基于城市大气挥发性有机物特征分析的数据质量评估方法及案例

城市大气挥发性有机物(VOCs)监测是空气质量监测网的重要组成部分,而数据质量控制和质量保证是VOCs监测的基础。基于8次中国城市大气VOCs外场监测,通过挖掘VOCs浓度、组成和化学活性的内在规律,对VOCs监测数据质量进行评估并总结方法。分析结果显示:城市大气乙烷和苯等长寿命组分具有明显的背景浓度,且区域背景值较为接近,可以用来诊断长寿命VOCs组分浓度异常偏低或偏高现象。而示踪组分的季节(日)变化规律可以用来识别VOCs组分定性问题(如夏季大气异戊二烯和烷基硝酸酯浓度日变化规律应反映植被排放和光化学反应特征)。另外,在气团混合均匀的情况下,VOCs浓度波动与其活性之间存在负相关,这一规律可以用来核查数据准确性或局地源影响。     

国家大气颗粒物组分监测网的设计发展展望

中国现阶段大气污染呈现以细颗粒物(PM_2.5)及臭氧(O₃)为代表的复合型污染,PM_2.5的二次生成及区域性的大气污染已经成为影响中国环境空气质量的关键因素。笔者分析了中国开展大气颗粒物组分监测网(简称组分网) 监测工作的紧迫需求,梳理了组分监测的工作目标,提出组分网与城市空气质量监测网、背景站监测网、区域站监测网和光化学网等的联合运用,为污染防治提供精准支撑。研究了 组分网的业务组织:分析了目前技术体系存在的不足,提出了亟需开展的技术体系建设内容； 梳理了组分网工作内容、各方职责,提出了形成国家、地方及社会化服务机构联合参与的工作机制； 借鉴美国大气颗粒物化学成分监测网等先进经验,提出了加强科研与业务化的合作发展以及加强人才队伍培训等工作的重要性。总结了 组分网建设面临的重点问题,提出了监测网络发展的建议。     

广州市臭氧及其前体物监测系统研究与应用

通过利用近地面在线监测、塔基点式梯度在线监测、地基雷达遥感在线监测等技术方法构建臭氧浓度立体在线监测系统,并将其应用于对臭氧浓度分布、传输及变化的分析研究。结合臭氧前体物挥发性有机物（VOCs）监测现状,研究开展VOCs离线监测,完善VOCs在线监测体系,并将其应用于对广州市VOCs组分的分区分时段监测。上述监测系统业务化应用于广州市臭氧污染分布的长期监测,可为开展臭氧来源解析提供基础性的监测平台。     

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。     

山东省传输通道城市大气中VOCs污染特征及化学活性研究

于2018年11月—2019年1月对山东7个传输通道城市大气中挥发性有机物(VOCs)开展现场监测,结合监测数据分析7市大气中VOCs污染特征。结果表明,监测期间7市大气中VOCs质量浓度范围为134 μg/m3～523 μg/m3,平均值为313 μg/m3,其中菏泽大气中VOCs浓度最高,聊城最清洁。菏泽大气的臭氧生成潜势最大,聊城最小。7市大气中VOCs的二次气溶胶生成潜势最大为济南,最小为济宁。菏泽大气中VOCs主要来自机动车尾气、涂料使用及溶剂挥发,济南、淄博、济宁和滨州大气中VOCs主要来源于机动车排放,德州和聊城大气中VOCs主要来源于煤炭燃烧。     

典型城市区域VOCs走航监测技术应用及污染特征分析

利用膜进样-单光子电离-飞行时间质谱技术在线VOCs走航监测系统,对某城市11个行政区域进行长达15个月的连续走航监测。走航过程采取了全程序质量控制,保证了监测结果的可靠性。走航结果显示:该城市的ΣVOCs浓度均值范围为107~305 μg/m³,共发现761个浓度异常点位,VOCs组成占比由高到低依次为芳香烃、烷烃、烯烃、卤代烃、含氧含氮烃和有机硫,VOCs排放贡献主要来自于溶剂挥发和机动车排放。该城市区域内生成臭氧的前体物关键物种为丙烯、丁烯、二甲苯/乙苯、甲苯、三甲苯。臭氧生成量较大的行业主要为表面涂装、炼油石化和橡胶塑料。按照不同行政区的行业构成进行有针对性的管控,各区域异常点位有效整改率为87%~100%,整改效果较好。走航监测可在秒级时间内输出监测数据,时空分辨率较高,既适用于区域内短时间污染排查,也可用于大尺度区域大气VOCs污染状况的长期连续监测,快速获取VOCs排放特征,在区域VOCs污染高效管控中具有广泛应用前景。     

国外大气中消耗臭氧层物质及其替代物的监测概况与启示

大气中消耗臭氧层物质(ODS)及其替代物监测是科学评估履约成效的重要基础。美国等发达国家针对大气中ODS及其替代物开展了长期的网络化监测,中国相关监测起步相对较晚,基础比较薄弱。该文总结了发达国家大气中ODS及其替代物的监测经验,分析了中国的监测现状及存在的问题,提出了中国大气中ODS及其替代物监测的建议:明确监测目标,推进国家大气中ODS及其替代物监测网络建设;加快相关监测设备研发及方法研究进程,形成规范统一的监测技术体系;定期开展监测数据质量评价,加强综合分析利用。通过采取相应措施,逐步形成中国履行保护臭氧层国际环境公约的监测支撑能力。     

瑞士土壤环境监测网络构建与运行对中国的启示

十三五期间,中国初步构建了国家土壤环境监测网并开展了监测工作。当前,国家层面土壤环境监测网络的构建和运行还处于起步阶段,笔者选取土壤环境监测开展较为成熟的瑞士土壤环境监测网(NABO)作为研究对象,综述了NABO的技术体系及多年来的土壤环境监测结果,并结合中国土壤环境监测工作现状进行讨论,认为NABO在监测网络建立、指标选取、数据分析等方面建立了较为成熟的技术体系,未来中国国家土壤环境监测网可在此方面借鉴瑞士经验。     

徐州市区春季大气中VOCs污染特征分析

2017年3月-5月采用大气挥发性有机物在线连续自动监测系统对徐州市新城区大气中102种VOCs进行观测,分析徐州市春季大气中VOCs的体积和组成特征。结果发现:观测期间,徐州市大气中VOCs的小时体积分数为(3.81~221.85)×10~(-9),平均体积分数为27.97×10~(-9);各物种体积占比依次为烷烃、含氧有机物、卤代烃、芳香烃和烯(炔)烃;占比最高的5种污染物是乙烷、丙酮、乙烯、乙炔和丙烷。徐州市臭氧处在VOCs控制区,对臭氧生成潜势(OFP)贡献率最大的是含氧有机物(33.99%)和芳香烃(32.21%);关键活性组分是乙烯、正己醛、甲苯、间/对-二甲苯和丁烯酮。     

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。     

全国光化学监测网络建设面临的问题分析及策略初探

当前中国大气污染形势依然严峻,挥发性有机物作为臭氧的重要前体物之一,对环境空气质量的影响日益突出。建设全国重点区域光化学监测网络,可为全面加强挥发性有机物污染防治工作和有效监测光化学污染提供基础监测平台。笔者通过分析中国光化学监测的现状和面临的挑战,探讨了中国光化学监测网络建设的发展思路,并提出了各层级环境监测单位、科研院所、设备企业和监测服务公司的协同发展策略。     

大气超级站网建设及在江苏区域的集成应用实践

当前全球大气环境问题趋于复杂化,区域性灰霾、酸雨和以臭氧、二次有机气溶胶生成为主的光化学污染问题成为大气环境保护领域关注的重点、热点问题。江苏省大气污染由过去单一的煤烟型污染逐步转变为多种污染物、多种作用机制同时存在且相互影响的复合型污染,成为影响广大人民群众身体健康和生态文明发展的重要因素。笔者对欧美和中国关于大气超级站网设计和建设进行了简要评述和比较分析,提出适合江苏省环境监测体系现状的大气复合型超级站网建设、区域数据综合集成及应用发展等方面的建设理论。     

国内外VOCs排放管理控制历程

介绍了挥发性有机污染物(VOCs)的定义、来源和危害,回顾了国内外VOCs监测技术、观测浓度、排放标准及规范,概括了欧美等发达国家宏观层面上的VOCs排放管理控制战略、经验及效果.建议我国建立VOCs在线监测网络,开展VOCs排放清单计算工作,进一步加强机动车尾气排放VOCs控制,初步制定宏观层面的VOCs总体控制战略...     

美国光化学污染监测的经验与启示

针对光化学污染的严峻形势,中国应尽快建立国家层面的光化学监测网络,完善光化学监测的技术体系与质量管理体系,为重点地区光化学污染防治工作提供监测数据支持。研究在总结美国光化学评估监测网络发展历程、运行及其监测目标、技术体系和质量管理体系的基础上,提出了明确光化学监测目标、制定优先监测VOCs名单、完善光化学监测技术体系和质量管理体系、建立光化学监测数据共享平台以及开展VOCs源解析等建设中国光化学监测网络的具体建议。     

中欧环境空气臭氧评价对比与启示

欧盟臭氧(O₃)监测与评价起步相对较早。对比中国和欧盟O₃例行评价,欧盟在O₃标准限值、保护对象、评价指标、评价时间尺度、参评点位类型的设定和选取,以及O₃浓度与前体物排放量的关联性分析等方面,均对中国O₃评价具有一定的借鉴意义。以2017—2020年石家庄市8个国控站点O₃观测数据为分析案例,采用欧盟常用的日最大8 h滑动平均浓度(MDA8)第4高值,以及O₃暴露指标SOMO35和AOT40等3项评价指标,开展了尝试性评价应用和浓度对比。对照欧盟O₃评价指标应用经验,未来可考虑从兼顾两类功能区、丰富评价指标、扩展参评点位类型、纳入暴露影响评估、关联前体物排放变化等方面,进一步完善中国环境空气O₃评价方式,以更好地发挥其对空气质量精细化管理的数据支撑作用。     

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。     

紫外光度法臭氧自动监测仪及其标准传递方法

随着我国经济的快速增长和城市化进程的不断加速,以臭氧为主的光化学污染问题已成为大气环境保护领域关注的重点、热点问题。对臭氧进行自动监测是环境管理和科学研究的需要,文中介绍了臭氧自动监测仪和臭氧量值溯源体系,重点探讨了臭氧监测干扰因素及标准传递方法,并通过实验比较验证了带光度计的臭氧校准仪具有较好的输出稳定性。