苏州工业园区VOCs污染特征分析

论文总字数：17515字

目 录

摘要……………………………………………………………………1

1 绪论…………………………………………………………………3

1.1 研究目的和意义……………………………………………………………………3

1.2 国内外研究现状……………………………………………………………………3

1.3 本论文的研究内容及技术路线……………………………………………………4

2 材料和方法…………………………………………………………４

2.1 观测站点和仪器设备……………………………………………………………５

2.2 臭氧生成潜势的计算方法………………………………………………………6

3 污染特征分析与讨论………………………………………………9

3.1 浓度水平以及化学组成…………………………………………………………9

3.2 时间变化规律……………………………………………………………………11

3.2.1 月平均浓度变化规律……………………………………………………11

3.2.2 大气VOCs的周变化规律………………………………………………14

3.2.3 大气VOCs的日变化规律………………………………………………14

4 活性分析……………………………………………………………15

5 结论与展望…………………………………………………………17

参考文献………………………………………………………………18

致谢……………………………………………………………………20

苏州工业园区挥发性有机物污染特征分析

陆振宇

，China

Abstract：Volatile organic compounds play important roles in photo chemical formation of ozone and PM_2.5. In this paper, we analyzed ambient levels, chemical compositions, and temporal variations of VOCs in the Suzhou industrial park based on online VOCs measurements during the whole year of 2005. Furthermore, key reactive species were identified based on ozone formation potential The result shows that in the atmosphere of Suzhou industry park ,the 97 kinds of volatile organic compounds are in an average concentration of 39 ppb,which compared with others domestic cities’ concentration seems slightly high. Alkanes were the most abundant VOCs, accounting for 47% of total measured VOCs concentrations, followed by alkenes (10%) and aromatics (18%). The concentration of volatile organic compounds displayed an obvious seasonal variation pattern. The average concentration of volatile organic compounds in winter was higher than those values during other seasons. By analyzing the chemical activity of VOCs in the industry park, we found that aromatics were the largest contributor for ozone formation , followed by alkenes and alkanes.

Key words：Volatile organic compounds, temporal variation, ozone formation potential, Suzhou

1.绪论：

1.1研究目的和意义

挥发性有机化合物（VOCs）是大气这一类重要的痕量气态污染物，通常指常温下饱和蒸气压大于70Pa，常压下沸点低于260℃的有机化合物。挥发性有机物成分复杂，目前在大气中检测出来的VOC组分已经达到了近10万种，可以分为烷烃、烯烃、芳香烃、炔烃、含氧VOC（OVOC）、卤代烃、含硫VOC和含氮VOC等。环境大气中的挥发性有机化合物既可以来自人为源排放，也可以来自天然源排放。人为源主要包括机动车尾气排放、汽油挥发、溶剂涂料使用、工业过程排放、化石燃料燃烧、生物质燃烧等。天然源既包括植被排放，也包括火山喷发、森林和草原火灾等过程。在我国，植物释放的挥发性有机物主要种属为异二戊烯和单萜烯^[1]。挥发性有机化合物光化学烟雾和细粒子污染的重要前体物。大气中的挥发性有机物在光照条件下可以与氮氧化合物发生光化学反应，形成光化学烟雾^[2]。一些芳香烃组分在二次气溶胶的形成过程中也发挥重要的作用^[3,4]。在平流层中，一些卤代烃会在太阳紫外线的作用下分解并释放出氯离子，与臭氧发生化学反应而造成臭氧层损耗，对人体健康造成损害，并对气候产生影响。

此外，挥发性有机化合物对人体健康也有不可忽视的损害^[5-8]。部分组分例如芳香烃本身对人体有直接的伤害^[9]作用。国际癌症研究机构已经将甲醛、二氯乙烯、苯等VOC列为一类致癌物，在各国公布的有毒有害物质物质列表中，挥发性有机物占到了70～80%。因此对挥发性有机物的污染特征和来源进行研究对空气质量的改善和保障民生具有重要的意义。

苏州位于长三角地区腹地，东与上海接壤，西面发达的无锡常州地区，拥有完善、发达的工业体系和数量庞大的工厂。这些工厂企业在创造巨大经济效益的同时也带来了很多环境问题。本文以苏州工业园区的挥发性有机物的污染特征为切入点，研究苏州工业园区周边的挥发性有机物的浓度水平、化学组成及其变化规律，并对挥发性有机物进行活性分析，寻找有针对性的降低工业源挥发性有机物排放量和危害的方法。

1.2 国内外研究现状

挥发性有机物是一种重要的气态污染物，对大气环境质量和人体健康有着重要的影响。从污染物的来源来说，在全球尺度上，自然源的排放量要远远大于人为源排放量^[10]，但是在城市，人为源排放量普遍要大于自然源排放量。就我国的现状而言，城市的挥发性有机物的人为排放源主要为工业源排放、溶剂涂料使用和机动车尾气。从化学组成上来说，挥发性有机物通常被分为烷烃、烯烃、芳香烃和含氧有机物来分析研究。其中，烷烃在大气中的浓度最高，种类最多。

为了对挥发性有机物的排放进行有效的控制，国内外的专家学者都开展了对源清单数据库的建立的研究。在这一点上，欧美的发达国家走在了中国的前面，发达国家90年代就建立了数据库并进行不断更新^[11-14]，而我国的监测手段相对落后，设备仪器以及监测方法大多借鉴国外的技术成果，尤其是对工业源排放和化工行业生产过程中产生的排放的研究显得不足^[15]。

1.3 本论文的研究内容及技术路线

本文将利用苏州工业园区环境监测站2015年全年的VOCs在线监测数据，对VOCs浓度水平、化学组成、时间变化规律和活性进行分析，主要研究内容和技术路线如下：

(1)将2015年苏州工业园区挥发性有机物的观测结果与国内其他大中城市的观测数据进行比较，进而评价苏州工业园区环境大气中挥发性有机物的污染程度；

1. 分析苏州工业园区大气中挥发性有机物的化学组成，识别对浓度水平贡献最高的VOC组分；
2. 分析苏州工业园区大气中挥发性有机物的时间变化特征，包括季节变化、周变化和日变化规律；
3. 利用现有的公式和数据对挥发性有机物中的各个物种的臭氧生成潜势进行计算，作化学反应活性分析，并且将挥发性有机物全年的数据与氮氧化物进行比对，讨论影响该地区臭氧生成的最关键因素。
4. 利用增量反应活性计算VOCs的臭氧生成潜势，分析VOCs的化学反应活性，并且将挥发性有机物全年的数据与氮氧化物进行比对，讨论影响该地区臭氧生成的关键因素。

技术路线图：

图1 本研究的技术路线

2材料和方法

2.1观测站点和观测时间

本次实验的监测站点位于苏州青剑湖周边。苏州青剑湖原属于苏州工业园区跨塘镇，如下图所显示，在青剑湖四分布着高速公路-京沪高速以及多条城市支干道路。在东南和正南方向存在着较为密集的工业园区，其中包含有材料加工、金属加工、电子设备等加工企业，在正东方向、西面和北面大多为居民住宅。

图2　观测站点周边图

本文的数据来自苏州工业园区监测站，监测站从2015年1月1日起至2015年12月9日对苏州工业园区进行了全年观测，去除因为仪器故障未能获得数据的天数和仪器原因呈现数据异常的天数，有效观测时间共计为309天。

2.2仪器设备

本次研究中测量大气中挥发性物质的浓度水平和化学组成所采用的仪器为武汉天虹研发的TH-300B大气挥发性有机物快速在线连续自动监测系统^[16]。采样频率1h，检出限范围为0.008×10^-9～0.05×10^-9。

该系统有超低温（－165℃）制冷装置、双通道VOCs采样和预浓缩系统以及GC-MS/FID四个主要部件。基于实验室现有标气，在线GC-MS/FID系统可以定量110种VOC组分，精密度为0.8-6.1%，对NMHCs、OVOCs、卤代烃和烷基硝酸酯的方法检出限分别为0.002-0.021、0.008-0.026、0.003-0.0016和0.001-0.003ppbv。

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