西安市冬夏季交通主干道环境空气中苯系物的污染特征*

霍霄玮 薛科社 许博健 史良于 史瑞祥

(西北大学城市与环境学院，陕西 西安 710127)

西安市冬夏季交通主干道环境空气中苯系物的污染特征*

霍霄玮 薛科社#许博健 史良于 史瑞祥

(西北大学城市与环境学院，陕西 西安 710127)

利用活性炭吸附/二硫化碳解吸—气相色谱法对西安市具有代表性的大庆路和长安路两处交通主干道进行环境空气监测，分析了冬季和夏季的苯、甲苯、乙苯、二甲苯(BTEX)等苯系物的浓度水平和日变化特征。结果表明，大庆路和长安路环境空气中总BTEX平均质量浓度冬季分别为55.27、46.01μg/m3，夏季分别为32.54、20.32μg/m3。两路段最主要的BTEX均为苯和甲苯。BTEX日变化趋势研究显示，冬季呈现早中晚3个高峰，而夏季只有早晚两个高峰；长安路由于地处西安市繁华的商业区，晚高峰出现的比大庆路晚。

苯系物 交通主干道 环境空气 西安市

大部分挥发性有机物(VOCs)具有大气化学反应活性，是形成臭氧和PM2.5的重要前体物[1-2]。众多关于VOCs的研究表明，苯、甲苯、乙苯、二甲苯(BTEX)等苯系物是大气VOCs的主要组分，具有较大的臭氧生成潜势[3]和二次有机气溶胶转化潜力[4]。长期接触BTEX等苯系物会对人体的呼吸系统、中枢神经系统和血液循环系统造成慢性或急性伤害，甚至具有致癌风险[5-6]。因此，许多发达国家已将BTEX的监测作为环境空气质量监测的常规项目，但我国的《环境空气质量标准》(GB 3095—2012)尚未对BTEX进行限定。

我国环境科学工作者在各大城市做了BTEX的研究工作，但主要集中在经济发达的京津冀地区[7-8]和长三角地区[9]，西北地区研究较少。近年来，西部大开发和新丝绸之路战略的实施使西北地区经济高速发展，但随之引起的环境空气污染问题也越来越突出。西安市是重要的西北城市，大气污染问题尤为突出。PM2.5和臭氧已成为西安市冬夏季的首要大气污染物，所以研究PM2.5和臭氧的重要前体物BTEX十分必要。研究证明，机动车尾气排放是城市BTEX的重要来源[10]。因此，本研究对西安市冬夏季两处具有代表性的大庆路和长安路交通主干道环境空气中BTEX的污染特征进行了研究，以期为西安市大气污染的治理提供参考。

1 实验部分

1.1 采样点布设

西安市的道路网为方格网、棋盘式布局，以穿越钟楼的南北主干道为中心主轴，与穿越五路口和莲湖路的东西主干道交汇，形成“十”字型格局。本研究将采样点设置于西安市大庆路开远门附近交通主干道(以下简称大庆路)和长安路小寨附近交通主干道(以下简称长安路)。大庆路和长安路分别是东西主干道和南北主干道的重要路段，均为双向八车道，交通繁忙，车流量大。经实地调研，大庆路车流量约为2 435辆/h，长安路车流量约为2 417辆/h。

1.2 样品采集

在距机动车道边缘1.0～1.5 m的人行道上采集样品，采样点距地面高度为1.5 m。分别在冬季(2015年12月至2016年1月)和夏季(2016年7月至8月)进行了样品采集，冬季共采13次，夏季共采14次。每次采样选取8:00、10:00、12:00、14:00、16:00、18:00、20:00 7个时间点，取各个时间点的平均值来研究BTEX日变化特征，取各个季节的平均值来表示BTEX季节浓度。依照《环境空气 苯系物的测定 活性炭吸附/二硫化碳解吸—气相色谱法》(HJ 584—2010)的规定，每个时间点采样时将GH-1溶剂解析型活性炭采样管与TH-110B型大气采样器连接，以0.3 L/min的速率采集空气1 h，采样结束后将活性炭采样管两端用聚四氟乙烯密封，避光保存，带回实验室冷冻保存，24 h内完成分析。

1.3 样品测定

1.3.1 样品预处理

依照HJ 584—2010的规定，将活性炭采样管中活性炭倒入磨口具塞试管中，加入1.0 mL二硫化碳后密闭，轻轻振荡，在室温下解吸1 h，取1 μL解吸液注入日本岛津GC-2010型气相色谱仪中检测苯、甲苯、乙苯、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯6种化合物。

1.3.2 色谱条件

进样口温度为200 ℃，压力为100 kPa，分流比为10∶1；检测器为氢火焰离子化检测器(FID)，温度为200 ℃，H2流量为40 mL/min，空气流量为50 mL/min，尾吹气(氦气)流量为30 mL/min；色谱柱为美国安捷伦科技有限公司的HP-1MS石英毛细管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)，初始柱温为35 ℃，保持5 min后，以5 ℃/min升温至80 ℃；载气为氦气，纯度为99.999%。

1.3.3 质量控制

每次采集样品时，做现场空白样品；采样前对大气采样器进行校准，对活性炭采样管进行穿透体积实验，保证采样流量平稳，待测物未发生穿透现象；对同一浓度的标准溶液连续进样7次，各化合物的相对标准偏差均小于4%；BTEX的方法检出限为1.0×10-3～1.5×10-3mg/m3，满足质量控制要求。由于间二甲苯和对二甲苯不能有效分离，以下统称为间对二甲苯。

2 结果与讨论

2.1 BTEX浓度水平及来源分析

大庆路和长安路冬夏两季环境空气中BTEX质量浓度如表1所示。可见，大庆路和长安路环境空气中总BTEX平均质量浓度冬季分别为55.27、46.01 μg/m3，夏季分别为32.54、20.32 μg/m3。总体来说，大庆路的BTEX浓度高于长安路，这是因为大庆路位于西安市城西工业生产的集中区域，周边有众多加工制造厂，除了交通污染源外，还存在涂料油漆、工业溶剂、化学试剂等工业生产过程中排放的BTEX。两采样点的最主要污染物是苯和甲苯。大庆路夏季的间对二甲苯浓度高于苯和甲苯是因为间二甲苯和对二甲苯未分离，其结果是两种化合物的和。

从季节分析，大庆路和长安路均表现出BTEX浓度冬季高于夏季，与翟增秀等[11]的研究结果一致。冬季BTEX污染程度普遍高于夏季，这可能与气象条件[12]和污染源排放强度有关：一方面西安市冬季大气稳定度强，混合层高度低，污染物不易扩散，而夏季大气对流强，污染物易扩散；另一方面，冬季除了来自机动车尾气排放和汽油挥发外[13]，化石燃料和生物质不完全燃烧排放也有一定的贡献[14]。

由于GB 3095—2012尚未对BTEX进行限定，参考欧盟对苯的最大质量浓度(5 μg/m3)限定和世界卫生组织(WHO)推荐的甲苯日均接触阈值(8.21 μg/m3)进行评价，大庆路和长安路冬夏两季的苯浓度均超标，两采样点的甲苯浓度冬季超过了WHO的日均接触阈值。

表1 大庆路和长安路冬夏两季环境空气中BTEX质量浓度

2.2 BTEX日变化特征

如图1(a)所示，大庆路冬季环境空气中BTEX各组分以及总BTEX日变化趋势基本相似，呈早中晚3个高峰。早晚高峰正好是8:00和18:00上下班交通高峰期，说明BTEX与交通排放紧密相关。18:00之后，各污染物浓度呈下降趋势，一方面由于交通流量下降，汽车尾气排放开始降低；另一方面由于附近工厂停止工作，工业溶剂、涂料等停止或减少使用。中午12:00—14:00的高峰与北京市等大多数城市的研究结果不同[15]，但李明谦[16]在研究西安市城区VOCs时也发现类似的结果。BTEX浓度的日变化特征与污染物的来源和气象条件等都密切相关。中午时段，街边饭馆生意火热，大量煤燃烧所排放的污染物可能是中午时段重要的污染来源。此外，冬季大气稳定度强，大气对流弱，污染物不易扩散[17]，也可能是中午时段污染物浓度偏高的原因。图1(b)显示了大庆路夏季环境空气中BTEX各组分以及总BTEX日变化趋势。与冬季不同的是，夏季只有两个高峰。上午8:00出现第1个高峰，随后BTEX各组分以及总BTEX浓度下降，14:00降为最低，与VELASCO等[18]的研究结果相同，之后又开始上升，18:00左右出现第2个高峰，这两个时间与人类活动(主要是化石燃料燃烧和机动车尾气排放)密切相关。中午没有出现高峰可能是因为西安市夏季气温高，大气边界层高度随之增高，对流作用强烈，光化学反应消耗和大气对流扩散降低了环境空气中BTEX的浓度。

图1 BTEX各组分浓度的日变化Fig.1 Diurnal variation of benzene, toluene, ethylbenzene and xylenes

如图1(c)所示，长安路冬季环境空气中BTEX各组分以及总BTEX日变化也呈现早中晚3个高峰，但与大庆路不同的是，长安路晚高峰出现的更晚，这可能是长安路处于西安市繁华的商业区，交通晚高峰一直持续到20:00以后。此外，长安路附近还有城中村使用简易煤炉作为冬季的主要取暖方式，化石燃料燃烧排放非常严重。如图1(d)所示，长安路夏季环境空气中BTEX各组分以及总BTEX日变化趋势也只呈现早晚两个高峰，早高峰出现在8:00，同样地，晚高峰持续到20:00以后。

3 结 论

(1) 大庆路和长安路环境空气中总BTEX冬季平均质量浓度分别为55.27、46.01 μg/m3，明显高于夏季(大庆路和长安路分别为32.54、20.32 μg/m3)。大庆路和长安路相比，大庆路BTEX浓度总体高于长安路。苯和甲苯是西安市环境空气中最主要的BTEX污染物。

(2) BTEX日变化趋势分析发现，冬季环境空气中BTEX日变化趋势呈现早中晚3个高峰，而夏季只有早晚两个高峰。长安路由于地处西安市繁华的商业区，晚高峰出现的比大庆路更晚。

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PollutioncharacteristicsofbenzenesinambientairaroundtrafficarteriesduringwinterandsummerinXi’an

HUOXiaowei,XUEKeshe,XUBojian,SHILiangyu,SHIRuixiang.

(CollegeofUrbanandEnvironmentalScience,NorthwestUniversity,Xi’anShaanxi710127)

The monitoring of ambient air in two typical traffic arteries (Daqing Road and Chang’an Road) in Xi’an was carried out by activated carbon adsorption/carbon disulfide desorption coupled with gas chromatography. The concentration levels and diurnal variations of benezenes (benzene,toluene,ethylbenzene and xylenes (BTEX)) were studied during winter and summer. Results showed that the average mass concentrations of total BTEX during winter were 55.27 and 46.01 μg/m3in Daqing Road and Chang’an Road,respectively,and those during summer were 32.54 and 20.32 μg/m3,respectively. The most dominant BTEX were benzene and toluene in both sampling points. The diurnal variations of BTEX showed that 3 peaks existed in winter while only 2 peaks in summer;the evening peak came later in Chang’an Road because Chang’an Road located in commercial area.

benzenes; traffic arteries; ambient air; Xi’an

10.15985/j.cnki.1001-3865.2017.04.016

2016-11-09)

霍霄玮，男，1989年生，硕士研究生，主要从事大气环境监测与大气污染治理研究。#

。

*西北大学研究生自主创新项目(No.YZZ15012)。