晋城市环境空气中VOCs生成臭氧潜势分析

文_李广池 晋城市环境保护监测站

本文利用手工监测数据，研究晋城市臭氧污染特征，筛选出对O3生成贡献较大的VOCs物种，分析环境空气中VOCs的来源，明确对O3形成贡献较大的VOCs物种和主要行业，为制定晋城市本地化的VOCs控制对策提出科学建议。

1 数据来源与方法

1.1 研究区域

晋城市位于山西省东南部，市境总面积9490平方公里，其中市区面积149平方公里。全境位于盆地之中，地势呈北高，中、南部低的簸箕状，周边地形不利于污染物扩散，工业企业以煤化工、铸造、火电、钢铁等行业为主。

1.2 研究方法

在晋城市区设置1个采样点， 2019年春季（4月）和夏季（5月）用苏玛罐采集VOCs样品，用气相色谱-质谱对VOCs样品分析。根据监测结果分析主要物质种类组成及占比、污染来源，利用最大增量反应活性系数法（MIR）计算，分析臭氧生成潜势（OFP）。

1.3 数据来源

本次研究所用数据主要来源：在晋城市生态环境局楼顶设置1个采样点，采样时间为2019年春季（4月）和夏季（5月），采样频次为1次/6天，使用6L苏玛罐采集样品，监测采样时间为当日10：00至次日10：00。分析样品8个，每个样品70种VOCs，其中包括57种非甲烷烃（Non-methane hydrocarbons,NMHCs），即PAMS清单VOCs，13种醛酮类物质。

2 VOCs组成特征分析

春季（4月）大气中70种VOCs检出来的污染物30种，浓度由高至低前十种化合物依次是：乙烯、甲醛、丙酮、苯乙烯、乙烷、乙醛、丙烷、乙炔、正十一烷、甲苯。这十种化合物总共占VOCs总浓度的86.8%。苯/甲苯（B/T，w%）的平均比值为0.80，乙苯/间-对二甲苯的平均比值为0.22，说明晋城市环境空气中VOCs受机动车尾气和燃煤排放的影响。

春季（4月）大气中70种VOCs分为烷烃、烯烃、炔烃（指乙炔）和芳香烃、醛酮。其中，烷烃占比为15.84%；烯烃占比为28.87%；炔烃占比为2.99%；芳香烃占比为15.47%；醛酮浓度占比为36.82%。烯烃和醛酮是环境空气VOCs化合物中的主要组分。

夏季（5月）大气中70种VOCs检出来的污染物68种，较4月份增加了38种，月平均浓度增加144.2%。大气中浓度由高至低前十种化合物依次是：2-甲基-1,3-丁二烯、甲醛、丙酮、正丁烯、正十二烷、乙醛、2-甲基戊烷、丙烯醛、丙醛、间/对-二甲苯。这十种化合物总共占VOCs总浓度的58.6%。2-甲基-1,3-丁二烯（异戊二烯）排名第一，来源于天然源植物，说明植物对VOCs有较大贡献。苯/甲苯（B/T，w%）的平均比值为0.94，乙苯/间-对二甲苯的平均比值为0.55，说明晋城市环境空气中VOCs受机动车尾气和燃煤排放的影响。经综合分析，晋城市环境空气VOCs主要来源是天然源植物、机动车排放、燃煤排放。

夏季（5月）70种VOCs分为烷烃、烯烃、炔烃（指乙炔）和芳香烃、醛酮。其中，烷烃占比为26.02%；烯烃占比为23.81%；炔烃占比为0.08%；芳香烃占比为11.32%；醛酮占比为38.06%。、烷烃、烯烃和醛酮是环境空气VOCs化合物中的主要组分。

3 臭氧生成潜势（OFP）分析

VOCs是形成臭氧的重要前体物，了解对臭氧生成贡献较大的VOCs物种和种类，有利于有的放矢地开展臭氧污染防治工作。因此，本报告利用“最大活性增量（maximum incremental reactivity, MIR）”法计算了57种NMHCs和13种OVOCs对近地面臭氧生成的贡献-臭氧生成潜势（ozone formation potential, OFP）。5月VOCs的总平均OFP值比4月VOCs的总平均OFP值增加了180.8%。

图1 OFP中排名前十的VOCs化合物

春季（4月）大气VOCs中对总OFP值贡献最大的前10种化合物由高至低如图1所示，这10种VOCs总共贡献了总OFP值的95.3%。由图1可知，对臭氧生成贡献大的VOCs是浓度较高且活性较强的乙烯、甲醛、乙醛、烯烃和醛酮类化合物，主要来自工业生产使用的涂料和溶剂。

春季（4月）经统计分析，57种NMHCs和13种OVOCs分为烷烃、烯烃、炔烃（指乙炔）、芳香烃和OVOCs。其中，OVOCs的OFP值占比为37.78%；烯烃的OFP值占比例为53.49%；芳香烃的OFP值所占比例为6.44%；烷烃的OFP值占比例为1.71%；炔烃的OFP值占比为0.58%。

图2 OFP中排名前十的VOCs化合物

夏季（5月）大气VOCs中对总OFP值贡献最大的前10种化合物由高至低如图2所示，这10种VOCs总共贡献了总OFP值的78.4%。由图2可知，对臭氧生成贡献大的VOCs是2-甲基-1，3-丁二烯（异戊二烯）排名第一，占排名前十的VOCs化合物的41.39%，说明植物对臭氧的生成产生影响。其次浓度较高且活性较强的是甲醛，还有烯烃、醛酮类和间/对-二甲苯化合物，主要来自工业生产使用的涂料和溶剂。

夏季（5月）经统计分析，57种NMHCs和13种OVOCs分为烷烃、烯烃、炔烃（指乙炔）、芳香烃和OVOCs。其中，OVOCs的OFP值占比为40.19%；烯烃的OFP值占比例为43.93%；芳香烃的OFP值占比例为11.02%；烷烃的OFP值占比例为4.72%；炔烃的OFP值占比为0.13%。

4 结论与建议

4.1 结论

通过对晋城市大气VOCs监测结果分析，主要物质种类组成及占比、污染来源分析，利用最大增量反应活性系数法（MIR）计算，分析臭氧生成潜势（OFP）。主要得出以下结论：

晋城市大气中70种VOCs检出来的污染物夏季（5月）多于春季（4月），平均浓度增加144.2%。

晋城市大气中70种VOCs。夏季（5月） VOCs的总平均OFP值高于春季（4月） VOCs的总平均OFP值，总平均OFP值增加了180.8%。

春季（4月）对臭氧生成贡献大的VOCs是浓度较高且活性较强的乙烯、甲醛、乙醛、烯烃和醛酮类化合物，主要来自工业生产使用的涂料和溶剂，2-甲基-1，3-丁二烯（异戊二烯）排在第六，来源于天然源植物，尤其是阔叶类植物，说明植物对臭氧生成也有贡献。

夏季（5月）对臭氧生成贡献大的VOCs是2-甲基-1，3-丁二烯（异戊二烯）排名第一，占排名前十的VOCs化合物的41.39%，说明植物对臭氧的生成产生影响。

4.2 建议

对晋城市环境空气VOCs浓度及臭氧生成潜势的分析表明，晋城市工业生产和使用的涂料、溶剂对晋城市臭氧生成潜势贡献较大，因此一方面工业企业在生产工艺选择上，优先选择VOCs排放量小的生产工艺，另一方面对工业生产使用的涂料和溶剂产生VOCs的企业进行有效的治理，从源头削减、过程控制、末端治理等环节优化，以技术进步为主线，优选低挥发、低活性物种进行源头替代，加强工艺过程的无组织排放检测与修复；此外工业涂装、道路修护等涉及到户外VOCs使用的环节，应避开白天光化学反应强烈时段进行错峰，从而降低环境空气中臭氧浓度水平，实现环境空气质量的改善。同时，晋城市还应加强机动车，尤其是柴油车的管控，如涉柴油车活动在夜间进行等。

另外，由于植物对臭氧生成有贡献，特别是夏季对臭氧生成贡献较大，建议在绿化时应进行树种的选择，因阔叶类植物对臭氧生成贡献较大，所以，尽量进行树种的科学优化，也可以对现有绿化中阔叶类植物进行适当的树种更换。