福州市主城区大气VOCs污染特征及来源特征

丘万鹏

（龙岩市上杭生态环境局，福建 上杭 364200）

1 数据来源及数据处理

本文采用的数据来自福建省超级大气监测站，该站点位于福州市鼓楼区的福建省环境监测站楼顶。该站点的设立为大气环境质量分析、污染物成因分析、大气环境管理等工作提供了重要支撑。本次采用该站点2018年全年的大气光化学组分监测数据，对116种VOCs组分监测数据进行研究分析，了解掌握2018年度福州市主城区VOCs浓度的时间序列变化特征及种类、组分特征和来源特征，为福州市的VOCs和臭氧污染防治提供决策依据。

通过对数据有效性核查、Excell数据筛选、统计，柱状图、饼状图分析等对数据进行处理，确保数据的有效性和客观性，分析结果的真实性和可靠性。经数据处理，剔除因设备故障、调试、数据校准等产生的无效数据，2018年共获得7116组有效监测数据，占总监测数据的85%。全年VOCs平均浓度为15.87ppb，浓度范围为2.22～141.43ppb。为方便分析，将116种组分的VOCs划分为烷烃、卤代烃、醛酮类、芳香烃、烯烃、炔烃、含氧类等7大种类。

2 结果与分析

2.1 VOCs日变化特征

福州市省环境监测站点位VOCs日变化特征如图1所示，从图1可看出，早（07:00～11:00）、中（12:00～18:00）、晚（19:00～06:00）的VOCs平均浓度分别为17.01ppb、14.3ppb和16.16ppb，呈现早间VOCs浓度最高，晚间其次，午间最低的日变化特征，各种类VOCs平均浓度也呈现此规律。原因可能是晚间地面温度和大气边界层有所降低，不利于污染物扩散，累积致使VOCs浓度不断升高，加之早间高峰时段汽车尾气排放增加，导致VOCs在早间达到高值；随着光照强度不断增强，地面温度和大气边界层抬升，大气流动增强，光化学反应消耗速率加快，污染物浓度也就随之降低；另外也存在夜间企业VOCs排放量增加的可能性。

图1 2018年福州市省环境监测站点位VOCs日变化情况

2.2 VOCs季节变化特征

福州市省环境监测站点位VOCs季节变化特征见图2，从图2可看出，VOCs平均浓度季节变化呈现秋季＞冬季＞夏季＞春季的特征。其中，含氧类在春季浓度最大，醛酮类在夏季浓度最大，卤代烃在秋季浓度最大，芳香烃、炔烃、烯烃、烷烃在冬季浓度最大。福州市夏季的主导风向为东南风，冬季主导风向为东北风，位于福州市东南方向的闽侯县、福清市，分布着数量较多的工业涂装、化工化纤、印刷印染、工业锅炉等涉VOCs企业，位于福州市东北方向的连江县、罗源县，分布着一定数量的工业炉窑、锅炉、涂装等涉VOCs企业，所以风向季节性变化以及行业企业生产季节性变化都有可能是造成VOCs浓度季节性特征的原因。

图2 2018年福州市省环境监测站点位VOCs季节变化情况

2018年福州市省监测站点位VOCs各组分与种类年均浓度之间的关系

2.3 VOCs种类、组分浓度与来源特征

2.3.1 VOCs种类、组分浓度特征

从图3可看出，VOCs各种类年均值占比为：含氧类1%、醛酮类15%、卤代烃22%、芳香烃11%、炔烃5%、烯烃10%、烷烃36%，呈现出烷烃＞卤代烃＞醛酮类＞芳香烃＞烯烃＞炔烃＞含氧类的特征。

图3 2018年福州市省监测站点位VOCs各种类浓度占比

通过进一步筛选、分析，从各种类中筛选出对浓度贡献前10位的关键组分，见表1。按照浓度高低分别为丙烷、丙酮、乙烷、二氯乙烷、乙烯、乙炔、正丁烷、二氯甲烷、甲苯、一氯甲烷。从表1可看出，分别占该种类的比重为：34.0%、78.5%、29.7%、30.7%、63.8%、98.7%、14.3%、22.4%、42.3%、19.9%。前10位的关键组分年平均浓度之和为11.45ppb，占全年VOCs平均浓度比重的72%。其中醛酮类中丙酮占了绝大部分；炔烃中几乎全部来自乙炔；烷烃主要由丙烷、乙烷、正丁烷组成，三者之和占了78%；而卤代烃主要由一氯甲烷、二氯甲烷、二氯乙烷组成，三者之和占了73%。

2.3.2 VOCs来源特征

从图3、下表可以看出，占比最高的是烷烃，乙烷、丙烷、正丁烷分别占29.7%、34.0%和14.3%，占烷烃总量的78%，是烷烃中的主要组分。蔡长杰等[2]人对上海市夏季大气中VOCs源解析研究表明，烷烃主要来自交通工具尾气排放、燃料挥发（液化石油气/天然气泄漏和汽油蒸发）和溶剂使用, 其分担率分别为 45%、32%、12%；陆思华[3]等人的研究表明，城市环境空气中乙烷、丙烷、正丁烷的主要来源是液化石油气车辆尾气的排放；McCarthy M C[4]

等人的研究表明，丙烷和丁烷是LNG/PG的主要成分。因此，烷烃的来源主要来自机动车尾气排放和燃料挥发，少部分来自溶剂使用。

其次是卤代烃，占比重2 2%。二氯乙烷、二氯甲烷、一氯甲烷分别占3 0.7%、22.4%、19.9%，占卤代烃总量的73%，是卤代烃中的主要组分。文献表明[5]，城市挥发性卤代烃中的二氯甲烷、二氯乙烷、三氯甲烷主要源于交通道路源排放，一氯甲烷则主要来自以海洋和植物排放为主的天然源。福州市属于沿海地市，且植被覆盖率较高，与该项研究结果相符。因此，本研究区域大气中卤代烃的主要来源是机动车排放及海洋和植物排放。

醛酮类占比第三，约占15%。其中丙酮占该种类总量达78.5%，其在贡献前10的关键组分中排名第二。导致丙酮浓度相对较高的原因是：1）汽车尾气中丙酮含量较高[6]；2）福州市区周边存在一定数量的涂料等溶剂使用的工业企业，而丙酮是这些工业常用的溶剂；3）丙酮在大气中停留时间较长，光解及与·OH反应的速率分别是50d和60d[7、8]，导致出现累积效应。

占比第四的是芳香烃，约占11%。甲苯则占芳香烃比重42.3%，乔月珍等[9]人的研究表明，轻型汽油车尾气VOCs中甲苯、二甲苯约占43%；蔡长杰等[2]人的研究表明，芳香烃主要来自溶剂使用、交通工具尾气排放、工业生产和燃料挥发，其分担率分别为35%、26%、22%、17%，可知芳香烃可能来自机动车排放和燃料挥发、溶剂使用和工业生产。烯烃占比约10%，乙烯是其中的主要组成，烯烃主要来自交通工具尾气排放和燃料挥发[6]。炔烃占比5%含量较低，其中98.7%为乙炔，文献表明乙炔是燃烧源的示踪物[10]，是燃料不完全燃烧的产物。根据福州市及周边燃烧源的分布情况，市区存在机动车燃料的燃烧，市区东北方向的长乐区、连江县，东南方向的福清市均分布着一定数量的燃煤、燃生物质锅炉，市区周边也分布着几家大型的燃煤电厂。因此，乙炔的来源可能是机动车燃料、煤、生物质等燃料的不完全燃烧。

综上，福州市主城区的VOCs主要是来自人为源排放，小部分来自天然源。根据分析，10种关键组分均可能来自机动车排放，且7种类别的VOCs大部分也可能来自机动车排放，因此，机动车排放是福州市主城区VOCs的主要来源，其次是燃料挥发和工业溶剂使用，而工业企业燃料燃烧及海洋和植物等天然源排放也占了小部分。

3 结论

（1）大气中VOCs各种类年平均浓度呈现烷烃＞卤代烃＞醛酮类＞芳香烃＞烯烃＞炔烃＞含氧类的特征，其中按照各组分浓度高低排列分别是丙烷、丙酮、乙烷、二氯乙烷、乙烯、乙炔、正丁烷、二氯甲烷、甲苯、一氯甲烷。研究区域大气中的有机物来源比较复杂，主要来自人为源排放，其中机动车排放是主要来源，其次是燃料挥发和溶剂使用，而工业企业燃料燃烧及海洋和植物等天然源排放也占了小部分。

（2）一天中各时段VOCs平均浓度呈现上午＞晚上＞中午的特征，这一方面与夜间温度低、大气边界层低，污染物不易扩散，造成累积有关；另一方面可能是受城市居民上班出行早晚高峰和工业污染源夜间排放量增加的影响。因此，建议福州市进一步加强出行高峰期的交通疏导；建议执法部门查阅上风向工业企业夜间用电情况，及时发现可能的违法违规生产企业，并开展夜查，实施精准执法，降低工业源排放。

（3）福州市主城区VOCs平均浓度季节变化呈现秋季＞冬季＞夏季＞春季的特征。其中，含氧类在春季浓度最大，醛酮类在夏季浓度最大，卤代烃在秋季浓度最大，芳香烃、炔烃、烯烃、烷烃在冬季浓度最大。分析表明，可能与风向季节性变化以及行业企业生产季节性变化有关。

（4）建议福州市加强对机动车的监管，严格执行汽、柴油机动车排放新标准，降低汽、柴油车污染物排放；有效整合机动车检验检测各项措施、系统，充分利用年检站、遥感监测系统、道路检测、抽测等获取的数据，强化数据联动，实现对不达标车辆的精准查处。