环境空气非甲烷烃现状及对臭氧生成的研究

环境空气非甲烷烃现状及对臭氧生成的研究

谭健    ,娄增

抚顺石化公司烯烃厂质检车间

摘要：随着近年来空气污染防治措施的实施,SO2、NO2、PM10和PM2.5的浓度大幅下降,但O3在珠江三角洲地区的表面浓度长期未见明显改善,O3主要是大气中挥发性有机化合物和NOx的光化学反应,二次污染物刺激眼睛和呼吸道或引发多种炎症。根据2016年深圳环境报告,深圳作为全国四大城市之一,大气中PM2.5浓度已达到国家二级标准,O3已成为空气中最主要的污染物,因此下一步O3浓度和VOCs控制将是挑战。本文对环境空气非甲烷烃现状及对臭氧生成进行分析，以供参考。

关键词：大气环境;非甲烷总烃;影响因素;臭氧生成

引言

大气温室气体中NMHC的浓度相对较高,其中许多物质具有很高的光化学活性,是重要的光化学反应前体。目前,大气VOC的研究主要集中在区域背景点和城市VOC成分的浓度、时空变化和来源分析上。大多数国内外科学家对大气成分进行大规模活动,一些季节性变化或进行离线采样等研究。

1非甲烷烃的定义、分类及理化性质

HCl是大气中一类重要的有机污染物,被定义为除甲烷以外的碳氢化合物的通用术语。与甲烷(CH4)不同,NMHC具有很高的光化学活性,并且根据分子结构的差异,NMHC可分为烷基,油酸,芳香和含氧氧。由于HFCs种类繁多,成分和来源复杂,在研究作为空气污染物的HFCs时,通常只考虑碳含量为2至12的物种。由于碳含量和分子结构的差异,NMHC的物理化学性质也不同。因此,每个NMHC物种的物理化学性质取决于其自身的碳含量,化学结构和浓度。

2大气非甲烷烃的来源

有许多类型的HFCs和广泛的来源,主要分为自然和人为排放。自然排放主要是植物排放,而宽叶和针叶植物排放的花粉化合物是NMHC的主要自然来源。人为排放主要包括化石燃料燃烧、生物质燃烧、运输废气排放、工业生产、溶剂蒸发、城市住宅。(2)垃圾填埋场。在全球范围内,天然来源的碳氢化合物排放量远远超过人类活动产生的碳氢化合物排放量,其中天然来源约占全球碳氢化合物排放量的90%,主要是异质和单质。然而,随着城市化和工业化的发展,城市和周边地区的人为排放将比自然排放更重要。对于小空间,特别是在城市地区,人为来源是大气中主要的HFC排放。城市大气中的人为HFC来源主要包括固定来源,如发电厂,化工厂,炼油厂,工业燃烧和冶炼厂,汽油车辆,柴油车辆等移动来源,以及无组织排放源,如生物质燃烧,液化天然气/天然气,汽油和溶剂。中国城市地区的主要排放源通常是汽车尾气、化石燃料燃烧、溶剂的使用和蒸发(特别是油漆、液化天然气或天然气泄漏)和工业排放。在许多人为排放中,车辆对NMHC的贡献越来越明显。研究表明,在许多城市和地区,车辆尾气占NMHC的50%以上。汽车主要由汽油车、柴油车等燃料车辆组成,排放过程主要包括废气、运行和故障损失以及固定车辆燃料排放的蒸发。特别是汽油车排放的汽油含有丰富的苯、甲醇、Inter、Par-Xylen等汽油;丙烷、丙烷等短链NMHC是柴油燃料废气中的主要有机化合物,在公交车和出租车的废气中,乙烯、乙烷等NMHC以液化天然气为燃料,含有较低的碳原子是最常见的类型。

3影响环境空气质量的因素

3.1降水量与气温

区域降水量是十分重要的概念之一，它指的是在不发生渗漏蒸发以及流失的情况下，规定时间内的降水累计深度，对城市地区的环境空气质量有非常大的影响，降雪属于降水的一种形式，同样能够对大气当中的污染物产生一定的影响，比如可吸入颗粒物就会在降雪条件下大幅度下降。在某地区出现降水和降雪天气时，空气当中含有的一些气态污染物也能够得到清理，当地的空气能见度就会在一定程度上得到提升，人民群众的生活体验自然会有所提高。当然，降水和降雪本身并不一定是完全清洁的，比如说酸雨、夹杂尘埃的雨滴等就可能对城市地区环境空气质量造成负面影响。除此之外，气温变化也会影响到环境空气质量，从近地面的角度来说，地面温度和高空温度往往存在一定的温度差。在越靠近地面气温越高的情况下，温度差往往在垂直方向上呈现梯度变化，空气受热以后会垂直向上运动，此时大气污染物就很容易随空气的运动进行扩散。在地表温度比高空温度更低的情况下，温差的特征就会完全相反，此时大气污染物的扩散难度非常大，整体的环境空气质量就会趋于稳定。

3.2废气污染问题较多

近年来，新能源汽车开始进入人们的视野，并以其独特的环境保护效果得到了一致关注，但是这并不意味着新能源汽车的技术体系已经完全成熟，其中仍然存在很多技术问题亟待解决，比如最常见的新能源汽车——电动汽车的续航能力比较有限，和传统燃油车比较起来，这一问题更加严重，且不同品牌电动汽车的充电桩铺设覆盖率不同，人们在购买电动汽车以后，需要面对充电不方便、长途旅行受影响等一系列问题，特别是在北方地区，冬季温度非常低，锂电池很可能无法发挥应有的作用，本就不长的续航里程又会进一步缩短，其实用性可以相见。诚然，目前为了推广新能源汽车，国家提供了大量的补贴措施，然从整体角度来看，其销量仍然比较有限，在解决环境空气质量问题上不能发挥决定性作用。

4分析方法

参照生态环保部制定的《环境中总水银、总甲烷、非甲烷的气相色谱测定》标准方法HJ604-2017,采用恒定流量为2.1ml/min的流量控制器收集环境空气中总非甲烷水银,并在3.2L真空苏打油罐中密封,并用气相色谱仪(仪器号GC2014C11484810393)对样品进行定量分析。

5讨论

5.1 随时间推移的非甲烷总体积浓度

该研究于2019年7月3日至2020年7月1日进行,对无甲烷的总含量进行了统计测量 从2020年6月18日至2020年7月1日,由于柴油燃烧不完全,加上市政生态和环境监测中心的建设,HCG的体积浓度从532 nmol / mol逐渐增加到663 nmol / mol。为了排除上述外部干扰,4月24日至7月30日期间的NMHC浓度值总体上低于全年总浓度值,因为在此期间,温度为全年最高,大气运动速度加速,NMHC稀释是最强的扩散潜力,这与研究结果一致。在8月4日至11月21日期间,NMHC值高于全年。11月26日和8月4日是温度差异最大的季节,NMHC浓度与年份相比变化最大。

5.2 对臭氧生产的影响

环境空气中的臭氧浓度与温度正相关,曲线相关系数r=0.7505,表明温度较高,臭氧层较高。从2019年11月到2020年1月的臭氧浓度与非甲烷水银总浓度呈指数相关,相关系数r = 0.7124,表明该地区2月至10月的臭氧产量与非甲烷水银总含量的相关性很小,并且与氮氧化物等其他污染物有关。在寒冷的气候条件下,所有不含甲烷的水银都对臭氧产生有重要贡献。

结束语

基于对非甲烷总水银浓度和风向的分析,非甲烷总水银的主要来源可能是由黄威工业园区印刷包装企业造成的连江干线道路上的VOC和交通拥堵排放。温度越高,臭氧浓度越高,臭氧浓度越高,车站周围空气中的臭氧浓度越高,空气温度或总非甲烷水银浓度越高。在寒冷的气候条件下,所有不含甲烷的水银都对臭氧产生有重要贡献。近年来,臭氧作为影响空气质量的主要污染物,总非甲烷也是近地臭氧的重要前体,本文分析了非甲烷总含量的影响因素、时间趋势、主要来源和臭氧的关系,研究结果为制定臭氧防治政策和减少关键成分(VOCs)提供了科学的支持。

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