热点研究 | 北京市城区春季大气挥发性有机物污染特征

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编者按

挥发性有机物（VOCs）是光化学烟雾污染产生的重要前体物，在光照条件下与NOx发生光化学反应可生成臭氧、二次有机气溶胶等二次污染物，进而影响空气质量。同时，众多VOCs组分具有致癌性，影响人类健康。因此，研究VOCs污染特征规律将为制定VOCs及臭氧污染控制措施提供科学依据。

研究背景

随着一系列污染控制政策的实施，北京市大气中的挥发性有机物（VOCs）特征发生了变化。因此，跟踪研究大气中的VOCs污染特征，对进一步了解及控制北京市的VOCs污染至关重要。

研究方法

本研究选取了1处北京市北5环外观测点，运用全自动在线气相色谱仪对2017年3-5月间该站点周边大气中的VOCs物种进行了连续监测（共26种烷烃、15种烯烃、17种芳香烃和乙炔），并同步监测了O3和NOx的质量浓度。基于该监测数据，本研究分析了北京市城区春季VOCs质量浓度和时间变化特征，计算了各物种的臭氧生成潜势（OFP），并利用正矩阵因子分析法（PMF）对30种VOCs物种的来源进行解析。

研究结论

1）北京市城区春季大气中VOCs浓度的组成特征

2017年，北京市城区春季总挥发性有机物（TVOCs）的质量浓度为34.36μg/m³，其中烷烃、芳香烃、烯烃、炔烃的质量浓度分别为19.63μg/m³（占57.13%）、11.40μg/m³（占33.18%）、2.59μg/m³（占7.54%）和0.74μg/m³（占2.15%）。质量浓度最高的前3位挥发性有机物物种分别为苯、丙烷和乙烷，分别为5.97μg/m³、3.51μg/m³和2.63μg/m³（如图1所示）。

图1：观测期间北京市城区春季质量浓度大于1μg/m³的VOCs物种

2）北京市城区春季大气中VOCs的日变化特征

结果显示，总挥发性有机物质量浓度的日变化有3个较明显的峰值（图2），分别在05:00、11:00和23:00出现，其最低值出现在18:00，并且夜间浓度为40.98μg/m³，高于白天浓度（35.75μg/m³）。VOCs日变化特征表明，北京市VOCs污染受凌晨时段柴油车尾气排放和早晚交通高峰期汽油车尾气排放的影响较为明显。

图2：北京市城区春季观测期间TVOCs质量浓度日变化趋势

3）北京市城区春季大气中VOCs对O3的潜在贡献

 对北京市城区春季大气中VOCs的臭氧生成潜势（OFP）的分析表明，芳香烃对OFP的贡献率最大，为44.22%。其次是烯烃，最后是烷烃。针对OFP贡献率及TVOCs质量浓度位于前10位的VOCs物种进行TVOCs质量浓度占比及质量浓度分析，发现降低活性VOCs物种的总量可有效降低北京市大气中O3的生成。其中乙烷、丙烷、正异丁烷、环异戊烷和苯等主要来源于机动车尾气排放物；甲苯、间/对-二甲苯和乙烯等除了来自于交通源外，另一个重要来源是涂料/溶剂的使用和挥发。因此，除了控制北京市机动车尾气和涂料/溶剂的使用挥发等排放源，提高机动车尾气燃油标准、加油站采取油气回收、喷涂行业使用水性油漆等，均有助于降低北京市大气中的VOCs质量浓度及O3的生成。

4）北京市城区春季大气中VOCs来源解析

 如图3所示，运用PMF模型进行源解析的结果表明：溶剂使用源是北京市春季大气中VOCs最主要的排放源，对总挥发性有机物的贡献率为39.06%；其次是移动源（33.79%），其中汽油车尾气贡献率为28.18%，柴油车尾气贡献率为5.61%；油气挥发源的贡献率为17.85%；燃烧源贡献率最低（9.30%），其中天然气燃烧源贡献率为7.02%，化石燃料燃烧源贡献率为2.28%。

图3：北京市城区春季观测期间环境空气中VOCs主要来源贡献率

综上所述，控制移动源、溶剂使用源和燃烧源的排放是控制北京市环境空气中VOCs污染的关键，尤其在春季。

近年来，我国在二氧化硫、氮氧化物、颗粒物等污染物防治方面取得了明显进展，但在臭氧污染防治、VOCs减排与治理方面仍相对滞后。考虑到涉VOCs排放的行业众多，且VOCs物种繁多、成分复杂，研究各重点地区及城市的VOCs污染来源、分布规律和变化规律对政府制定VOCs控制策略、减缓区域性污染具有重要意义。

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标题：北京市城区春季大气挥发性有机物污染特征

作者：张利慧，毋振海，李斌，刘侃侃，岳婷婷，张玉洁

第一作者机构：中北大学环境与安全工程学院、中国环境科学研究院

期刊名称：环境科学研究

发表时间：2020年

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