福州市主城區(qū)大氣VOCs污染特征及來(lái)源特征

丘萬(wàn)鵬

（龍巖市上杭生態(tài)環(huán)境局，福建 上杭 364200）

1 數(shù)據(jù)來(lái)源及數(shù)據(jù)處理

本文采用的數(shù)據(jù)來(lái)自福建省超級(jí)大氣監(jiān)測(cè)站，該站點(diǎn)位于福州市鼓樓區(qū)的福建省環(huán)境監(jiān)測(cè)站樓頂。該站點(diǎn)的設(shè)立為大氣環(huán)境質(zhì)量分析、污染物成因分析、大氣環(huán)境管理等工作提供了重要支撐。本次采用該站點(diǎn)2018年全年的大氣光化學(xué)組分監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)116種VOCs組分監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行研究分析，了解掌握2018年度福州市主城區(qū)VOCs濃度的時(shí)間序列變化特征及種類、組分特征和來(lái)源特征，為福州市的VOCs和臭氧污染防治提供決策依據(jù)。

通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)有效性核查、Excell數(shù)據(jù)篩選、統(tǒng)計(jì)，柱狀圖、餅狀圖分析等對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，確保數(shù)據(jù)的有效性和客觀性，分析結(jié)果的真實(shí)性和可靠性。經(jīng)數(shù)據(jù)處理，剔除因設(shè)備故障、調(diào)試、數(shù)據(jù)校準(zhǔn)等產(chǎn)生的無(wú)效數(shù)據(jù)，2018年共獲得7116組有效監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，占總監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的85%。全年VOCs平均濃度為15.87ppb，濃度范圍為2.22～141.43ppb。為方便分析，將116種組分的VOCs劃分為烷烴、鹵代烴、醛酮類、芳香烴、烯烴、炔烴、含氧類等7大種類。

2 結(jié)果與分析

2.1 VOCs日變化特征

福州市省環(huán)境監(jiān)測(cè)站點(diǎn)位VOCs日變化特征如圖1所示，從圖1可看出，早（07:00～11:00）、中（12:00～18:00）、晚（19:00～06:00）的VOCs平均濃度分別為17.01ppb、14.3ppb和16.16ppb，呈現(xiàn)早間VOCs濃度最高，晚間其次，午間最低的日變化特征，各種類VOCs平均濃度也呈現(xiàn)此規(guī)律。原因可能是晚間地面溫度和大氣邊界層有所降低，不利于污染物擴(kuò)散，累積致使VOCs濃度不斷升高，加之早間高峰時(shí)段汽車尾氣排放增加，導(dǎo)致VOCs在早間達(dá)到高值；隨著光照強(qiáng)度不斷增強(qiáng)，地面溫度和大氣邊界層抬升，大氣流動(dòng)增強(qiáng)，光化學(xué)反應(yīng)消耗速率加快，污染物濃度也就隨之降低；另外也存在夜間企業(yè)VOCs排放量增加的可能性。

圖1 2018年福州市省環(huán)境監(jiān)測(cè)站點(diǎn)位VOCs日變化情況

2.2 VOCs季節(jié)變化特征

福州市省環(huán)境監(jiān)測(cè)站點(diǎn)位VOCs季節(jié)變化特征見(jiàn)圖2，從圖2可看出，VOCs平均濃度季節(jié)變化呈現(xiàn)秋季＞冬季＞夏季＞春季的特征。其中，含氧類在春季濃度最大，醛酮類在夏季濃度最大，鹵代烴在秋季濃度最大，芳香烴、炔烴、烯烴、烷烴在冬季濃度最大。福州市夏季的主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|南風(fēng)，冬季主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|北風(fēng)，位于福州市東南方向的閩侯縣、福清市，分布著數(shù)量較多的工業(yè)涂裝、化工化纖、印刷印染、工業(yè)鍋爐等涉VOCs企業(yè)，位于福州市東北方向的連江縣、羅源縣，分布著一定數(shù)量的工業(yè)爐窯、鍋爐、涂裝等涉VOCs企業(yè)，所以風(fēng)向季節(jié)性變化以及行業(yè)企業(yè)生產(chǎn)季節(jié)性變化都有可能是造成VOCs濃度季節(jié)性特征的原因。

圖2 2018年福州市省環(huán)境監(jiān)測(cè)站點(diǎn)位VOCs季節(jié)變化情況

2018年福州市省監(jiān)測(cè)站點(diǎn)位VOCs各組分與種類年均濃度之間的關(guān)系

2.3 VOCs種類、組分濃度與來(lái)源特征

2.3.1 VOCs種類、組分濃度特征

從圖3可看出，VOCs各種類年均值占比為：含氧類1%、醛酮類15%、鹵代烴22%、芳香烴11%、炔烴5%、烯烴10%、烷烴36%，呈現(xiàn)出烷烴＞鹵代烴＞醛酮類＞芳香烴＞烯烴＞炔烴＞含氧類的特征。

圖3 2018年福州市省監(jiān)測(cè)站點(diǎn)位VOCs各種類濃度占比

通過(guò)進(jìn)一步篩選、分析，從各種類中篩選出對(duì)濃度貢獻(xiàn)前10位的關(guān)鍵組分，見(jiàn)表1。按照濃度高低分別為丙烷、丙酮、乙烷、二氯乙烷、乙烯、乙炔、正丁烷、二氯甲烷、甲苯、一氯甲烷。從表1可看出，分別占該種類的比重為：34.0%、78.5%、29.7%、30.7%、63.8%、98.7%、14.3%、22.4%、42.3%、19.9%。前10位的關(guān)鍵組分年平均濃度之和為11.45ppb，占全年VOCs平均濃度比重的72%。其中醛酮類中丙酮占了絕大部分；炔烴中幾乎全部來(lái)自乙炔；烷烴主要由丙烷、乙烷、正丁烷組成，三者之和占了78%；而鹵代烴主要由一氯甲烷、二氯甲烷、二氯乙烷組成，三者之和占了73%。

2.3.2 VOCs來(lái)源特征

從圖3、下表可以看出，占比最高的是烷烴，乙烷、丙烷、正丁烷分別占29.7%、34.0%和14.3%，占烷烴總量的78%，是烷烴中的主要組分。蔡長(zhǎng)杰等[2]人對(duì)上海市夏季大氣中VOCs源解析研究表明，烷烴主要來(lái)自交通工具尾氣排放、燃料揮發(fā)（液化石油氣/天然氣泄漏和汽油蒸發(fā)）和溶劑使用, 其分擔(dān)率分別為 45%、32%、12%；陸思華[3]等人的研究表明，城市環(huán)境空氣中乙烷、丙烷、正丁烷的主要來(lái)源是液化石油氣車輛尾氣的排放；McCarthy M C[4]

等人的研究表明，丙烷和丁烷是LNG/PG的主要成分。因此，烷烴的來(lái)源主要來(lái)自機(jī)動(dòng)車尾氣排放和燃料揮發(fā)，少部分來(lái)自溶劑使用。

其次是鹵代烴，占比重2 2%。二氯乙烷、二氯甲烷、一氯甲烷分別占3 0.7%、22.4%、19.9%，占鹵代烴總量的73%，是鹵代烴中的主要組分。文獻(xiàn)表明[5]，城市揮發(fā)性鹵代烴中的二氯甲烷、二氯乙烷、三氯甲烷主要源于交通道路源排放，一氯甲烷則主要來(lái)自以海洋和植物排放為主的天然源。福州市屬于沿海地市，且植被覆蓋率較高，與該項(xiàng)研究結(jié)果相符。因此，本研究區(qū)域大氣中鹵代烴的主要來(lái)源是機(jī)動(dòng)車排放及海洋和植物排放。

醛酮類占比第三，約占15%。其中丙酮占該種類總量達(dá)78.5%，其在貢獻(xiàn)前10的關(guān)鍵組分中排名第二。導(dǎo)致丙酮濃度相對(duì)較高的原因是：1）汽車尾氣中丙酮含量較高[6]；2）福州市區(qū)周邊存在一定數(shù)量的涂料等溶劑使用的工業(yè)企業(yè)，而丙酮是這些工業(yè)常用的溶劑；3）丙酮在大氣中停留時(shí)間較長(zhǎng)，光解及與·OH反應(yīng)的速率分別是50d和60d[7、8]，導(dǎo)致出現(xiàn)累積效應(yīng)。

占比第四的是芳香烴，約占11%。甲苯則占芳香烴比重42.3%，喬月珍等[9]人的研究表明，輕型汽油車尾氣VOCs中甲苯、二甲苯約占43%；蔡長(zhǎng)杰等[2]人的研究表明，芳香烴主要來(lái)自溶劑使用、交通工具尾氣排放、工業(yè)生產(chǎn)和燃料揮發(fā)，其分擔(dān)率分別為35%、26%、22%、17%，可知芳香烴可能來(lái)自機(jī)動(dòng)車排放和燃料揮發(fā)、溶劑使用和工業(yè)生產(chǎn)。烯烴占比約10%，乙烯是其中的主要組成，烯烴主要來(lái)自交通工具尾氣排放和燃料揮發(fā)[6]。炔烴占比5%含量較低，其中98.7%為乙炔，文獻(xiàn)表明乙炔是燃燒源的示蹤物[10]，是燃料不完全燃燒的產(chǎn)物。根據(jù)福州市及周邊燃燒源的分布情況，市區(qū)存在機(jī)動(dòng)車燃料的燃燒，市區(qū)東北方向的長(zhǎng)樂(lè)區(qū)、連江縣，東南方向的福清市均分布著一定數(shù)量的燃煤、燃生物質(zhì)鍋爐，市區(qū)周邊也分布著幾家大型的燃煤電廠。因此，乙炔的來(lái)源可能是機(jī)動(dòng)車燃料、煤、生物質(zhì)等燃料的不完全燃燒。

綜上，福州市主城區(qū)的VOCs主要是來(lái)自人為源排放，小部分來(lái)自天然源。根據(jù)分析，10種關(guān)鍵組分均可能來(lái)自機(jī)動(dòng)車排放，且7種類別的VOCs大部分也可能來(lái)自機(jī)動(dòng)車排放，因此，機(jī)動(dòng)車排放是福州市主城區(qū)VOCs的主要來(lái)源，其次是燃料揮發(fā)和工業(yè)溶劑使用，而工業(yè)企業(yè)燃料燃燒及海洋和植物等天然源排放也占了小部分。

3 結(jié)論

（1）大氣中VOCs各種類年平均濃度呈現(xiàn)烷烴＞鹵代烴＞醛酮類＞芳香烴＞烯烴＞炔烴＞含氧類的特征，其中按照各組分濃度高低排列分別是丙烷、丙酮、乙烷、二氯乙烷、乙烯、乙炔、正丁烷、二氯甲烷、甲苯、一氯甲烷。研究區(qū)域大氣中的有機(jī)物來(lái)源比較復(fù)雜，主要來(lái)自人為源排放，其中機(jī)動(dòng)車排放是主要來(lái)源，其次是燃料揮發(fā)和溶劑使用，而工業(yè)企業(yè)燃料燃燒及海洋和植物等天然源排放也占了小部分。

（2）一天中各時(shí)段VOCs平均濃度呈現(xiàn)上午＞晚上＞中午的特征，這一方面與夜間溫度低、大氣邊界層低，污染物不易擴(kuò)散，造成累積有關(guān)；另一方面可能是受城市居民上班出行早晚高峰和工業(yè)污染源夜間排放量增加的影響。因此，建議福州市進(jìn)一步加強(qiáng)出行高峰期的交通疏導(dǎo)；建議執(zhí)法部門(mén)查閱上風(fēng)向工業(yè)企業(yè)夜間用電情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)可能的違法違規(guī)生產(chǎn)企業(yè)，并開(kāi)展夜查，實(shí)施精準(zhǔn)執(zhí)法，降低工業(yè)源排放。

（3）福州市主城區(qū)VOCs平均濃度季節(jié)變化呈現(xiàn)秋季＞冬季＞夏季＞春季的特征。其中，含氧類在春季濃度最大，醛酮類在夏季濃度最大，鹵代烴在秋季濃度最大，芳香烴、炔烴、烯烴、烷烴在冬季濃度最大。分析表明，可能與風(fēng)向季節(jié)性變化以及行業(yè)企業(yè)生產(chǎn)季節(jié)性變化有關(guān)。

（4）建議福州市加強(qiáng)對(duì)機(jī)動(dòng)車的監(jiān)管，嚴(yán)格執(zhí)行汽、柴油機(jī)動(dòng)車排放新標(biāo)準(zhǔn)，降低汽、柴油車污染物排放；有效整合機(jī)動(dòng)車檢驗(yàn)檢測(cè)各項(xiàng)措施、系統(tǒng)，充分利用年檢站、遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、道路檢測(cè)、抽測(cè)等獲取的數(shù)據(jù)，強(qiáng)化數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不達(dá)標(biāo)車輛的精準(zhǔn)查處。