嘉兴市秋季臭氧浓度变化特征及前体物VOCs的来源解析_李莉.pdf

嘉兴市秋季臭氧浓度变化特征及前体物VOCs的来源解析李莉1*，熊传芳2，张颖龙1，杨晓霞1，宋刘明3（1.浙江省嘉兴生态环境监测中心，浙江嘉兴314000；2.嘉兴市生态环境应急监控与事故调查中心，浙江嘉兴，314000；3.嘉兴市气象局，浙江嘉兴314000）摘要：利用2022年9月嘉兴市光化学站小时分辨率的挥发性有机物（volatile organic compounds，VOCs）和臭氧（O3）数据，分析了O3和VOCs的污染特征；采用基于观察数据的（observation-based model，OBM）模型，分析嘉兴市O3敏感性；并通过正定矩阵因子分析（positive matrix factorization，PMF）模型进行了环境VOCs来源解析研究。结果表明：高温（28.833）、低湿（69%74%）、小风（1.42.0 m/s）等不利的气象条件有利于O3浓度升高。嘉兴市 VOCs 组分含量烷烃（6.710-9）芳香烃（5.010-9）烯烃（1.710-9）炔烃（0.610-9），臭氧生成潜势（ozone formation potential，OFP）芳香烃（74.0 g/m3）烯烃（19.8 g/m3）烷烃（14.1 g/m3）炔烃（0.6 g/m3）。9月份嘉兴整体处于过渡区，但在中度污染天时多为NOx控制区。结合VOCs来源解析，北部工业区站主要为机动车排放（34%）、油品挥发（25%）、甲苯源（22%）、溶剂使用（9%）、植物排放（6%）和石化工艺过程（4%）；气象观测台站VOCs主要来源为机动车排放（30%）、液化石油气（25%）、甲苯源（18%）、石化工艺过程（16%）、溶剂使用（7%）和植物排放（4%）。嘉兴市秋季应以VOCs和NOx协同控制为主，并加大烯烃和芳香烃相关排放源的管控力度。关键词：挥发性有机物（VOCs）；臭氧（O3）；臭氧敏感性；来源解析中图分类号：X513文献标志码：A文章编号：2096-2347（2023）02-0036-07收稿日期：2022-12-20基金项目：浙江省生态环境科研和成果推广项目（2022HT0021）。作者简介：李莉，高级工程师，主要从事环境监测和仪器分析研究。E-mail:引用格式：李莉，熊传芳，张颖龙，等.嘉兴市秋季臭氧浓度变化特征及前体物VOCs的来源解析J.三峡生态环境监测，2023，8（2）：36-42.Citation format:LI L,XIONG C F,ZHANG Y L,et al.Characteristics of concentration change and source analysis of precursor VOCs for ozonein autumn in JiaxingJ.Ecology and Environmental Monitoring of Three Gorges，2023，8（2）：36-42.Characteristics of Concentration Change and Source Analysis of PrecursorVOCs for Ozone in Autumn in JiaxingLI Li1*,XIONG Chuanfang2,ZHANG Yinglong1,YANG Xiaoxia1,SONG Liuming3(1.Jiaxing Eco-Environmental Monitoring Center of Zhejiang Province,Jiaxing 314000,China;2.Jiaxing Eco-EnvironmentalEmergency Monitoring and Accident Investigation Center,Jiaxing 314000,China;3.Jiaxing Meteorological Bureau,Jiaxing314000,China)Abstract:Using the hourly data of volatile organic compounds(VOCs)and ozone(O3)from Jiaxing Photochemical Station in September 2022,this paper analyzed the pollution characteristics of ozone and VOCs.The OBM（observation-based model）was used toanalyze the ozone sensitivity of Jiaxing City.The source of the environmental VOCs was studied by positive matrix factor analization(PMF).The results show that the adverse meteorological conditions,such as high temperature(28.833),low humidity(69%74%)and low wind(1.42.0 m/s),were conducive to the increase of O3concentration.For Jiaxing VOCs concentrations,alkanecomponent(6.710-9)aromatics hydrocarbons(5.010-9)olefin(1.710-9)alkynes(0.610-9),and for ozone formation potenDOI：10.19478/ki.2096-2347.2023.02.05空气污染及其与区域尺度生态的相互作用三峡生态环境监测Ecology and Environmental Monitoring of Three Gorges2023年6月Jun.2023第8卷第2期Vol.8No.2第8卷第2期37tial(OFP),aromatichydrocarbons(74.0g/m3)olefin(19.8g/m3)alkane(14.1g/m3)alkynes(0.6g/m3).Jiaxing was in transitionzone as a whole in September,but mostly controlled by NOxin moderately polluted days.The main VOCs sources in the northernindustrial zone were vehicle emission(34%),oil volatilization(25%),toluene source(22%),solvent use(9%),petrochemical process(4%)and plant emission(6%).The main sources of VOCs in meteorological observation station were vehicle emission(30%),liquefied petroleum gas(25%),toluene source(18%),petrochemical process(16%),solvent use(7%)and plant emission(4%).Jiaxing should focus on the collaborative control of VOCs and NOxin autumn,and strengthen the control of olefin and aromatic hydrocarbon emission sources.Key words:volatile organic compounds(VOCs);ozone(O3);ozone sensitivity;source apportionment挥 发 性 有 机 物（volatile organic compounds，VOCs）和氮氧化物（NOx）等是近地面臭氧（O3）主要的前体物，会在紫外线的照射下发生光化学反应，生成O3，形成光化学烟雾。大量污染物排入大气中，以长三角、珠三角、京津冀地区为代表的城市光化学烟雾污染问题日趋严重，光化学污染在各地出现频率越来越高，全年O3超标天数居高不下 1。近年来，国内外有大量关于城市地区污染物监测及来源解析 2-3、O3生成潜势分析 4-5、O3敏感性分析 6-7 和人类健康和生态环境影响 8-11 等的文献报道。例如，李一丹等 12 研究郑州不同污染水平下VOCs组成、变化特征、来源及其对二次有机气溶胶（secondary organic aerosol，SOA）生成的影响，发现在清洁天演变至重度污染过程中VOCs体积分数增高约1倍。林燕芬等 13 分析了上海市2017年8月47日污染过程的O3和NO2的时间变化特征、VOCs组分及O3生成潜势（ozone formation potential，OFP）的空间分布特征，发现OFP贡献为芳香烃烯炔烃烷烃含氧挥发性有机物和卤代烃。张栋等 14 和孟祥来等 15 利用自动在线监测小时VOCs数据，进行了化学组分特征、各组分反应活性分析和来源解析，发现芳香烃和烯烃的OFP的贡献较高，排放源包括液化石油气、油气挥发、汽车尾气排放和溶剂使用等。不同地区O3的控制区不尽相同，研究表明，北京 16、上海 17 郊区多属NOx控制区，而城区为VOCs控制区，但同一地区O3生成敏感性也会随着时间变化而改变，存在季节和日变化差异 18-19。因此，厘清O3前体物的非线性响应关系，是研究控制O3浓度的重要方向，对制定科学有效的减排措施意义重大。嘉兴位于长三角中心地带，交通发达，涉及VOCs的企业数据及种类繁多，O3污染主要是集中在310月，污染形势严峻，特别是在季节过渡时间，O3污染程度往往更甚。因此，对夏秋季节O3污染情况及VOCs污染特征和来源解析研究工作极为必要。1材料和方法1.1监测点位本研究的监测点位于嘉兴市区东南方向和偏北方向，分别为气象观测台站和北部工业区站，周围无明显遮挡，具体站点分布如图1所示。研究观测时段为2022年9月。图1监测点位分布Fig.1The map of observation station1.2观测仪器介绍本研究中北部工业区站的仪器有挥发性有机物在线分析仪（ZF-PKU-VOC1007，北京鹏宇昌亚环保科技有限公司）、氮氧化物监测分析仪（42i，赛默飞世尔科技）和气象六参数仪器（MULTI-6P，深圳市智翔宇仪器设备有限公司），气象观测北部工业区气象观测台N07142128km李莉，等：嘉兴市秋季臭氧浓度变化特征及前体物VOCs的来源解析三峡生态环境监测http:/ 1000，广州禾信仪器股份有限公司）。本文主要利用的是57种光化学评估站（photochemical assessment monitoring stations，PAMS）数据。1.3臭氧生成潜势（OFP）本文采用O3生成潜势方法来估算VOCs物种对O3生成潜势的影响。生成潜势能够反映VOCs物种在最佳反应条件下对O3生成的最大贡献，其数值大小主要决定于VOCs物种的体积分数和该物种的最大增量反应活性（maximum incremental reactivity，MIR）20。其计算公式如下：OFPi=MIRiVOCsi（1）式中：OFPi表示某种VOCs能够生成O3的最大值；VOCsi表示该VOCs的大气环境浓度；MIRi表示该VOCs的最大增量反应活性，本研究所用的MIRi来自CARTER 21 的研究。1.4PMF源解析本研究采用美国环保署（Environmental Protection Agency，EPA）正定矩阵因子分析（PMF）5.0受体模型，对VOCs进行来源解析。PMF受