地球科学进展

地球科学进展 ›› 2022, Vol. 37 ›› Issue (8): 841 -850. doi: 10.11867/j.issn.1001-8166.2022.043

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城市大气挥发性有机物研究进展
周惜荫 1 , 2( ), 高晓清 1( ), 常毅 3, 赵素平 1, 李培都 1 , 2   
  1. 1.中国科学院西北生态环境资源研究院/寒旱区陆面过程与气候变化重点实验室, 甘肃 兰州 730000
    2.中国科学院大学, 北京 100049
    3.甘肃省环境监测中心站, 甘肃 兰州 730000
  • 收稿日期:2022-04-15 修回日期:2022-06-25 出版日期:2022-08-10
  • 通讯作者: 高晓清 E-mail:zhouxiyin@nieer.ac.cn;xqgao@lzb.ac.cn
  • 基金资助:
    中国科学院青年创新促进会优秀会员“盆地空气污染气象学“(Y2021111);甘肃省杰出青年基金项目“兰州重污染天气大气环境特征与应急策略研究”(20JR10RA037)

A Review of Research on Urban Atmospheric Volatile Organic Compounds

Xiyin ZHOU 1 , 2( ), Xiaoqing GAO 1( ), Yi CHANG 3, Suping ZHAO 1, Peidu LI 1 , 2   

  1. 1.Northwest Institute of Eco-Environment and Resources/Key Laboratory of Land Surface and Climate Change in Cold and Arid Regions, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China
    2.University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
    3.Gansu Environmental Monitoring Center Station, Lanzhou 730000, China
  • Received:2022-04-15 Revised:2022-06-25 Online:2022-08-10 Published:2022-09-13
  • Contact: Xiaoqing GAO E-mail:zhouxiyin@nieer.ac.cn;xqgao@lzb.ac.cn
  • About author:ZHOU Xiyin (1998-), female, Anqing City, Anhui Province, Master student. Research area includes atmospheric environment. E-mail: zhouxiyin@nieer.ac.cn
  • Supported by:
    the Outstanding Member of the Youth Innovation Promotion Association of the Chinese Academy of Sciences “Air pollution meteorology in basin”(Y2021111);The Outstanding Youth Fund of Gansu Province “Research on atmospheric environment characteristics and emergency strategies of heavy pollution weather in Lanzhou”(20JR10RA037)
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近年来，城市臭氧污染严重、灰霾天气增加，对人体健康产生不利影响。挥发性有机物作为光化学过程中的重要前体物，引起了广泛关注。通过文献调研，总结归纳了城市大气挥发性有机物种类、源与汇、产生机制、监测方法、污染特征、环境效应和管控措施以及目前治理中存在的不足和问题，提出城市大气挥发性有机物未来的研究重点，为提升城市空气质量、实现经济发展和生态环境双赢提供科学依据。主要结论如下： ① 挥发性有机物包含多种化学组分，排放来源和去除途径多样； ② 挥发性有机物的监测方法分为离线监测和在线监测； ③ 挥发性有机物各组分化学活性差别大，时空变化特征复杂； ④ 挥发性有机物的O3和二次有机气溶胶生成潜势与其化学反应活性强度以及排放源种类有关，可采取不同措施去除。

关键词: 挥发性有机物（VOCs）, 监测方法, 污染特征, 环境效应, 管控措施

In recent years, Volatile Organic Compounds (VOCs) have received extensive attention as important precursors in photochemical processes causing serious urban ozone pollution and hazy weather that adversely affect human health. The species, sources, sinks, generation mechanisms, monitoring technology, pollution characteristics, environmental effects, control measures, and problems in the current environmental governance of urban atmospheric VOCs are summarized through literature research. Additionally, we propose potential future research focuses, which will provide a scientific basis for improving urban air quality and achieving balance between economic development and ecological environment. The main conclusions are as follows: ① VOCs contain a variety of chemical components, and the emission sources and removal routes are diverse; ② The VOC monitoring methods are divided into offline and online monitoring; ③ The temporal and spatial variations are complex because of different chemical activities and meteorological factors; and ④ the generation potential of O3 and secondary organic aerosols of VOCs is related to their chemical reactivity intensity and the types of emission sources, which can be removed by different measures.

Key words: VOCs, Monitoring technology, Pollution characteristics, Environmental impact, Control measures

中图分类号: 

表1 天然源主要排放的典型 VOCs种类
Table 1 Typical types of VOCs mainly emitted from natural sources
来源 VOCs种类 参考文献
陆地生态 系统 烷烃、烯烃、芳香烃、醛、酮、酚、醇、醚、酯等 ［ 14 - 15 ］
水生生态 系统 醛、酮、醇、烷烃、烯烃、呋喃类、醚、酯等 ［ 16 - 17 ］
表2 人为源主要排放的典型 VOCs种类
Table 2 Typical types of VOCs mainly emitted from anthropogenic sources
类型 VOCs主要种类 参考文献
移动源 OVOCs、烷烃和烯烃 ［ 19 - 21 ］
油品储运源 烷烃和芳香烃 ［ 23 - 25 ］
溶剂使用源 烷烃、芳香烃和OVOCs ［ 27 - 28 ］
化石燃料燃烧源 芳香烃、烷烃和烯烃 ［ 29 - 30 ］
生物质燃烧源 烯烃和OVOCs ［ 31 - 33 ］
工艺过程源 烷烃、芳香烃和OVOCs ［ 34 - 35 ］
废弃物处理源 烷烃、芳香烃和烯烃 ［ 36 - 37 ］
图1 生物挥发性有机物（BVOCs）合成途径
Fig. 1 Synthetic pathway of Biogenic Volatile Organic Compounds
表3 我国 VOCs监测方法 ［ 48 ］
Table 3 Monitoring methods of VOCs in China ［ 48 ］
监测方法 标准名称 监测种类

气相色谱法

（GC-FID）

 HJ/T 33-1999《固定污染源排气中甲醇的测定 气相色谱法》等 甲醇和氯乙烯等
HJ 583-2010《环境空气 苯系物的测定 固体吸附/热脱附—气相色谱法》 苯系物
HJ 604-2011《环境空气 总烃的测定 气相色谱法》 苯系物
气相色谱—质谱法（GC-MS） HJ 644-2013《环境空气 挥发性有机物的测定吸附管采样—热脱附/气相色谱—质谱法》 35种VOCs
高效液相色谱（HPLC） HJ 683-204《环境空气 醛、酮类化合物的测定 高效液相色谱法》 13种醛、酮类
高效液相色谱（HPLC） HJ 734-2014《固定污染源废气挥发性有机物的测定固相吸附—热脱附/气相色谱—质谱法》 24种VOCs
HJ 759-2015《环境空气 挥发性有机物的测定 罐采样/气相色谱—质谱法》 67种VOCs
表4 主要国家、地区及组织的 VOCs监测方法
Table 4 Monitoring methods of VOCs of major countries, regions and organizations
监测方法 标准名称 国家/地区/组织 监测种类

气相色谱/质谱法

（GC/MS）

 TO-1 1999《环境空气有毒有机物分析方法》（第二版） 美国 沸点80~200 ℃ VOCs
TO-2 1999《环境空气有毒有机物分析方法》（第二版） 美国 碳分子数较少，沸点15~120 ℃非极性、非活性VOCs
TO-14A 1999《环境空气有毒有机物分析方法》（第二版） 美国 42种VOCs

气相色谱—质谱法

（GC-MS）

 TO-15 1999《环境空气有毒有机物分析方法》（第二版） 美国 97种VOCs
氢火焰离子化检测器（FID） EN 15267-3：20 08-03 欧盟 脂肪烃、芳香烃等
EN 126191999 欧盟 脂肪烃、芳香烃等
气相色谱法（GC） ISO 16017 《溶吸附—热解析/气相色谱法》 国际标准化组织 室内、环境和工作场所空气中VOCs
ISO 16200-2001 《溶剂解析—毛细管/气相色谱法》 国际标准化组织 工作场所空气中VOCs
NIEA A715.13B 《空气中挥发性有机化合物检测方法—不锈钢采样筒/气相色谱法》 中国台湾 61种化合物
表5 我国典型城市大气中 VOCs污染特征
Table 5 VOCs pollution characteristics of the atmosphere in certain cities typical of China
地区 采样点 VOCs种类数 主要VOCs种类 主要排放源 采样年份 参考文献
北京 综合区 98

烷烃、OVOCs、烯烃

烷烃、OVOCs、烯烃、芳香烃

 机动车尾气、燃烧排放、外源传输 2015 ［ 52 ］
工业区
背景点 烷烃、OVOCs、烯烃 市区污染源传输
天津 居住区 56 烷烃、芳香烃、烯烃 溶剂使用、机动车尾气、油品挥发 2017—2019 ［ 50 ］
石家庄 背景点 61 卤代烷烃、芳香烃、OVOCs 机动车尾气、溶剂使用 2017—2018 ［ 49 ］
综合区
工业区
沈阳 — 77 烷烃、卤代烃、醛酮类 机动车尾气 2018 ［ 51 ］
大连 — 21 烷烃、卤代烃、烯烃 机动车尾气
济南

综合区

背景点

 117 烷烃、OVOCs、卤代烃 机动车尾气、燃烧排放 2018—2019 ［ 58 ］
南京 学院区 89 烷烃、烯烃、芳香烃 机动车尾气、油品挥发、溶剂使用 2018 ［ 54 ］
上海 工业区 48 酯类、卤代烃、苯系物 溶剂挥发、机动车尾气 2009—2015 ［ 53 ］
武汉 综合区 102 烷烃、OVOCs 机动车尾气、油品挥发 2019 ［ 55 ］
兰州 工业区 58 烷烃、烯烃、芳香烃 机动车尾气、燃烧排放、油品挥发 2017 ［ 59 ］
商业区
居民区
成都 综合区 107 烷烃、卤代烃、OVOCs 机动车尾气、油品挥发、溶剂使用 2018—2019 ［ 56 ］
重庆 保护区 96 OVOCs、烷烃、卤代烃 天然源 2015 ［ 57 ］
综合区 烷烃、OVOCs、烯烃、芳香烃 溶剂使用、机动车尾气、油品挥发
居住区 烷烃、芳香烃、OVOCs、烯烃
广州 学院区 — 芳香烃、OVOCs、烷烃 机动车尾气、油品挥发 2018 ［ 60 ］
佛山 综合区 56 烷烃、芳香烃、烯烃 机动车尾气、溶剂使用、燃烧排放 2019 ［ 61 ］
图2 臭氧（O3 ）与二次有机气溶胶（SOA）形成机制图
Fig. 2 Mechanism diagram of ozone and Secondary Organic Aerosol
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