基于走航监测的北京市城区晚高峰VOCs污染特征分析

岳天佐，贾建平，胡 剑，武高峰，吴辉廷，秦建伟，徐 科，陈兴春，赵露露，李雪君，王明阳

（北京奥达清环境检测有限公司，北京 100176）

近年来，随着一系列大气污染控制措施的实施，北京市城区、郊区的颗粒物浓度显著下降，雾霾天气发生频次降低，空气质量明显改善，但臭氧污染问题仍突出，逐渐成为制约北京市大气环境问题的重要因素。臭氧（O3）和二次有机气溶胶（SOA）是VOCs的重要前体物，与光化学烟雾和灰霾天气的形成密切相关。目前，如何协同控制PM2.5和O3，已成为每个生态环保单位关注和工作的重点。环境大气中的VOCs种类繁多，成分复杂，其主要来源于天然因素和人为因素。但在城区，人为因素是VOCs来源的主要原因。文件《2020年挥发性有机物治理攻坚方案》提出，有条件的工业园区，政策鼓励其开展企业VOCs成分分析、特征物质识别、走航观测以及溯源等分析工作。

走航观测是定量认识区域大气污染特征的重要方法，与遥感监测和地面固定站点监测比较，走航观测具有分辨率高、监测范围广的优点，同时，走航观测还可以实时测量，有较好的灵活性和较强的机动性。相较于离线的实验室分析检测，其最大的特点是便携、可移动、实时性，但无法满足大范围的监测工作的需要。VOCs走航监测能够快速掌握一定区域内VOCs的时空分布及污染特征，本研究基于具有走航质谱监测模块与气相色谱-质谱分析模块、单质谱分析与气相色谱-质谱联用分析（GC-MS）两种应用模式的VOCs双通道（+颗粒物）走航监测系统，对北京市城区某典型区域的VOCs和颗粒物进行一次走航监测，并在此基础上，叠加监测分析晚高峰交通污染源的影响，有助于认识晚高峰期间城区VOCs大气污染程度和组成成分特性，给相关区域开展大气污染治理提供重要的技术支持；同时，也对VOCs和颗粒物走航监测的应用提供相关经验支持。

1 材料和方法

1.1 走航监测范围及监测时间

走航监测主要范围为北京市某典型城区区域，区域内建筑类型主要包括工业园区、旅游景区、居民生活区、医院、公园等，2个大型生产企业工业园区为互联网科技企业园区以及精密电子生产园区。走航时间选择在晚高峰期间，城区交通最高的16∶16～17∶31。监测期间湿度：64.7%、气温：-3.00 ℃、风向：南风、风速：5.7 m/s，对大气特征污染物如烯烃、烷烃、总挥发性有机化合物（TVOCs）进行采样监测。走航监测时间是2022年1月21日，走航车速度保持在20 km/h左右，发现异常点位时进行区域驻点监测。

1.2 监测设备说明

VOCs走航监测系统由杭州谱育科技发展有限公司研发，该系统在车体上可集成6大系统，分别是：①双通道质谱分析系统；②气象五参数系统；③GPS定位系统；④大气自动采样系统；⑤全自动惰性化系统；⑥VOCs动态稀释仪等系统。双通道质谱分析系统中，一通道为直接质谱分析系统，利用单质谱秒级连续响应迅速找到VOCs污染高值点，实时获取VOCs单组分和TVOCs浓度变化和分布规则；另一通道是气相色谱-质谱联用（GC-MS）分析通道，先用色谱柱分离样品，再用质谱快速检测分离后的物质，实现VOCs样品的定量和定性分析。

2 结果与讨论

2.1 检测结果

将走航路径监测的VOCs 总量浓度和颗粒物汇 总 分 类，分 成4个 等 级：0～100、101～200、201～300、301～1 000 μg/m3，用不同颜色表示，颜色越深表示VOCs的总量浓度越高。北京市城区颗粒物及VOCs 总量的走航图见图1，监测数据显示，此次监测过程中PM2.5质量浓度介于48.00～103.00 μg/m3之间，均值为60.98 μg/m3，是环境空气质量标准一级限值（35.00 μg/m3）的1.74倍，最高值为103.00 μg/m3；PM10质量浓度范围为55.00～111.00 μg/m3，均 值 为67.75 μg/m3，超过环境空气质量标准一级限值（50.00 μg/m3）的35.5%，最高值为111.00 μg/m3；TSP总悬浮颗粒物均值为67.75 μg/m3，低于环境空气质量标准一级限值（120.00 μg/m3），最高值为110.00 μg/m3，推测原因为交通拥堵导致。

图1 颗粒物及VOCs走航监测结果图

本次走航监测过程中TVOCs 的瞬时浓度平均值是117.21 μg/m3，但走航路径中发现VOCs浓度峰值高于200 μg/m3的异常点位有4个，这个值远大于该区域的VOCs平均浓度，因此对该区域涉及VOCs 排放的重点企业和城市道路拥堵路段要精细化管控。研究将TVOCs浓度与测得的气象要素风向、风速、气压、湿度、温度进行相关性分析，皮尔森相关系数结果（表1）显示，VOCs的质量浓度与风向、湿度呈显著正相关关系，即VOCs的质量浓度随湿度的增加而升高，且受风向的影响较为明显；与风速、温度呈显著负相关关系，当风速、温度越低时，VOCs的质量浓度越高。

表1 TVOCs与气象要素的皮尔森相关系数

2.2 VOCs组成特征

对于利用GC-MS对于VOCs组分进行定点采样、分析监测结果如图2所示，VOCs主要组分以苯及苯系物为主，其中1，2-二甲基苯、甲苯、苯、乙基苯，分别占VOCs含量的39.94%、26.65%、21.77%和11.64%。甲苯和苯间浓度的比值法通常可用于判断VOCs污染物的大致来源。已有源谱表明生物质、煤炭等燃烧源中甲苯/苯平均浓度的比值（T/B）通常低于1，机动车尾气中通常在1.42左右，一般认为不超过2，不同文献结果略有不同，工业过程/溶剂程使用源中比值可能超10。本研究中所测得的T/B为1.22，更加符合机动车尾气排放特征。

图2 VOCs 组分百分比含量图

3 结论与展望

（1）本次对北京朝阳区晚高峰城区路段的颗粒物及VOCs走航监测结果显示，该区域TSP总悬浮颗粒物均值为67.75 μg/m3，低于环境空气质量标准一级限值（120.00 μg/m3），VOCs的瞬时浓度均值为117.21 μg/m3，整体质量浓度处于较低水平。

（2）皮尔森相关系数结果显示，VOCs的质量浓度与风向、湿度呈显著正相关关系，与风速、温度呈显著负相关关系，应注意特殊气象条件下对于VOCs的管控，加强对重点涉VOCs企业的精细化管控以及城市道路拥堵路段的管控。

（3）该监测区域VOCs浓度主要受苯系物的影响，该时间段、该监测区域，VOCs的优势组分主要以甲苯、苯、乙基苯和1，2-二甲基苯为主的苯系物，排放源符合机动车尾气排放特征。