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挥发性有机物(VOCs)是大气中的主要污染物,是O3的重要前体物,其中有些成分具有致癌性,VOCs污染特征和来源分析备受关注。自2013年太原市的许多高校相继搬迁至榆次省高校新区,该区域人口密度急剧上升,环境空气也受到了严重影响,研究太原和榆次两个区域环境空气中VOCs的污染状况和相互关系是十分必要的。本研究以太原市和榆次大学城环境空气为研究对象,利用苏玛罐同时采集两个区域VOCs样品,利用硅烷化罐-大气浓缩仪-气相色谱质谱法测定了VOCs的48种组分,探讨了两个区域VOCs污染水平及相互关系。利用特征比值法和正交矩阵因子分析法(PMF)解析VOCs来源,并结合HYSPLIT后向轨迹模型分析两个研究区域的空间传输过程。通过对OH自由基生成速率(LOH)、臭氧生成潜势(OFP)以及二次有机气溶胶(SOA)生成潜势的估算,分析两个研究区域VOCs的化学反应活性。最后,对部分VOCs组分进行了健康风险评估。获得如下主要结论:
1.太原市采暖季与非采暖季TVOCs平均浓度分别为36.90ppbv、23.23ppbv。榆次大学城采暖季与非采暖季TVOCs平均浓度分别为28.98ppbv、19.18ppbv,且各类VOCs浓度均表现为烷烃>烯烃>炔烃>芳香烃,太原市和榆次大学城苯系物(BTEX)浓度范围分别为0.33~5.07ppbv和0.68~3.47ppbv,均呈现出苯>甲苯>二甲苯>乙苯。太原市和榆次大学城VOCs的季节变化规律一致,烷烃是采暖季与非采暖季中最丰富的物种,烯烃和芳烃在不同季节相对稳定,炔烃的季节变化最不明显。
2.HYSPLIT后向轨迹模型与大气光化学年龄显示,采暖季比非采暖季中VOCs污染更易受远距离传输的影响,且榆次大学城在采暖季更易受太原市VOCs污染的影响。利用特征比值法分析得出,太原市和榆次大学城VOCs受汽车尾气排放影响较高。运用PMF模型确定太原市6种VOCs污染源为机动车排放源、生物源排放、溶剂使用源、燃料燃烧、油气挥发、LPG排放源,其贡献分别为40.66%、15.24%、14.67%、10.55%、10.07%、8.81%。榆次大学城的6种VOCs污染源为机动车尾气排放、燃烧源排放、生物源、工业源、油气挥发源、LPG排放源,其贡献分别为32.37%、28.89%、10.44%、10.36%、9.41%、8.53%。
3.太原市和榆次大学城O3的生成均主要受到VOCs主导。在采暖季,太原市和榆次大学城总LOH分别为5.02s-1、4.36s-1;非采暖季分别为7.01s-1、6.17s-1。其中α-蒎烯为两个区域中反应活性最大的VOCs组分。太原市和榆次大学城环境空气中各VOCs组分的OFP分别为0.06~18.17μg/m3、0.00~22.82μg/m3,OFP的关键活性组分分别为α-蒎烯、丙烯。太原市和榆次大学城采样期间VOCs对SOA的生成潜势分别为0.32μg/m3和0.21μg/m3。太原市SOA天然源占比要低于榆次大学城,而人为源占比要高于榆次大学城。
4.太原市和榆次大学城中各污染物均不存在非致癌风险,两个区域污染程度最高的VOCs组分均为苯,并且均达到了致癌风险,今后应重点管控太原市及周边区域苯的排放。
1.太原市采暖季与非采暖季TVOCs平均浓度分别为36.90ppbv、23.23ppbv。榆次大学城采暖季与非采暖季TVOCs平均浓度分别为28.98ppbv、19.18ppbv,且各类VOCs浓度均表现为烷烃>烯烃>炔烃>芳香烃,太原市和榆次大学城苯系物(BTEX)浓度范围分别为0.33~5.07ppbv和0.68~3.47ppbv,均呈现出苯>甲苯>二甲苯>乙苯。太原市和榆次大学城VOCs的季节变化规律一致,烷烃是采暖季与非采暖季中最丰富的物种,烯烃和芳烃在不同季节相对稳定,炔烃的季节变化最不明显。
2.HYSPLIT后向轨迹模型与大气光化学年龄显示,采暖季比非采暖季中VOCs污染更易受远距离传输的影响,且榆次大学城在采暖季更易受太原市VOCs污染的影响。利用特征比值法分析得出,太原市和榆次大学城VOCs受汽车尾气排放影响较高。运用PMF模型确定太原市6种VOCs污染源为机动车排放源、生物源排放、溶剂使用源、燃料燃烧、油气挥发、LPG排放源,其贡献分别为40.66%、15.24%、14.67%、10.55%、10.07%、8.81%。榆次大学城的6种VOCs污染源为机动车尾气排放、燃烧源排放、生物源、工业源、油气挥发源、LPG排放源,其贡献分别为32.37%、28.89%、10.44%、10.36%、9.41%、8.53%。
3.太原市和榆次大学城O3的生成均主要受到VOCs主导。在采暖季,太原市和榆次大学城总LOH分别为5.02s-1、4.36s-1;非采暖季分别为7.01s-1、6.17s-1。其中α-蒎烯为两个区域中反应活性最大的VOCs组分。太原市和榆次大学城环境空气中各VOCs组分的OFP分别为0.06~18.17μg/m3、0.00~22.82μg/m3,OFP的关键活性组分分别为α-蒎烯、丙烯。太原市和榆次大学城采样期间VOCs对SOA的生成潜势分别为0.32μg/m3和0.21μg/m3。太原市SOA天然源占比要低于榆次大学城,而人为源占比要高于榆次大学城。
4.太原市和榆次大学城中各污染物均不存在非致癌风险,两个区域污染程度最高的VOCs组分均为苯,并且均达到了致癌风险,今后应重点管控太原市及周边区域苯的排放。