大连市城区夏季环境空气VOCs污染特征及来源分析

曹姗姗. 大连市城区夏季环境空气VOCs污染特征及来源分析[J]. 环境保护科学, 2020, 46(4): 113-116. doi: 10.16803/j.cnki.issn.1004-6216.2020.04.020
引用本文: 曹姗姗. 大连市城区夏季环境空气VOCs污染特征及来源分析[J]. 环境保护科学, 2020, 46(4): 113-116. doi: 10.16803/j.cnki.issn.1004-6216.2020.04.020
CAO Shanshan. Analysis of the Characteristics and Sources of VOCs Pollution of Urban Area of Dalian in Summer[J]. Environmental Protection Science, 2020, 46(4): 113-116. doi: 10.16803/j.cnki.issn.1004-6216.2020.04.020
Citation: CAO Shanshan. Analysis of the Characteristics and Sources of VOCs Pollution of Urban Area of Dalian in Summer[J]. Environmental Protection Science, 2020, 46(4): 113-116. doi: 10.16803/j.cnki.issn.1004-6216.2020.04.020

大连市城区夏季环境空气VOCs污染特征及来源分析

    作者简介: 曹姗姗(1985 − ),女,工程师。研究方向:大气环境质量研究。E-mail:112819499@qq.com
  • 中图分类号: X511

Analysis of the Characteristics and Sources of VOCs Pollution of Urban Area of Dalian in Summer

  • 摘要: 利用Synspec GC955-611/811在线气相色谱仪对大连市城区2019年夏季(5~8月)大气中VOCs进行了连续监测,研究了VOCs组分浓度情况和月变化特征。结果表明,烷烃是城区大气中最丰富的VOCs物种,其他依次是芳香烃、炔烃和烯烃。5~7月大连市城区VOCs浓度整体保持稳定,8月份浓度明显升高。利用最大增量反应活性(MIR)计算了各类VOCs的臭氧生成潜势(OFP),各组分对臭氧生成潜势贡献排名分别为烷烃、芳香烃、烯烃和炔烃,分别占比45.8%、29.3%、19.8%和5.1%。关键VOCs活性物种甲苯、异戊烷和正丁烷分别占VOCs总体积浓度的5.6%、10.7%和13.0%。利用PMF受体模型对VOCs的来源进行解析研究,2019 年夏季大连市VOCs主要来源来自涂料/溶剂使用(45.1%)、机动车排放(24.0%)、油气挥发(16.1%)、液化石油气(10.7%)、天然源(4.0%)。
  • 目前,低浓度废水的处理工艺主要有A2O、氧化沟、SBR等,其技术核心为活性污泥法[1]。传统活性污泥法普遍存在着能耗高、污泥产量大的问题。相比而言,厌氧生物处理技术因其能耗低、污泥产量少且能产生甲烷而受到了越来越多的关注,但厌氧生物处理技术存在污泥流失和处理效果不佳的问题,故需进一步改进[2-3]

    厌氧膜生物反应器(anaerobic membrane bioreactor,AnMBR)是一种将膜分离技术与厌氧生物处理技术有效结合的新型废水处理工艺[4]。该工艺能通过膜的过滤截留作用,实现水力停留时间(HRT)和污泥龄(SRT)的完全分离[5]。荆延龙等[6]采用AnMBR处理低浓度生活废水,结果表明,经过117 d的稳定运行,COD去除率高达90.6%;许美兰等[7]研究了不同HRT对AnMBR处理低浓度废水运行效果的影响,经过35 d的稳定运行,发现HRT的缩短未对COD的去除产生显著差异。这说明AnMBR在处理低浓度废水方面稳定性良好,拥有广阔的发展前景[8]。但一直以来,膜成本和膜污染是困扰该技术走向实际工程应用的限制性条件[9]。而动态膜技术的出现,有望解决MBR中存在的膜成本过高及膜污染严重的问题[10]。程刚等[11]利用不锈钢丝网为基材构建AnMBR处理低浓度生活废水,结果表明,选用300目的不锈钢丝网,在污泥浓度(MLSS)为2 mg·L−1的条件下,可稳定运行240 h。赵立健等[12]在常温下利用无纺布为基材构建AnMBR处理人工合成低浓废水,结果表明,COD平均去除率为89.5%。尽管现有的研究已证实AnMBR对低浓度废水有较好的处理效果,但对其运行过程中膜污染的评估研究较少。

    本研究利用廉价不锈钢丝网作为膜材料,构建新型AnMBR,在HRT为10 h的条件下,考察了反应器运行效果、产甲烷能力、膜污染程度以及对温度的适应性,旨在为AnMBR在实际低浓度废水中的应用提供技术支撑。

    实验采用升流式厌氧反应器,实验装置如图1所示,其总容积为3 L,有效容积为2.4 L。反应器底部装有生物膜填料,中上部装有1 000目不锈钢丝网制成的膜组件,膜组件的尺寸为13 cm×8 cm×3.5 cm,总过滤面积为0.011 m2。反应器外层装有一层保温层和循环水管,使反应器内的水温控制在35 ℃。

    图 1  AnMBR示意图
    Figure 1.  Schematic diagram of AnMBR

    本实验所采用的低浓度废水为人工合成废水,含有主要元素和微量元素[13-14]。其成分包括蔗糖(C12H22O11 500 mg·L−1)、碳酸氢钠(NaHCO3 350 mg·L−1)、三水合磷酸氢二钾(K2HPO4·3H2O 21 mg·L−1)、碳酸氢铵(NH4HCO3 41 mg·L−1)、氯化钙(CaCl2 50 mg·L−1)、四水合氯化锰(MnCl2·4H2O 5 mg·L−1)、六水合氯化钴(CoCl2·6H2O 5 mg·L−1)、六水合氯化铝(AlCl3·6H2O 5 mg·L−1)、硼酸(H3BO3 5 mg·L−1)、四水合钼酸铵((NH4)6Mo7O24·4H2O 5 mg·L−1)、六水合氯化镍(NiCl2·6H2O 5 mg·L−1)、氯化锌(ZnCl2 5 mg·L−1)、五水合硫酸铜(CuSO4·5H2O 5 mg·L−1)。反应器接种的污泥取自合肥市某污水处理厂,接种时的污泥浓度(MLSS)为4 g·L−1,实验期间没有剩余污泥排出。

    实验采用连续进出水的方式,总共连续运行66 d,反应器进水速度为240 mL·h−1,整个运行期间HRT控制在10 h。在33~39 d,由于加热系统出现故障导致温度降低到25 ℃,维持7 d,后恢复至35 ℃。低浓度废水在蠕动泵的作用下经反应器底部进入反应器内,并利用蠕动泵从膜组件抽取出水。实验内容分为2个阶段:第1阶段是反应器启动运行阶段(0~15 d);第2阶段是反应器稳定运行阶段(16~66 d)。

    出水溶解性COD采用重铬酸钾法[15]测定;VFAs和气体采用气相色谱法测定;跨膜压差(TMP)采用压力传感器(MIK-P300,杭州米科传感技术有限公司)测定;膜面污染物采用扫描电子显微镜(SEM)(XL-30 ESEM,美国FEI)分析;膜阻及膜阻增长速率[16-17]分别根据式(1)和式(2)进行计算。

    R=ΔPμJ×3600 (1)
    Ri=ΔP24μJT×3600 (2)

    式中:R为膜阻,m−1;ΔP为跨膜压差,Pa;μ为渗滤液动力黏度系数,Pa·s;Ri为膜阻增长速率,m·h−1J为瞬时膜通量,m3·(m2·h)−1T为运行时间,d。

    在HRT为10 h、进水COD在500 mg·L−1的条件下,AnMBR共运行66 d,进出水COD及去除率的变化如图2所示。在0~33 d内,COD的平均去除率为95%,出水COD始终低于30 mg·L−1;从第33天开始,反应器运行温度由35 ℃变为25 ℃,经过7 d的运行后,COD的去除率仍维持在93%以上。从第40天开始,温度恢复至35 ℃后,COD的去除率又维持在95%。这说明本系统在HRT为10 h的条件下,获得了稳定的运行效果,且对温度波动有较强的适应能力,能始终保持较高的COD去除率,保证出水COD的达标排放。

    图 2  AnMBR运行期间进出水COD及其去除率的变化
    Figure 2.  Variations of influent, effluent COD and removal efficiency during AnMBR operation

    VFAs浓度是判断产酸菌和产甲烷菌活性的重要指标[18]。在整个实验阶段,出水中的VFAs仅可检测到乙酸,其浓度的变化如图3所示。由图3可知,运行期间乙酸的平均浓度低于10 mg·L−1。在前33 d内,出水中的乙酸浓度维持在4 mg·L−1以下,未出现积累。这是因为反应器内的产甲烷菌的活性较高,能有效地将乙酸转化成甲烷[19]。在33~39 d内,当温度下降至25 °C时,乙酸浓度从4 mg·L−1逐渐升高至24 mg·L−1。这表明在该温度下,产甲烷菌的活性受到了抑制,影响了乙酸的消耗和甲烷的稳定产出[20]。随着反应器温度的回升,出水中的乙酸浓度又在较短的时间内降低至原先水平,这说明产甲烷菌活性也随着温度的升高而恢复。这一结果和COD去除率的变化趋势相似,表明了该系统对温度波动具有较强的适应能力。

    图 3  AnMBR运行期间乙酸浓度的变化
    Figure 3.  Variation of acetic acid concentrationduring AnMBR operation

    在厌氧处理过程中,大部分的COD被转化成沼气,而甲烷作为沼气的主要成分,其产量就成为衡量AnMBR运行效果的一个重要指标[21]。本反应器运行期间甲烷体积比和甲烷产量的变化如图4所示。在前33 d运行过程中,反应器展现了良好的产甲烷性能,甲烷所占体积比一直稳定在70%左右,甲烷的平均产量为830 mL·d−1;在33~39 d温度降低后,甲烷产量明显降低(温度降低,对产甲烷菌的活性起到了一定的抑制作用[22]),但随着温度的回升,甲烷产量又逐渐升高并趋向于稳定,这一结果和COD的去除结果相一致。图5显示的是运行期间甲烷产率的变化,反应器甲烷的平均产率为0.28 L·g−1 (以COD)计。

    图 4  AnMBR运行期间甲烷体积比和甲烷产量的变化
    Figure 4.  Variations of CH4 volume ratio and production during AnMBR operation
    图 5  AnMBR运行期间甲烷产率的变化
    Figure 5.  Variation of CH4 yield during AnMBR operation

    膜污染程度和SEM表征结果见图6和图7。

    膜通量衰减和TMP的升高是反映膜污染程度的重要指标[23]。在整个运行期间,没有进行膜清洗操作,AnMBR中TMP和膜阻的变化如图6所示。由图6可知,TMP呈缓慢增长的趋势。在66 d的运行期间内,TMP和膜阻分别上升至20 kPa和4×1012 m−1。相关研究[24]表明,在以陶瓷膜或中空纤维超滤膜为膜组件构建的AnMBR处理低浓度废水的过程中,仅运行15 d,TMP分别可增长至27 kPa和20 kPa。相比而言,本研究在生物膜填料和不锈钢丝网膜组件的共同作用下,能够显著地减缓TMP增长。通过对膜阻增长速率的计算发现,本反应器在温度为35 ℃ (0~33 d)时,膜阻增长速率为1.7×109 m−1·h−1,在温度降低阶段(33~39 d),膜阻增长速率提高至5.7×109 m−1·h−1,而当温度回升时,膜阻增长速率又下降至2.3×109 (m·h)−1。因此,温度的波动会加剧膜污染的程度。

    图 6  AnMBR运行期间TMP和膜阻的变化
    Figure 6.  Variations of TMP and membrane resistance during AnMBR operation

    为了观察钢丝网膜组件生物膜上膜污染分布情况,在反应器运行66 d后,将钢丝网膜组件从反应器中取出,截取膜边角和膜中心部分,通过SEM对膜污染进行表征(图7)。结果发现,当运行周期结束后,不锈钢丝网膜表面形成了一层泥饼层(图7 (a)图7 (b)),但对比膜中心和膜边角位置的污染情况,膜中心的污染层含有一定的孔状结构,这对于保持膜的高出水通量,减缓系统的膜污染起到了促进作用[25]

    图 7  运行66 d后不锈钢丝网的SEM图
    Figure 7.  SEM images of stainless steel wire mesh after 66 days operation

    1) 以廉价不锈钢丝网为膜组件构建AnMBR并将其用于处理低浓度废水,在整个实验过程中,HRT维持在10 h,温度为35 ℃和25 ℃,其COD去除率均能保持在93%以上。

    2) 系统的产气率较高,甲烷体积比稳定在70%左右,甲烷平均产率为0.28 L·g−1 (以COD计)。

    3) 不锈钢丝网的添加缓解了反应器的膜污染,整个运行期间(66 d),TMP增长范围为0~20 kPa,膜阻最高为4×1012 m−1

  • 图 1  各月VOCs组分体积分数占比

    图 2  各组分臭氧生成贡献占比

    图 3  VOCs各组分体积分数与OFP占比对比

    图 4  关键VOCs活性物种浓度与OFP对比

    图 5  PMF源解析结果

  • [1] 张新民, 柴发合, 岳婷婷, 等. 天津武清大气挥发性有机物光化学污染特征及来源[J]. 环境科学研究, 2012, 25(10): 1085 − 1091.
    [2] 徐慧, 张晗, 邢振雨, 等. 厦门冬春季大气 VOCs 的污染特征及臭氧生成潜势[J]. 环境科学, 2015, 36(1): 11 − 17.
    [3] 罗达通, 高健, 王淑兰, 等. 上海秋季大气挥发性有机物特征及污染物来源分析[J]. 中国环境科学, 2015, 35(4): 987 − 994.
    [4] LI J, XIE S D, ZENG L M, et al. Characterization of ambient vol-atile organic compounds and their sources in Beijing, before, during, and after Asia-Pacific Economic Cooperation China 2014[J]. Atmospheric Chemistry & Physics, 2015, 15(14): 7945 − 7959.
    [5] SALAMEH T, SAUVAGE S, AFIF C, et al. Source apportionment vs. emission inventories of non-methane hydrocarbons (NMHC) in an urban area of the Middle East: local and global perspectives[J]. Atmospheric Chemistry & Physics, 2015, 16(5): 3595 − 3607.
    [6] 张玉欣, 安俊琳, 王俊秀, 等. 南京工业区挥发性有机物来源解析及其对臭氧贡献评估[J]. 环境科学, 2018, 39(2): 502 − 510.
    [7] 高蒙, 安俊琳, 杭一纤, 等. PMF和PCA/APCS 模型对南京北郊大气VOCs 源解析对比研究[J]. 气象与环境学报, 2014, 30(1): 43 − 50. doi: 10.3969/j.issn.1673-503X.2014.01.007
    [8] YUAN B, SHAO M, GOUW J A D, et al. Volatile organic compounds(VOCs) in urban air: How chemistry affects the interpretation of positive matrix factorization (PMF) analysis[J]. Journal of Geophysical Research, 2012, 117(D24): 24302.
    [9] CARTER W P L. Development of ozone reactivity scales for volatileorganic compounds[J]. Journal of the Air and Waste Management Association, 1994, 44(7): 881 − 899.
    [10] YUAN B, SHAO M, LU S H, et al. Source profiles of volatile organic compounds associated with solvent use in Beijing, China[J]. Atmospheric Environment, 2010, 44(15): 1919 − 1926. doi: 10.1016/j.atmosenv.2010.02.014
    [11] 区家敏, 冯小琼, 刘郁葱, 等. 珠江三角洲机动车挥发性有机物排放化学成分谱研究[J]. 环境科学学报, 2014, 34(4): 826 − 834.
    [12] 陆思华, 白郁华, 张广山, 等. 大气中挥发性有机化合物(VOCs)的人为来源研究[J]. 环境科学学报, 2006, 26(5): 757 − 763. doi: 10.3321/j.issn:0253-2468.2006.05.010
    [13] 王海林, 聂磊, 李靖, 等. 重点行业挥发性有机物排放特征与评估分析[J]. 科学通报, 2012, 57(19): 1739 − 1746.
  • 加载中
    Created with Highcharts 5.0.7访问量Chart context menu近一年内文章摘要浏览量、全文浏览量、PDF下载量统计信息摘要浏览量全文浏览量PDF下载量2024-052024-062024-072024-082024-092024-102024-112024-122025-012025-022025-032025-0400.511.522.5Highcharts.com
    Created with Highcharts 5.0.7Chart context menu访问类别分布DOWNLOAD: 4.6 %DOWNLOAD: 4.6 %HTML全文: 92.5 %HTML全文: 92.5 %摘要: 3.0 %摘要: 3.0 %DOWNLOADHTML全文摘要Highcharts.com
    Created with Highcharts 5.0.7Chart context menu访问地区分布其他: 98.1 %其他: 98.1 %XX: 0.2 %XX: 0.2 %上海: 0.1 %上海: 0.1 %上饶: 0.1 %上饶: 0.1 %保山: 0.1 %保山: 0.1 %北京: 0.8 %北京: 0.8 %晋城: 0.1 %晋城: 0.1 %洛阳: 0.1 %洛阳: 0.1 %石家庄: 0.1 %石家庄: 0.1 %福州: 0.1 %福州: 0.1 %葫芦岛: 0.1 %葫芦岛: 0.1 %其他XX上海上饶保山北京晋城洛阳石家庄福州葫芦岛Highcharts.com
图( 5)
计量
  • 文章访问数:  2636
  • HTML全文浏览数:  2636
  • PDF下载数:  28
  • 施引文献:  0
出版历程
  • 收稿日期:  2020-01-05
  • 刊出日期:  2020-08-20
曹姗姗. 大连市城区夏季环境空气VOCs污染特征及来源分析[J]. 环境保护科学, 2020, 46(4): 113-116. doi: 10.16803/j.cnki.issn.1004-6216.2020.04.020
引用本文: 曹姗姗. 大连市城区夏季环境空气VOCs污染特征及来源分析[J]. 环境保护科学, 2020, 46(4): 113-116. doi: 10.16803/j.cnki.issn.1004-6216.2020.04.020
CAO Shanshan. Analysis of the Characteristics and Sources of VOCs Pollution of Urban Area of Dalian in Summer[J]. Environmental Protection Science, 2020, 46(4): 113-116. doi: 10.16803/j.cnki.issn.1004-6216.2020.04.020
Citation: CAO Shanshan. Analysis of the Characteristics and Sources of VOCs Pollution of Urban Area of Dalian in Summer[J]. Environmental Protection Science, 2020, 46(4): 113-116. doi: 10.16803/j.cnki.issn.1004-6216.2020.04.020

大连市城区夏季环境空气VOCs污染特征及来源分析

    作者简介: 曹姗姗(1985 − ),女,工程师。研究方向:大气环境质量研究。E-mail:112819499@qq.com
  • 辽宁省大连生态环境监测中心,辽宁 大连 116023

摘要: 利用Synspec GC955-611/811在线气相色谱仪对大连市城区2019年夏季(5~8月)大气中VOCs进行了连续监测,研究了VOCs组分浓度情况和月变化特征。结果表明,烷烃是城区大气中最丰富的VOCs物种,其他依次是芳香烃、炔烃和烯烃。5~7月大连市城区VOCs浓度整体保持稳定,8月份浓度明显升高。利用最大增量反应活性(MIR)计算了各类VOCs的臭氧生成潜势(OFP),各组分对臭氧生成潜势贡献排名分别为烷烃、芳香烃、烯烃和炔烃,分别占比45.8%、29.3%、19.8%和5.1%。关键VOCs活性物种甲苯、异戊烷和正丁烷分别占VOCs总体积浓度的5.6%、10.7%和13.0%。利用PMF受体模型对VOCs的来源进行解析研究,2019 年夏季大连市VOCs主要来源来自涂料/溶剂使用(45.1%)、机动车排放(24.0%)、油气挥发(16.1%)、液化石油气(10.7%)、天然源(4.0%)。

English Abstract

  • 现代城市中由VOCs引发的污染问题已引起人们广泛关注,不仅会导致O3污染等问题,还对人体健康造成危害。目前,国内学者[1-3]针对O3污染来源、VOCs排放对O3的影响开展了大量研究,但不同城市大气中VOCs的排放来源差异较大,使得各种组分的浓度水平、化学反应活性差别非常大,因此找出城市的关键物种并归溯其来源,才能对症下药,精细化管控。为了解大连市VOCs浓度水平及各物种化学反应活性,找出导致我市夏季臭氧浓度高的活性组分,本研究对大连市区2019年5~8月份大气VOCs的组分及浓度进行了监测,并分析了VOCs月变化特征,对VOCs各物种的化学反应活性进行评估,最终利用PMF模型解析的方法推算出大连市夏季VOCs的污染排放来源及贡献率。

  • 大连市地处欧亚大陆东岸,辽东半岛最南端,位于东经120°58′~123°31'、北纬38°43′~40°10′之间,大连属三面环海,属海洋性季风气候,夏季以偏南风为主。夏季为大连市臭氧污染高发季节,近年自5月开始,臭氧持续升高并取代PM2.5成为夏季首要污染物。

    本研究针对2019 年夏季臭氧浓度较高月份(5~8月),连续测定大气中VOCs的浓度,设置1个监测点位,位于辽宁省大连生态环境监测中心4层楼顶(东经121°33′49″,北纬38°53′04″),距地面高度大约为15 m,在这个高度上污染物基本混合均匀。该点位毗邻国控点位星海三站,离中山路主干路较近,车流量较密集,周边环境以学校、行政办公、医院和居住区为主,机动车流量等各方面都具有很好的代表性,监测数据可以反映大连市区综合环境质量状况。

  • 在本次监测过程中,采用Synspec GC955-611/811臭氧前驱体(VOCs)在线气相色谱仪持续观测环境空气中VOCs,GC955臭氧前驱体分析系统由低碳(C2-C5)分析仪和高碳(C6-C12C)分析仪两套仪器组成。根据VOCs在线监测相关质控规定,为保证数据的有效性,仪器采集率尽可能接近100%,有效性不低于80%,每周使用标准气体对系统校正,保证仪器稳定持续运行,工作人员每日对VOCs数据进行审核,保障数据完整可靠。

  • 由芬兰赫尔辛基大学Paatero教授和Tapper于1993年提出的正矩阵因子分解法,是一种被广泛的应用于大气环境中颗粒物及VOCs来源解析研究中[4-7]的多元统计分析方法。本研究应用PMF源解析,在监测出的37种物质中,剔除了无效数据和浓度长期低于检出限的物种,另外一些化学性质活泼的物质也不参与解析,以下为具体物种选择原则及因子数目设定原则,模型解析的不确定度参照文献[8]确定。

  • ①浓度较小的物种不纳入计算;②校准相对误差超过允许范围的组分不纳入计算;③大气光化学活性强、大气存留寿命较短的组分不纳入计算;④异常样本、零值多且浓度较低以或偏离平均值严重的VOCs组分均予以删除。

  • PMF分析至少需要4个因子数;在该因子数目下,所有因子都具有实际物理意义,都对应大气中的某一排放源活化学过程。

    参数设定及模拟结果如下:

    使用EPA PMF5.0版本模型进行源解析,经过多次试验尝试,确定5个因子,物质22种(bad:2,4-二甲基戊烷,反-2-丁烯,正己烷,环己烷、2-甲基戊烷、3-甲基己烷、2,2,4-三甲基戊烷、2,3,4-三甲基戊烷;week:正戊烷)。

  • 本研究共检出37种挥发性有机化合物,其中烷烃20种,烯烃8种,芳香烃8种,炔烃1种。大连市夏季VOCs平均体积分数为6.87×10−9,从VOCs组分体积分数来看,烷烃>芳香烃>炔烃>烯烃,分别占总量的77.0%、11.9%、8.4%和2.7%。

    各月组分占比略有不同,其中烷烃占比最大(74.7%~80.6%),其次为芳香烃(8.8%~16.0%)、炔烃(6.9%~11.4%)和烯烃(2.0%~4.1%),见图1

    从夏季各月浓度变化情况来看,5月份VOCs平均体积分数最低,为5.59×10−9,主要成分依次为烷烃、芳香烃、炔烃和烯烃;6月、7月平均体积分数略微升高,分别为6.30×10−9和5.90×10−9,各组分体积分数变化较稳定,依然以烷烃为主,其他3种组分浮动变化较小。8月大连市平均气温较5~7月平均温度有所升高,VOCs在高温情况下其挥发性更为活跃,VOCs体积分数升高,为9.71×10−9,其中,烷烃和芳香烃有明显升高,炔烃和烯烃则变化较小。烷烃是大连市城区环境空气中含量最高的VOCs,这些物质主要来自机动车排放及燃料挥发等,与2018年同期相比,各月VOCs体积浓度下降显著,下降幅度分别为63.3%、68.3%、54.2%和65.9%,其中6月降幅最大。

  • 大气有机物化学反应活性是指某一有机物通过反应生成产物或者生成臭氧的潜势(OFP),OFP计算方法以CARTER[9]研究给出的最大增量反应活性(max incremental reactivities,MIR)的修正值计算臭氧生成潜势(OFP)。OFP为某VOCs化合物环境体积分数与该VOCs的MIR系数的乘积,计算见式(1)。

    式(1)中:[VOCs]i表示实际观测中的某VOCs大气环境浓度,单位为×10−9MIRi用Carter研究所得的MIR系数。

    根据OFP的计算结果可知,夏季大连市大气中VOCs平均化学反应活性浓度为10.64×10−9,5月最低,活性浓度为7.35×10−9,8月最高,活性浓度为16.42×10-9。从活性组分来看,烷烃占比最大且月变化较为稳定,其次为芳香烃和烯烃,炔烃占比最低,各类组分占比分别为45.8%、29.3%、19.8%和5.1%。7月份烯烃占比有所升高,8月份则芳香烃占比明显增加,见图2

    各组分体积分数和化学反应活性水平并不完全成正比,由于烯烃较为活泼,在浓度较低的情况下,其活性水平大于炔烃,见图3

  • 监测结果显示,大连市VOCs体积浓度最高的前10种物质占VOCs总体积分数的比例为丙烷>正丁烷>异戊烷>乙炔>异丁烷>甲苯>正戊烷>正己烷>癸烷>苯,累计占VOCs总浓度的86.3%,优势物种为烷烃、芳香烃和炔烃等。

    根据OFP计算方法得出,大连市大气中活性浓度最高的前10种物质依次是甲苯>异戊烷>正丁烷>异戊二烯>丙烷>间、对二甲苯>乙炔>反-2-丁烯>异丁烷>正戊烷,累计占VOCs的79.1%。其中排在前三位的甲苯、异戊烷和正丁烷的体积浓度占TVOC的29.3%,各物质浓度与OFP并不完全成正比,关键VOCs活性物种浓度与OFP对比见图4

  • 对筛选出的22种物质,利用PMF模型来进行源解析研究,经过反复尝试最终确定了5类因子。

    因子1富含正丁烷、异丁烷、苯等烷烃及芳香烃类,是机动车排放的表征物质,因此推断因子1为机动车排放源[10]。因子2中甲苯、邻二甲苯、1,2,4-三甲苯、乙苯的浓度占总浓度的80%以上,这些物质为重要的溶剂表征物质[11],因而判断因子2为溶剂涂料源。因子3中异戊二烯含量占比达到76%,考虑夏季异戊二烯主要来自植被排放,其排放强度受光照和温度影响较大,为天然植物源排放的重要特征物质,其他物种含量相对较低,故判断因子3为天然源。因子4中占比较高的有异戊烷、正戊烷、正丁烷、异丁烷等汽油蒸汽挥发的特征物种[12],因此判断因子4应为汽油挥发源。因子5中含有液化石油气表征物质丙烷、正丁烷和异丁烷[13]等,因此说明该因子很有可能是液化石油气排放源。

    VOCs源解析显示,因子1为机动车排放源,因子2为溶剂涂料,因子3为天然源,因子4为油气挥发,因子5为液化石油气,PMF源解析结果见图5

    通过PMF模型结果得出,2019年5月−8月大连市VOCs主要来源来自涂料/溶剂使用(45.1%)、机动车排放(24.0%)、油气挥发(16.1%)、液化石油气(10.7%)、天然源(4.0%)。

    通过对比各月VOCs污染来源贡献,大连市城区夏季VOCs溶剂涂料类贡献占比最大,贡献率范围在42.3%~44.5%;其次为机动车排放,贡献率范围在13.8%~23.2%;再次为燃料挥发类,贡献率在17.7%~23.4%;天然源贡献率占比在4.2%~7.1%。各月VOCs物种浓度和保留物种不完全一致,因此源解析的因子种类偶有差异,从总体来看,溶剂涂料和机动车排放是对大连市夏季VOCs贡献率最大的两个因子。

  • 1)本研究共检出37种挥发性有机化合物,其中烷烃20种,烯烃8种,芳香烃8种,炔烃1种。各类组分体积浓度百分比从大到小排序为:烷烃>芳香烃>炔烃>烯烃,并且各组份含量有明显的差别;与2018年同期相比,各月VOCs浓度下降显著,其中6月VOCs浓度下降幅度最大,为68.2%。

    2)各类组分OFP百分比从大到小排序为:烷烃>芳香烃>烯烃>炔烃,其中烷烃臭氧生成潜势占比达45.8%,烯烃浓度最低,但由于化学性质较活泼,其臭氧生成贡献反而高于炔烃。

    3)VOCs体积浓度排名前10的物种中烷烃浓度占比最高对臭氧生成贡献也最大;其次为芳香烃,其中甲苯臭氧生成贡献最大。

    4)PMF模型源解析显示,2019年5月~8月大连市VOCs主要来源来自涂料/溶剂使用(45.1%)、机动车排放(24.0%)、油气挥发(16.1%)、液化石油气(10.7%)、天然源(4.0%)。

参考文献 (13)

返回顶部

目录

/

返回文章
返回