上海市典型工業(yè)區(qū)大氣中VOCs及其來源分析

鄭 俊

(上海市莘莊工業(yè)區(qū)經(jīng)濟技術(shù)發(fā)展有限公司,上海 201108)

上海市典型工業(yè)區(qū)大氣中VOCs及其來源分析

鄭 俊

(上海市莘莊工業(yè)區(qū)經(jīng)濟技術(shù)發(fā)展有限公司,上海 201108)

為更好地了解和掌握上海市某典型工業(yè)區(qū)揮發(fā)性有機化合物(VOCs)的污染情況和來源,對該區(qū)2009～2015年大氣環(huán)境的VOCs數(shù)據(jù)進行了統(tǒng)計分析.數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明:該區(qū)域總揮發(fā)性有機物(TVOC)濃度隨季節(jié)變化,呈冬季高、春夏季低的規(guī)律;大氣中共檢測出48種VOCs,其中,乙酸乙酯占比為30%、n-庚烷占比為11%、庚烷占比為10%、甲苯占比為7%(質(zhì)量分數(shù));分析T/B(甲苯與苯的體積分數(shù)之比)的比值:該工業(yè)區(qū)大氣環(huán)境中VOCs濃度主要受有機溶劑揮發(fā)的影響,工業(yè)區(qū)周圍居民區(qū)大氣環(huán)境中VOCs濃度主要受機動車尾氣排放量的影響.

揮發(fā)性有機化合物; 大氣環(huán)境質(zhì)量; 工業(yè)區(qū)

揮放性有機溶劑的使用是我國城市大氣環(huán)境中揮發(fā)性有機化合物(VOCs)產(chǎn)生的最大根源之一,占人為VOCs排放源總量的20%以上[1],上海城區(qū)大氣環(huán)境VOCs來源中揮發(fā)性溶劑占了16%[2].近年來,許多學者開展了企業(yè)排放VOCs以及企業(yè)周圍大氣環(huán)境中VOCs的特征研究.如莫梓偉等[3]研究了典型溶劑使用企業(yè)(汽車噴漆、電子光刻和印刷)VOCs的成分特征,王剛等[4]研究了典型企業(yè)(制藥、釀酒和橡膠)無組織排放VOCs的特征;而王伯光等[5]和魏巍等[6]分別就機動車尾氣和煉油廠周邊的VOCs特征進行了研究.工業(yè)區(qū)作為企業(yè)的承載體,已成為城市大氣環(huán)境中VOCs重要的區(qū)域來源,但有關(guān)工業(yè)區(qū)區(qū)域大氣中VOCs特征的研究報道相對較少.

隨著城市化建設的加快,城市中工業(yè)區(qū)存在的矛盾日益突出,尤其是逐漸被居民區(qū)包圍的工業(yè)區(qū)矛盾更為嚴重.而工業(yè)區(qū)大氣組分復雜,特征污染物多,又進一步凸顯了工業(yè)區(qū)存在的矛盾.本文作者統(tǒng)計分析和總結(jié)了某工業(yè)區(qū)2009～2015年的大氣監(jiān)測數(shù)據(jù),主要分析了工業(yè)區(qū)一類特征污染物VOCs的變化特征和分布規(guī)律,期望對工業(yè)區(qū)整治和改善大氣環(huán)境提供技術(shù)支撐.

1 數(shù)據(jù)的采集

圖1 工業(yè)區(qū)大氣采樣點位示意圖

該工業(yè)區(qū)以機械及汽車零部件、新材料及精細化工以及生物醫(yī)藥為主,工業(yè)區(qū)內(nèi)有一些使用有機溶劑的企業(yè),主要使用的有機溶劑為乙酸乙酯、烷烴、丙酮等.2015年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明,該工業(yè)區(qū)大氣污染源中VOCs的排放量最大.自2009年以來,該工業(yè)區(qū)為監(jiān)控區(qū)域大氣環(huán)境質(zhì)量,每年委托第三方監(jiān)測區(qū)域大氣質(zhì)量.監(jiān)測時段按季度分,選取該季度中某個月的連續(xù)3～7 d采樣監(jiān)測,大部分為連續(xù)7 d的數(shù)據(jù).監(jiān)測因子分成常規(guī)因子和特征因子,其中常規(guī)因子為SO2、NO2、PM10、O3、CO和總懸浮顆粒物(TSP),特征因子包括苯、甲苯、二甲苯、氟化物、鉛和總揮發(fā)性有機物(TVOC),試圖確定工業(yè)區(qū)區(qū)域大氣中的特征因子,其中TVOC的測試方法參照《民用建筑工程室內(nèi)環(huán)境污染控制規(guī)范 GB50325—2001》 (2006年版)附錄E.監(jiān)測點位分布詳見圖1和表1.在幾年監(jiān)測TVOC的基礎上,于2014年12月對該區(qū)域(包括該工業(yè)區(qū))大氣中VOCs進行了監(jiān)測,監(jiān)測方法參照美國國家環(huán)保局方法USEPA TO—15 (1999),監(jiān)測點位見圖2和表2.本文作者在統(tǒng)計分析以上監(jiān)測數(shù)據(jù)的基礎上,得到了該工業(yè)區(qū)大氣質(zhì)量變化規(guī)律,特別是VOCs的變化特征和分布規(guī)律.

表1 工業(yè)區(qū)大氣采樣點位說明

圖2 工業(yè)區(qū)VOCs采樣點位示意圖

表2 工業(yè)區(qū)VOCs采樣點位信息

2 結(jié)果與討論

2.1 工業(yè)區(qū)區(qū)域大氣環(huán)境質(zhì)量概述

統(tǒng)計分析該工業(yè)區(qū)大氣常規(guī)因子,包括SO2、NO2、PM10、CO和TSP,這些常規(guī)因子在所有樣品中均能檢出.其中,SO2、NO2、CO和TSP質(zhì)量濃度日均值范圍分別為0.012～0.064,0.025～0.08,0.38～0.88,0.062～0.29 mg/m3,均低于《空氣質(zhì)量標準 GB 3095—2012》的二級標準;而PM10的質(zhì)量日均值質(zhì)量濃度范圍為0.032～0.19 mg/m3,其中95%(樣品個數(shù)比)樣品的質(zhì)量濃度符合《空氣質(zhì)量標準 GB 3095—2012》的二級標準.

統(tǒng)計分析該工業(yè)區(qū)大氣環(huán)境中TVOC、苯、甲苯、二甲苯、氟化物、鉛等特征因子.其中,在2010～2013年期間所采集的所有樣品中均能檢出TVOC,其質(zhì)量日均值質(zhì)量濃度范圍為0.052～0.48 mg/m3,年均質(zhì)量濃度分別為0.19,0.13,0.07和0.28 mg/m3;樣品中苯與甲苯的檢測率均不足5%(樣品個數(shù)比),二甲苯、氟化物、鉛等特征因子均未檢測出.因此,可初步確定該工業(yè)區(qū)的特征因子為TVOC.這也與該工業(yè)區(qū)的產(chǎn)業(yè)特性有關(guān),該工業(yè)區(qū)有一些使用機溶劑的企業(yè),主要使用的有機溶劑為乙酸乙酯、烷烴、丙酮等.

2.2 工業(yè)區(qū)區(qū)域大氣中的TVOC

圖3 TVOC濃度的時間變化

分析TVOC濃度的時間變化趨勢(圖3),為春夏季低、冬季高.主要因為春夏季光照充足,有利于VOCs光化學反應的消耗;相反,冬季日照時間明顯縮短,光化學反應強度降低,VOCs的消耗速度明顯降低.雖然夏季高溫可使VOCs揮發(fā)速率加快,但從數(shù)據(jù)分析上來看,夏季光化學反應對VOCs的分解速率高于其揮發(fā)速率[7].

2.3 工業(yè)區(qū)區(qū)域大氣中VOCs的組成成分

本次樣品共檢出48種揮發(fā)性有機物,其中,乙酸乙酯、n-庚烷、庚烷和甲苯等10種化合物含量最高,平均質(zhì)量濃度分別為67.86,25.09,21.97,和14.33 μg/m3等,前10種物質(zhì)的平均質(zhì)量濃度之和占總VOCs的79.19%(質(zhì)量分數(shù)).平均質(zhì)量濃度及其所占比例見表3.

表3 前10位的VOCs物質(zhì)的濃度及其所占比例

圖4 VOCs各成分所占質(zhì)量分數(shù)

VOCs各成分所占比例如圖4所示.工業(yè)區(qū)大氣中VOCs平均質(zhì)量濃度為223.62 μg/m3,其中,酯類77.87 μg/m3,鹵代烷烴22.89 μg/m3,苯系物29.5 μg/m3,酮類16.26 μg/m3,醇類10.9 μg/m3,烯烴3.42 μg/m3,烷烴85.68 μg/m3,醚類0.51 μg/m3,炔烴1.39 μg/m3.尹洪銀等[8]在文章中總結(jié)空氣中VOCs組分主要有芳香烴、脂肪烴類、單環(huán)芳烴、低碳數(shù)鏈烴、苯系物、醛類等.與本次的監(jiān)測結(jié)果有所不同,主要還是因為受該工業(yè)區(qū)使用有機溶劑種類的影響.其中,酯類物質(zhì)中,乙酸乙酯質(zhì)量分數(shù)最高,占此類物質(zhì)的98.02%.乙酸乙酯作為工業(yè)溶劑,主要用于涂料、粘合劑、乙基纖維素、人造革、油氈著色劑、人造纖維等產(chǎn)品中,用途廣泛,用量大.烷烴類物質(zhì)種類豐富,包含19種烷烴,烷烴主要來自加油站和汽車尾氣.

2.4 工業(yè)區(qū)區(qū)域大氣中VOCs的空間分布

該工業(yè)區(qū)于2014年12月對區(qū)域內(nèi)的8個監(jiān)測點位中大氣VOCs進行了檢測(圖2),如表4所示.從點位的空間分布看,由于上海12月份主要刮西南風,導致下風向采樣點位(5號、7號、8號點位)的VOCs濃度高于上風向點位(2號、3號、6號點位)VOCs的濃度;同時,居民區(qū)點位(3號、6號點位)VOCs濃度明顯低于工業(yè)區(qū)中心點位(7號、8號點位)VOCs的濃度,靠近工業(yè)區(qū)的居民區(qū)大氣中VOCs的濃度要比遠離工業(yè)區(qū)的高,主要因為工業(yè)區(qū)內(nèi)不斷產(chǎn)生的有機溶劑的揮發(fā)使得這些點位VOCs的濃度偏高,因而,工業(yè)區(qū)有機溶劑的揮發(fā)對區(qū)域大氣環(huán)境質(zhì)量的影響不容忽視.由各點位的監(jiān)測數(shù)據(jù)可知,各個點位的主要VOCs物質(zhì)為乙酸乙酯、庚烷、n-庚烷、丙酮、氯甲烷、甲苯、異丙醇等.

2.5 工業(yè)區(qū)區(qū)域的VOCs來源

表4 各點位VOCs的總濃度值

VOCs作為PM10和臭氧的前體物[9],嚴重影響城市大氣環(huán)境質(zhì)量;為監(jiān)管和控制污染源,研究VOCs的來源十分重要.部分地VOCs區(qū)大氣VOCs來源解析成果表明,機動車尾氣是城市地區(qū)的主要VOCs排放源,對城市地區(qū)大氣VOCs組成和化學過程都有重要影響;其次是溶劑使用和工業(yè)燃燒源等,石油化工過程等排放源則因具體城市工業(yè)結(jié)構(gòu)布局的不同而有較大差異.中國幾大主要城市的研究報告發(fā)現(xiàn),機動車尾氣是城區(qū)VOCs污染的主要排放源[10],其次是溶劑揮發(fā)[11].通過對該工業(yè)區(qū)VOCs的數(shù)據(jù)分析可知,該監(jiān)測區(qū)域內(nèi)企業(yè)點位平均濃度最高的前十位物質(zhì)與居民區(qū)點位平均濃度最高的前十位物質(zhì)均包含乙酸乙酯、丙酮、庚烷、n-庚烷、氯甲烷、甲苯、丙烷、二氯甲烷、異丙醇這9種物質(zhì),結(jié)合表4中各點位VOCs的總濃度值的分析可知,企業(yè)排放對居民區(qū)的大氣環(huán)境影響不容忽視.

T/B(甲苯與苯的體積分數(shù)之比)通常被用來評價機動車尾氣貢獻,T/B小于2.0則說明VOCs濃度受機動車尾氣排放影響顯著,值越大說明機動車排放影響越小,而其他因素影響越大[12-13].本次樣品共檢出9種苯系物,甲苯是其中質(zhì)量分數(shù)最高的物質(zhì),達55.96%(表5).8個點位的T/B值見表6,從表6可以看出,2號、3號、6號點位(居民區(qū)點位)的T/B小于2.0,說明這些點位受機動車尾氣影響較大,其他點位(工業(yè)區(qū)點位)的T/B均大于2.0,因此,它們主要受溶劑揮發(fā)等其他VOCs源的影響.這符合居民區(qū)大氣中VOCs主要受機動車尾氣的影響的規(guī)律,而工業(yè)區(qū)大氣中VOCs有其特征來源——有機溶劑的揮發(fā).該工業(yè)區(qū)的企業(yè)主要使用的有機溶劑有乙酸乙酯、烷烴、酮類等,故在VOCs的監(jiān)測數(shù)據(jù)中,乙酸乙酯、庚烷、丙酮等物質(zhì)的含量最高.因此工業(yè)區(qū)企業(yè)應做好廢氣中VOCs的減排處理,并積極使用清潔溶劑代替高污染的溶劑.

表5 苯系物的質(zhì)量濃度及其所占比例

表6 各點位苯、甲苯的濃度及T/B的比值

3 結(jié) 論

(1)2010～2013年,該工業(yè)區(qū)大氣中TVOC的年平均質(zhì)量濃度分別為0.19,0.13,0.07和0.28 mg/m3,該工業(yè)區(qū)大氣特征污染因子為TVOC.

(2)該工業(yè)區(qū)TVOC濃度的時間變化特征為冬季高、春夏季低,空間變化特征為居民區(qū)的VOCs的濃度較低,工廠點位附近的VOCs濃度較高;根據(jù)T/B的值可知,居民區(qū)的VOCs濃度受機動車尾氣影響較大,而工業(yè)區(qū)主要受其企業(yè)使用的有機溶劑揮發(fā)等其他VOCs源的影響.

(3)該工業(yè)區(qū)共檢出48種揮發(fā)性有機物,其中乙酸乙酯、n-庚烷、庚烷、甲苯等10種化合物含量最高,約占總VOCs質(zhì)量濃度的79.19%.其中苯系中甲苯質(zhì)量分數(shù)最高、酯類中乙酸乙酯占98.02%.

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(責任編輯：郁 慧)

Study on VOCs in atmosphere and their sources of atypical industrial park in Shanghai

Zheng Jun

(Shanghai Xinzhuang Industry Park Economic & Technological Development Co.,Ltd.,Shanghai 201108,China)

Volatile organic compounds(VOCs) data collected in the atmosphere of a typical industrial park in Shanghai in year 2009～2015 were analyzed in this paper.It was found that concentration of TVOC was high in winter and low in spring and summer.48 kinds of VOCs were detected in the atmosphere of this region.Among them,ethyl acetate,n-heptane,heptanes,and toluene accounted for 30%,11%,10%,and 7%,respectively.According to the ratio ofT/B,we can concluded that concentrations of VOC in the atmosphere of this industrial park and the residential areas around the industrial park are mainly affected by the volatility of organic solvents and motor vehicle exhaust emissions,respectively.

VOCs; atmospheric environmental quality; industrial park

2016-11-02

鄭 俊(1979-),女,碩士,主要從事環(huán)境管理方面的研究.E-mail:specialzj@163.com

X 821

A

1000-5137(2017)02-0298-06