开封市城区冬季大气挥发性有机物污染特征及来源解析_施雨其.pdf

Eco-EnvironmentalKnowledge Web环 境 科 学Environmental Science第44卷第4期 2023年4月Vol44，No4 Apr，2023开封市城区冬季大气挥发性有机物污染特征及来源解析施雨其1，郑凯允2，丁玮婷2，刘金平3，陈洪光4，高光4，王玲玲5，王楠5，马双良5，郑瑶5，谢绍东1*(1 北京大学环境科学与工程学院，北京100871;2 中科三清科技有限公司，北京100029;3 开封市生态环境监控指挥调度中心，开封475000;4 开封市生态环境局，开封475000;5 河南省生态环境监测中心，郑州450000)摘要:为探究开封市冬季大气挥发性有机物(VOCs)的污染特征及来源，基于 2021 年 12 月至 2022 年 1 月开封市生态环境局(城区)在线监测站获取的大气 VOCs 组分数据，阐述其 VOCs 污染特征和二次有机气溶胶生成潜势(SOAP)，利用 PMF 模型解析出 VOCs 的来源 结果表明，冬季开封市(VOCs)平均值为(104.71 48.56)g m3，其质量分数最高为烷烃(37.7%)，其次为卤代烃(23.5%)、芳香烃(16.8%)、OVOCs(12.6%)、烯烃(6.9%)和炔烃(2.6%)VOCs 对 SOA 的贡献平均值为3.18 g m3，其中芳香烃贡献率高达 83.8%，其次为烷烃(11.5%);开封市冬季 VOCs 的最大人为排放来源为溶剂使用(17.9%)，其次为燃料燃烧(15.9%)、工业卤代烃排放(15.8%)、机动车排放(14.7%)、有机化学工业(14.5%)和 LPG 排放(13.3%);溶剂使用源对 SOAP 的贡献率达到32.2%，其次是机动车排放(22.8%)和工业卤代烃排放(18.9%)可见，降低溶剂使用、机动车排放和工业卤代烃排放的 VOCs 排放量是控制开封市冬季二次有机气溶胶生成的重要途径关键词:挥发性有机化合物(VOCs);二次有机气溶胶生成潜势(SOAP);来源解析;冬季;开封市中图分类号:X511文献标识码:A文章编号:0250-3301(2023)04-1933-10DOI:1013227/j hjkx202204083收稿日期:2022-04-07;修订日期:2022-07-16基金项目:大气重污染成因与治理攻关项目(DQGG202129)作者简介:施雨其(1994 )，女，博士，主要研究方向为大气污染与防治，E-mail:shiyuqi pku edu cn*通信作者，E-mail:sdxie pku edu cnPollution Characteristics and Source Apportionment of Atmospheric Volatile OrganicCompounds in Winter in Kaifeng CitySHI Yu-qi1，ZHENG Kai-yun2，DING Wei-ting2，LIU Jin-ping3，CHEN Hong-guang4，GAO Guang4，WANG Ling-ling5，WANG Nan5，MA Shuang-liang5，ZHENG Yao5，XIE Shao-dong1*(1 College of Environmental Sciences and Engineering，Peking University，Beijing 100871，China;2 3Clear Technology Co，Ltd，Beijing 100029，China;3 KaifengEcological Environment Monitoring Command and Dispatch Center，Kaifeng 475000，China;4 Kaifeng Municipal Bureau of Ecology and Environment，Kaifeng 475000，China;5 Henan Province Ecology Environmental Monitoring Center，Zhengzhou 450000，China)Abstract:In order to explore the pollution characteristics and sources of atmospheric volatile organic compounds(VOCs)in winter in Kaifeng City，based on the atmosphericVOCs component data obtained from the online monitoring station of the Kaifeng Ecological and Environmental Bureau(Urban Area)from December 2021 to January 2022，the pollution characteristics of VOCs and secondary organic aerosol formation potential(SOAP)were discussed，and the sources of VOCs were analyzed by using the PMFmodel The results showed that the average mass concentration of VOCs in winter in Kaifeng City was(104.71 48.56)g m3，and alkanes(37.7%)had the highestproportion of mass concentrations，followed by that of halohydrocarbons(23.5%)，aromatics(16.8%)，OVOCs(12.6%)，alkenes(6.9%)，and alkynes(2.6%)Theaveraged total SOAP contributed by VOCs was 3.18 g m3，of which aromatics contributed as much as 83.8%，followed by alkanes(11.5%)The largest anthropogenicsource of VOCs in winter in Kaifeng City was solvent utilization(17.9%)，followed by fuel combustion(15.9%)，industrial halohydrocarbon emission(15.8%)，motorvehicle emission(14.7%)，organic chemical industry(14.5%)，and LPG emission(13.3%);solvent utilization contributed 32.2%of the total SOAP，followed by motorvehicle emission(22.8%)and industrial halohydrocarbon emission(18.9%)It was found that reducing VOCs emissions from solvent utilization，motor vehicle emission，and industrial halohydrocarbon emission was important to control the formation of secondary organic aerosols in winter in Kaifeng CityKey words:volatile organic compounds(VOCs);secondary organic aerosol formation potential(SOAP);source apportionment;winter;Kaifeng City我国大气污染联防联控和区域大气污染防控工作的相关研究结果已经表明，挥发性有机物(volatileorganic compounds，VOCs)是 PM2.5和 O3协同防控的关键污染物1，2 二次 有 机 气 溶 胶(secondaryorganic aerosol，SOA)是 PM2.5的重要组成部分，VOCs 是生成 SOA 的关键前体物，研究 VOCs 的组成和来源特征对控制 PM2.5中的有机组分和揭示复合型大气污染的形成具有重要意义3 6 城市大气 VOCs 的人为排放源通常包括生物质燃烧、化石燃料燃烧、工艺过程排放、溶剂使用、移动源、油品的储存和运输等7，8 城市之间由于工业和能源结构不同，来自人为活动的 VOCs 有显著差异9 为探究不同地区大气 VOCs 污染特征及来源，已有许多研究在各地开展在线或离线 VOCs 观测实验，探讨物种组成、浓度水平、时空分布及化学反应活性，并运用正定矩阵因子分解(positivematrix factorization，PMF)模型解析其来源10 13 目前国内关于 VOCs 的监测和研究主要集中在环境科学44 卷长三角、珠三角和京津冀等地区14 17，华北平原的大部分研究集中在北京市，组分上看北京市浓度最高的 VOCs 物种为烷烃和芳香烃，夏季最主要的VOCs 排放源为与机动车相关的源(汽车尾气和油气挥发)，冬季燃料燃烧 VOCs 排放凸显，其次是工业生产(石化化工和工业涂装)，而京郊和乡村地区机动车则相关占比较少，液化石油气(LPG)贡献有所升高;燃料燃烧和机动车相关源的 VOCs 排放是冬季 SOA 生成潜势的主要来源18 22 刘新军等23 研究发现未受疫情影响时的雄安地区冬季大气VOCs 受溶剂使用(24%)和机动车尾气(21%)影响最大 王蕾24 研究发现石家庄市石油化工源对大气VOCs 贡献率最高;VOCs 组分中 OVOCs(30.5%)和烷烃(27.3%)对浓度贡献率最高，芳香烃(99%)对 SOA 生成潜势贡献率最高 李一丹等25 对郑州市冬季大气 VOCs 观测后得出，OVOCs 和烷烃为主要组分，来源解析表明机动车排放、工业排放、燃烧源、溶剂使用和 LPG 使用，重污染期间工业排放和溶剂使用贡献率显著增高;芳香烃中的甲苯和间/对-二甲苯为 SOA 生成潜势最大的物种，溶剂使用为其最主要来源 Qin 等26 对许昌市大气 VOCs离线样品分析后发现，燃烧源(33.1%)贡献率最高，其次是 LPG 使用(19.3%);芳香烃对 SOA 生成的贡献率超过 95%位于华北平原腹地的大多数城市，例如开封市，对其冬季大气 VOCs 的污染特征研究甚少开封市地处中原城市群东部，黄河下游南岸，地势十分平坦，冬季不利的气象条件下 PM2.5污染突出27，28 2019 2020、2020 2021 和 2021 2022年秋冬季，开封市(PM2.5)平均值分别为 76、76 和74 g m3，浓度值在河南全省 18 地市中分别排名第 5 位、第 4 位和第 4 位 因此，了解开封市冬季VOCs 的污染现状和来源，并分析其对二次有机组分的贡献，对提出有针对性的控制措施具有重要意义本研究选取位于开封市城区生态环境局楼顶的VOCs 组分在线监测站的实测数据，分析 2021 年 12月至 2022 年 1 月大气 VOCs 浓度特征，利用源解析模型研究其来源，评估其 SOA 生成潜势，旨在为开封市冬季大气环境 VOCs 和 PM2.5污染管控提供科学支撑1材料与方法1.1监测点位监测点位于开封市鼓楼区万善街 2 号开封市生态环境局老局楼顶(34.80N，114.35E)，该点紧邻小吃街西司夜市、旅游景点包公祠和河南大学淮河医院，且距离鼓楼大型商圈仅有1 500