大连市臭氧前体物季节变化特征研究

2021-09-09曹姗姗

绿色科技 2021年16期

曹姗姗

(辽宁省大连生态环境监测中心，辽宁大连 116014)

1 引言

臭氧污染问题作为夏季大气污染的首要因素，其影响日益凸显，因臭氧生成机理较颗粒物更为复杂，治理难度也大。挥发性有机物对大连市臭氧生成贡献显著，近年来，城市空气中VOCs的监测和来源研究先后在各个城市开展[1～4]。相关研究表明，臭氧的生成贡献与挥发性有机物的化学成分和浓度水平密切相关[5～9]。本研究意在摸清大连市挥发性有机物关键物种及季节变化情况，掌握浓度水平和变化规律。

2 样品采集

2018～2020年，大连市在辽宁省大连生态环境监测中心4楼楼顶设置一个环境空气挥发性有机物监测点位。该点位距地高度大约15 m左右，可以很好地表征近地面污染物浓度特征，周边有学校、医院、居民区等可以很好的表征市区污染物特征。

本研究应用Synspec GC955-611/811VOCs在线气相色谱仪进行监测，该仪器用于连续观察环境空气中的VOCs。GC955VOCs在线气相色谱仪由两套仪器组成:低碳(C2-C5)分析仪和高碳(C6-C12)分析仪。

3 结果分析

3.1 VOCs浓度年变化规律

2018～2020年，大连市环境空气自动监测挥发性有机物平均体积浓度为9.27×10-9(因乙烷、乙烯和丙烯数据量不足，扣除后评价)，与2018年相比，2020年挥发性有机物浓度上升26.2%，其中，除烯烃浓度下降45.5%外，其他组分浓度均不同程度上升。2018～2020年大连市环境空气挥发性有机物各组分浓度及同比见表1。

表1 2018～2020年大连市环境空气挥发性有机物各组分浓度及同比 ×10-9

2018～2020年，大连市环境空气VOCs中烷烃浓度最高，芳香烃次之，炔烃位列第三，烯烃最低，各组分浓度占比分别为75.5%、12.5%、10.2%和1.8%，可见烷烃类在大连市挥发性有机物中占比最大，大连市2018～2020年VOCs各组分浓度占比见图1。

图1 大连市2018～2020年VOCs各类组分体积浓度占比

3.2 VOCs组分体积浓度水平季节变化特征

从季节变化来看，大连市TVOCs浓度春、夏季较低，秋、冬季浓度升高明显，其中秋季浓度达到峰值，春季浓度最低。大连市2018～2020年VOCs体积浓度季节变化见图2。

图2 大连市2018～2020年VOCs体积浓度季节变化

各组分体积浓度季节变化有所差异，烷烃、芳香烃和炔烃均为秋季最高，其次为冬季，烯烃则为夏季最高，其次为秋季。春季各组分体积浓度均处于最低值。大连市2018—2020年VOCs各组分浓度季节变化见图3。

图3 大连市2018～2020年VOCs各组分浓度季节变化

3.3 VOCs的臭氧生成潜势及其对臭氧污染的贡献

基于生成臭氧的潜势(OFP)方法评估各组分活性，OFP计算方法是根据Carter[10]给出的Max Incremental Reactivities (Mir)经验值进行计算。其中，MIR常用来反映VOCs不同组分参与大气化学反应的能力，计算公式为:

OFPi=MIR i×[VOCs]i

(1)

式(1)中，[VOCs]i代表某 VOCs 物种的体积浓度，单位为×10-9，用Carter 研究所得的 MIR 系数。

由OFP的计算结果可见，2018～2020年，大连市环境空气自动监测挥发性有机物平均活性浓度为13.22×10-9(因乙烷、乙烯和丙烯数据量不足，扣除后评价)，与2018年相比，2020年挥发性有机物活性浓度上升11.3%，其中，烷烃活性水平最高，其次为芳香烃，烯烃位列第三，炔烃最低，活性水平与体积浓度排名存在微小差别，主要是由于烯烃化学性质比炔烃更为活泼，环境空气自动监测挥发性有机物各组分OFP与浓度对比见图4。2018～2020年各季节OFP值有所差别，活性水平2019年秋季最高，从季节变化来看秋季最高，春季最低，2018～2020年各季节VOCs组分OFP平均值见图5。