留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

我国重点区域环境大气VOCs监测体系现状及发展方向

李跃武 柴文轩 赵月 车祥 梁思远 段玉森 唐桂刚 高松

李跃武, 柴文轩, 赵月, 车祥, 梁思远, 段玉森, 唐桂刚, 高松. 我国重点区域环境大气VOCs监测体系现状及发展方向[J]. 环境科学研究, 2023, 36(5): 857-865. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2023.02.19
引用本文: 李跃武, 柴文轩, 赵月, 车祥, 梁思远, 段玉森, 唐桂刚, 高松. 我国重点区域环境大气VOCs监测体系现状及发展方向[J]. 环境科学研究, 2023, 36(5): 857-865. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2023.02.19
LI Yuewu, CHAI Wenxuan, ZHAO Yue, CHE Xiang, LIANG Siyuan, DUAN Yusen, TANG Guigang, GAO Song. VOCs Monitoring System Status and Development Direction in Key Regions of China[J]. Research of Environmental Sciences, 2023, 36(5): 857-865. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2023.02.19
Citation: LI Yuewu, CHAI Wenxuan, ZHAO Yue, CHE Xiang, LIANG Siyuan, DUAN Yusen, TANG Guigang, GAO Song. VOCs Monitoring System Status and Development Direction in Key Regions of China[J]. Research of Environmental Sciences, 2023, 36(5): 857-865. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2023.02.19
【PM2.5与O3协同防控科技攻关成果专题】编者按:2017年,国务院常务会议确定设立大气重污染成因与治理攻关项目,由生态环境部牵头,会同科学技术部、中国科学院、农业农村部、工业和信息化部、中国气象局、国家卫生健康委员会、高校等多部门和单位,集中优秀科研团队,针对京津冀及周边地区秋冬季大气重污染成因、重点行业和污染物排放管控技术、居民健康防护等开展集中攻关. 生态环境部探索“1+X”科技攻关新型举国体制机制,组建国家大气污染防治攻关联合中心. 2020年,生态环境部陆续启动系列细颗粒物(PM2.5)与臭氧(O3)复合污染协同防控科技攻关先导项目和城市二期“一市一策”驻点跟踪研究,进一步推动京津冀及周边地区、汾渭平原等区域空气质量持续改善. 本专题将展示2017年以来大气攻关系列项目取得的研究成果,本期内容涉及大气环境监测体系、O3前体物减排路径、区域和城市PM2.5与O3污染特征分析等研究内容. 专题相关研究成果可为推动我国PM2.5与O3复合污染协同防控相关领域研究提供参考.

我国重点区域环境大气VOCs监测体系现状及发展方向

doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2023.02.19
基金项目: O3和PM2.5复合污染协同防控科技攻关预研课题项目(No.DQGG202025);国家重点研发计划项目(No.2022YFC3703501)
详细信息
    作者简介:

    李跃武(1990-),男,江西赣州人,工程师,硕士,主要从事大气环境监测和综合分析研究,yuewuli5@163.com

    通讯作者:

    柴文轩(1986-),女,河北唐山人,高级工程师,硕士,主要从事大气环境光化学监测研究,chaiwx@cnemc.cn

  • 中图分类号: X511

VOCs Monitoring System Status and Development Direction in Key Regions of China

Funds: Research Project of O3 and PM2.5 Combined Pollution Collaborative Prevention and Control Technology, China (No.DQGG202025); National Key Research and Development Program of China (No.2022YFC3703501)
  • 摘要: 科学开展大气挥发性有机物(VOCs)的监测是臭氧(O3)与细颗粒物(PM2.5)复合污染成因机制和防控的关键基础,对持续改善我国空气质量具有重要意义. 为优化提升我国VOCs监测体系和效能,提出未来光化学监测发展方向和路径,通过调研、数据挖掘总结评估了国内外VOCs监测体系设计、监测布点、监测项目和时段、监测技术和质控技术等监测要素,结果表明:①我国初步建成了覆盖重点区域的光化学监测网,但监测点位功能相对单一,缺乏区域、输送、排放高值区等关键点位,其优化和完善是提升我国VOCs监测效能的重要途径. ②5—9月是我国O3污染的重要时段,影响O3的重要组分则主要为美国环境保护局(US EPA)光化学评估监测站(Photochemical Assessment Monitoring Stations, PAMS)所涉及的组分以及醛酮类组分,其中乙烯、苯系物、甲醛、乙醛等尤为关键,并应关注部分支链烯烃和α-蒎烯、β-蒎烯等天然源烯烃对O3或颗粒物的影响,最终需结合本地化特点优化监测项目. ③我国VOCs监测技术体系中手工监测和自动监测各具优势,未来发展趋势以自动监测为主、手工监测为辅,监测技术体系应向高精准度化、标准化、小型化、模块化、智能化,以及高时间分辨率和低成本等方向发展;同时持续进行质量体系标准研究,补足空白,提升监测数据质量. 研究显示,我国环境大气VOCs监测应优化监测布点,加强监测技术体系和质量体系标准化,并聚焦重点时段形成我国本地化监测项目,从而科学地优化和完善我国光化学监测体系.

     

  • 图  1  2019—2020年我国116个重点城市中对体积分数、LOH、OFP和AFP贡献较大的PAMS组分

    Figure  1.  Key components of volume fraction, LOH, OFP and AFP of PAMS in 116 major cities from 2019 to 2020

    图  2  PAMS组分、PAMS+TO15组分中大气污染综合效应较高的组分

    Figure  2.  The key components with high comprehensive effect in PAMS component and PAMS+TO15 component

    图  3  2019—2020年我国116个重点城市中对体积分数、LOH、和OFP贡献较大的醛酮类组分

    Figure  3.  The key components with high volume fraction, LOH and OFP of aldehydes and ketones in 116 Chinese key cities from 2019 to 2020

    图  4  2020年9月北京、上海VOCs、NOx和O3浓度的时间变化

    Figure  4.  The time changes of VOCs, NOx and O3 concentrations in Beijing and Shanghai in September of 2020

    表  1  2018—2021年我国开展VOCs、NMHC监测的城市数量

    Table  1.   The number of VOCs and NMHC monitored cities in China from 2018 to 2021

    年份开展VOCs监测的城市个数开展NMHC监测的城市个数
    20188179
    2019119176
    2020155252
    2021165270
    下载: 导出CSV

    表  2  我国VOCs监测点位类型

    Table  2.   Type of VOCs monitoring points in China

    VOCs监测点位类型自动点位个数手工点位个数
    人口密集区内的O3浓度高值区12292
    O3高浓度点917
    VOCs高浓度点212
    区域点416
    地区影响边缘监测点(下风向点位)1520
    城市上风向点628
    背景点93
    其他98
    合计176196
    下载: 导出CSV

    表  3  2017—2020年我国重点区域O3超标天数

    Table  3.   Total number of days of O3 exceeding the standard in key regions of China from 2017 to 2020

    区域超标天数(城市超标天之和)/d4年城市平均超标天数/d重点超标时段的超标天数/d超标极值月份的超标天数/d
    2017年2018年2019年2020年
    京津冀及周边地区1 4791 6882 2511 727641 241(5—7月)585(6月)
    汾渭平原51044156942644386(6—8月)158(6月)
    苏皖鲁豫交界区域7678361 38786544671(5—6月、9月)355(6月)
    珠三角及周边地区22825245221632194(8—10月)83(9月)
    长三角地区1 1351 1641 7131 12631827(5—7月)373(6月)
    成渝地区21227031332518174(4月、7—8月)78(8月)
    下载: 导出CSV

    表  4  VOCs手工及自动监测技术特点比较

    Table  4.   Comparison of VOCs manual and automatic monitoring techniques

    对比指标手工监测技术自动监测技术
    应用基础 20~30年技术积累,标准规范配套齐全 5~10年的应用基础,仅有方法标准
    监测组分 可满足国家规划的116项组分 57种PAMS组分监测能力,部分GC-MS可监测116项组分
    稳定性 实验室环境和仪器稳定性均较强 GC-FID较稳定,GC-MS稳定性欠缺,易受站点内外环境影响
    检出限 绝大多数组分检出限在0.1×10−9以下 90%以上组分检出限在0.1×10−9以下
    准确性 准确性好,质控可控 准确性好,质控可控
    前处理 三级冷阱,除水性能好 一级冷阱,除水性能不足,易偏差
    布点要求 可定制,空间灵活布点 布点要求高,选定后更换难度大
    数据回溯核实 可重复分析、回溯分析 一次性分析,无法回溯
    采样代表性 涵盖采样、运输、稀释、分析等技术环节,易组分流失,采样代表性不足 原位连续采样分析,样品仅需要通过采样总管,原位采样,样品损失小,采样代表性强
    数据时间分辨率 数据时间分辨率较低, 周期长,从采样时刻到数据输出,整体需24 h 数据时间分辨率较高,具备小时或小时以下数据时间分辨率
    人员要求 需采样人员、运输人员、分析人员,对人员要求较高 人员需求少,仅需仪器运维人员
    质控要求 质控环节多. 涉及采样罐质控、现场采样质控、运输质控、平行样质控等外部质控和仪器质控 仅需仪器质控,但质控难度较大
    运维成本 环节多、人员多、成本高 人力物力投入相对较少
    下载: 导出CSV
  • [1] 孟晓艳.2020年全国生态环境质量简况[R].北京:中国环境监测总站,2021.
    [2] 李红,彭良,毕方,等.我国PM2.5与臭氧污染协同控制策略研究[J].环境科学研究,2019,32(10):1763-1778.

    LI H,PENG L,BI F,et al.Strategy of coordinated control of PM2.5 and ozone in China[J].Research of Environmental Sciences,2019,32(10):1763-1778.
    [3] 王韵杰,张少君,郝吉明.中国大气污染治理:进展·挑战·路径[J].环境科学研究,2019,32(10):1755-1762.

    WANG Y J,ZHANG S J,HAO J M.Air pollution control in China:progress,challenges and future pathways[J].Research of Environmental Sciences,2019,32(10):1755-1762.
    [4] United States Environment Protection Agency.SPECIATE 4.5.2009[EB/OL].Washington DC:US Environmental Protection Agency,(2020-03-03)[2022-10-05].https://www.epa.gov/airemissions-modeling/speciate.
    [5] 杨一鸣,崔积山,童莉,等.美国VOCs定义演变历程对我国VOCs环境管控的启示[J].环境科学研究,2017,30(3):368-379. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2017.01.52

    YANG Y M,CUI J S,TONG L,et al.Evolution of the definition of volatile organic compounds in the United States and its implications for China[J].Research of Environmental Sciences,2017,30(3):368-379. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2017.01.52
    [6] 曹娟,毋振海,鲍捷萌,等.美国人为源VOCs管控经验及其对我国的启示[J].环境科学研究,2022,35(3):633-649. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.01.04

    CAO J,WU Z H,BAO J M,et al.Processes and experience of anthropogenic VOCs management and control in the USA and enlightenment to China[J].Research of Environmental Sciences,2022,35(3):633-649. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.01.04
    [7] United States Environment Protection Agency.Community scale air toxics ambient monitoring[EB/OL].Washington DC:US Environmental Protection Agency,(2023-02-10)[2022-10-05].https://www.epa.gov/amtic/community-scale-air-toxics-ambient-monitoring-csatam-final-reports.
    [8] United States Environment Protection Agency.PAMS re-engineering[EB/OL].Washington DC:US Environmental Protection Agency,(2020-11-30)[2022-10-05].https://www.epa.gov/ttn/amtic/PAMSreeng.html.
    [9] United States Environment Protection Agency.Ncore network[EB/OL].Washington DC:US Environmental Protection Agency,(2022-11-30)[2022-10-05].https://www.epa.gov/ttn/amtic/ncore.html.
    [10] United States Environment Protection Agency.PAMS net[EB/OL].Washington DC:US Environmental Protection Agency,(2022-11-30)[2022-10-05].https://www.epa.gov/ttn/amtic/images/PAMSnet.gif
    [11] United States Environment Protection Agency.PAMS target list (54)[EB/OL].Washington DC:US Environmental Protection Agency,(2022-11-30)[2022-10-05].https://www.epa.gov/sites/production/files/2019-11/documents/PAMS54.pdf.
    [12] United States Environment Protection Agency.PAMS target list (64) [EB/OL].Washington DC:US Environmental Protection Agency,(2019-11-30)[2022-10-05].https://www.epa.gov/sites/production/files/2019-11/documents/targetlist 0.pdf.
    [13] United States Environment Protection Agency.VOCs exemption policy[EB/OL].Washington DC:US Environmental Protection Agency,(2022-09-16)[2022-10-05].https://www.epa.gov/ground-level-ozone pollution/volatile-organic-compound-exemptions.
    [14] United States Environment Protection Agency.Ozone-trends[EB/OL].Washington DC:US Environmental Protection Agency,(2022-08-01)[2022-10-05].https://www.epa.gov/air-trends/ozone-trends.
    [15] United States Environment Protection Agency.Overview of PAMS[EB/OL].Washington DC:US Environmental Protection Agency,(2016-10-30)[2022-10-05].https://www.epa.gov/sites/production/files/2016-10/documents/overview_of_PAMS.pdf.
    [16] Bo Richter Larsen.Measurement of ozone precursor volatile organic compounds (VOCs)[EB/OL].Strasbourg:Research Gate,(2004-03-31)[2022-10-05].https://www.researchgate.net/publication/236971339_Measurement_of_Ozone_Precursor_Volatile_Organic_Compounds_VOCs_Proceedings_of_the_International_Expert_meeting_6-7_March_2003_Casa_Don_Guanella_Barza_Ispra_Italy
    [17] UK AIR.Automatic hydrocarbon network [EB/OL].London:Department for Environment Food & Rural Affairs,(2023-03-08)[2022-10-05].https://uk-air.defra.gov.uk/networks/network-info?view=hc#startcontent.
    [18] 環境省.大気汚染に係る環境基準[EB/OL].东京:環境省,2014[2022-10-05].http://www.env.go.jp/kijun/taiki.html.
    [19] 環境省.今後の光化学オキシダント対策に向けた検討スケジュール[EB/OL].东京:環境省,(2014-08-13)[2022-10-05].www.env.go.jp/council/07air-noise/y078-10a/mat1003.pdf.
    [20] 姜华,常宏咪.我国臭氧污染形势分析及成因初探[J].环境科学研究,2021,34(7):1576-1582. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2021.05.20

    JIANG H,CHANG H M.Analysis of China's ozone pollution situation,preliminary investigation of causes and prevention and control recommendations[J].Research of Environmental Sciences,2021,34(7):1576-1582. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2021.05.20
    [21] 钟流举.区域空气质量监测网络系统的设计与实现[M].广州:广东科技出版社,2012.
    [22] 孙新丽,杜世勇,王书肖,等.大气污染防治综合决策支持技术平台典型城市应用研究[J].环境科学研究,2021,34(1):158-171. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2020.12.08

    SUN X L,DU S Y,WANG S X,et al.Application and research of decision support technology platform for air pollution prevention and control in typical polluted city[J].Research of Environmental Sciences,2021,34(1):158-171. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2020.12.08
    [23] HAYES P L,CARLTON A G,BAKER K R,et al.Modeling the formation and aging of secondary organic aerosols in Los Angeles during CalNex 2010[J].Atmospheric Chemistry and Physics,2015,15(10):5773-5801. doi: 10.5194/acp-15-5773-2015
    [24] 吴亚君,胡君,张鹤丰,等.兰州市典型企业VOCs排放特征及反应活性分析[J].环境科学研究,2019,32(5):802-812. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2019.02.09

    WU Y J,HU J,ZHANG H F,et al.Characteristics and chemical reactivity of fugitive volatile organic compounds from typical industries in Lanzhou City[J].Research of Environmental Sciences,2019,32(5):802-812. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2019.02.09
    [25] MA P K,ZHAO Y L,ROBINSON A L,et al.Evaluating the impact of new observational constraints on P-S/IVOC emissions,multi-generation oxidation,and chamber wall losses on SOA modeling for Los Angeles,CA[J].Atmospheric Chemistry and Physics,2017,17(15):9237-9259. doi: 10.5194/acp-17-9237-2017
    [26] ROBINSON A L,DONAHUE N M,SHRIVASTAVA M K,et al.Rethinking organic aerosols:semivolatile emissions and photochemical aging[J].Science,2007,315(5816):1259-1262. doi: 10.1126/science.1133061
    [27] XUAN Z Q,BI C L,LI J F,et al.Source contributions to total concentrations and carcinogenic potencies of polychlorinated dibenzo-p-dioxins and polychlorinated dibenzofurans (PCDD/Fs) in ambient air:a case study in Suzhou City,China[J].Environmental Science and Pollution Research,2017,24(30):23966-23976. doi: 10.1007/s11356-017-0050-y
    [28] LIU Y,SHAO M,FU L L,et al.Source profiles of volatile organic compounds (VOCs) measured in China:part Ⅰ[J].Atmospheric Environment,2008,42(25):6247-6260. doi: 10.1016/j.atmosenv.2008.01.070
    [29] LIU Y,SHAO M,LU S H,et al.Volatile organic compound (VOC) measurements in the Pearl River Delta (PRD) Region,China[J].Atmospheric Chemistry and Physics,2008,8(6):1531-1545. doi: 10.5194/acp-8-1531-2008
    [30] LI Y J,REN B N,QIAO Z,et al.Characteristics of atmospheric intermediate volatility organic compounds (IVOCs) in winter and summer under different air pollution levels[J].Atmospheric Environment,2019,210:58-65. doi: 10.1016/j.atmosenv.2019.04.041
  • 加载中
图(4) / 表(4)
计量
  • 文章访问数:  502
  • HTML全文浏览量:  81
  • PDF下载量:  254
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2022-09-07
  • 修回日期:  2023-02-20

目录

    /

    返回文章
    返回