宿迁市城郊2021年夏季挥发性有机物(VOCs)特征分析

刘昌威，周 宇，薛 俊，孙 丹，许纯领

(1.江苏省宿迁环境监测中心，江苏 宿迁 223800；2.武汉天虹仪表有限责任公司，湖北 武汉 430000)

1 引言

近年来，随着宿迁市经济稳步发展，城市臭氧污染逐年加重，成为制约空气质量提高的重要因素。研究表明，夏季是臭氧污染最重要的季节，而VOCs是臭氧生成的重要前体物[1]，为了进一步了解臭氧来源，2021年6～8月份，利用在线气相色谱系统在宿迁城郊对环境空气中的挥发性有机物(VOCs)进行观测[2]，分析了组分特征、臭氧生成潜势并对来源进行解析[3]。

2 VOCs化学组成特征分析

2021年6～8月份，江苏省宿迁市TH-300B大气环境挥发性有机物(C2-C12)在线监测系统共发出92个VOCs日均值，每份小时数据包括102 种VOCs，分别为烷烃类、烯烃类、芳香烃类、炔烃类、醛酮类、卤代烃类，比例见图1。

图1 VOCs组成分布

由图1可知，2021年6～8月份宿迁市VOCs中，烷烃类占25.48%，烯烃类占8.48%，芳香烃类占10.98%，炔烃类占4.07%，醛酮类占31.20%，卤代烃类占19.80%。

3 关键VOCs物种筛选

3.1 VOCs浓度贡献筛选

对2021年6～8月份宿迁市所有VOCs浓度进行分析，筛选浓度最高的前10种VOCs组分如图2。

图2 VOCs浓度贡献筛选

由图2可知，前10种VOCs组分分别是：丙酮(3.30×10-9)、丙烷(1.48×10-9)、乙烷(1.29×10-9)、二氯甲烷(1.05×10-9)、甲苯(0.99×10-9)、氯甲烷(0.84×10-9)、乙烯(0.81×10-9)、乙炔(0.75×10-9)、2-丁酮(0.51×10-9) 、丁醛(0.51×10-9)。

2021年6月1日至8月31日voc总浓度为18.485 ×10-9，同比下降9.85%。

3.2 VOCs臭氧生成潜势贡献筛选

结合最大增量反应活性(Maximum Incremental Reactivity,MIR)量化VOCs的臭氧生成潜势(Ozone Formation Potentials,OFPs)[4]。OFPs仅说明该地区大气VOCs具有的臭氧生成的最大能力，实际对臭氧生成的贡献量还受当地NOx浓度水平、OH自由基浓度和其他污染气象条件等制约。

对2021年6～8月份宿迁市所有VOCs进行分析，筛选OFP贡献最高的前10种VOCs组分如图3。

图3 OFP关键物质筛选

由图3可知，前10种VOCs组分分别是：甲苯(16.31 μg/m3)、间/对二甲苯(14.23 μg/m3)、异戊二烯(11.19 μg/m3)、丁醛(9.78 μg/m3)、乙烯(9.09 μg/m3)、丙烯醛(7.76 μg/m3)、丙醛(6.92 μg/m3)、丁烯酮(6.25 μg/m3)、邻二甲苯(3.95 μg/m3)、异丁烯(3.42 μg/m3)。

对OFP贡献最大的前10种物质中，3种是芳香烃类物质，3种是烯烃类和4种醛酮类，芳香烃类物质占38.79%，烯烃类物质占26.67%，醛酮类物质占34.54%，可见，醛酮类和芳香烃类是该站点该时段VOCs中对OFP贡献最大的关键活性组分。

2021年6月1日至8月31日总OFP为127.37 μg/m3，同比上升6.48%。

烷烃类虽然在该时段大气中浓度较高，但其反应活性低，对臭氧的贡献占比不是很大；烯烃类由于C=C双键的存在致使其光化学反应活性较高，MIR较大，对臭氧的贡献较高；而苯系物其光化学反应活性也较高，对臭氧的生成贡献也较高，汽车尾气、工业生产及溶剂涂料中均会有苯系物的排放，对臭氧的生成贡献也高；醛酮类由于值较高，部分醛酮类光化学反应活性也较高，故对臭氧的生成贡献也较高，工业生产过程中会产生醛酮类的排放，酮类还是溶剂的主要成分[5]。

4 PMF源解析

根据监测数据，进行PMF模型计算，经过PMF模型多次拟合，结合站点边环境，确定5个较为合适的污染源类：因子1～5。

因子1是机动车尾气，因子1中乙炔、丙烷和正戊烷、异戊烷，以及苯、二甲苯等芳香烃化合物占有较高比例，均为机动车尾气排放的主要物种；站点距离新扬高速公路约8.5 km，周边车流量较大，因此，可以认为因子1是机动车尾气排放[6]。

因子2是燃烧源排放，因子2中乙炔和乙烯贡献高，它们都是燃烧排放的特征，此外低链烷烃、苯系物也是燃烧的主要排放物，因此，可以认为因子2是燃烧源排放。

因子3是工业排放，工业生产过程中会有卤代烃、苯系物、烯炔烃、醛酮和烷烃的排放；站点东北方向6.6 km处有化工园区，因此，结合周边环境可以认为因子3是工业排放[7]。

因子4是溶剂涂料排放，因子4中苯系物和酮类占比较高，酮类是溶剂的主要成分，甲苯、乙苯、间/对二甲苯和邻二甲苯( TEX) 主要来自涂料、油漆、合成香料、粘合剂和清洗剂等的使用[8]；站点东北方向6.6 km处有化工园区，化工园区内包括家具厂、玻璃厂、制衣厂等多家企业，均会涉及到溶剂涂料的使用，因此，可以认为因子4是溶剂涂料的使用排放[9]。

因子5是植物排放，异戊二烯是植被排放的主要特征，在本次源解析中异戊二烯只对因子5有贡献。

PMF解析宿迁市2021年6月1日至8月31日的VOCs排放源的比例见图4。

图4 源解析饼状图

由图4可知，宿迁市2021年6月1日至8月31日VOCs排放源中，机动车尾气排放占24.5%，燃烧源排放占19.0%，工业排放占40.4%，植物排放占9.6%，溶剂涂料排放占6.5%[10]。

5 结论与建议

(1)2021年6月1日到8月31日VOC总浓度为18.485 ×10-9，同比下降9.85%。

(2)对OFP贡献最大的前10种物质中，3种是芳香烃类物质，3种是烯烃类和4种醛酮类，芳香烃类物质占38.79%，烯烃类物质占26.67%，醛酮类物质占34.54%，可见，醛酮类和芳香烃类是该站点该时段VOCs中对OFP贡献最大的关键活性组分。

(3)根据VOCs源解析结果，宿迁市2021年6月1日至8月31日VOCs排放源中，机动车尾气排放占24.5%，燃烧源排放占19.0%，工业排放占40.4%，植物排放占9.6%，溶剂涂料排放占6.5%。

故建议应加强对工业企业、机动车尾气、燃烧源的管控。