京津冀地区大气中醛酮类化合物的污染特征及健康风险评价

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随着我国经济的高速发展,化石燃料的大量使用引发了严重的区域性灰霾和臭氧污染。近几年,国家实施了一系列大气污染防控措施,空气质量整体有所改善。监测显示,京津冀地区冬季灰霾污染问题尚未解决,春夏季臭氧污染问题却日益严重。醛酮类化合物是大气中挥发性有机物的重要组成部分,是大气光化学反应中重要的中间产物,是活性ROx自由基的重要前体物,也是大气中光化学氧化剂臭氧(O3)和过氧乙酰硝酸酯(PAN)的重要前驱物。为了探究目前京津冀地区大气中醛酮类化合物对区域大气臭氧污染的影响,本研究首先研制了大气中醛酮类化合物多通道自动采样器,采用涂覆2,4-二硝基苯肼(DNPH)的硅胶小柱进行高频衍生采样,并利用高效液相色谱-紫外检测器进行分离检测,于2018年冬季至2019年夏季对京津冀地区典型的城市地区(北京市生态中心站点)和典型的农村地区(河北农村站点)大气中醛酮类化合物进行同步观测。本研究获得了京津冀地区典型代表站点大气中醛酮类化合物的物种组成、浓度水平及时空变化特点,并探究了醛酮类化合物的来源特征、化学反应活性及其对区域大气环境的影响。具体结果如下:(1)北京市和河北农村大气中共检测到13种醛酮类化合物,分别为甲醛、乙醛、丙酮、丙醛、丙烯醛、丁醛、丁烯醛、戊醛、异戊醛、苯甲醛、甲基苯甲醛、己醛和二甲基苯甲醛。北京市大气中醛酮类化合物浓度夏季最高((7.79±3.53)ppb),春季次之((7.43±4.47)ppb),冬季最低((5.02±3.07)ppb)。河北农村大气中醛酮类化合物浓度夏季最高((10.78±4.06)ppb),冬、春季次之((7.28±4.56)ppb和(6.20±3.86)ppb),秋季最低((5.41±3.78)ppb)。其中甲醛、乙醛和丙酮为北京市和河北农村大气中主要的醛酮类化合物,在观测期间三者之和均占到总醛酮类化合物的85%左右。观测期间醛酮类化合物整体上均表现为白天浓度低、晚上浓度高的日变化特征,河北农村更为明显,尤其是在夏季。北京市醛酮类化合物可能主要受到本地机动车尾气排放以及外源输入的工业源的影响。而河北农村醛酮类化合物在冬季主要受到本地煤炭燃烧的影响,而在夏季可能受到外源输入的机动车尾气的影响比较大。(2)北京市和河北农村甲醛、乙醛、丙醛和丁醛的OH自由基消耗速率(LOH)约占总醛酮类化合物OH自由基消耗速率的70%以上。以北京市夏季为例,污染天醛酮类化合物的光解速率和过氧自由基的生成速率明显高于清洁天,表明污染天醛酮类化合物的光解能够向大气中提供更多的自由基,提高了大气的氧化性,促进了NO向NO2的转化利用,加速了臭氧生成。大气中甲醛和乙醛是臭氧生成潜势(OFP)的优势物种,对OFP的贡献在50%~80%。河北农村冬、夏季醛酮类化合物的LOH和OFP均比北京市高,可能是由于河北农村冬、夏季醛酮类化合物浓度均比北京高所致;此外,河北农村冬季高频次、高浓度的霾日可能也是导致其比北京市醛酮类化合物有更高的OFP的重要原因。(3)河北农村甲醛的致癌风险和非致癌风险均高于北京市,且两地甲醛的致癌风险均超过了US EPA给出的风险水平,而两地甲醛的非致癌风险仍在安全范围内。河北农村和北京市甲醛均在夏季具有最高的致癌风险和非致癌风险。
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