欧洲大气挥发性有机物大尺度监测进展及启示

开展大气臭氧前体物挥发性有机物(VOCs)的大尺度监测对于臭氧污染的联防联控有重要意义。欧洲早在20世纪90年代初就开展VOCs大尺度监测,而中国自2018年才开始建设全国性的VOCs监测网络,目前处于起步发展阶段。通过总结欧洲VOCs大尺度监测的发展历程、监测指标、质量保证及监测结果等,对中国VOCs监测提出建议:开展VOCs监测的顶层设计,对全国VOCs监测进行统一科学规划,保持VOCs监测的稳定性和持续性;通过科学方法筛选优化VOCs监测指标体系,构建统一的监测技术体系和质量管理体系,优先确保监测结果的准确性和可比性;将VOCs监测与现有的大气常规六参数常规监测网、颗粒物组分监测网等其他大气监测网有机融合,形成一个综合而丰富的大气环境监测网络,同时满足业务和科研需求。     

城市大气中挥发性有机化合物监测技术进展

挥发性有机物(VOCs)是臭氧及二次有机颗粒物(SOA)的主要前体物。近年来,我国逐步将VOCs纳入大气污染物控制体系。准确可靠的监测技术是大气VOCs研究及控制的重要前提保障。按照采样方法、分析方法 2个方面介绍并讨论了城市大气中VOCs的现有监测方法,较为详细地介绍了几类广泛采用的离线及在线监测技术,简要讨论了目前VOCs监测中存在的一些问题,展望了今后的发展趋势。     

环境空气VOCs在线监测中标准气体的比对研究

环境空气中挥发性有机物(VOCs)的在线监测技术近年来受到普遍关注。相对于传统的离线手工监测,在线监测能够解决监测数据时空代表性不足的问题,同时更好地满足环境质量连续监测和研究的需要。现有环境空气常规气体在线监测技术规范对量值溯源有较高的要求,其中标准气体的溯源和比对是质量控制和质量保证的根本。通过构建上海市环境空气VOCs在线监测的标准气体实验室比对测试流程,提出了标准气体比对结果的评价指标及方法,以确保在线监测数据的准确性和可比性。结果显示,6瓶臭氧前体混合物标准气体中,90%以上物种的测定结果的相对偏差在±10%以内,个别物种超出范围,说明定期开展标准气体比对对于VOCs在线监测的质控和质保具有重要意义。     

油田周边环境典型敏感区大气挥发性有机物特征

采用苏玛罐采样-超低温预浓缩气相色谱质谱联用方法,开展油田特征VOCs成分的分析工作。通过对某油田生产开发区及周边环境敏感区环境空气的持续监测,发现油田特征VOCs的整体扩散规律,低温、温度骤降以及高湿度环境极不利于VOCs扩散,对特征VOCs成分解析并核算其光化学反应特征,明确了臭氧生成潜势,研究表明烷烃及苯系物对臭氧生成的贡献较大,两者的贡献占比达到70%,初步明确了其对周边环境的影响状况。     

广州市近地面臭氧时空变化及其与气象因子的关系

利用2012年1月至2016年2月广州市环境空气自动监测数据和气象观测数据,对广州市近地面臭氧的时空分布特征及其与气象因子的关系进行分析。结果表明:2012—2015年广州市臭氧日最大8 h滑动平均值的第90百分位数波动变化,年变化率依次为-14.3%、5.8%、-12.1%;广州市臭氧浓度呈现夏、秋季高,春、冬季低的显著季节变化特征;臭氧日最大8 h平均值的月均值和第90百分位数最高的月份一般分别出现在10月和7—8月;臭氧浓度的日变化曲线为单峰型,最大值一般出现在14:00或15:00;臭氧浓度随垂直高度的升高而增大,从低层(6 m点位或地面站)到中层(118 m和168 m点位)、中层到高层(488 m点位)臭氧日最大8 h滑动平均值的增长率分别为18.3%和39.1%;广州市中心城区臭氧浓度低于南北部城郊,夏、秋季高值区与夏、秋季主导风向相对应;臭氧浓度受降水、气温、相对湿度和风速等气象因子影响,臭氧浓度的超标是多种因素综合作用的结果。     

走航溯源耦合在线监测分析喷涂企业排放VOCs对大气臭氧污染的影响

选择某喷涂企业附近环境空气为采样点位,在3个监测时段（5、9、11月）基于成分监测车在线监测107种挥发性有机物（VOCs）,分析环境空气中VOCs污染特征和成分,结合走航监测车进行溯源分析,利用MCM模式结合敏感性实验研究了臭氧生成机制。结果表明：5月A时段的VOCs总浓度（247.43 μg/m³）高于其他2个监测时段（134.29、107.07 μg/m³）,体现了VOCs季节性的变化趋势;3个监测时段VOCs浓度均以含氧有机物为主,其占比分别为44.36%、55.30%和37.90%,其次为芳香烃和烷烃,但不同监测时段同类VOCs占比各不相同,体现了不同季节VOCs浓度的差异性。3个监测时段均排在浓度排名前10位的物种有6种,分别为乙醇、丙酮、对/间二甲苯、苯、二氯甲烷和甲苯,说明该监测点位存在稳定污染排放源。走航溯源监测获得空气点位及附近喷涂企业内VOCs浓度和成分特征,结果显示环境大气中的VOCs主要组分来自喷涂企业厂区使用的挥发性溶剂的排放和油性漆的挥发排放。研究臭氧生成潜势（OFP）可知,芳香烃的OFP值在3个监测时段占比最高,对臭氧生成贡献较高的物种主要有对/间二甲苯、甲苯等芳香烃,乙醇和甲基丙烯酸甲酯等含氧有机物,异戊二烯和丙烯等烯烃类物种。MCM模式结果显示：5月A时段监测期间的臭氧光化学生成速率大于9月B时段和11月C时段,O₃生成过程主要受甲基过氧自由基（CH₃O₂）+NO 和过氧化羟基自由基（HO₂）+NO 控制。相对增量反应敏感性实验结果显示：3个监测时段臭氧生成均处于VOCs控制区,5月A时段,控制异戊二烯、芳香烃类物种可以大幅减少臭氧的生成,9月B时段需主要控制芳香烃和含氧有机物的排放,11月C时段则需控制芳香烃物种的排放。就VOCs单体而言,3个监测时段减少对/间二甲苯的浓度,对臭氧生成影响较大。走航溯源耦合在线监测方法可以实现臭氧污染快速原位溯源。     

某石化工业园区大气中VOCs垂直分布的无人机监测研究

利用无人机对某石化工业园区地面至100 m大气中的VOCs进行监测,通过不同高度数据对比,总结该石化工业园区挥发性有机物的垂直分布特征,并分析其化学反应活性。监测结果表明,VOCs体积分数和总臭氧生成潜势随高度增加均呈下降趋势,地面和15~30 m高度的VOCs浓度及臭氧生成潜势基本一致。主要VOCs物种浓度垂直分布特征可分为均匀分布、随高度增加浓度不断降低、随高度增加浓度先升后降3种。含氧有机物和烷烃在大气中体积分数较大,主要特征挥发性有机物为丙酮、乙醛、乙烷、乙醇等;臭氧生成潜势贡献较大的组分为含氧有机物、烯烃和炔烃,关键活性物质为甲醛、乙醛、丁烯醛、正丁醛等。含氧有机物的体积分数和臭氧生成潜势贡献在地面至100 m高度都明显高于其他组分,应作为VOCs浓度和化学活性控制的重点。     

环境空气质量自动监测系统中动态校准仪臭氧浓度的复现性研究

通过对含有臭氧发生器的动态校准仪发生的臭氧浓度进行多角度跟踪审查,对其臭氧浓度的复现性进行了评估。总体上,动态校准仪臭氧发生器发生的臭氧浓度存在较大漂移,复现性较差,与臭氧组件的稳定性有很大关系。建议参照美国的臭氧传递分级标准,把动态校准仪作为Level 4级别的传递标准,使用专门用于校准的臭氧分析仪作为Level 3级别的传递标准,在子站现场对动态校准仪和监测用臭氧分析仪进行标准传递,并适当增加传递频次。     

平流层臭氧深度侵入对典型城区的影响过程分析

中纬度平流层臭氧深度侵入是造成对流层至近地面臭氧浓度突增的原因之一。筛选春夏季臭氧浓度升高时段的高分辨率大气再分析数据ERA5,以位涡值的下沉趋势分析了对流层顶折叠位置及变化过程;以AIRS数据反演了臭氧浓度、一氧化碳浓度和相对湿度的垂直廓线,并估计了其分布及相关性;以近地表污染物浓度变化、HYSPLIT模型后向轨迹分析结果证实了臭氧侵入气团的运移轨迹和局地效应;通过激光雷达监测结果观测臭氧垂直浓度分布,确定了臭氧浓度最大值所处高度,判定了受影响近地点的浓度升高时刻;以边界层高度变化、气象条件分析结果及当地与周边城市地面监测数据的逐小时变化情况等综合信息,进行了区域确认和近地面影响判定。通过以上数值综合分析,对城市地区受平流层臭氧深度侵入影响的过程和具体时间进行了详细再现,可为排除非人为排放因素导致的近地表臭氧浓度增加提供回溯分析,为臭氧污染防控决策提供依据。     

菏泽市环境空气中VOCs污染特征研究

为研究菏泽市环境空气中VOCs的污染特征,参照EPA TO-15方法对菏泽市环境空气中的VOCs进行分析,并对VOCs的组成、浓度状况、来源和对臭氧生成潜势的贡献等进行探讨。结果表明,该市环境空气中共定性检出挥发性有机物82种,其中烷烃和苯系物分别占有机物种类的29%、22%,VOCs平均浓度为25.6μg/m3。监测期间,环境空气中的VOCs主要来自汽车尾气排放、汽油蒸汽、液态石油的挥发,其中交通尾气排放是该区域监测期间的主要排放源。烷烃、芳烃是对菏泽市环境空气中臭氧生成潜势贡献较大的关键活性组分,其对臭氧生产潜势的贡献率分别为32.6%、49.9%。     

某市城区典型时段VOCs污染特征及其与O3的相关性

通过研究某市城区4—9月臭氧污染较严重时间段71种挥发性有机物的手工监测数据和臭氧浓度自动监测数据，分析了该市挥发性有机物在典型时段的污染特征及其与臭氧浓度变化的相关性。为该市通过控制挥发性有机物排放来精准防控臭氧污染提供参考。研究结果显示：该市挥发性有机物浓度水平与活性水平变化趋势总体一致，污染物种类在不同时间段的浓度和活性有差异，从浓度和活性角度分析得到的关键物种在不同时间段有差异，挥发性有机物的污染变化与臭氧浓度变化的相关性有时显著，有时不显著。     

广州市大气VOCs污染特征及O3生成潜势分析

利用手工及自动监测数据，结合最大增量反应活性(MIR)系数法，对广州市大气挥发性有机物(VOCs)污染特征及臭氧生成潜势(OFP)进行了研究。结果表明：广州市大气VOCs总体积分数为73.85×10^-9,其中，丙烷、甲醛、乙酸乙酯的体积分数最高，分别为5.59×10^-9、4.87×10^-9、4.25×10^-9。组成特征分析结果显示，含氧挥发性有机物(OVOCs)和烷烃为主要污染物种类，分别贡献了总VOCs的34.32%和32.34%。在空间分布上，各站点VOCs体积分数自南向北不断降低，番禺市桥站(南部，76.16×10^-9)>公园前站(中部，75.58×10^-9)>花都梯面站(北部，69.80×10^-9)。广州市大气中甲醛和乙醛的比值为1.22,表明本地排放对广州市醛酮类化合物的贡献较大；乙苯和间/对-二甲苯的比值为0.35,表明广州市气团老化程度低，VOCs主要受本地排放影响；甲苯和苯的比值显示，公园前站苯系物主要受机...     

VOCs在线监测系统与SUMMA罐采样-气质联用法的比对分析

将挥发性有机污染物在线监测系统与实验室内SUMMA罐采样气质联用法(GC-MS)的挥发性有机物分析进行了标准气体和实际空气样品的分析比对,并对偏差原因作分析,提出在线监测系统的维护建议。结果表明,挥发性有机物在线监测系统的监测结果与实验室方法有一定的可比性,可用于大气中挥发性有机污染物的在线监测。     

南京市臭氧、VOCs和PANs污染特征及变化趋势

对2013—2016年基于国家环境空气质量监测站以及省建大气多参数站所获取的南京市O_3、NO_2、CO、VOCs、PANs观测结果进行综合评价,结果表明:2016年南京市O_3第90百分位日最大8 h平均质量浓度比2013年上升33.3%,超标天数中O_3引起的超标占比增至32.0%。南京市区大气中非甲烷总烃冬季浓度高于夏季,含氧挥发性有机物则与之相反;在5—9月,含氧挥发性有机物组分在日变化过程中出现峰值的时间先后顺序依次为醚、醛、酮类,且O_3和过氧乙酰硝酸酯(PANs)生成存在有一定的线性关系。VOCs/NOx比值表明南京市处于VOCs控制区,因此对NO_2浓度下降不敏感,植物源挥发性有机物连续3年上升,夏季大气光化学反应活性未显著下降,这些现象是城市O_3浓度维持在较高水平的重要因素。     

G20峰会期间长三角区域臭氧变化及管控效果评估

为了研究2016年二十国集团领导人峰会(G20峰会)期间长三角区域臭氧(O3)变化特征,评估管控措施对O3浓度的影响,利用2016年8月10日至9月20日杭州及周边地区的空气质量监测数据、气象数据以及排放清单数据,分析了O3和NO2浓度及气象条件的时空分布特征,研究了不同管控区域不同保障时期O3浓度的时空变化和O3敏感控制区的改变。结果表明:峰会保障期间对于一次排放污染物和细颗粒物的管控措施效果明显,但核心区的O3质量浓度高于严控区和管控区,分别高出11. 2、9. 2μg/m^3。日间的NOx管控导致O3日变化幅度增高接近50μg/m^3。在峰会保障期间,卫星数据和站点观测结果显示核心区O3由VOCs控制区转为NOx-VOCs协同控制区,整个长三角区域的O3生成对于NOx排放量更为敏感。管控措施越强,核心区的O3生成对于NOx排放越敏感,且O3浓度与NOx浓度的相关性越强。对NOx和VOCs的协同控制降低排放,是关系O3浓度管控的一项重要工作。     

乌鲁木齐市夏季O3及其前体物变化规律浅析

利用2009年夏季乌鲁木齐市近地面大气O3及其前体物的自动监测数据，分析了O3浓度的分布特征和时间变化规律。探讨O3与其主要前体物NO2和CO的相关关系。结果表明，乌鲁木齐市夏季的O3污染较轻；O3浓度呈单峰型分布，O3浓度昼间高，夜间低；昼间O3与其主要前体物都呈负相关关系。     

宜兴市臭氧和挥发性有机物的浓度特征研究

于2016年对宜兴市大气挥发性有机物(VOCs)和臭氧(O_3)的变化特征进行了分析。结果表明,宜兴市O3年均值为62.92μg/m~3,其中冬季值最低(31.19μg/m~3),夏季值最高(94.96μg/m~3)。φ(VOCs)为(11.00~42.45)×10~(-9),其中丙酮(12.7%)、乙酸乙酯(8.8%)和丙烯(3.3%)等在VOCs中占比位于前3位。各站点φ(甲苯)/φ(苯)2,全年的φ(甲苯)/φ(苯)φ(乙苯)/φ(苯)φ(间、对二甲苯)/φ(苯)。指出VOCs主要来源为有机溶剂和道路交通,并受到一定的外来输送影响。各站点φ(VOCs)/φ(NOx)为0.94~2.44,O3处于VOCs敏感区。