碳氢化合物对大气环境的影响及控制研究

碳氢化合物对大气环境的影响及控制研究李林森王朝得麦笃涯摘要：随着城市经济的高速发展，城市机动车化程度越来越高，尾气的排放对大气环境的影响也越来越严重。城市交通与环境的协调发展成为亟待研究的课题。由于碳氢化合物是汽车尾气中的主要有害成分之一，为此，文章对碳氢化合物与大气环境要素的关系进行了研究，并将碳氢化合物的排放看成汽车使用者出行时强加给大气环境的外部成本，结果表明，这种方案可有效控制路段或区域的污染排放问题。1引言在我国，随着土地利用布局的重大变革，许多污染性工厂已迁出了人口密集的市区，从而使城市大气环境污染已由传统煤烟污染型转变为汽车尾气污染型[1]。城市空气污染物浓度严重超标，严重危害着人们的身体健康，并且制约了城市经济的发展。在许多大中城市，汽车排放的碳氢化合物、一氧化碳和氮氧化物等有害物质已成为城市大气污染的主要来源。大气中碳氢化合物的转化碳氢化合物是大气中重要的污染物，大气中以气态形式存在的碳氢化合物的碳原子数目主要在1-10个的烃类，一般他们都能够挥发。这些分子量较小的碳氢化合物是形成光化学烟雾的主要参与者。其它一些碳氢化合物大部分以气溶胶的形式存在于大气中。相比较而言，开放程度大的链烯烃活性高于较为封闭的环烯烃，含有氧原子的碳氢化物活性高于链烷烃。对人体的危害对绝大多数的碳氢化物来说，大气中含量不高时对人体健康不会造成直接的危害，但是也有少量的碳氢化物（如由燃料不完全燃烧生成的3，4-苯丙芘等）即使在大气中含量少、浓度低，也会使人体致癌。而另外一些碳氢化物（如苯、甲苯、二甲苯等）在大气中的浓度高时（加工厂厂区局部严重污染）也容易诱发人体的畸变和癌变，对人体造成严重伤害。此外，像甲烷等一些气态的碳氢化物对大气造成的污染也是导致“温室效应”的原因之一。一些碳氢化物在一定条件下（如和大气中的氮氧化物、臭氧等混合存在并在阳光照射下）还会转化成次生污染物并导致产生有害的光化学烟雾。另外，危害极大的是多环芳烃，它是指一类芳香族烃类化合物。已经被科学家所证实的一类致突变和致癌有机污染物。实验部分1仪器和试剂3400型气相色谱仪,氢火焰检测器并配备C一R‘型数据处理机1.2采样方法在实验室内,将体积约3.5L的不锈钢采样罐用旋片真空泵抽至真空(负压750~76OmmHg),然后充高纯氮至1atm,再抽成真空即完成一次清洗,如此清洗三次后即可到现场采样。用隔膜真空泵向采样罐内充入采样点大气至Zatm左右,放空,反复三次后充入测点大气至Zatm,即完成采样。.采样时采样罐均放在离地面1.sm以上高度。1.3分析条件和方法色谱条件:色谱柱为熔融石英毛细管柱(6omx0.315mm,固定相BD一1).载气(高纯H2)、燃气(FIDH2、FID空气)和补偿气(高纯N2)流速分别为4.5,23.9,286和24.6ml/min。检测器温度:280℃;进样器初始温度:一80℃,停留0.01min后以100℃/min速度程序升温至225℃;色谱柱初始温度:一80℃,保持5min后,以6℃/min速度升温至200℃.利用色一质联用设备对气体样品进行定性检测,根据标准正戊烷的浓度及其色谱峰面积,定量计算各化合物的浓度。2结果和讨论2.1一般监测结果研究表明,在城区及污染郊区,机动车尾气是大气碳氢化合物最重要的人为排放源之一。表1给出了北京城郊各主要交通路口NMHC分类测定结果。由表l数据可见,各路口NMHC排放量差别较大。影响NMHC浓度差异的因素很多,与采样时气象条件、交通流量及采样点的地理位置有关。由于西单路口位于市中心,车辆过往频率很高,故该路口排放的各碳氢化合物浓度也很高;前门、美术馆路口虽也地处闹市,但因路口小,车流量少,H价排放总量也明显小于西单;近郊区的人大、黄庄等路口,交通虽比不上西单繁忙,但车辆种类繁杂,重型卡车、柴油机车数量远高于城区,NMHC的排放量也不亚于城区路口。虽然各路口排放NMHC的量差别较大,但从色谱图分析各路口排放主要碳氢化合物种类基本相同:乙烯(etbylene)、甲苯(toluene)、异戊烷(isopentane)、乙烷(Butane)、丁烯类化合物及苯类化合物是这些路口空气中主要成分.有关汽车尾气样品色谱图,见图l。2.2交通路口HCs浓度日变化从前面分析可看出,西单路口是汽车尾气排放理想的采样点。以此路口作为流动源观测点,进行了NMHC日变化监测。有关各HC化合物浓度日变化情况,详见图2。图3给出了西单路口工作日和休息日汽车流量随时间的变化,可看出工作日中汽车流量呈明显双峰形。根据文献报导,乙烯、甲苯和异戊烷是汽车尾气中最主要污染物,而C4的烯烃是汽油成分中有代表性物种。从图2可看到,甲苯、2甲基丁烷和顺2丁烯基本上有较明显双峰形日变化规律,在中午11,00、12,00和下午16,00左右出现两个浓度峰值,NMHC也呈双峰形日变化规律,并与交通流量峰值基本一致。表明西单交通路口NMHC及甲苯等HC化合物主要来源于汽车尾气的排放。从图中还可看出,有些物种如3甲基一l一丁烯和1-戊烯并未出现浓度的双峰形日变化,而只是在中午11,0左右出现一个浓度峰值。这些物种的浓度变化可能主要受温度影响,估计其来源不是汽车尾气而是汽油的发挥。3结论用Varian3400型气相色谱仪(氢火焰检测器)、C一R;型积分仪对北京城郊主要交通路口、部分工业区及清洁区大气中NMHC和单个碳氢化合物进行了测定。单个HC浓度日变化表明,在交通路口,HC浓度主要取决于机动车流量,早晚交通高峰时出现浓度峰值。对污染地区与清洁地区大气中的HCs浓度及特征比值进行了比较,发现:在繁忙的交通路口及石油化工区,Alka。。/Alkene比值在1左右;城郊其他地区比值介于1、2之间;清洁地区比值在2、4之间。估计比值越小,所采集的空气越新鲜,HCs来自附近源排放;清洁地区大气中的HCs多是远距离传输的结果。4参考文献白郁华、李金龙、邵敏、赵美萍、唐孝炎.大气中碳氢化合物来源的分析研究.环境科学研究，1993，6（6）：23-27.詹咏、席智新、范海雁.碳氢化合物对大气环境的影响及控制研究.上海环境科学。2008，27（2）：65-72.