环境空气中挥发性有机物(VOCs)来源解析的研究进展

作者:FUXUAN 发布时间:2021-10-04 浏览量:

  文章导读

  天然源最重要的排放物是异戊二烯和单萜烯;交通运输是全球最大的VOCs人为排放源,溶剂使用是第二大排放源;通过交通干道研究、隧道研究、实验室转鼓和台架实验研究,掌握了机动车不同车型尾气的VOCs组成特征;运用CMB和PMF模型得出VOCs的主要排放源有机动车尾气、燃料挥发(LPG、NG和汽油)、石油化工和涂料/溶剂的使用等,为进一步开展VOCs源解析研究提供参考。

  基于国内外关于大气中挥发性有机物(VOCs)排放源研究的调查,阐述了环境空气中VOCs排放源以及来源解析的研究现状。研究结果表明:天然源最重要的排放物是异戊二烯和单萜烯;交通运输是全球最大的VOCs人为排放源,溶剂使用是第二大排放源;通过交通干道研究、隧道研究、实验室转鼓和台架实验研究,掌握了机动车不同车型尾气的VOCs组成特征;运用CMB和PMF模型得出VOCs的主要排放源有机动车尾气、燃料挥发(LPG、NG和汽油)、石油化工和涂料/溶剂的使用等,为进一步开展VOCs源解析研究提供参考。

  1 引言

  挥发性有机物(volatile organic compounds,VOCs)是空气中普遍存在且组成复杂的一类有机污染物,其污染主要表现在两个方面,一方面是多数VOCs本身具有毒理特性,危害人体健康;另一方面是一些VOCs物种具有较强的光化学反应活性,能在环境中进行二次转化。其光化学反应主导着光化学烟雾的进程,对城市和区域臭氧的生成至关重要[1],也是导致灰霾天气的重要前体物之一[2,3]。总之,挥发性有机物(VOCs)对复合型大气污染的形成具有十分重要的促进作用。

环境空气中挥发性有机物(VOCs)来源解析的研究进展

  国外大气VOCs的源解析研究起步较早,20世纪70年代起,美国EPA就发行了CMB10版本的应用软件,源解析研究取得了较大发展。Vega和 Na[38-39]利用CMB受体模型分别在墨西哥、韩国首尔对大气VOCs进行了来源解析,结果发现,墨西哥大气VOCs主要来源于机动车尾气和液化石油气(LPG)的使用与泄露,分别占587%和242%;而韩国首尔机动车尾气、溶剂使用、油气挥发、液化石油气(LPG)以及天然气(NG)的相对贡献依次为52%、26%、15%、5%和2%。

  我国的源解析研究起步较晚,20世纪80年代后期才开始进行源解析的相关研究,但也取得了一定的成绩。近年来大气VOCs的源解析研究应用PMF模型的比较多,主要集中在北京、上海、珠三角等地区。陆思华和Song[40-41]对北京市大气VOCs的人为源均进行了解析,陆思华的研究结果发现,机动车尾气62%、油气挥发9%、液化石油气10%、涂料6%、石油化工6%、未知源6%;Song的研究发现,机动车尾气、油气挥发、石油化工、LPG、天然气、涂料油漆、柴油车以及生物质排放,其贡献率依次为52%、20%、11%、5%、5%、3%、2%。可见同一地区在不同的时间段大气VOCs的来源也有所差异,但其主要源仍是机动车尾气。

  Cai等[42]的研究发现上海市城区大气VOCs的来源主要为机动车尾气、化学工业、溶剂挥发、溶剂使用、钢铁业、生物质燃烧以及煤炭燃烧,其贡献率依次为25%、17%、15%、15%、12%、9%、7%。同时蔡长杰、王倩等人[43,44]分别对上海市城区夏季和秋季进行了大气VOCs源解析研究,得出夏季VOCs的主要来源为机动车尾气排放34%、燃料挥发(LPG、NG和汽油挥发)24%、溶剂使用16%、工业生产和生物质燃烧14%、海洋源12%;而秋季上海市大气VOCs的来源主要有汽车尾气24%、不完全燃烧17%、燃料挥发16%、LPG/NG泄露15%、石油化工14%、涂料/溶剂的使用13%。可见上海市与北京市大气VOCs的主要来源均是机动车尾气,但上海的贡献率低于北京市。

  Guo等[45]利用PMF模型研究发现,香港和珠三角两个地区共同的主要污染源为机动车尾气、溶剂的使用和生物质燃烧,在香港地区一直作为贡献率最大的是机动车尾气(48±4%),其次是溶剂的使用(43±2%);而在珠三角地区贡献率最大的是溶剂的使用(46±1%),其次是机动车尾气(26±1%)。Liu等[46,47]又运用不同源示踪物追踪法确定了珠三角地区机动车尾气的示踪物为2-甲基戊烷和1,3-丁二烯,建筑业的示踪物为甲苯和间、对-二甲苯,汽油挥发的示踪物为正丁烷、正戊烯以及反-2-丁烯,柴油挥发以及沥青使用的示踪物为正壬烷、正葵烷和正十一烷;然后经研究发现,机动车尾气是珠三角地区最大的VOCs源,其贡献率大于50%,其次是涂料15%~25%,LPG的泄露8%~16%,溶剂的使用是东莞最大的VOCs源,其贡献率为43%,其次是机动车尾气35%,位于东莞下风向的新垦,溶剂和涂料仍然是最大的VOCs源,其贡献率为31%,生物质燃烧是农村最大的VOCs源。

  综上所述,国内外已经广泛开展了环境空气中VOCs的来源研究,尤其是近年来国内VOCs的源解析研究发展迅速,获得了不同城市和地区的污染源特征。郝吉明等[48]以2005年为参考年预测了2020年中国大气VOCs的来源变化,溶剂的使用由22%上升为37%,成为最大的贡献源,工业生产由17%上升为24%,而机动车尾气、燃料燃烧分别由25%、23%下降至11%和16%。   2013年5月绿色科技第5期4结语

  挥发性有机物(VOCs)污染问题已经引起了国内外学者的广泛关注,本文综述了国内外VOCs污染源的研究现状,结果表明,天然源最重要的排放物是异戊二烯和单萜烯;交通运输是全球最大的VOCs人为排放源,溶剂使用是第二大排放源;通过交通干道研究、隧道研究、实验室转鼓和台架实验研究,了解了机动车不同车型尾气的VOCs组成特征;运用CMB和PMF模型得出VOCs的主要排放源有机动车尾气、燃料挥发(LPG、NG和汽油)、石油化工和涂料/溶剂的使用等,由于地区差异,各排放源对环境空气的贡献有所不同。深入掌握大气VOCs的排放源情况以及来源贡献,对确定大气VOCs的防控重点行业以及提出完善的VOCs控制措施具有重要的指导意义。但是,国内关于VOCs的研究主要集中在京津冀、长三角和珠三角地区,其他城市和地区的研究成果还比较少,因此我国应加快环境空气VOCs来源研究的步伐,为复合型大气污染的研究与控制提供科技支撑。

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