厦门冬春季大气VOCs的污染特征及臭氧生成潜势

2014年1~4月在厦门市城区和郊区开展冬春季节大气样品的采集,采用大气预浓缩系统与GC/MS联用技术定量了48种大气挥发性有机物(VOCs),对比分析了冬春季城区和郊区大气VOCs的污染特征,并利用最大增量反应活性(MIR)估算了大气VOCs的臭氧生成潜势(OFP).结果表明,冬季厦门城区和郊区大气中VOCs的平均体积分数分别为11.13×10-9和7.17×10-9,春季厦门城区和郊区大气中VOCs的平均体积分数分别为24.88×10-9和11.27×10-9,且均表现为烷烃芳香烃烯烃.通过B/T值探讨城区和郊区VOCs的来源发现,机动车和溶剂挥发是城区VOCs的主要来源,郊区VOCs除了局地源的贡献外,还受到外来污染物扩散传输的影响.城、郊区的主要VOCs包括丙烯、正丁烷、异丁烷、正戊烷、异戊烷、正己烷、苯、甲苯、乙苯和间对二甲苯,这10种组分对两地VOCs的贡献表现为春季(城区和郊区分别为62.83%和53.74%)高于冬季(城区和郊区分别为61.57%和45.83%).城、郊区VOCs的臭氧生成潜势分析显示,芳香烃的相对贡献率最大,其次是烯烃,烷烃最小.C3、C4类烯烃和苯系物是厦门城区和郊区活性较高的物种,对臭氧的贡献较大.比较观测期间城区和郊区VOCs的平均MIR值可知,郊区VOCs的活性高于城区.     

一个沿海城市大气臭氧的本地生成过程及其对前体物的敏感性

在威海市两个采样点用苏码罐采集了全空气样品,利用三级冷阱预浓缩-GC/MS方法离线测定了空气样品中109种大气挥发性有机物(VOCs).使用基于观测的MCM机理大气化学模式(OBM-MCM)分析了大气臭氧生成对VOCs组分的敏感性及本地生成过程.结果表明:观测期间两个采样点的总挥发性有机物(TVOCs)平均浓度分别为27.84×10~(-9)和17.85×10~(-9),对TVOCs贡献最大的均是烷烃.模拟分析表明,大气臭氧生成与前体物的控制关系存在空间差异性,在一个观测点受VOCs控制,而在另一个观测点受NO_x和VOCs共同控制;模拟结果还表明,臭氧生成对活性烃类最为敏感,但是,含氧有机物、卤代烃和高碳烷烃对臭氧生成的影响和贡献也不可忽视;此外,计算了日平均臭氧净生成速率P(O_3)_(net),分别为6.41×10~(-9) h~(-1)和3.22×10~(-9) h~(-1),臭氧的本地生成过程扮演重要角色.     

上海市某化工区夏季典型光化学过程VOCs特征及活性研究

本研究基于夏季某化工区外5 km处观测点O_3及VOCs在线观测结果,分析了VOCs污染及光化学反应活性特征.结果显示,西南风向的VOCs平均体积分数为63.9×10~(-9)±28.6×10~(-9),高于其他风向42%(45.0×10~(-9)±28.0×10~(-9)),不同主导风向下的VOCs特征具有一定的相似性,均以烯烃、卤代烃和烷烃为主要组分,说明化工园区局地排放和累积对观测点VOCs影响较大.主要VOCs物种的日变化都具有夜间体积分数累积增多,白天逐步降低的特征;但是异戊二烯呈现日变化较小的特征,显示其受到人为源和天然源的双重影响.西南风向的臭氧生成潜势(Ozone Formation Potential,OFP)为242.1×10~(-9),远高于其他风向的OFP(174.1×10~(-9)),而平均MIR(Maximum Increment Reactivity)则较为接近;烯烃在VOCs总OFP中的贡献比例均在70%以上,其次是芳香烃.使用乙苯和间/对二甲苯的比值来表征气团光化学反应进程,计算得到观测点西南风向VOCs消耗量为(51.7×10~(-9)±38.8×10~(-9)),烯烃和卤代烃是最主要VOCs消耗组分.     

大气中丙烷光氧化臭氧生成活性的烟雾箱模拟

利用自制光化学烟雾箱模拟了丙烷和NOx大气光化学反应,研究了相对湿度以及丙烷与NOx初始浓度比值对臭氧生成的影响.实验表明,臭氧最大值及丙烷的臭氧生成活性最大值(IRmax)都随相对湿度的增大而减小.低相对湿度时,臭氧最大值大约出现在反应的22 h,IRmax变化范围为0.023 1～0.039 1;而高相对湿度时,臭氧最大值大约出现在反应的16 h,IRmax变化范围为0.017 2～0.032 0.在反应的20 h内,前12 h内相对湿度对丙酮的生成量影响不大,12 h后低相对湿度时丙酮生成量更大.在实验的4～20 h内,相对湿度为17%时,丙酮浓度为153×10-9～364×10-9;而相对湿度为62%时,丙酮浓度为167×10-9～302×10-9.臭氧最大值随着丙烷与NOx初始浓度比值增加而减少,在低相对湿度时线性负相关性更好.另外,还利用了MCM丙烷子机制对反应进行了数值模拟,并与实验结果进行比较,发现两者还存在较大的偏差.     

南京北郊夏季大气光化学污染特征研究

为了研究南京夏季光化学污染特征,于2013-05-18~2015-08-31连续观测了臭氧及其前体物的浓度及气象要素。结果表明:臭氧(O3)、氮氧化物(NOx)和挥发性有机物(VOCs)平均体积分数分别为(32.01±15.20)×10-9、(21.50±14.02)×10-9、(33.16±25.20)×10-9,一氧化碳(CO)为(0.66±0.44)×10-6;O3体积分数小时均值最大值可达146.42×10-9;O3超过国家环境空气质量标准14.1%;有11 d出现霾现象,占整个观测时段的11.1%。观测点受周边源排放影响较大。在风速为2~3 m/s的西南风作用下,VOCs中的活性物种体积分数较高,O3体积分数易累积出现高值;偏东风主导下主要来自周围工业源和交通源排放的NOx、CO和VOCs等体积浓度易出现高值。臭氧产生效率(OPE)值比较低约为2.17±0.12。     

珠江三角洲某炼油厂苯系物的健康风险评价

为了解我国炼油厂装置区BTEX(苯、甲苯、乙苯、间/对二甲苯、邻二甲苯)排放特征及其潜在的健康风险,于2015年11月采集了珠江三角洲某大型炼油厂装置区排放的苯系物,使用预浓缩-GC-MS方法对其进行检测,并采用美国EPA人体暴露风险评价模型对其潜在的健康风险进行评估.结果表明,常减压蒸馏装置(AVDU)、催化裂化装置(CCU)、MTBE装置、连续重整装置(CRU)、芳烃联合装置(ACU)、延迟焦化装置(DCU)排放的苯系物浓度分别高达(239.5±159.5)、(149.9±36)、(313.8±373.8)、(136.3±12.8)、(103.5±92)和(116.9±102.8)μg/m~3.健康风险评价结果显示,各装置区BTEX经吸入途径的非致癌风险数量级为1.0×10~(-3)~1.0×10~(-1).经皮肤暴露的非致癌风险数量级为1.0×10~(-9)~1.0×10~(-7),6大装置的BTEX非致癌风险指数均1,不会对人体造成明显伤害.各装置区BTEX经吸入途径的致癌风险数量级为1.0×10-6~1.0×10-5,经皮肤暴露的非致癌风险数量级为1.0×10~(-12)~1.0×10~(-11).6大装置区的苯、乙苯致癌风险指数均超过EPA人体可接受致癌风险值(1.0×10~(-6)).皮肤暴露途径引起的健康风险与吸入暴露有相同的趋势,但风险值远小于吸入暴露的风险值,占总风险值的比例不足0.001%,说明该炼油厂引起人体健康风险的主要途径为吸入暴露.     

多核芳烃与水中臭氧反应速率

本文介绍的是用停流光度法测定水中臭氧与芘、菲和苯并〔α〕芘的反应速率常数。pH值在1—7的范围内,芘、菲和苯并〔α〕芘与水中臭氧的二级反应速率常数分别为4×10~4、1.5×10~4和0.6×10~4分米~3、摩~(-1)、秒~(-1)。当pH为7,存在的臭氧为10~(-4)M时,其相应的半衰期皆小于一秒,即芘和苯并〔α〕花的半衰期值比广为文献引用的数值缩短10000倍。这一结论的讨论是以从饮用水中去除多核芳烃化合物及其在大气中的残留时间为依据的。     

烟雾箱模拟乙炔和NOx的大气光化学反应

利用自制光化学烟雾箱进行了一系列表征实验并模拟了乙炔和氮氧化物NOx在室温(20±1)℃下的大气光化学反应.讨论了乙炔与NOx的协同作用对光化学反应产生O3的影响.实验得到了O3和NO2的壁损失分别为5.80×10-6s-1和2.41×10-6s-1,相对于模拟实验中的O3和NO2,该损失可以忽略.测得了单支40W黑光灯的有效光强为0.64×10-3s-1(以NO2的光解速率表示).经过净化空气的本底校正后,讨论了不同乙炔浓度、NOx浓度以及光照强度对体系产生O3的影响,计算了乙炔的增强反应活性值(incremental reactivity,IR),4组实验的IR最大值分别为1.76×10-2、2.68×10-2、2.04×10-2和2.84×10-2.并发现IR值与乙炔的初始浓度以及光照强度关系密切,与NOx初始浓度关系不大.     

光化学烟雾箱的表征及初步应用

介绍了一套自制的用于光化学臭氧和二次有机气溶胶生成研究的室内烟雾箱系统,对该烟雾箱系统进行了一系列表征实验,包括活性物种的壁损失速率常数的测定,以及由CO-NOx光氧化实验确定的反应器内·OH源,并进行了乙烯-NOx和苯-NOx光氧化的初步实验.结果表明,O3和NO2在新反应袋中壁损失受湿度影响很小,而在旧反应袋中影响...     

南京北郊夏季近地层臭氧及其前体物体积分数变化特征

南京北郊,钢铁、石化等重工业集中,大气污染现状不容乐观.为了研究此类重工业地区夏季光化学污染特征,于2013年5月18日~8月31日连续观测了臭氧及其前体物的浓度并同时记录了常规气象要素.结果表明,观测期间臭氧(O3)、氮氧化物(NOx)和挥发性有机物(VOCs)平均体积分数分别为(32.01±15.20)×10-9、(21.50±14.02)×10-9、(33.16±25.20)×10-9,一氧化碳(CO)为(0.66±0.44)×10-6;O3体积分数小时均值最大值达146.42×10-9;O3超过国家环境空气质量二级标准14.1%.对污染物进行浓度频率分布近似得到观测期间O3、NOx和VOCs背景体积分数分别为(5.71±2.51)×10-9、(12.20±0.36)×10-9和(22.44±0.38)×10-9,CO为(0.28±0.01)×10-6.观测点污染物受周边排放源的影响较大.在风速为2~3 m·s-1的西南风作用下,VOCs中的活性物种体积分数较高,O3体积分数容易累积达到高值;偏东风主导下主要来自周边工业源和交通源的NOx、CO和VOCs体积分数易出现高值.南京亚青期间对工业生产和部分机动车采取了调控措施,O3体积分数未明显减少,并有4 d超过国家二级标准.     

东莞工业集中区夏季臭氧污染与非污染期间VOCs组分特征及其来源

为探讨东莞典型工业区夏季大气挥发性有机物（VOCs）污染特征及来源,于2020年夏季在厚街镇对大气环境中56种VOCs开展了在线观测,并同步收集了臭氧（O₃）、氮氧化物（NO_x）和一氧化碳（CO）等气体污染物浓度和气象因子等资料,在此基础上分析了VOCs总体积分数和主要物种体积分数特征,进一步估算了主要VOCs物种对臭氧生成潜势的贡献和不同臭氧浓度下VOCs的主要污染源贡献率.结果表明,观测期间56种VOCs的体积分数平均值为53.1×10^-9,其中φ（芳香烃）、φ（烷烃）、φ（烯烃）和φ（炔烃）分别为24.7×10^-9、23.7×10^-9、3.9×10^-9和0.7×10^-9.与非臭氧污染期间相比,臭氧污染期间φ（芳香烃）、φ（烷烃）、φ（烯烃）和φ（炔烃）分别上升约10%、43%、38%和98%.无论是臭氧污染还是非臭氧污染期间,芳香烃对臭氧生成潜势的贡献率均最大,其次为烷烃、烯烃和炔烃.整个夏季观测期间,溶剂源、液化石油气泄漏、化石燃料燃烧源和油气挥发源对VOCs的贡献率分别为60%±20%、16%±11%、15%±11%和9%±6%;臭氧污染期间,溶剂源的贡献率下降到44%,而液化石油气泄漏和油气挥发源的贡献率分别上升到21%和16%.     

南京北郊BTESX特征及健康风险评估

采用AMA GC5000BTX监测2014年1月~2016年12月南京北郊大气中苯、甲苯、乙苯、间/对-二甲苯、邻-二甲苯和苯乙烯（BTESX）的体积分数,分析了BTESX体积分数的变化特征以及气象要素对其的影响,并使用特征比值法（T/B）对BTESX的来源进行了定性分析,最后利用EPA的人体暴露分析评价方法对BTESX健康风险进行评估.结果表明,在观测期间,φ（BTESX）平均值为（7.28±6.63）×10^-9,其中φ（苯）最高,为（2.45±3.91）×10^-9,其他物种体积分数由大到小为：甲苯>乙苯>间/对-二甲苯>邻-二甲苯>苯乙烯,分别为：（2.41±2.61）×10^-9、（1.37±1.28）×10^-9、（0.51±0.48）×10^-9、（0.30±0.36）×10^-9和（0.22±0.42）×10^-9.由于存在稳定的芳烃源,BTESX体积分数的月变化和季节变化均不如其他物种（NO_x、CO、SO₂和PM_2.5等）明显.同时,BTESX及其他污染物的"周末效应"不显著.BTESX体积分数很大程度受到来自东北方向化工等企业以及交通主干道的污染物短距离输送的影响,导致BTESX体积分数在东北方向上较大.BTESX体积分数受到相对湿度和温度的共同影响,其高值区主要位于30%~70%相对湿度范围内,在该相对湿度范围内,温度越高,BTESX体积分数高值区域范围也越大.BTESX在不同季节的HI （危害指数）处于EPA认定的安全范围内,而R（苯致癌风险）值则高于EPA规定的安全阈值,同时HI和R值在夏季较高,因此需要高度重视.     

华北区域大气中羰基化合物体积分数水平及化学反应活性

为了解华北区域光化学污染特征,于2018年5月至2019年4月在石家庄和兴隆地区利用2,4-二硝基苯肼（DNPH）对空气中的羰基化合物进行采样,并利用高效液相色谱对采集样品进行分析,以了解该区域羰基化合物的组成、体积分数、来源、·OH损耗速率和臭氧生成潜势.本研究共测定了13种含羰基的挥发性有机物,其中体积分数最高的3种物质为丙酮、甲醛和乙醛[石家庄地区：（6.46±5.25）×10^-9、（3.76±2.29）×10^-9和（2.65±1.74）×10^-9;兴隆地区：（1.85±1.27）×10^-9、（1.29±1.02）×10^-9和（0.72±0.48）×10^-9];C1/C2和C2/C3值表明石家庄地区工业化水平较高,受机动车尾气和化石燃料燃烧等人为排放影响较明显;兴隆地区采样点处于背景区域,受自然源影响较大;石家庄地区对L_·OH贡献最大的3种物质分别为乙醛（1.77 s^-1）、甲醛（1.57 s^-1）和丁醛（0.42 s^-1）;兴隆地区对L_·OH贡献最大的3种物质为分别为甲醛（0.53 s^-1）、乙醛（0.47 s^-1）和丁醛（0.12 s^-1）;对O₃生成贡献最大的羰基化合物物种为甲醛和乙醛[石家庄地区：34.61×10^-9（以O₃计,下同）和16.73×10^-9;兴隆地区：11.77×10^-9和4.47×10^-9],且甲醛的最大臭氧生成潜势估算（OFP）远高于乙醛.     

基于前体物多情景排放的兰州市2030年夏季臭氧预测

近年来,兰州市夏季臭氧污染问题日渐凸显,已成为影响当地环境空气质量达标的首要污染因子和制约环境空气质量持续改善的突出短板.解决臭氧污染问题需结合城市经济发展的实际情况定量评估前体物减排量并提出切实可行的减排对策,为环境管理的中长期规划提供科学依据.在2015年本地排放清单的基础上,通过情景分析法预测了兰州市2030年3种梯度城市发展与污染控制情景下臭氧的两类主要前体物氮氧化物（NO_x）和挥发性有机物（VOCs）的排放量,利用WRF-Chem模型对不同情景下的2030年夏季臭氧污染程度进行了数值模拟,分析了臭氧浓度与生成敏感性的时空变化情况,并提出了兰州市臭氧前体物的总量控制参考和针对不同行政区的减排对策建议.结果表明,3种不同的城市发展与污染控制情景下兰州市2030年NO_x排放量为4.57×10⁴～12.14×10⁴ t, VOCs排放量为5.30×10⁴～7.69×10⁴ t, NO_x排放可通过调整能源结构,加强末端治理和限制机动车...     

西南典型区域夏季大气含氧挥发性有机化合物来源解析

含氧挥发性有机物（OVOCs）是大气光化学过程中的重要中间产物,是臭氧的重要来源之一.利用质子转移反应飞行时间质谱仪（PTR-TOF-MS）在成都平原对OVOCs进行观测,探讨其日变化特征、光化学反应活性、臭氧生成潜势和来源.结果表明,10个VOCs［乙醛、丙酮、异戊二烯、甲基乙基酮（methyl ethyl ketone,MEK）、甲基乙烯基甲酮（methyl vinyl ketone,MVK）、甲基丙烯醛（methacrolein,MACR）、苯、甲苯、苯乙烯、C8芳香烃和C9芳香烃］总浓度（体积分数）为（10.97±4.69）×10^-9,OVOCs为（8.54±3.44）×10^-9,芳香烃为（1.53±0.93）×10^-9,生物源VOCs为（0.90±0.32）×10^-9;光化学活性和臭氧生成潜势均排名前三的物种为：异戊二烯、乙醛和C8芳香烃;3个OVOCs物种（乙醛、丙酮和MEK）主要来源于本地生物源和人为二次源,且丙酮有较强的区域背景值,说明该地区的污染受到较为显著的区域传输的影响.本研究可加深对西南地区臭氧的区域形成机制的认识,为科学管控臭氧污染提供依据.     

VOCs源强不确定性对臭氧生成及污染防治影响的模拟分析

本文基于三维区域空气质量模式WRF-Chem,通过修改模式化学模块,量化输出过程量和诊断量,提供了一种定量分析挥发性有机化合物(VOCs)源强不确定性对O3生成影响的方法.为无法定量计算VOCs源强导致的臭氧生成率[P(O3)]偏差,以及由此对O3体积分数分布和污染控制相关联的VOCs敏感区和NOx 敏感区分布的误判提供了方法参考.采用标准统计参数对WRF-Chem模式的气象场与污染场模拟性能进行了评估,相关指标均优于前人结果.以INTEX-B(intercontinental chemical transport experiment-phase B)人为源、FINNv1(fire inventory from NCAR version 1)生物质燃烧源和 MEGAN(model of emissions of gases and aerosols from nature)生物源作为基准源,并以卫星观测数据作为约束,对排放源进行改进,评估了源改进前后臭氧生成率[P(O3)]、O3体积分数和O3控制敏感区指标(Ln/Q)的变化情况.仅人为VOCs(AVOCs)源增加68％后,P(O3)模拟峰值增升比例达13％～82％,以北京观测站点为例,P(O3)模拟月均峰值增加42％(22.5×10-9 h-1).对P(03)形成贡献比例最大的主要化学反应是HO2+NO(占比约68％),AVOCs源增加68％后,该反应贡献比例下降至65％.在改进源下,P(O3)普遍增加达到2×10-9～4×10-9h-O3各季节增幅较大的区域均主要集中在京津冀、长三角和珠三角中心城市及周边区域,与我国大型城市区基本都是VOCs敏感区的结论一致.整体而言,VOCs源强改进后,Nox敏感区O3体积分数增加幅度不大,不超过4×10-9,而部分VOCs敏感区增幅超过20 x10-9.VOCs源强的不确定性会影响O3形成过程中Nox和VOCs敏感区的判断,特别是VOCs源强明显低估会夸大VOCs敏感区的范围,从而降低O3调控对策的有效性.     

基于观测数据的石家庄交通干线附近臭氧光化学敏感性分析

为确定石家庄东部郊区交通干线附近O₃生成光化学敏感性,利用2019年1月1日—2020年10月31日在线观测的NO_x、NO_y和O₃等数据计算并分析了O₃生成效率(OPE)及O₃光化学敏感性的NO_x临界浓度.结果表明:1交通干线附近O₃光化学敏感性存在季节差异,春季主要受VOCs控制,整体OPE为2.6±0.3,夏、秋季节主要受NO_x与VOCs协同控制,整体OPE分别为5.3±0.4和5.1±0.8;2NO_x体积分数>11×10^-9时,O₃生成主要为VOCs控制;NO_x体积分数介于6×10^-9~11×10^-9时,O₃生成主要受VOCs与NO_x协同控制;NO_x体积分数<6×10^-9时,O₃生成主要为NO_x控制;3O₃生成敏感性存在日变化特征,10:00之前O₃生成主要受VOCs控制,10:00—11:00是O₃生成由VOCs控制转变为VOCs和NO_x协同控制的过渡时段,12:00之后O₃生成主要由VOCs和NO_x协同控制,且午后14:00—16:00之间NO_x对O₃控制比例凸显.因此,石家庄O₃治理不但要重视NO_x与VOCs排放源的协同管控,尤其午后还需要对NO_x排放源进行分时段精细化管控.