邯郸市VOCs变化特征及O_3和SOA生成潜势

邯郸是典型的重污染城市,近年来臭氧(O_3)污染呈明显加重趋势,研究其挥发性有机物(VOCs)污染水平具有重要意义。2017年9月1日-10月31日和2018年1月1日-4月30日期间在邯郸市开展了56种VOCs成分的在线监测。结果表明,VOCs平均浓度为107.52μg/m^3,其中含量最高的组分为烷烃(51.4%),其次为芳香烃(25.2%)、烯烃(18.3%)和炔烃(5.1%)。VOCs冬季浓度最高,秋季次之,春季最低。日变化特征为在早交通高峰07:00-09:00出现峰值,在17:00左右和01:00左右同样出现峰值,分别与光化学反应强度和逆温有关。乙烯、乙烷、甲苯、异戊烷可被认为是邯郸VOCs中的优势物种。研究O3和二次有机气溶胶(SOA)生成潜势发现烯烃和芳香烃分别具有较高的O_3和SOA生成潜势。VOCs与PM_(2.5)呈明显的正相关性。

邯郸大气VOCs污染特征及其在O_(3)生成中的作用

本研究分别于2017年10月1—31日、2018年1月1—31日、4月1-30日和7月1—31日对邯郸市主要大气污染物VOCs、O3和NOx进行在线监测,并在此基础上进行了VOCs组成、臭氧(O3)和氮氧化物(NOx)的污染特征研究,利用最大增量反应活性(MIR)和羟基反应速率(LOH)法综合分析各类VOCs的臭氧生成潜势(OFP),并利用主成分分析(PCA)模型对邯郸市大气VOCs进行定性和定量的源解析.结果表明,监测期间邯郸市VOCs平均浓度为128.7μg·m^(-3),与国内其他发达城市相比略低.VOCs浓度冬季最高,平均浓度为151.6μg·m^(-3).各种成分中烷烃占比最高(49.5%),其次是烯烃(26.1%),最低的是芳香烃(24.4%).其中浓度高的烷烃物种主要包括乙烷、丙烷、异戊烷、苯和甲苯.每日之内O3浓度呈单峰结构,在10:00—16:00期间达到高值,NOx与之趋势相反.利用MIR法计算得烯烃和芳香烃对O3生成贡献较高,分别为43.7%和34.4%;而烷烃对O3生成的贡献率相对最低,为21.9%.MIR法与LOH法计算结果相近,对O3生成的贡献率相对较高的物种主要有乙烯、2-甲基戊烷、异戊二烯、1,3,5-三甲基苯、1,2,4-三甲基苯和1,2,3-三甲基苯.溶剂使用、燃料蒸发和汽车尾气排放以及工业污染源是邯郸市VOCs的主要来源.

邯郸市秋季大气挥发性有机物污染特征

大气中VOCs(volatile organic compounds,挥发性有机物)是形成O3和二次有机气溶胶的重要前体物.通过对2017年10月1-31日邯郸市秋季环境空气中56种VOCs污染物进行在线监测,结合PM2.5、O3、NOx等污染物质量浓度和气象数据,分析了邯郸市VOCs质量浓度水平、时间变化特征、化学反应活性和主要来源.结果表明:邯郸市ρ(VOCs)变化范围较大,为49.1~358.4μg/m^3,平均值为(102.2±45.8)μg/m^3,VOCs的主要组分为烷烃和芳烃.ρ(VOCs)与ρ(PM2.5)、ρ(NOx)均有很强的相关性,相关系数分别为0.8和0.7;而ρ(NOx)与ρ(O3)呈明显的负相关性,相关系数为-0.7.邯郸市VOCs中各类组分化学反应活性大小依次为烯烃>芳烃>烷烃>炔烃,并且国庆期间(10月1-7日)VOCs化学反应活性小于非国庆期间(10月8-31日),烯烃和芳烃对O3的产生占主导地位.应用主因子分析法对邯郸市VOCs来源进行解析发现,溶剂使用和燃料挥发源、汽油车排放源、工业源、柴油车排放源和燃烧源是VOCs的主要来源,其方差贡献率分别为36.7%、15.5%、8.0%、6.6%、5.1%.研究显示,减少邯郸市大气中ρ(VOCs)应以控制溶剂使用和燃料挥发源、交通排放源(汽油车排放源和柴油车排放源)为主.

邯郸市高校区苯系物(BTEX)污染特征及其健康风险评价

采用德国AMA GC5000型挥发性有机物(VOC)在线监测系统对邯郸市高校区环境空气中56种VOCs进行连续长期监测,选取2018年全年的苯系物(BTEX)在线监测数据,分析其污染特征、各组分含量、光化学反应特性,以及健康风险。研究结果表明,2018年苯系物平均浓度为12.92µg·m^(−3),与国外其他城市相比仅高于埃斯基谢希尔,在国内处于中度污染水平,平均浓度夜间高于白天,14:00—16:00最低;季节变化特征为冬季>秋季>春季>夏季。邯郸市BTEX的臭氧生成潜势(OFP)为46.34µg·m^(−3),二次有机气溶胶生成潜势(SOAFP)为0.67µg·m^(−3)。通过苯与甲苯的比值(B/T)可以判断BTEX全年污染浓度由工业源和机动车排放共同影响。针对站点附近在校大学生进行健康风险评估后发现,BTEX的非致癌风险商值均小于安全阈值1,不会引发人体不适;乙苯对在校大学生会产生可忽略的致癌风险,苯会产生可能的致癌风险。

邯郸市NH_(3)污染特征及其在PM_(2.5)形成中的作用

本研究对邯郸市大气中细微颗粒物(PM_(2.5))和氨气(NH_(3))进行了长期连续在线监测,探讨邯郸市NH3在PM_(2.5)生成中的作用。结果表明,2015—2018年邯郸市NH_(3)平均浓度为15.7µg·m^(−3),并呈现出夏季(22.8µg·m^(−3))、春季(22.0µg·m^(−3))浓度高,秋季(11.7µg·m^(−3))、冬季(9.6µg·m^(−3))浓度较低的特征。2015年的铵根离子(NH_(4)^(+))对PM2.5的贡献率(NH_(4)^(+)/PM2.5)为15.4%,2017年下降到13.6%,冬季重污染时段NH_(4)^(+)平均浓度为25.5µg·m^(−3)。华北地区大气处于富NH3状态,且温度在−5—10℃、湿度在60%—100%时,NH_(3-)NH_(4)^(+)气固转化率处于较高水平。春冬季节NH_(4)^(+)可满足硫酸根(SO_(4)^(2−))、硝酸根(NO−3)和氯离子(Cl−)分别生成(NH4)_(2)SO_(4)、NH_(4)NO_(3)和NH_(4)Cl。夏秋季节Cl−主要以NH_(4)Cl和KCl的形式存在。以NH_(4)^(+)为代表的二次无机盐是PM2.5的关键成分,在污染中起着重要作用,未来大幅度降低NH3浓度可以降低二次颗粒物浓度。

2013—2017年邯郸市PM_(2.5)浓度变化特征及污染源区研究

为探索邯郸地区PM_(2.5)浓度长期变化特征及污染潜在源区,对邯郸2012年12月—2018年2月河北工程大学站点在线监测的PM_(2.5)质量浓度进行统计分析,并结合HYSPLIT模型、潜在源贡献因子法(PSCF)和浓度权重轨迹分析法(CWT)对PM_(2.5)进行来源解析。结果表明:邯郸市2013—2017年PM_(2.5)年均值为108.4、98.3、92.2、81.2、66.3μg·m-3;整体呈逐年下降趋势;秋冬季污染最为严重,春、夏季次之;月均值呈单峰型分布,1月最高(167.4μg·m-3),7月最低(59.2μg·m-3)。后向轨迹结果显示,近地层大气污染气团输送路径以近距离轨迹为主,轨迹较短的路径占比在40%以上。除冬季外,近距离输送路径均存在螺旋转向,轨迹方向转为南向和东向路径;邯郸主要污染源区范围较大,其中河北中南部、河南北部、山西中南部、陕西北部、内蒙古南部地区的轨迹对邯郸PM_(2.5)质量浓度贡献较大。

邯郸市臭氧污染影响因子及来源解析

指出了臭氧(O 3)污染受光化学反应、区域传输和气象条件的共同影响。对2018年6~7月邯郸市O 3及其前体物浓度以及气象因素进行了在线监测,并使用Hysplit-4对O 3高浓度时段(2018年6月1~7日,6月19~30日和7月1~7日)邯郸每日气团进行72 h后向轨迹模拟,对邯郸市夏季O 3污染影响因子及来源进行了分析。结果表明:监测期间O 3平均小时浓度为90.7μg/m 3,每日之中O 3浓度呈单峰分布,在11:00~13:00达到峰值。VOCs的组分占比为烷烃(70.1%)>芳香烃(17.2%)>烯烃(10.0%),2-甲基戊烷、异戊烷、异戊二烯、丙烷、对-二乙基苯、乙烷、乙炔、乙烯、苯乙烯是VOCs中浓度较高的物种。低风速及东北风向、西南风向是邯郸夏季O 3浓度较高的原因,风速为0.4~0.8 m/s时,O 3日均浓度较高。为此,提出了邯郸处于显著的NO x控制区,加强对NO x的管控才能有效降低邯郸夏季O 3污染。O 3高浓度时段均有来自东南方向的气流,邯郸市夏季O 3浓度较高的原因可能是本地排放和近距离输送,远距离输送不是O 3高浓度的主要原因。

邯郸市夏季VOCs来源解析及对O3和健康的影响

采用德国AMA公司研制的GC-5000型VOCs在线监测设备,对邯郸市2018年夏季(6~8月)VOCs进行了长期在线监测,结合同一站点O3和NO2数据,分析了VOCs、NO2、O3的污染特征、VOCs对O3生成的影响、VOCs的来源解析以及VOCs对人体的健康影响,结果发现:监测期间VOCs、NO2、O3的平均浓度分别为99.07μg/m^3、30.40μg/m^3、61.25μg/m^3。邯郸市夏季O3的污染类型主要为NOx敏感型,MIR法计算后得到VOCs对O3的生成潜势为224.72μg/m^3,比值分析得到邯郸市VOCs浓度受工业源和交通源共同影响,PMF解析得到除交通源和工业源外,植物源排放、溶剂使用以及LPG/NG的使用也是邯郸市VOCs主要污染源。针对站点附近在校大学生的健康风险评估发现:8种有毒有害污染物不会对在校大学生产生非致癌风险,苯会产生可能的致癌风险,苯的3个主要污染源分别为工业源(33.33%)、LPG/NG的使用(26.67%)以及交通源(20%)。

邯郸市黑碳气溶胶浓度变化及影响因素分析

根据2013年3月—2017年2月邯郸市河北工程大学站点的黑碳气溶胶、PM2.5、大气污染物的小时浓度数据及常规气象数据,对邯郸市黑碳浓度的时间变化特征及影响因素进行分析.结果表明,4年来邯郸市黑碳浓度呈逐年下降的趋势:与2013年相比,2014—2016年黑碳气溶胶浓度分别下降了5%、16%、24%;邯郸市黑碳气溶胶浓度的季节变化趋势基本一致且季节变化特征明显,冬季黑碳气溶胶浓度最高,秋季次之,春夏两季最低,其中,冬季平均浓度分别是春、夏、秋季的2.07、2.77、1.49倍;其日变化呈单峰单谷状,且4个季节的日变化趋势相同,峰值均出现在6:00—8:00,谷值均出现在14:00—15:00.黑碳与PM2.5的相关系数r为0.860,相关性显著,说明黑碳气溶胶和PM2.5的来源大部分是一致的;风速和风向对黑碳气溶胶浓度也有影响,黑碳气溶胶浓度随风速增加而降低;4个季节高频风向为南-西南方向,且该风向下黑碳气溶胶浓度均较高,冬季南-西南风向下的黑碳浓度最高;应用后向轨迹对研究时段内4段重污染期间的气流轨迹进行模拟发现,邯郸市黑碳气溶胶浓度较高的主要原因是本地源排放和近距离传输,远距离传输贡献较小.

邯郸市PM_(2.5)-O_(3)复合污染特征及相互影响研究

本研究在河北工程大学监测站点开展了大气中56种VOCs、NO_(x)以及气象参数的长期在线监测,结合2013—2019年国控站的在线监测数据,对邯郸市PM_(2.5)-O_(3)复合污染特征进行分析.结果表明,邯郸市2013—2019年复合污染天数波动较大,近几年呈现增加趋势,且集中在每年的春夏季.2013—2017年复合污染天数峰值均出现在6月,2018年和2019年出现在3月和4月.气象因素分析结果表明,温度、湿度和气压对邯郸市复合污染影响较明显,当温度为21.0~29.0℃、湿度较高、气压偏低的条件下,更容易发生复合污染,而风速对邯郸市复合污染影响较小.对PM_(2.5)与O_(3)相互作用分析发现,冬季高浓度PM_(2.5)对O_(3)有抑制作用,夏季PM_(2.5)浓度不超标时,O_(3)浓度随其升高而上升,PM_(2.5)浓度超标后变化趋势相反,当PM_(2.5)浓度大于125μg·m^(-3)时不再出现PM_(2.5)-O_(3)复合污染.虽然近年来PM_(2.5)、SO_2和NO_2浓度下降,但二次转化率依然较高甚至有加强趋势.利用VOCs/NO_(x)值分析邯郸市O_(3)生成敏感性,结果显示邯郸市春冬季属于VOCs控制到NO_(x)控制的过渡区,夏秋季属于NO_(x)控制区,且复合污染日VOCs/NO_(x)值(6.3)最小,清洁日(9.3)最大.复合污染时NO^(-)_(3)和OC浓度较高,OC/EC值与其他污染日相比最大,说明复合污染时二次污染严重,有效治理PM_(2.5)-O_(3)复合污染必须减排能同时形成O_(3)和二次有机气溶胶的高活性有机物.

邯郸市PM2.5中碳组分的浓度、来源及其变化

为明确邯郸市PM2.5中碳组分污染浓度、来源和近年来的变化,分别于2015和2017年1、4、7、10月在河北工程大学能环实验楼4层采集PM2.5样品,采用热/光碳分析仪测定了样品中8种碳组分含量,并计算得到有机碳(OC)、元素碳(EC)、Char-EC和Soot-EC含量.结果表明,2017年PM2.5中碳组分浓度较2015年下降约15%,质量分数下降约17%,季节变化均表现为冬高夏低的特点;2017年SOC浓度和SOC/PM2.5、SOC/OC比值均低于2015年,SOC浓度和SOC/PM2.5比值下降约36%,季节分布特征相似(秋冬高、春夏低).两年除夏季外,其余季节OC、EC相关系数均高于0.7,表明存在共同来源;2017年OC、OC1与EC相关性高于2015年,此外,两年中EC1~EC3、Char-EC和Soot-EC与各组分相关系数差异较大;两年中Char-EC与OC、EC的相关性(r=0.5~1.0)明显高于Soot-EC与OC、EC的相关性(r=0.1~0.6),这主要与二者形成机理有关.碳组分之间的关系和主成分分析结果表明,燃煤、生物质燃烧和柴油车尾气的混合源是2015年碳质组分的主要来源,而2017年则来源于燃煤和机动车尾气排放.