據。