珠江デルタ地域におけるVOCと光化学オゾン汚染の研究

 

1はじめに

1.1背景

1.1.1過去90年間の香港特別行政区を含む珠江デルタ(PRD)地域の急速な経済発展は、この地域のさまざまな活動から排出される大気汚染物質の性質に変化をもたらしました。 XNUMX年代半ば以降、この地域の大気質と視程は著しく低下しています。

1.1.2 PRD地域では、近年、より頻繁に地域の光化学スモッグ(および地域のヘイズとも呼ばれる)が形成されています。 オゾンは光化学スモッグの主成分であり、この地域では地表オゾン濃度の上昇が記録されています。 香港のオゾン濃度は1990年代以降、緩やかな上昇傾向を示しており、農村部では都市部よりもオゾンレベルが高くなっています1,2。 揮発性有機化合物(VOC)と酸素化揮発性有機化合物(OVOC)は、地表オゾンの形成の重要な前駆体です。 この地域での光化学スモッグの形成を理解するには、光化学オゾン前駆体の発生源と強度、およびオゾン、VOC、OVOCの空間分布を理解することが重要です。 このような情報は、適切な地域のスモッグ管理政策の策定に不可欠です。

1.1.3環境保護部門(EPD)は、27年2007月2日にENSR Environmental International、Inc(EEII)に委託して、珠江デルタ地域におけるVOCおよび光化学オゾン汚染の調査を実施しました–実現可能性調査(契約番号:CE 2007/XNUMX( EP))。

1.1.4調査の主な目的は、40,000km2(長さと幅200km)の調査地域をカバーするPRD地域でVOCおよびOVOCサンプルを収集することでした。 調査地域は、香港特別行政区(HKSAR)と、広州、深セン、珠海、東莞、中山、佛山、江門、恵州、肇慶を含むパールリバーデルタ経済圏(PRDEZ)の全領域をカバーしました。 図1を参照してください。

1.1.5この研究の目的は、VOCとOVOCの発生源を特定し、光化学スモッグの形成を特徴づけることです。 収集されたデータは、PRD地域におけるVOCとOVOCの空間分布の理解を深め、光化学モデリングのための排出インベントリーの更新を支援します。 この調査には、地域のスモッグ問題を減らすための最も適切な対策と戦略に関する推奨事項が含まれていました。 2008年2009月から84年XNUMX月までの間に、XNUMXか所でXNUMX回のサンプリング日以内に合計XNUMX回の測定が行われました。 大気質モデリングは、PRD地域における光化学的スモッグ形成の特徴を理解し、オゾン制御戦略の開発を支援するために使用されました。

1.2この研究の意義

1.2.1この調査ではいくつかの画期的な結果が得られ、次のように要約されています。

  • これはおそらく、VOCとOVOCのフィールドサンプリングと分析を伴う200kmx200kmの領域を含む、最初で最も重要な、最大の地域グリッドサンプリング研究です。 これは、VOCおよびOVOCの地域的な空間的および時間的変動をよりよく理解するのに役立ちます。
  • データ分析に基づいて、PRD地域にはXNUMXつの主要なVOC発生源があり、道路輸送がすべての中で最も影響力のある排出源であり、オゾン形成の可能性を上回っていることを確認しています。
  • PATHアップグレードモデルを使用することにより、オゾンの空間的および時間的変動と輸送特性をシミュレートします。 これは、オゾンが地域の影響を受けており、オゾンレベルが高いことは主に地域の排出に関係していることを示しています。
  • この調査結果は、最も効果的な排出削減戦略が道路輸送と産業排出を対象としていることをさらに確認しています。
  • また、光化学評価モニタリングステーション(PAMS)を設置することにより、地域の大気質モニタリングネットワークを強化する戦略を推奨しています。

1.2.2本研究から生成されたさまざまなフィールドデータは、国の科学プログラムを補完するものです。 この研究で収集された測定データは、PRD地域におけるスモッグ形成メカニズムに関する重要な参考資料となり、地域のスモッグ管理戦略の形成において主要な役割を果たしています。 調査結果は、主要な科学的調査を共有およびサポートし、PRD地域のスモッグ形成メカニズムを強化しました。 VOCデータは重要な科学的サポートとして機能し、地域のスモッグ管理戦略の形成中に主要な役割を果たしました。

図1調査地域

2調査結果とデータの解釈

2.1要約結果

2.1.1メタン(CH50)、4の非メタン炭化水素(NMHC)、39つのハロカーボン、4つの亜硝酸アルキルと硫化ジメチル(DMS)、および一酸化炭素(CO)を含む合計5のVOC種が定量化されました。 一般に、ほとんどのVOC種は、PRD地域または中国の他の都市で以前に報告された範囲内の4つのサンプリングキャンペーンで測定された混合比を持っていました。

2.1.2 PRD地域のVOCレベルは、主にC2-C5アルカンとアルケン、およびベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、キシレン(BTEX)によって支配されていました。 香港のVOCレベルは、調査地域内では比較的低かった。

2.1.3ほとんどのVOC種の混合比は、亜硝酸アルキルとイソプレンを除いて、夏-低-冬-高い特性を示しました。 これは、混合深度の増加による希釈、汚染物質の洗い流しを引き起こした夏の降雨量の増加、乾性および湿性沈着による粒子状物質によるVOCの除去、および夏の間の化学的除去、特にOHラジカルに起因する可能性があります。しかし、夏には、大気中の光化学物質の生成と生物起源の放出による、より高い硝酸アルキルとイソプレンの形成がそれぞれ見られました。これは、夏の日光と気温の上昇によるものです。

2.1.4最初の84つのサンプリングキャンペーンでは、2のサンプリングサイトすべてで10時間のパッシブOVOCサンプルが収集され、2のサンプリングサイトの20つのタイムスロットでアクティブOVOCサンプルが収集されました。 パッシブOVOCサンプリングは、より代表的な結果を得るために、最後の2つのサンプリングキャンペーンでより堅牢なOVOCアクティブサンプリング(19サイトに拡張)に置き換えられました。 この研究で検討されたXNUMXの標的OVOC種がありました。

2.1.5パッシブOVOCサンプリングの結果は、定量化されたOVOC種の体系的な空間パターンを示していませんでしたが、パッシブサンプリングで測定されたOVOC濃度の大きさの順序は、アクティブサンプリングで得られたものとよく一致していると結論付けられました。 。 これは、周囲のOVOC測定の機能を示しています。

2.1.6アクティブなOVOCサンプリング結果に基づいて、二次形成がOVOCの重要な発生源であることが示された。 さらに、2年目のサンプリングで測定された総OVOC濃度は、一般に1年目のサンプリングよりも高かったことが観察されています。 これは、VOC濃度の調査結果と一致していました。

2.2発生源の配分とオゾン形成の可能性(OFP)

2.2.1主成分分析(PCA)およびポジティブマトリックス因数分解(PMF)モデルを、収集したVOCデータに適用して、主要な大気汚染源とそれらの環境汚染レベルへの寄与を特定しました。

2.2.2合計9つのVOC排出源がPMFによって発見され、同様の発生源もPCAによって特定されました。 発生源には、燃焼、ディーゼル排気、ガソリン排気、ガソリン蒸発、液化石油ガス(LPG)の漏出と推進剤の排出、混合溶媒、産業排出、二次生成と老朽化した空気量、生物起源の排出が含まれ、PMFによって特定されました。 5つのサンプリングキャンペーンの午前00時と午前10時が推定されました。 全体として、ガソリン排気による排出源の寄与は、PRD地域の周囲VOC濃度への最大の寄与(00%)であり、産業排出(4%)およびLPG漏れと推進剤排出(22.7%)がそれに続きます。 PMFの結果は、交通関連の排出物(つまり、ディーゼル排気ガス、ガソリン排気ガス、ガソリン蒸発、LPG漏れ)と産業関連の排出物(つまり、産業排出物と混合溶剤)が周囲のVOCレベルの約15.9%と13.0%に寄与していることを示しました。それぞれ50つのサンプリングキャンペーン中に。

2.2.3オゾン形成ポテンシャル(OFP)は、VOCによって引き起こされるオゾン形成の可能性を示し、個々の排出源のOFPを理解することは、政策立案者が管理戦略のどの方向に焦点を当てるべきかを決定するのに役立ちます。 検証済みのVOCデータのPMF分析によって特定されたさまざまな発生源カテゴリのOFPをさらに調査して、PRD地域でオゾン形成の可能性が最も高い特定の排出源を特定しました。 交通関連の排出物では、ディーゼル排気ガスとガソリン排気ガスからのOFPの寄与が支配的でした(約45%)。 一方、混合溶剤の寄与は、産業関連の排出量の中で最も支配的なもの(28%)でした。 上記の発見に基づいて、交通関連源のオゾン制御戦略は、ディーゼルおよびガソリン排気からのVOC排出の制御に焦点を合わせて開発されるべきである。 一方、産業関連の発生源用のものは、混合溶媒からのVOC排出の制御に焦点を合わせて開発する必要があります(図2を参照してください)。

2.2.4 OVOCのOFPは、以前の研究ではあまり頻繁に研究されていませんでした。 夏のほとんどのOVOC種の高レベルの光化学反応のため、平均OFPは2つの夏のサンプリングで高かった。 VOCとOVOCの両方がオゾン形成に寄与しており、OVOCから寄与された総OFPの全体平均は22.7つのサンプリングキャンペーンの中で43.2%から4%の範囲であり、OVOCがさらなる研究を必要とする主要な寄与グループであることを明らかにしました。

図2PMF分析によって特定されたXNUMXつのソースの全体的なOFP寄与率

2.3大気質モデリングの結果

2.3.1アップグレードされたPATHモデリング手法を使用して、4つのサンプリングキャンペーン期間におけるPRD地域のオゾン濃度をシミュレートしました。 この調査では、最新の調査から得られた情報と、この調査から得られたVOC測定データおよびPMFの結果に基づいて、排出インベントリが更新されました。 モデルの出力を観測値と比較しました。 結果は、PATHモデルがオゾン濃度を合理的にシミュレートでき、モデルのパフォーマンスがより多くのリモートサイトで優れていることを示しました。

2.3.2オゾン源配分技術(OSAT)を使用して、XNUMX回のモデル実行で、オゾン形成に対する複数の発生源地域、カテゴリー、および汚染物質タイプの寄与を推定しました。 複数のトレーサー種を使用して、オゾン前駆物質の排出(VOCおよびNOx)の運命と、シミュレーション内でこれらの排出によって引き起こされるオゾン形成を追跡します。

2.3.3 3つのキャンペーン結果に基づくと、境界条件からのオゾン(つまり、調査境界の外側からの影響)は、ほとんどのサイトで周囲オゾンの主要な発生源でした。 香港のTapMunサイトでは、平均的なO3は、一般に風上位置にあるため、NOxが制限された状況下で形成されましたが、香港のTungChungとYuenLongでは、周囲のO2がXNUMX番目の境界輸送によって支配されていました。キャンペーンと集計ソースは他の時間に貢献しました。

3つの推奨事項

3.1PRD地域の排出規制戦略への影響

3.1.1 2006年XNUMX月に発生した典型的なオゾンエピソードが、オゾン制御戦略の開発のために選択されました。 CAMx OSAT分析により、オゾン源の配分結果が得られます。これにより、オゾンの大気質の目標を達成するために、発生源の地域と発生源のカテゴリを制御できます。 OSATの結果は、PRD地域外から輸送されたオゾンがバックグラウンドオゾンレベルの支配的な要因であるのに対し、局所的な放出源が高オゾンエピソードの支配的な要因であることを示した。 観測ベースのモデル(OBM)は、すべてのキャンペーンのVOC制限またはNOx制限条件を識別するためにも使用されました。 OBMは局所排出のみを考慮しましたが、OBMとOSATの両方が同等の結果を示しました。

3.1.2感度分析は、PRD地域でのVOC排出量の削減は、地域、特に風下地域でのオゾン濃度の一般的な削減をもたらし、オゾンのより大幅な削減は、地域。 PRD地域でのNOx排出量の削減は、ほとんどの地域でオゾン濃度の一般的な削減をもたらしますが、オゾン濃度は主要な排出源の直接風下地域で増加します。 移動源からのNOx排出量を減らすと、広州と香港の風下地域を除く地域のオゾン濃度が一般的に減少しますが、点源からのNOx排出量を減らすと、いくつかの主要な点排出源の風下の地域のオゾン濃度が大幅に増加します。 。

3.1.3発生源の配分、OSAT分析、感度分析の結果に基づいて、PRD地域の交通源、地域発生源、点発生源が香港を含むPRD地域のオゾン形成の主な原因であることがわかった。 したがって、50つのオゾン制御シナリオが、地域のオゾン濃度への影響を調査するために設計されました。 モデリングの結果から、PRD地域の交通量の1%削減(管理戦略50)が最も効果的な管理シナリオであり、PRD地域の交通量と地域の発生源からのVOC排出量の50%削減が同様の影響を与えることが明らかになりました。 PRD地域の点源からのNOx排出量(85%およびXNUMX%)を削減しても、主要なNOx排出源の直接風下の地域のオゾン濃度を削減することはできません。

3.1.4上記のすべての調査結果に基づいて、PRD地域のオゾン制御戦略は、道路交通などの交通関連の発生源からの排出と、混合溶剤を含む産業排出の制御に焦点を当てる必要があります。

交通関連の情報源

3.1.5香港の交通網と施設は非常に広範であり、さらなる最適化のためにバスフリートの合理化などの追加のインフラストラクチャはほとんど必要ないため、公共交通機関のグリーン対策は香港に特に適しています。 一方、海洋排出物も潜在的な大気汚染源のXNUMXつであり、港湾地域に近づく際の船速の低下、エンジンの強制排出基準の策定、よりクリーンな燃料の使用の奨励、排出量の設定など、いくつかの可能な対策によって制御する必要があります。 PRDポートの制御領域(ECA)。

産業関連の情報源

3.1.6調査結果に基づいて、混合溶媒の使用は、排出制御戦略を開発する際の主要な焦点となるはずです。 香港ですでに実施されている大気汚染防止(VOC)規制(VOC規制)および大気汚染防止(ガソリン充填ステーション)(蒸気回収)規制に加えて、パールリバーデルタクリーンエアアクションプランでは、商業用および家庭用の有機溶剤を含む製品のVOC含有量。 煙突排出と一時的排出の両方をカバーするVOC排出基準の導入、および産業原料のVOC含有量もVOC排出制御で求められます。

3.1.7その他には、有機溶剤消費産業の排出規制の強化、および商業および国内消費向けの溶剤製品のVOC含有量の規制が含まれます。 典型的な排出産業のVOC排出基準も策定する必要があります。

3.1.8さらに、エネルギー利用や、エネルギー効率の提唱、よりクリーンな燃料の使用、低炭素生活の促進などの他の対策に関する戦略も、PRD地域のオゾンを制御するのに役立ちます。

3.2光化学評価モニタリングステーション(PAMS)ネットワークの確立

3.2.1 NO2やオゾンなどの光化学スモッグの前駆物質は、地域の大気質監視ネットワークで監視されています。 香港では、VOCとOVOCの測定値は、ツエンワンと中央/西部ステーションの有毒大気汚染物質(TAP)プログラム、およびリアルタイムVOC、NOy、TNMHC、微量レベルCOなどのプロジェクトベースの測定値で測定されています。香港のTungChungにおける光化学オゾン汚染の形成に関する理解を深めるために、なども測定されています。 この研究の結果は、PRDにおける放出源の空間分布が、特に異なる種類のVOC源について均一ではないことを明らかにしました。 特定の都市クラスターの地域オゾン寄与の可能性を正確に推定するために、光化学評価監視ステーション(PAMS)の設計哲学やスーパーサイトの大気質監視ステーションネットワークなどの排出源指向のネットワーク設計がPRD地域に適用できます。 より可能性の高い戦略は、これらの監視ネットワークをPRD地域に統合することです。つまり、光化学オキシダントと微粒子の両方の監視機能を備えています。

3.2.2 PMF分析の結果に基づくと、VOCの発生源寄与ホットスポットステーションは、おおよそ次の1つの領域にあります。2)パール川の河口にある[中央PRD]。 3)東部PRD; XNUMX)南西部のPRD。 これらの地域に対応して、XNUMXつのサブPAMSネットワークを開発できます。

3.2.3現在のリソースを最大化するために、現在稼働中のいくつかの大気質モニタリングステーションのPRDネットワークをPAMSステーションとして利用およびアップグレードできます。 たとえば、現在のXNUMXつのネットワークステーション(TsuenWanとTungChung)、香港科技大学(HKUST)、およびほぼ北東南西にあるHok Tsuiのサイトは、PAMSステーションネットワークに変換できます。

3.3PRD地域での追加の大気汚染物質サンプリングの必要性

3.3.1 PRD地域では大気汚染が複雑になっているため、複雑な光化学的大気汚染問題の根本原因を特定するために、監視機能を強化し、より用途を広げる必要があります。 PRD地域大気質ネットワークで定期的に監視されている基準汚染物質(SO2、NO2、O3、およびPM10)に加えて、ネットワークステーションに含めるパラメータを増やすことをお勧めします。 ネットワーク監視機能の拡張に関する提案と同様に、周辺の排出源、場所、気象条件、資源の制約などを考慮してパラメータを追加する必要があります。

3.3.2光化学オゾン汚染、地域スモッグ、視程劣化などの複雑な大気汚染問題を評価するために、より包括的な監視能力が推奨されます。 PRD地域のさまざまなタイプの監視ネットワークに関する推奨パラメータが提供されました。 たとえば、都市の監視ステーションでは、現在監視されているパラメータに加えて、PM2.5、CO、NOy、および気象観測量を監視プログラムに含めることが推奨されますが、PAMSステーションネットワークでは、HONO、PANなどのより堅牢な測定が推奨されます。微粒子(PM1〜PM2.5)など

4の見通し

4.1サマリー

4.1.1この調査では、広範なVOCおよびOVOCデータが収集されました。 これらのデータは、ギャップを埋めて、特にPRD地域での光化学汚染の排出源と考えられる形成メカニズムをよりよく理解するのに役立ちました。 この調査で収集された広範なVOCグラブサンプルは、移行地域を含む調査地域間の大気汚染物質の空間的変動に関する予備調査に役立ちます。 ただし、地域全体でのオゾンの二次形成の特性を研究するために、より集中的な時間サンプリングが提案されています。

4.1.2 OVOCは、この研究でオゾン形成に大きく貢献していることが実証されました。 このグループのVOCは通常、PRD地域で実施された以前のVOC研究では無視されていました。 したがって、この領域のデータギャップを埋めるために、より集中的なOVOCフィールド測定が推奨されます。

4.1.3収集されたVOCおよびOVOCサンプルは、この調査の4つのサンプリングキャンペーン間で異なる空間的および時間的変動パターンを示しました。 したがって、VOC、OVOC、およびNOxなどの他のオゾン前駆物質の長期測定、および気象条件は、それらの長期的な傾向を理解し、適切なオゾン制御手段および戦略を開発するために必要です。

4.1.4オゾン形成特性とさまざまなオゾン制御戦略の有効性を実証する際には、モデリングに長い期間を含めることをお勧めします。たとえば、季節データまたは年次データを含める必要があります。 特定の部位に限定されないが、地域全体で適切な対策を模索するために、分析ではより多くの受容体を考慮する必要があります。 PRD地域は急速に発展しているため、PRD地域の排出インベントリーの更新にも継続的な努力を払う必要があります。

4.1.5地上での測定以外に、リモートセンシングされたデータも、空間的に広いスケールでPRD地域の大気質を監視するための可能なソースです。 リモートセンシングされたガスの利用可能性にもかかわらず、一度に大規模な地域規模で時間的および空間的な大気質特性を監視することが有用である可能性があるため、地上観測モニタリングを備えた衛星データを一緒に含む包括的なアプリケーションシステムを設定することが提案されています。都市規模の汚染物質は、現時点ではまだ制限されている可能性があります。 リモートセンシング技術の応用も863プログラムのXNUMXつです。

4.1.6要約すると、統合された全体論的アプローチを実証した広東省と香港の地域協力による同様のプログラムは、広東省と香港で実施されている広範な管理措置の有効性を評価するのに役立つだろう。 珠江デルタの広東クリーンエア行動計画、珠江デルタの広東大気汚染防止措置、広州でのアジア大会の前と最中に実施された一連の管理措置、石炭の改造などの香港の措置など、最近実施されたいくつかの措置-低NOxバーナーと排煙脱硫システムを備えた燃焼発電ユニット。 新たに登録された車両の排出基準を厳しくし、印刷プロセス、塗料、消費者製品からのVOC排出を削減します。 ユーロVディーゼルの使用を奨励する。 ユーロlIディーゼル商用車を新しい商用車などに置き換えるためのインセンティブスキームを開始することは、これらおよび他の多くの管理手段の有効性を評価するために大いに必要となるでしょう。 先進国レベルでの大気質の目標を達成するために、今後数年間でPRD地域の複雑な大気汚染に取り組むために、さらなる地域協力が奨励されるべきである。