吴泾地区挥发性有机物与空气质量相关性的分析

杜庆璋

（上海市闵行区环境监测站，上海 201199）

挥发性有机物（Volatile Organic Compounds，VOCs）， 会在常温下，以气态分子的形态存在于空气之中，其特点是浓度低、活性强、危害大。挥发性有机物按化学结构可以分为：烃类、酮类、酯类、醇类、醛类、胺类、腈类等。VOCs 不仅本身具有较强毒性和致癌性，同时还是大气污染物PM2.5 和臭氧的重要前体污染物[1]。随着我国城市和工业的快速发展，VOCs 对于空气质量的影响也越来越 明显。

虽然现在国家标准对于VOCs 的检测主要还是使用气相色谱-质谱联用仪（GC-MS），但随着科技的发展，在线VOCs 监测分析系统已经进入商业使用，并能够实时提供监测数据。在线监测系统一般包括如下几个模块：采样和传输系统、数据采集和控制系统、在线监测系统、报警系统等。这里使用的是闵行区吴泾在线环境监测点的在线监测设备，该监测点的检测设备是气相色谱仪GC955-615 和GC955-815，配备的检测器为光离子化检测器（Photo Ionization Detector，PID）和氢火焰离子化检测仪（Flame Ionization Detector，FID），它们能够在线监测63 种有机物的浓度，并进行数据处理。

1 各类挥发性有机物的占比

本研究采集了2019年吴泾在线监测站一个月的实时数据。在线数据采集频率为每小时一次，理论可监测的挥发性有机物共63种，实际监测的物质为43种，如图1所示。在实际监测的43 种物质中，丙烷的当月总排放浓度为6 829.51 μg/m3，日均排放浓度为220.31 μg/m3，占43 种监测有机物的19%；乙烷位居第二，日均浓度为188.51 μg/m3，占比17%；甲烷排在第三，占比为10%。而以正庚烷和邻-二甲苯为代表的其余28种有机物只占到总挥发性有机物排放量的2%左右。

图1 挥发性有机物的各物质占比

2 不同类型的挥发性有机物贡献情况

VOCs 的来源主要有机动车尾气、油气挥发、黏结剂、溶剂以及植物排放[2]。结合当月闵行区AQI 指数分析，如图2所示，烷烃、烯烃和芳香烃三种类型的挥发性有机物中，烷烃类含量占比最高，占比超过每天挥发性有机物总排放浓度的50%。一方面可能是因为吴泾地区是上海的工业园区，工业生产所排放的污染物中烷烃物质含量较高，另一方面则有可能是因为异戊烷、2-甲基戊烷和3-甲基戊烷等烷烃物质是机动车尾气中的标志性物质。有研究表明，汽车尾气是大气中苯系物的主要来源[2]。从图2也能发现，芳香烃含量也相对较高，计算当月31 天苯和甲苯的比值，得出最后的均值为：0.61（B/T 值＞0.5），也可以证明机动车尾气是吴泾地区的主要VOCs排放来源。图2中，AQI指数趋势与VOCs排放量的趋势基本吻合，说明VOCs 浓度和AQI 指数有一定的相关性。

图2 三种类型VOCs 浓度和AQI 指数的关系

3 挥发性有机物与空气指标的相关性

为了更好地研究VOCs 与环境空气质量的相关性，使用工业区自动站每天二十四小时采集的数据（PM10、PM2.5、SO2、NO2和O3），与VOCs 总 排放浓度共31 天744 组数据逐一计算，通过皮尔森（Pearson）相关系数模型计算其相互之间的潜在关联，各物质与VOCs 总量的相关系数如表1所示。

由表1中的各物质与挥发性有机物的相关系数可以看出，与VOCs 相关系数最高的是CO，其次是PM2.5，两种物质在90%置信区间内与VOCs 之间的相关系数分别为0.676 和0.612，根据皮尔森相关系数强度，属于强相关；PM10 和NO2与VOCs 的相关系数都在0.4 ～0.6，属于中等相关；SO2与VOCs 的相关系数小于0.2，属于不相关；而O3和VOCs 属于中等负相关。

其中，CO 的主要来源是石油原料燃烧和汽车发动机排放，它与挥发性有机物强相关，说明不管是工厂还是汽车发动机在燃烧过程中都会向大气中排放CO 和挥发性有机物，所以两者呈强相关性。

PM2.5 与VOCs 两者强相关，PM10 与VOCs 两者中等强相关。因为挥发性有机物在空气中会形成固体或者液体气溶胶分散于大气中，所以VOCs 的浓度与两者之间也有紧密的联系。

最后，O3与NO2分别与挥发性有机物呈中等负相关和正相关。从图3的月趋势图能够清晰看出，当VOCs 浓度处于峰值时，O3的浓度都是低谷，相反也是同样的情况；而VOCs 与NO2的浓度趋势基本相似，说明挥发性有机物在光化学反应下与氮氧化物生成O3，当它们反应后，两者的浓度就会相应变低，O3的浓度则会升高。

表1 VOCs 与环境空气指标（SO2、NO2、O3 、CO、PM10 和PM2.5）间的相关性

图3 二氧化氮、臭氧和挥发性有机物的趋势

4 结论

根据吴泾工业区的在线监测数据，人们可以看出大气中的挥发性有机物对环境空气的影响，挥发性有机物的浓度越高，空气质量监测指标物质含量也会越高，空气质量也就越差，两者存在紧密的联系。吴泾工业区挥发性有机物主要为烷烃类物质，其中丙烷占比最大，同时苯和甲苯的比值大于0.5，说明汽车尾气的排放量是空气中挥发性有机物的主要来源，而挥发性有机物会对大气造成相当的污染。所以，人们应该尽量减少私家车的出行，而选择公共交通。另外，工业工区的燃料和溶剂的挥发也应该严格和安全地进行管理，化工厂应使用高标准的净化设备，以控制废气的排放。