生态环境学报 ›› 2023, Vol. 32 ›› Issue (3): 500-513.DOI: 10.16258/j.cnki.1674-5906.2023.03.008
温丽容1,3(), 江明1, 黄渤2, 袁鸾1, 周炎1, 陆炜梅2, 张莹1, 刘明2, 张力昀2
收稿日期:
2023-01-06
出版日期:
2023-03-18
发布日期:
2023-06-02
作者简介:
温丽容(1975年生),女,副高级工程师,硕士,研究方向为大气环境。E-mail: 105771055@qq.com
基金资助:
WEN Lirong1,3(), JIANG Ming1, HUANG Bo2, YUAN Luan1, ZHOU Yan1, LU Weimei2, ZHANG Ying1, LIU Ming2, ZHANG Liyun2
Received:
2023-01-06
Online:
2023-03-18
Published:
2023-06-02
摘要:
近年来,珠三角地区臭氧污染不断加剧,其重要原因之一在于臭氧与其前体物浓度之间存在非线性关系,不平衡的前体物削减会导致臭氧浓度不降反升,深入分析臭氧前体物与臭氧浓度之间的关系及解析VOCs的来源对于臭氧污染控制具有重要意义。中山市作为珠三角城市群的一个代表性城市,目前臭氧污染极其严重。选取当地5个站点,采取在线和离线两种监测方式,于2020年和2021年臭氧污染较严重的9月,开展臭氧前体物VOCs监测,并进行臭氧污染成因分析和VOCs来源解析。结果表明,2021年紫马岭站点的TVOC平均质量浓度达到127.5 μg·m-3,高于其他站点,且同比上升5.2 μg·m-3,主要原因是烷烃质量浓度从27.3 μg·m-3大幅上升到44.6 μg·m-3;2020年和2021年9月TVOC的质量浓度波动幅度均较大且不规律,中旬和下旬的整体质量浓度水平较高。臭氧敏感性分析表明,2020年9月中山市臭氧污染为明显的VOCs控制区,而2021年9月则为协同控制区。削减分析得出,结合中山市实际污染情况,灵活选择1:3或1:2的ρ(NOx)/ρ(VOCs)比例进行削减更有利于臭氧治理。观测期间在线和离线监测站点的臭氧生成潜势(OFP)分析显示异戊二烯、间/对-二甲苯、甲苯、邻-二甲苯、1, 2, 4-三甲苯、乙烯为中山市的臭氧污染优控物种。VOCs来源解析表明中山市2020年和2021年VOCs浓度贡献最大的来源均为机动车尾气及油品挥发源,分别占比37.4%和32.4%;OFP贡献最大的来源均为溶剂使用源,分别占比23.6%和22.2%。综上所述,为有效缓解中山市臭氧污染,建议重点对机动车尾气及油品挥发源和溶剂使用源进行控制。
中图分类号:
温丽容, 江明, 黄渤, 袁鸾, 周炎, 陆炜梅, 张莹, 刘明, 张力昀. 珠三角典型区域臭氧成因分析与VOCs来源解析——以中山为例[J]. 生态环境学报, 2023, 32(3): 500-513.
WEN Lirong, JIANG Ming, HUANG Bo, YUAN Luan, ZHOU Yan, LU Weimei, ZHANG Ying, LIU Ming, ZHANG Liyun. Analysis of Ozone Pollution Causes and Source Analysis of VOCs in Typical Areas of Pearl River Delta: A Case Study of Zhongshan City[J]. Ecology and Environment, 2023, 32(3): 500-513.
图2 中山市各监测站点2017-2019年臭氧质量浓度和臭氧超标天数对比
Figure 2 Comparison of ozone mass concentration and pollution days at monitoring stations in Zhongshan City from 2017 to 2019
图3 中山市各监测站点2017-2019年臭氧月均质量浓度对比
Figure 3 Comparison of monthly mass concentrations of ozone at monitoring stations in Zhongshan City from 2017 to 2019
前10组分质量浓度/ (μg·m-3) | 紫马岭公园 | 长江旅游区 | 张溪 | 华柏园 |
---|---|---|---|---|
乙酸乙酯 | 15.2 | 13.6 | 12.0 | 11.7 |
二氯甲烷 | 8.6 | 9.3 | 8.2 | 9.4 |
甲苯 | 8.6 | 7.7 | 7.1 | 7.8 |
2-丁酮 | 6.4 | 7.1 | 5.6 | 5.4 |
间/对-二甲苯 | 5.1 | 4.7 | 5.7 | 5.8 |
异戊烷 | 4.9 | 4.4 | 3.2 | 3.9 |
正丁烷 | 3.9 | 3.4 | 3.6 | 4.5 |
丙烷 | 3.2 | 3.0 | 3.0 | 3.9 |
丙醛 | 3.6 | 4.4 | - | 3.5 |
异丙醇 | - | 2.7 | 2.7 | - |
二氟二氯甲烷 | - | - | 2.5 | 2.7 |
己醛 | 3.4 | - | - | - |
总和 | 62.8 | 60.3 | 53.5 | 58.5 |
占比 | 51.0% | 51.4% | 50.9% | 49.1% |
表1 中山市2020年各站点前10组分的质量浓度
Table 1 Mass concentrations of the top 10 components at each station in Zhongshan City in 2020
前10组分质量浓度/ (μg·m-3) | 紫马岭公园 | 长江旅游区 | 张溪 | 华柏园 |
---|---|---|---|---|
乙酸乙酯 | 15.2 | 13.6 | 12.0 | 11.7 |
二氯甲烷 | 8.6 | 9.3 | 8.2 | 9.4 |
甲苯 | 8.6 | 7.7 | 7.1 | 7.8 |
2-丁酮 | 6.4 | 7.1 | 5.6 | 5.4 |
间/对-二甲苯 | 5.1 | 4.7 | 5.7 | 5.8 |
异戊烷 | 4.9 | 4.4 | 3.2 | 3.9 |
正丁烷 | 3.9 | 3.4 | 3.6 | 4.5 |
丙烷 | 3.2 | 3.0 | 3.0 | 3.9 |
丙醛 | 3.6 | 4.4 | - | 3.5 |
异丙醇 | - | 2.7 | 2.7 | - |
二氟二氯甲烷 | - | - | 2.5 | 2.7 |
己醛 | 3.4 | - | - | - |
总和 | 62.8 | 60.3 | 53.5 | 58.5 |
占比 | 51.0% | 51.4% | 50.9% | 49.1% |
前10组分 质量浓度/(μg·m-3) | 紫马岭公园 | 长江旅游区 | 中山 南区 | 张溪 | 华柏园 |
---|---|---|---|---|---|
乙酸乙酯 | 8.5 | 12.9 | 5.2 | 6.2 | 5.7 |
2-丁酮 | 7.5 | 5.3 | 9.4 | 4.6 | 6.9 |
丙醛 | 3.6 | 7.2 | 6.5 | 6.8 | 8.2 |
甲苯 | 9.2 | 4.6 | 3.8 | 4.3 | 6.2 |
二氯甲烷 | 8.6 | 4.0 | 4.1 | 5.1 | 5.7 |
间/对-二甲苯 | 3.7 | 3.6 | 2.9 | 3.2 | 5.0 |
正丁烷 | 11.8 | - | 3.1 | 4.0 | 4.0 |
丙烷 | 9.4 | - | 3.7 | 3.6 | 4.3 |
己醛 | - | 3.8 | 3.1 | 3.0 | 3.6 |
异丁烷 | 8.4 | - | - | 3.1 | 3.8 |
正丁醛 | - | 2.9 | 3.1 | - | - |
异戊二烯 | 4.0 | - | - | - | - |
丙烯醛 | - | 2.3 | - | - | - |
二氟二氯甲烷 | - | 2.1 | - | - | - |
总和 | 74.6 | 48.8 | 44.7 | 43.7 | 53.5 |
占比 | 55.4% | 55.6% | 47.4% | 45.8% | 45.3% |
表2 中山市2021年各站点前10组分的质量浓度
Table 2 Mass concentrations of the top 10 components at each station in Zhongshan City in 2021
前10组分 质量浓度/(μg·m-3) | 紫马岭公园 | 长江旅游区 | 中山 南区 | 张溪 | 华柏园 |
---|---|---|---|---|---|
乙酸乙酯 | 8.5 | 12.9 | 5.2 | 6.2 | 5.7 |
2-丁酮 | 7.5 | 5.3 | 9.4 | 4.6 | 6.9 |
丙醛 | 3.6 | 7.2 | 6.5 | 6.8 | 8.2 |
甲苯 | 9.2 | 4.6 | 3.8 | 4.3 | 6.2 |
二氯甲烷 | 8.6 | 4.0 | 4.1 | 5.1 | 5.7 |
间/对-二甲苯 | 3.7 | 3.6 | 2.9 | 3.2 | 5.0 |
正丁烷 | 11.8 | - | 3.1 | 4.0 | 4.0 |
丙烷 | 9.4 | - | 3.7 | 3.6 | 4.3 |
己醛 | - | 3.8 | 3.1 | 3.0 | 3.6 |
异丁烷 | 8.4 | - | - | 3.1 | 3.8 |
正丁醛 | - | 2.9 | 3.1 | - | - |
异戊二烯 | 4.0 | - | - | - | - |
丙烯醛 | - | 2.3 | - | - | - |
二氟二氯甲烷 | - | 2.1 | - | - | - |
总和 | 74.6 | 48.8 | 44.7 | 43.7 | 53.5 |
占比 | 55.4% | 55.6% | 47.4% | 45.8% | 45.3% |
图7 不同削减比例对基准臭氧浓度的变化影响 图中黑色虚线为相较于基准情景需使臭氧质量浓度水平达到160 μg·m-3的基准线,不同颜色代表了不同的ρ(NOx)/ρ(VOCs)削减情景
Figure 7 The impact of different reduction ratios on the change of baseline ozone concentration
前10组分OFP/ (μg·m-3) | 紫马岭公园 | 长江旅游区 | 张溪 | 华柏园 |
---|---|---|---|---|
间/对-二甲苯 | 40.2 | 35.9 | 43.4 | 41.7 |
甲苯 | 33.8 | 30.1 | 27.5 | 29.2 |
邻-二甲苯 | 16.9 | 14.7 | 17.9 | 16.6 |
1, 2, 4-三甲苯 | 10.7 | 8.9 | 9.0 | 10.7 |
异戊二烯 | 10.5 | 8.5 | 6.3 | 8.8 |
乙烯 | 6.8 | 5.9 | 5.4 | 9.0 |
异戊烷 | 6.6 | 6.0 | 4.4 | 5.1 |
丙烯 | 5.7 | 5.8 | 5.4 | 7.8 |
乙苯 | 5.6 | 5.1 | 5.8 | 5.5 |
1, 3, 5-三甲苯 | 5.4 | 5.0 | 4.5 | 4.9 |
总和 | 142.1 | 125.9 | 129.7 | 139.1 |
占比 | 75.9% | 75.7% | 77.5% | 75.7% |
表3 中山市2020年各站点OFP排名前10 PAMS组分
Table 3 Top 10 PAMS components of OFP in Zhongshan City in 2020
前10组分OFP/ (μg·m-3) | 紫马岭公园 | 长江旅游区 | 张溪 | 华柏园 |
---|---|---|---|---|
间/对-二甲苯 | 40.2 | 35.9 | 43.4 | 41.7 |
甲苯 | 33.8 | 30.1 | 27.5 | 29.2 |
邻-二甲苯 | 16.9 | 14.7 | 17.9 | 16.6 |
1, 2, 4-三甲苯 | 10.7 | 8.9 | 9.0 | 10.7 |
异戊二烯 | 10.5 | 8.5 | 6.3 | 8.8 |
乙烯 | 6.8 | 5.9 | 5.4 | 9.0 |
异戊烷 | 6.6 | 6.0 | 4.4 | 5.1 |
丙烯 | 5.7 | 5.8 | 5.4 | 7.8 |
乙苯 | 5.6 | 5.1 | 5.8 | 5.5 |
1, 3, 5-三甲苯 | 5.4 | 5.0 | 4.5 | 4.9 |
总和 | 142.1 | 125.9 | 129.7 | 139.1 |
占比 | 75.9% | 75.7% | 77.5% | 75.7% |
前10组分OFP/(μg·m-3) | 紫马岭 公园 | 长江 旅游区 | 中山 南区 | 张溪 | 华柏园 |
---|---|---|---|---|---|
异戊二烯 | 41.3 | 17.6 | 13.4 | 28.8 | 17.0 |
甲苯 | 35.8 | 17.7 | 16.5 | 24.2 | 14.7 |
间/对-二甲苯 | 27.8 | 28.3 | 24.0 | 38.2 | 21.9 |
邻-二甲苯 | 13.5 | 11.1 | 11.4 | 19.1 | 10.1 |
1, 2, 4-三甲苯 | 8.0 | 4.6 | 6.0 | 7.9 | 5.0 |
乙烯 | 5.8 | 4.1 | 6.7 | 8.8 | 7.6 |
乙苯 | - | 3.4 | 3.7 | 5.4 | 3.2 |
丙烯 | - | 2.4 | 3.8 | 5.1 | 4.9 |
正丁烷 | 12.7 | - | 4.3 | - | 3.4 |
异丁烷 | 9.8 | - | 3.6 | 4.5 | - |
异戊烷 | - | 2.3 | - | 4.6 | 3.6 |
1, 3, 5-三甲苯 | 3.9 | 2.4 | - | - | - |
丙烷 | 4.3 | - | - | - | - |
总和 | 163.0 | 93.7 | 93.4 | 146.6 | 91.5 |
占比 | 80.6% | 80.0% | 72.8% | 75.4% | 73.3% |
表4 中山市2021年各站点OFP排名前10 PAMS组分
Table 4 Top 10 PAMS Components of OFP in Zhongshan City in 2021
前10组分OFP/(μg·m-3) | 紫马岭 公园 | 长江 旅游区 | 中山 南区 | 张溪 | 华柏园 |
---|---|---|---|---|---|
异戊二烯 | 41.3 | 17.6 | 13.4 | 28.8 | 17.0 |
甲苯 | 35.8 | 17.7 | 16.5 | 24.2 | 14.7 |
间/对-二甲苯 | 27.8 | 28.3 | 24.0 | 38.2 | 21.9 |
邻-二甲苯 | 13.5 | 11.1 | 11.4 | 19.1 | 10.1 |
1, 2, 4-三甲苯 | 8.0 | 4.6 | 6.0 | 7.9 | 5.0 |
乙烯 | 5.8 | 4.1 | 6.7 | 8.8 | 7.6 |
乙苯 | - | 3.4 | 3.7 | 5.4 | 3.2 |
丙烯 | - | 2.4 | 3.8 | 5.1 | 4.9 |
正丁烷 | 12.7 | - | 4.3 | - | 3.4 |
异丁烷 | 9.8 | - | 3.6 | 4.5 | - |
异戊烷 | - | 2.3 | - | 4.6 | 3.6 |
1, 3, 5-三甲苯 | 3.9 | 2.4 | - | - | - |
丙烷 | 4.3 | - | - | - | - |
总和 | 163.0 | 93.7 | 93.4 | 146.6 | 91.5 |
占比 | 80.6% | 80.0% | 72.8% | 75.4% | 73.3% |
图8 紫马岭在线站点2020年9月各污染源的VOCs质量浓度成分谱
Figure 8 Quality concentration composition spectra of VOCs from various pollution sources at Zimaling Online Station in September 2020
图9 紫马岭站点(2020年在线)各污染源对VOCs质量浓度和OFP的贡献率
Figure 9 Contribution rate of various pollution sources to VOCs mass concentration and OFP at Zimaling Station (online in 2020)
图10 2020年监测期间OFP贡献前10种VOC组分的各污染源占比
Figure 10 Proportion of each pollution source of the top 10 VOC components contributed by OFP during the monitoring period in 2020
图11 紫马岭在线站点2021年9月各污染源的VOCs质量浓度成分谱
Figure 11 Quality concentration composition spectrum of VOCs from various pollution sources at Zimaling online site in September 2021
图12 紫马岭站点(2021年在线)各污染源对VOCs质量浓度和OFP的贡献占比
Figure 12 Proportion of contribution of various pollution sources to VOCs quality concentration and OFP at Zimaling Station (online in 2021)
图13 2021年监测期间OFP贡献前10种VOC组分的各污染源占比
Figure 13 Proportion of each pollution source of the top 10 VOC components contributed by OFP during the monitoring period in 2021
地点 | 时间 | 来源分布 | 相关文章 |
---|---|---|---|
中山市 紫马岭 | 2020年9月1日-30日 | 机动车尾气及油品挥发源 (37.4%)、工业排放源 (18.3%)、燃烧源 (14.6%)、石油化工源 (12.8%)、溶剂使用源 (11.4%)、植物源 (5.4%) | 本研究 |
2021年9月1日-30日 | 机动车尾气及油品挥发源 (32.4%)、溶剂使用源 (16.0%)、燃烧源 (13.2%)、工业排放源 (13.1%)、石油化工源 (12.7%)、植物源 (12.6%) | ||
广州市 中心城区 | 2020年1月1日-9日 | 汽车尾气源 (22.4%)、溶剂使用源 (20.5%)、工业排放源 (17.9%)、生物质燃烧源 (16.5%)、油品挥发源 (13.0%)和植物源 (9.7%) | 裴成磊等, |
广州 磨碟沙 | 2015年10月15日- 11月10日 | 液化石油气使用 (32%)、机动车尾气 (27%)、工艺过程 (12%)、二次生成源 (9%)、化工行业 (8%)、溶剂涂料使用 (7%)和天然源 (5%) | 蒋美青等, |
汕头市 达濠中学 | 2019年10月7日-31日 | 机动车排放源 (38.0%)、汽油泄露与挥发源 (16.5%)、植物排放源 (5.5%)、溶剂使用源 (20.4%)、油燃烧源 (7.9%)、化工排放源 (11.7%) | 李娟等, |
佛山市 狮山镇 | 2021年4月1日-30日 | 溶剂使用源 (25.9%)、LPG排放源 (23.2%)、机动车排放源 (18.8%)、燃烧源 (17.4%)、燃料挥发源 (12.1%)和植物排放源 (2.7%) | 李瑞瑜等, |
表5 广东省不同地区来源分布对比
Table 5 Comparison of source distribution in different regions of Guangdong Province
地点 | 时间 | 来源分布 | 相关文章 |
---|---|---|---|
中山市 紫马岭 | 2020年9月1日-30日 | 机动车尾气及油品挥发源 (37.4%)、工业排放源 (18.3%)、燃烧源 (14.6%)、石油化工源 (12.8%)、溶剂使用源 (11.4%)、植物源 (5.4%) | 本研究 |
2021年9月1日-30日 | 机动车尾气及油品挥发源 (32.4%)、溶剂使用源 (16.0%)、燃烧源 (13.2%)、工业排放源 (13.1%)、石油化工源 (12.7%)、植物源 (12.6%) | ||
广州市 中心城区 | 2020年1月1日-9日 | 汽车尾气源 (22.4%)、溶剂使用源 (20.5%)、工业排放源 (17.9%)、生物质燃烧源 (16.5%)、油品挥发源 (13.0%)和植物源 (9.7%) | 裴成磊等, |
广州 磨碟沙 | 2015年10月15日- 11月10日 | 液化石油气使用 (32%)、机动车尾气 (27%)、工艺过程 (12%)、二次生成源 (9%)、化工行业 (8%)、溶剂涂料使用 (7%)和天然源 (5%) | 蒋美青等, |
汕头市 达濠中学 | 2019年10月7日-31日 | 机动车排放源 (38.0%)、汽油泄露与挥发源 (16.5%)、植物排放源 (5.5%)、溶剂使用源 (20.4%)、油燃烧源 (7.9%)、化工排放源 (11.7%) | 李娟等, |
佛山市 狮山镇 | 2021年4月1日-30日 | 溶剂使用源 (25.9%)、LPG排放源 (23.2%)、机动车排放源 (18.8%)、燃烧源 (17.4%)、燃料挥发源 (12.1%)和植物排放源 (2.7%) | 李瑞瑜等, |
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