基于走航監(jiān)測的北京市城區(qū)晚高峰VOCs污染特征分析

岳天佐，賈建平，胡 劍，武高峰，吳輝廷，秦建偉，徐 科，陳興春，趙露露，李雪君，王明陽

（北京奧達(dá)清環(huán)境檢測有限公司，北京 100176）

近年來，隨著一系列大氣污染控制措施的實(shí)施，北京市城區(qū)、郊區(qū)的顆粒物濃度顯著下降，霧霾天氣發(fā)生頻次降低，空氣質(zhì)量明顯改善，但臭氧污染問題仍突出，逐漸成為制約北京市大氣環(huán)境問題的重要因素。臭氧（O3）和二次有機(jī)氣溶膠（SOA）是VOCs的重要前體物，與光化學(xué)煙霧和灰霾天氣的形成密切相關(guān)。目前，如何協(xié)同控制PM2.5和O3，已成為每個(gè)生態(tài)環(huán)保單位關(guān)注和工作的重點(diǎn)。環(huán)境大氣中的VOCs種類繁多，成分復(fù)雜，其主要來源于天然因素和人為因素。但在城區(qū)，人為因素是VOCs來源的主要原因。文件《2020年揮發(fā)性有機(jī)物治理攻堅(jiān)方案》提出，有條件的工業(yè)園區(qū)，政策鼓勵(lì)其開展企業(yè)VOCs成分分析、特征物質(zhì)識別、走航觀測以及溯源等分析工作。

走航觀測是定量認(rèn)識區(qū)域大氣污染特征的重要方法，與遙感監(jiān)測和地面固定站點(diǎn)監(jiān)測比較，走航觀測具有分辨率高、監(jiān)測范圍廣的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，走航觀測還可以實(shí)時(shí)測量，有較好的靈活性和較強(qiáng)的機(jī)動(dòng)性。相較于離線的實(shí)驗(yàn)室分析檢測，其最大的特點(diǎn)是便攜、可移動(dòng)、實(shí)時(shí)性，但無法滿足大范圍的監(jiān)測工作的需要。VOCs走航監(jiān)測能夠快速掌握一定區(qū)域內(nèi)VOCs的時(shí)空分布及污染特征，本研究基于具有走航質(zhì)譜監(jiān)測模塊與氣相色譜-質(zhì)譜分析模塊、單質(zhì)譜分析與氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用分析（GC-MS）兩種應(yīng)用模式的VOCs雙通道（+顆粒物）走航監(jiān)測系統(tǒng)，對北京市城區(qū)某典型區(qū)域的VOCs和顆粒物進(jìn)行一次走航監(jiān)測，并在此基礎(chǔ)上，疊加監(jiān)測分析晚高峰交通污染源的影響，有助于認(rèn)識晚高峰期間城區(qū)VOCs大氣污染程度和組成成分特性，給相關(guān)區(qū)域開展大氣污染治理提供重要的技術(shù)支持；同時(shí)，也對VOCs和顆粒物走航監(jiān)測的應(yīng)用提供相關(guān)經(jīng)驗(yàn)支持。

1 材料和方法

1.1 走航監(jiān)測范圍及監(jiān)測時(shí)間

走航監(jiān)測主要范圍為北京市某典型城區(qū)區(qū)域，區(qū)域內(nèi)建筑類型主要包括工業(yè)園區(qū)、旅游景區(qū)、居民生活區(qū)、醫(yī)院、公園等，2個(gè)大型生產(chǎn)企業(yè)工業(yè)園區(qū)為互聯(lián)網(wǎng)科技企業(yè)園區(qū)以及精密電子生產(chǎn)園區(qū)。走航時(shí)間選擇在晚高峰期間，城區(qū)交通最高的16∶16～17∶31。監(jiān)測期間濕度：64.7%、氣溫：-3.00 ℃、風(fēng)向：南風(fēng)、風(fēng)速：5.7 m/s，對大氣特征污染物如烯烴、烷烴、總揮發(fā)性有機(jī)化合物（TVOCs）進(jìn)行采樣監(jiān)測。走航監(jiān)測時(shí)間是2022年1月21日，走航車速度保持在20 km/h左右，發(fā)現(xiàn)異常點(diǎn)位時(shí)進(jìn)行區(qū)域駐點(diǎn)監(jiān)測。

1.2 監(jiān)測設(shè)備說明

VOCs走航監(jiān)測系統(tǒng)由杭州譜育科技發(fā)展有限公司研發(fā)，該系統(tǒng)在車體上可集成6大系統(tǒng)，分別是：①雙通道質(zhì)譜分析系統(tǒng)；②氣象五參數(shù)系統(tǒng)；③GPS定位系統(tǒng)；④大氣自動(dòng)采樣系統(tǒng)；⑤全自動(dòng)惰性化系統(tǒng)；⑥VOCs動(dòng)態(tài)稀釋儀等系統(tǒng)。雙通道質(zhì)譜分析系統(tǒng)中，一通道為直接質(zhì)譜分析系統(tǒng)，利用單質(zhì)譜秒級連續(xù)響應(yīng)迅速找到VOCs污染高值點(diǎn)，實(shí)時(shí)獲取VOCs單組分和TVOCs濃度變化和分布規(guī)則；另一通道是氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（GC-MS）分析通道，先用色譜柱分離樣品，再用質(zhì)譜快速檢測分離后的物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)VOCs樣品的定量和定性分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 檢測結(jié)果

將走航路徑監(jiān)測的VOCs 總量濃度和顆粒物匯 總 分 類，分 成4個(gè) 等 級：0～100、101～200、201～300、301～1 000 μg/m3，用不同顏色表示，顏色越深表示VOCs的總量濃度越高。北京市城區(qū)顆粒物及VOCs 總量的走航圖見圖1，監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，此次監(jiān)測過程中PM2.5質(zhì)量濃度介于48.00～103.00 μg/m3之間，均值為60.98 μg/m3，是環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)一級限值（35.00 μg/m3）的1.74倍，最高值為103.00 μg/m3；PM10質(zhì)量濃度范圍為55.00～111.00 μg/m3，均 值 為67.75 μg/m3，超過環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)一級限值（50.00 μg/m3）的35.5%，最高值為111.00 μg/m3；TSP總懸浮顆粒物均值為67.75 μg/m3，低于環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)一級限值（120.00 μg/m3），最高值為110.00 μg/m3，推測原因?yàn)榻煌〒矶聦?dǎo)致。

圖1 顆粒物及VOCs走航監(jiān)測結(jié)果圖

本次走航監(jiān)測過程中TVOCs 的瞬時(shí)濃度平均值是117.21 μg/m3，但走航路徑中發(fā)現(xiàn)VOCs濃度峰值高于200 μg/m3的異常點(diǎn)位有4個(gè)，這個(gè)值遠(yuǎn)大于該區(qū)域的VOCs平均濃度，因此對該區(qū)域涉及VOCs 排放的重點(diǎn)企業(yè)和城市道路擁堵路段要精細(xì)化管控。研究將TVOCs濃度與測得的氣象要素風(fēng)向、風(fēng)速、氣壓、濕度、溫度進(jìn)行相關(guān)性分析，皮爾森相關(guān)系數(shù)結(jié)果（表1）顯示，VOCs的質(zhì)量濃度與風(fēng)向、濕度呈顯著正相關(guān)關(guān)系，即VOCs的質(zhì)量濃度隨濕度的增加而升高，且受風(fēng)向的影響較為明顯；與風(fēng)速、溫度呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，當(dāng)風(fēng)速、溫度越低時(shí)，VOCs的質(zhì)量濃度越高。

表1 TVOCs與氣象要素的皮爾森相關(guān)系數(shù)

2.2 VOCs組成特征

對于利用GC-MS對于VOCs組分進(jìn)行定點(diǎn)采樣、分析監(jiān)測結(jié)果如圖2所示，VOCs主要組分以苯及苯系物為主，其中1，2-二甲基苯、甲苯、苯、乙基苯，分別占VOCs含量的39.94%、26.65%、21.77%和11.64%。甲苯和苯間濃度的比值法通?？捎糜谂袛郪OCs污染物的大致來源。已有源譜表明生物質(zhì)、煤炭等燃燒源中甲苯/苯平均濃度的比值（T/B）通常低于1，機(jī)動(dòng)車尾氣中通常在1.42左右，一般認(rèn)為不超過2，不同文獻(xiàn)結(jié)果略有不同，工業(yè)過程/溶劑程使用源中比值可能超10。本研究中所測得的T/B為1.22，更加符合機(jī)動(dòng)車尾氣排放特征。

圖2 VOCs 組分百分比含量圖

3 結(jié)論與展望

（1）本次對北京朝陽區(qū)晚高峰城區(qū)路段的顆粒物及VOCs走航監(jiān)測結(jié)果顯示，該區(qū)域TSP總懸浮顆粒物均值為67.75 μg/m3，低于環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)一級限值（120.00 μg/m3），VOCs的瞬時(shí)濃度均值為117.21 μg/m3，整體質(zhì)量濃度處于較低水平。

（2）皮爾森相關(guān)系數(shù)結(jié)果顯示，VOCs的質(zhì)量濃度與風(fēng)向、濕度呈顯著正相關(guān)關(guān)系，與風(fēng)速、溫度呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，應(yīng)注意特殊氣象條件下對于VOCs的管控，加強(qiáng)對重點(diǎn)涉VOCs企業(yè)的精細(xì)化管控以及城市道路擁堵路段的管控。

（3）該監(jiān)測區(qū)域VOCs濃度主要受苯系物的影響，該時(shí)間段、該監(jiān)測區(qū)域，VOCs的優(yōu)勢組分主要以甲苯、苯、乙基苯和1，2-二甲基苯為主的苯系物，排放源符合機(jī)動(dòng)車尾氣排放特征。