浅谈石家庄市冬春季环境空气中挥发性论文
2020-09-23 15:15:52 92
石家庄市环境空气污染严重，霾霾频繁。除了气象因素外，原因还与空气污染的加剧和严重的PM2.5污染密切相关。因此，作为臭氧和二次有机颗粒物的重要前体，挥发性有机化合物受到越来越多的关注。研究表明，有机物，硝酸盐和铵盐主要是由气态污染物的二次转化形成的，并且是造成重度污染期间PM2.5浓度增加的主要因素。环境空气中挥发性有机化合物的成分和污染特征在PM2.5的来源分析中起着重要作用。研究表明，许多挥发性有机化合物对人体健康有害。它具有呼吸道毒性，神经毒性，心血管毒性，肝肾毒性，免疫系统毒性，甚至致癌性。在美国，由EPA优先控制的180种有机物质中，有33种是挥发性有机化合物。其中，氯仿，四氯乙烯和苯已被世界卫生组织确定为对动物具有致癌性和致畸性。国外对环境空气中挥发性有机化合物的研究较早开始。近年来，一些中国学者研究了郑州，南京，天津和沉阳等省会城市的空气中挥发性有机化合物的污染。然而，在石家庄环境空气污染严重时期，还没有关于环境空气中VOCs污染及其与PM2.5之间关系的研究。作者对2014年1月至2014年4月石家庄市典型功能区环境空气中VOC的种类，浓度水平，冬春季特性进行了系统分析，系统地分析了VOC与PM2.5浓度的关系。分析以提供环境管理并为政府决策提供依据。
1实验部分
1. 1研究地点和样品收集
石家庄环境空气国家监测点的选择：世纪公园，西北水源，高新区和西南高等教育在四个点进行监控，所覆盖的功能区域包括住宅和商业运输混合区域，人口稠密的区域，工业区，文化和教育区等。SUMMA油箱（带流量控制阀） ）取样，每次取样约12小时，直到充满为止。采样时间为2014年1月至2014年4月（下同），周围空气污染比较严重，每2天采样一次，连续10次采样。一月和二月是冬季采样期； 3月和4月是春季采样期。
1.2仪器和标准品
气相色谱/质谱仪，Agilent 6890N-5975B，由安捷伦科技（中国）有限公司提供； ENTECH 7100选矿厂，北京波赛德科技有限公司；桶清洗仪ENTECH 3100，由北京波赛德科技有限公司提供；气体稀释装置ENTECH4600，由北京波赛德科技有限公司提供； SUMMA储罐自动进样器ENTECH 7032，北京Bosideke由科技有限公司提供； 3.2升SUMMA储气罐。液氮，高纯度氦气（> 99.999％）;氮（> 99.999％）; TO-14A标准气体（39种VOC，由美国Restek公司提供）体积分数为1.0×106； TO -15补充气（25 VOC，由Restek Corporation，美国提供），体积分数为1.0×106。
1.3仪器分析条件
样品的预处理条件：三级冷阱预浓缩，第一级冷阱捕获温度为-150℃，解吸温度为20℃；二冷阱的捕集温度为-30℃，而脱附温度为180℃；冷阱阱温度为-150℃，脱附温度为60℃。气质分析条件：气相色谱DB-VRX（60m×250μm×0.14μm）。入口温度为200℃，载气为He，程序温度为35℃，并在5℃/ min下保持5分钟，升至150°C，以15°C / min升至220°C，并保持8分钟。传输线温度为280°C，离子源温度为230°C，MS四极杆温度为150°C，检测器为MSD，柱流速为1.0 mL / min。扫描方法为全扫描，扫描质量范围为40 u至350 u。
1.4质量保证和控制措施
所有在现场采样的SUMMA储罐均已使用初始标准气体进行了校准，回收率大于90％。每天使用4-溴氟苯对GC-MS系统进行调谐，以使目标离子及其离子丰度达到分析要求。在每个监视点收集一个完整的空白。空白分析不需要目标化合物（或目标化合物浓度小于检测限的3倍）。该方法各成分的检出限在0.09至0.58μg/ m3之间（质量浓度，下同）。基于高纯度氮气，添加一定浓度的标准气体以测量每种成分。回收率在92％至108％之间。
2结果和讨论
2.1。石家庄市冬季和春季环境空气中VOCs污染的现状和来源分析
石家庄市春季和春季环境空气中共检测到40种挥发性有机化合物，包括丙酮，苯，四氯化碳，二氯甲烷，甲苯和乙酸乙酯。具体的检测条件见表1。按类别，主要类别的质量分数如下：芳香烃31.0％，卤代烃制药业是石家庄的主导主导产业，分别占河北省的76％和3.5％。石家庄是中国的抗生素生产基地之一。丙酮，乙酸乙酯，二氯甲烷等是抗生素。素食制造商使用的溶剂量相对较大，周围空气中的这些物质很可能来自相关制造商。许多文献认为，苯，甲苯等苯系列来自汽车尾气，石油化工，煤炭燃烧等。苯与甲苯的比率（B / T）也常用于确定环境空气中苯的主要来源。当B / T值接近0.5时，表明苯系列的主要来源是机动车排放。如果B / T值高，则意味着存在苯含量比机动车尾气排放源高的非机动车。资源。石家庄市冬季和春季环境空气中的B / T值为1. 39，表明石家庄市冬季和春季环境中汽车尾气对苯系物的贡献不显着，但存在苯含量不同于汽车尾气的来源。较高的非机动车来源。在监测期内，石家庄冬春季节大气中VOCs的总质量浓度在145.7〜573.0μg/ m3之间，日平均质量浓度为309.9μg/ m3。如图1所示，在未量化的成分中，检测到乙酸丁酯，丁烷，乙醇等。
2. 2石家庄市冬季和春季大气中VOCs总浓度的变化特征
2. 2.1 2001年冬季和春季大气中VOCs总浓度的月变化特征石家庄
1-4月每个月的VOC浓度比较。可以看出，石家庄市监测期内环境空气中挥发性有机化合物的浓度变化很大。一月份的月平均质量浓度最高，为417.5μg/ m3，这与当月的严重空气污染和不利于挥发性有机化合物扩散的不利天气条件有关。 。 2月浓度下降，2月9日和2月10日石家庄市空气质量明显改善。在此期间，一些公司仍处于停产状态，天气条件有利于污染物的扩散，因此污染物的浓度挥发性有机化合物含量也大大下降。 2月春节期间一些企业停产时，VOCs浓度的下降与空气污染的减少，污染物排放的减少以及机动车使用的减少有关。 3月份，VOCs浓度持续下降，这与石家庄停止供热和污染物排放减少有关。四月份的月平均浓度与三月份的月平均浓度相似，并且变化不大。
2.2。 2石家庄市冬季和春季环境空气中总VOCs浓度的季节变化特征
石家庄市冬季和春季环境空气中总VOCs浓度的季节变化特征。与冬季相比，春季的环境空气中VOC的总浓度下降了53.8％。 3月下旬，加热结束。与采暖期相比，石家庄市的空气质量得到明显改善。气象条件有利于污染物的扩散，周围空气中VOC的总浓度迅速降低。与春季和冬季相比，周围空气中VOC的总浓度显着降低。这是由于减少了污染物排放。另外，石家春季大风壮壮，有利于污染物的扩散。
2. 2. 3石家庄市冬季和春季环境空气中VOCs的主要成分浓度
石家庄市冬季和春季环境空气中VOCs的主要成分为丙酮，苯和四氯化碳碳，二氯甲烷，甲苯，乙酸乙酯，1,2-二氯丙烷，异丙醇，二甲苯等。石家庄市冬季和春季环境空气中VOCs主要成分的浓度水平。 2月份，VOCs主要成分的浓度比1月份有所下降，进入3月份后，各种VOCs成分的浓度显着下降。与四月相比（见图4中的折线），计算公式为（C1-C4）/ C1，环境空气中的二氯甲烷浓度下降幅度最大，下降幅度为77.5％；四氯化碳下降幅度最小，为48.2％；苯减少了71.9％;甲苯减少71.5％;乙酸乙酯减少67.8％；丙酮减少了67.2％。进行此分析的主要原因有三个。首先是由于加热和非加热期间污染源强度的变化。研究表明，加热过程中苯的浓度高于不加热过程中苯的浓度。该物质的主要来源是煤燃烧，因此苯和甲苯显着下降的原因是由于加热期结束而停止了煤的燃烧。第二是由于周围空气中存在污染物的气液固平衡。环境空气浓度受温度和湿度等因素影响。如二氯甲烷，苯，甲苯，乙酸乙酯，丙酮，四氯化碳等污染物具有不同的沸点。另外，环境温度不同，每种污染物的饱和蒸气压也不同，因此质量浓度下降也有一定差异，例如四氯化碳的沸点为76.8℃，明显高于二氯甲烷（沸点为39.8℃），导致两者的质量浓度下降不同；第三是气象条件的影响，三，四月是春季，石家庄春季多风，挥发性有机化合物易于扩散。因此，各种物质的浓度有不同的降低。
2.3石家庄市冬季和春季环境空气中VOC的总浓度与PM2.5浓度之间的相关性
有机气溶胶是大气气溶胶的重要组成部分，它们是高度污染。市区通常占PM2.5和PM10质量的20％至60％，而在偏远地区，它们约占PM10质量的30％至50％。石家庄冬季雾霾频繁。在阴霾天气中，空气湿度较高。最近的研究表明，许多挥发性有机化合物可能通过云或雾滴中的液相氧化反应形成次级有机气溶胶。另外，在紫外光诱导的条件下，VOC经历了一系列的光氧化反应，最终产生了次级有机气溶胶。石家庄市的冬季和春季环境空气污染严重，在天气不利的情况下，环境空气中PM2.5的浓度也相对较高。选择下午2.5较低且PM 2.5较高的典型日子。比较了周围空气中VOC的总浓度和PM2.5浓度之间的变化趋势。当PM2.5浓度较高且污染严重时，VOCs的总浓度高值也连续出现，且监测期内最高浓度出现在1月，污染严重;当PM2.5浓度呈显着下降趋势时，同期的总VOCs浓度也呈显着下降趋势。两者都显示出相同的变化趋势。从2月下旬到4月，空气质量持续改善，加上3月份供暖期结束，污染物排放量减少，周围空气中VOC的总浓度显着下降。这表明在加热期间，排放的污染物量很大。当存在不利于扩散的气象条件时，环境空气中的VOC也会聚集并且无法扩散，从而导致峰值浓度。较高的挥发性有机化合物在一定条件下也会形成有机气溶胶，导致形成更多的细小颗粒，这也加剧了环境空气污染的程度。加热期结束后，污染物的排放量减少，并且随着气象条件的改善，周围空气中VOC的总浓度也相应降低。 VOC与PM2.5之间的相关性分析如图6所示。两者之间的相关系数为0.80，相关性良好。一方面，可能是石家庄的挥发性有机化合物具有与PM2.5相同的排放源，另一方面，可能是由于挥发性有机化合物部分转化为二次有机气溶胶。因此，有效控制环境空气中VOC的浓度对控制PM2.5污染具有积极作用。
3结论
1）石家庄市冬季和春季环境空气中VOC的总质量浓度为145.7至573。0μg/ m3，平均质量浓度为309.9μg/ m3。在未量化的成分中，检测到较高浓度的乙酸丁酯，丁烷，乙醇等。
2）石家庄市冬季和春季环境空气中挥发性有机化合物的主要成分是丙酮，苯，四氯化碳，二氯甲烷，甲苯，乙酸乙酯等。按类别，浓度较高的类别是苯，卤代烃以及含氧的VOC。
5）石家庄市周围空气中挥发性有机化合物的浓度每月变化很大。在监测期内，浓度最高的是一月，最低的是三月。
