黄海冬季大气中VOCs污染特征与来源分析

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挥发性有机物(Volatile organic compounds,VOCs)是大气环境中普遍存在的痕量气体,作为O3及二次有机气溶胶(SOA)的重要前体物质,不仅危害人体健康,对大气污染的影响尤为突出。黄海是中国最大的边缘海之一,是重要的海上渔场和航运通道,其沿岸地区人口密集且工业水平发达。目前我国对海洋大气VOCs的研究匮乏,海洋大气中VOCs污染特征和来源与陆地区域有一定差异,因此对海洋大气中VOCs有效研究将为海洋及沿岸地区大气VOCs防治提供可靠的数据支撑和针对性控制措施。本研究在2018年冬季首次利用苏玛罐采样对黄海大气进行了4次船舶走航监测并对船舶自身4个排放点位进行了监测,利用GC-MS对103种VOCs进行测定,分析了冬季黄海大气中VOCs的污染水平与特征;通过最大增量反应活性法(MIR)和气溶胶生成系数法(FAC)计算了黄海O3生成潜势(OFP)和SOA生成潜势(SOAp);利用比值法和正交矩阵模型(PMF)判断了大气中VOCs的主要来源。主要研究结果如下:(1)冬季黄海大气中VOCs浓度水平为8.68±6.88 ppbv,低于陆地地区,烷烃、卤代烃、芳香烃、烯烃和OVOCs的占比分别为40.69%、27.17%、22.78%、7.88%和0.34%,丙烷是黄海大气中浓度水平最高的VOC;气团来源与重污染天气过程对黄海大气中VOCs浓度有明显的促进作用,船舶排放对海洋大气中VOCs的浓度水平有重大贡献;大连港大气中VOCs主要受到周围人为排放的影响;江苏海域附近大气中VOCs浓度略高于黄海北部海域。(2)黄海大气中VOCs的OFP值为71.61μg/m~3,芳香烃、烯烃、烷烃、OVOCs和卤代烃OFP分别为66.35%、21.02%、11.62%、0.52%和0.5%;对OFP贡献前五的VOCs分别是丙烯、1,2,4-三甲基苯、间,对二甲苯、甲苯和邻二甲苯;黄海大气中VOCs的SOAp为0.47μg/m~3,芳香烃是大气中SOAp的首要贡献物种,占黄海大气总贡献率的99.996%;黄海大气中对SOAp贡献前五的VOCs由高到低依次为甲苯、邻二甲苯、1,2,4-三甲基苯、间,对二甲苯和乙苯;控制船舶尾气中VOCs排放对O3污染和细颗粒物污染具有很好的抑制作用。(3)通过船舶自身排放与黄海大气监测对比分析和比值法表明,黄海大气中VOCs主要来源于附近船舶排放;PMF模型表明黄海大气VOCs的4个主要排放源为燃料的使用与挥发(43.54%)、船舶尾气排放(21.92%)、海洋排放与制冷剂使用(21.52%)、工业使用(13.01%),其中船舶排放约占65.46%(燃料的使用与挥发和船舶尾气排放);通过防、治、管相结合和陆地与海洋的协同控制是控制大气VOCs及其相关污染问题的关键。
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