济南市大气苯系物污染特征及健康风险评价_刘杨.pdf

第45卷刘杨，孙晓艳，代雪静，等.济南市大气苯系物污染特征及健康风险评价J.环境科学与技术，2022，45（12）：164-173.Liu Yang，Sun Xiaoyan，DaiXuejing，et al.Pollution characteristics and health risk assessment of atmospheric benzene homologues in JinanJ.Environmental Science&Technology，2022，45（12）：164-173.环境科学与技术 编辑部：（网址）http:/（电话）027-87643502（电子信箱）收稿日期：2022-05-05；修回2022-08-08基金项目：国家大气重污染成因与治理攻关项目：细颗粒物和臭氧污染协同防控“一市一策”驻点跟踪研究（DQGG202118）作者简介：刘杨（1988-），女，高级工程师，硕士，主要从事环境监测与综合分析工作，（电子信箱）。济南市大气苯系物污染特征及健康风险评价刘杨，孙晓艳，代雪静，范国兰，杜明月，杜天君（山东省济南生态环境监测中心，山东济南250101）摘要：文章研究基于2018-2021年济南市典型城区大气苯系物监测数据，利用 OH消耗速率(LOH)和臭氧生成潜势(OFP)分析化学活性特征，采用主成分分析法探讨其主要来源，并评价苯系物健康风险。结果显示济南市苯系物质量浓度(17.1816.06)g/m3，冬季明显高于其他季节，夏季浓度最低，甲苯、苯和1,3,5-三甲苯为浓度较高的物种；苯系物LOH和OFP分别为(1.593.05)s-1、(79.1288.22)g/m3，均为冬季最高，关键活性组分有1，3，5-三甲苯、苯乙烯、1，2，3-三甲苯、甲苯和1，2，4-三甲苯；主成分分析法结果显示苯系物主要源类为溶剂使用源、石油化工源和机动车排放源；苯系物非致癌风险HI为4.2310-2，处于安全范围(HI1时，表明污染物对人体具有非致癌性危害；当Risk10-6时，表明污染物对人体具有较高致癌性危害19。2结果与讨论2.1苯系物浓度水平分析监测结果见表2。共采集样品232个，14种苯系物检出率范围 15.9%100%，其中苯、甲苯、乙苯、间/对二甲苯、邻二甲苯检出率超过90%，1-乙基-2-甲基苯、正丙苯检出率低于 20%，其他物种检出率在20%40%之间。物种苯甲苯乙苯间/对二甲苯邻二甲苯异丙苯正丙苯1,3,5-三甲苯1,2,4-三甲苯1,2,3-三甲苯苯乙烯对乙基甲苯1-乙基-2-甲基苯1-乙基-3-甲基苯KOH1012/(cm3molecule-1s-1)161.225.63718.713.66.35.856.732.532.75811.811.918.6MIR170.693.882.937.617.442.431.9511.448.6411.661.654.325.437.21Rfc/(mgm-3)180.03510.10.10.4-0.060.060.061-IUR/(gm-3)187.810-6-2.510-6-表1苯系物各组分计算参数Table 1Calculation parameters of each benzene homologues component注：“-”表示无相关数据。物种苯甲苯乙苯间/对二甲苯邻二甲苯异丙苯正丙苯1,3,5-三甲苯1,2,4-三甲苯1,2,3-三甲苯苯乙烯对乙基甲苯1-乙基-2-甲基苯1-乙基-3-甲基苯苯系物观测期间（n=232）检出率/%97.810090.194.493.531.919.025.427.620.337.528.015.927.6-浓度/(gm-3)3.323.314.363.571.41.141.962.121.691.462.141.402.272.672.913.402.041.952.211.821.31.172.151.672.392.121.942.3317.1816.06春季（n=60）检出率/%10010083.393.388.331.723.325.026.718.345.018.316.726.7-浓度/(gm-3)2.441.753.432.951.371.562.423.661.371.732.342.122.693.043.834.582.72.742.321.501.130.862.10.973.342.661.411.0315.7815.71夏季（n=82）检出率/%93.910092.795.195.134.113.423.226.818.332.935.414.622.0-浓度/(gm-3)2.261.183.812.361.230.861.671.191.671.371.810.982.12.873.273.661.711.632.52.751.821.512.272.282.462.193.493.7815.3514.08秋季（n=60）检出率/%10010091.793.395.028.315.025.018.316.736.725.08.325.0-浓度/(gm-3)3.572.715.164.061.410.891.851.21.781.352.341.210.830.721.060.581.230.671.380.70.920.681.710.81.180.960.960.5216.0513.48冬季（n=30）检出率/%10010093.396.796.733.333.333.350.036.736.733.333.350.0-浓度/(gm-3)7.326.276.105.241.941.262.051.092.181.282.340.883.182.773.612.572.411.882.471.011.241.342.51.051.961.611.621.0727.2322.55表2济南市苯系物检出率及浓度Table 2Detection rates and concentration levels of benzene homologues in Jinan苯系物质量浓度(17.1816.06)g/m3，春、夏、秋、冬季苯系物的质量浓度分别为(15.7815.71)、(15.3514.08)、(16.0513.48)、(27.2322.55)g/m3，冬季明显高于其他季节，秋季、春季浓度其次，夏季浓度最低。济南市苯系物浓度季节变化与石家庄20研究结果一致，但与广州市21不同。苯系物的主要来源为汽车尾166第12期气、汽油挥发、溶剂挥发和冬季取暖燃煤排放22，主要降解途径为参与大气光化学反应。不同地区环境空气中苯系物的浓度受气象因素和排放源的影响不同，导致不同的浓度变化规律。对于北方城市而言，冬季燃煤导致苯系物排放强度大于其他季节，且参与光化学反应速率明显下降，造成冬季浓度高于其他季节。夏季太阳辐射强，苯系物化学消耗量大，且降水冲刷作用大，对大气中苯系物质量浓度的下降起到一定作用23，故夏季浓度最低。但对于广州市等南方城市，温度升高溶剂挥发作用明显加强，导致冬季浓度最低，其他季节浓度较高。苯系物中浓度居前3位的物种为甲苯、苯和1,3,5-三甲苯，浓度分别为(4.363.57)、(3.323.31)、(2.913.40)g/m3，贡献率分别为13.6%、10.3%、9.1%。各季节浓度居前 3 位的物种分别为春季 1,3,5-三甲苯、甲苯、1-乙基-2-甲基苯，浓度分别为(3.834.58)、(3.432.95)、(3.342.66)g/m3，贡献率分别为11.6%、10.4%、10.1%；夏季甲苯、1-乙基-3-甲基苯、1,3,5-三甲苯，浓度分别为(3.812.36)、(3.493.78)、(3.273.66)g/m3，贡献率分别为11.9%、10.9%、10.2%；秋季甲苯、苯、异丙苯，浓度分别为(5.164.06)、(3.572.71)、(2.341.21)g/m3，贡献率分别为20.3%、14.1%、9.2%；冬季苯、甲苯、1,3,5-三甲苯，浓度分别为(7.326.27)、(6.105.24)、(3.612.57)g/m3，贡献率分别为17.9%、14.9%、8.8%。济南市环境空气中苯系物关键组分为甲苯、苯、1,3,5-三甲苯、1-乙基-2-甲基苯和1-乙基-3-甲基苯。其他针对北方城市的研究结果见表3。与济南市2010-2016年研究结果相比，苯系物浓度下降34%，其中二甲苯浓度下降超过六成，苯、甲苯、乙苯浓度下降近四成。从各物种浓度占比来看，甲苯、苯占比仍较高的物种，关键组分基本相同，表明济南市苯系物来源稳定，没有发生明显变化。与其他北方城市相比，济南市苯系物平均浓度与北京1、邯郸基本在同一水平，高于天津；夏季浓度低于北京2，高于太原；秋季低于廊坊，冬季浓度高于北京3。从各物种浓度占比来看，济南市与邯郸、北京1、天津、北京2、廊坊均为甲苯占比最高，与太原、北京3不同。大气中苯系物浓度水平和组成有所差异与研究时段、采样点位置、气象因素等均有关24，济南市三甲苯浓度明显高于其他城市，推测与济南市化工、石油炼制等企业排放有关。城市济南北京1邯郸天津北京2太原廊坊北京3苯5.573.753.882.661.502.8952.458.502.65甲苯7.196.034.394.022.756.8451.8720.452.22乙苯2.322.581.841.370.971.5150.688.900.54间/对二甲苯5.165.442.802.822.091.931.6323.231.43邻二甲苯4.871.470.930.651.8850.588.990.39异丙苯1.770.03-0.050.04-0.080.800.041,3,5-三甲苯2.950.48-0.080.07-0.100.910.081,2,4-三甲苯3.000.62-0.270.22-0.251.550.191,2,3-三甲苯2.410.18-1.270.85-0.130.640.11苯乙烯-0.56-0.43-0.15研究时段2010年1月-2016年8月252014年2月-2015年1月262018年82017-2019年复合污染期间272017-2019年非复合污染期间272018年7-8月282018年夏季292018年秋季302015年12月-2016年1月31表3北方地区苯系物浓度的对比Table 3Comparisons on the benzene homologues concentrations in north China(g/m3)2.2大气化学反应活性2.2.1OH消耗速率苯系物LOH见图1。苯系物平均LOH为(1.593.05)s，春、夏、秋、冬季苯系物的LOH分别为(1.381.84)、(1.241.62)、(1.051.20)、(4.077.13)s，冬季大气苯系物LOH明显高于其他季节，反应活性最强，与冬季苯系物浓度相对其他季节较高有关，对济南市冬季以PM2.5为特征污染物的复合大气污染的影响高于其他季节。刘杨，等济南市大气苯系物污染特征及健康风险评价167第45卷从各物种LOH看，苯乙烯、1,3,5-三甲苯较高，分别 为(1.032.94)、(0.891.33)s-1，贡 献 率 分 别 为28.6%、24.8%；春季贡献率较高的是苯乙烯（50.6%）、1,3,5-三甲苯（23.0%），贡献之和73.6%；夏季贡献率较 高 的 是 1,3,5-三 甲 苯(44.3%)、1,2,4-三 甲 苯(13.0%)，贡献之和 57.3%；秋季贡献率较高的是 1,3,5-三甲苯(56.2%)、1,2,4-三甲苯(9.5%)，贡献之和65.7%；冬季贡献贡献率较高的是 1,3,5-三甲苯(23.5%)、1,2,3-三甲苯（15.7%）和苯乙烯(15.2%)，贡献之和 54.4%。不同物种 LOH贡献率受浓度和与大气中OH的反应速率常数两个因素影响，苯乙烯、1,3