当前世界环境

介绍

在目前的情况下，城市空气污染成为全世界发达国家和发展中国家的主要关切。城市的无序扩张、工业化和粗放式交通导致空气质量差，影响了人类健康和周围环境。大气非甲烷烃(NMHCs)是城市大气中主要的空气污染物。¹NMHCs是一组天然的和人为的脂肪族、芳香族和烷基类物质，通常具有低分子量，仅含氢和碳原子，范围从C到C₂- c_12.²由于甲烷排放量大，与NMHCs相比，与OH自由基的反应性低，并且在气候变化中起直接作用，因此甲烷被排除在这类化学品之外。^3.由于这些化合物在大气光化学中所起的关键作用及其对人类健康的不利影响，它们在环境大气中的浓度具有特殊意义。它们是高活性的物质，因为它们很容易被大气中的OH自由基和臭氧氧化。^3.因此，NMHCs是对流层O的关键前体_3.通过OH自由基氧化和氮氧化物(NOx)形成。^4、5下面详细描述了NMHCs的来源及其对环境和健康的影响。

Nmhcs的天然来源

NMHCs的生物源主要来自植被⁶主要以异戊二烯、单萜烯和倍半萜烯的形式存在。⁷生物源NMHCs的其他来源包括海洋排放^3.还有微生物产生的。⁸根据阿特金森⁹在全球范围内，生物源性挥发性有机化合物(BVOCs)几乎是人为源的十倍。据估计，全球每年排放的BVOC约为900-1115 TgC⁸如图1所示。

表1:NMHCs全球排放量的定量估计^10、11

来源	天然来源	发射(tg-C /年)
海洋生产
	1.光碳氢化合物	5 - 10
	2.C9- c28更高的碳氢化合物	1-26
地面发射
	1.微生物生产	06
	2.植被发射	1140
总排放量		1183

Nmhc的人为来源

在目前的情况下，许多科学家一直在研究世界各地NMHCs的人为来源，并对其进行了严格审查，下文将提到。

Kansal¹¹综述了机动车尾气、溶剂蒸发、石油化工、天然气/液化石油气泄漏等NMHCs的主要来源。Wang等¹²报告指出，在台湾台北市，机动车尾气和液化石油气(LPG)泄漏是NMHCs的主要来源。排放的类型主要取决于燃料的性质及其燃烧。刘易斯等人。¹³报告称，不完全燃烧通常是汽油和柴油发动机、固定式发电厂、生物质燃烧和用于烹饪和取暖的燃煤排放的单个人为NMHCs的主要原因。潘伟迪等人。¹⁴指出，环境空气NMHCs浓度主要受车辆车龄/型号、燃料使用类型、车速、流量等环境条件的影响。除此之外，工业过程是人为NMHCs排放的另一个主要来源。在全球范围内，由于工业使用溶剂和油漆、粘合剂、涂料和清漆等家用产品，每年约有17-27 TgC的NMHCs排放到大气中¹⁰，¹¹如表2所示。乙烷、乙烯、乙炔、丙烷、丙烯、正丁烷、1,3-丁二烯、i-丁烷、顺-2-丁烯、反-2-丁烯、戊烷、i-戊烷、顺-2-戊烯、正己烷、正庚烷、苯、甲苯、间/对二甲苯、邻二甲苯等NMHCs是大气中移动源排放的主要化合物。^10、11、15填埋产生的NMHCs排放量相对较低，对环境的贡献不到1%。各种来源的NMHCs全球排放量的定量估计¹⁰并由Kansal审查¹¹如表2所示。

表2:NMHCs全球排放量的定量估计^10、11

来源	发射(tg-C /年)
人为来源
车辆的尾气	22
工业加工，包括天然气生产	17
有机溶剂	15
生物质燃烧，森林火灾	45
固定污染源	04
总排放量	103

在亚洲城市的背景下，Streets等人。¹⁶基于NMHCs排放的化学反应性和官能团，表明烷烃占亚洲NMVOC排放总量的27%，烯烃占22%，乙炔占5%，芳烃占17%，醛类和酮类占9%，卤代烃和其他有机化合物占20%。以上讨论都提到NMHCs的排放对城市环境和城市环境空气中NMHCs的百分比水平有很大的影响。因此，应充分记录测量、确定其来源概况以及与NMHCs化合物相关的健康风险暴露，以便政府当局对都市建设进行适当的规划、管理和实施。

Nmhc的环境影响

NMHCs对环境的影响可根据其在大气光化学中的作用及其对生物体健康的不利影响大致分类。以下各节具体讨论它们在光化学臭氧形成、光化学烟雾(包括过氧酰基硝酸盐(PAN))形成中的作用，以及它们对植被和人类健康的影响。

在光化学臭氧形成中的作用

大气臭氧形成的基本过程涉及NO的光解作用₂波长< 424纳米¹⁷由以下反应组成:

没有₂+hѵ→no + o

0 + 0₂+ m→0_3.+ M

式中，M代表N₂或O₂或者另一个吸收多余能量以稳定臭氧分子的第三个物体。Liu等人。¹⁸确立了NMHCs化学在农村大气臭氧生成中的重要性。他们提出了一个简化的反应方案，以说明NMHCs在臭氧形成中的作用:

NMHC + oh + o₂→反渗透₂

罗依₂+ no + o₂→不₂+何₂+碳水化合物

何₂+ no→no₂+哦

2(不₂+hυ+ O₂→no + o_3.）

净:NMHC + 40₂+hυ→2 o_3.+碳水化合物

式中，R为烃基，CARB为羰基化合物。

上面的反应方案显示了每氧化一个NMHC分子是如何形成两个分子的。Liu等人。¹⁸进一步指出，羰基化合物的产生可能导致产生更多的臭氧，通过产生氢自由基。对流层臭氧的形成始于NMHCs被羟基自由基(OH)氧化，从而产生羟基自由基(HO)₂)和有机过氧化物(RO)₂)自由基。羟基自由基(OH)在对流层臭氧光化学过程中的作用是控制大气中非甲烷烃氧化、光化学臭氧生成和二次气溶胶形成的重要因素。¹⁹氢氧自由基(HO₂)和有机过氧化物(RO)₂)自由基有助于将NO氧化为NO₂通过不同的反应步骤产生两分子NO₂最后产生了两分子臭氧(O)_3.)。

在过氧酰基硝酸盐形成中的作用

过氧酰基硝酸盐(PANs)是20世纪50年代发现的二次光化学大气污染物，是光化学烟雾的重要组成部分。¹⁷它们的一般化学式为:RC(O)OONO₂式中，RC(O)OO表示过氧酰基。这个系列的第一个化合物是过氧乙酰硝酸盐，即CH_3.C (O) OONO₂，也叫PAN。过氧乙酰硝酸盐在对流层中不易光解，相对不溶于水。¹⁷因此，它在对流层中表现为一种相对稳定的物质。大气中PAN的形成是由于羰基化合物(如醛)被大气中存在的羟基自由基氧化，通过以下一系列反应:

Rcho + oh→rco^。+ H₂O

有数^。+ O₂+ m→rc (o) oo^。+ M

上面形成的酰基过氧自由基，然后与NO2结合生成PAN。

Rc (0) 0 + 0₂+ m→rc (o) o0₂+ M

NMHCs通过上述反应作为羰基化合物(如醛)的来源，从而促进PAN的形成。PAN在大气中的主要损失是通过热解离发生的，这是一种高温依赖性反应:

RC (O) OONO₂+ m↔rc (o) 0^。+没有₂+ M

在低至对流层上层的温度下，PAN的寿命可能长达数月，使其成为一氧化氮的储存库分子₂，从而有助于一氧化氮的远距离运输_2.¹⁷PAN是一种强氧化剂，高浓度时具有植物毒性。^20.PAN与人类潜在的健康风险有关。这是一种强烈的眼睛刺激物²¹，^20.也被认为是皮肤癌的可能诱因。²²

Nmhc对植被的影响

如上所述，NMHCs在对流层臭氧和PAN的形成中起着重要作用。但众所周知，这些化合物会对植被造成不利影响。臭氧暴露的植物保护机制包括降低敏感组织的气孔导度或解毒，但这些机制导致光合作用减少、衰老加剧和生殖过程损伤。¹⁷研究表明，臭氧水平升高会导致作物产量下降，树木生长(从而降低其固碳能力)，并可能改变一个地方的物种组成²³在印度背景下，Sharma等人。²⁴据报道，一些蔬菜作物的营养成分有所减少。此外，Braun等人还报道了茎生长与臭氧暴露之间的负相关关系。²⁵Van Dingenen等人。²⁶据报道，由于暴露于臭氧，作物产量损失/减少。

Nmhc对人体健康的影响

人体接触NMHCs的途径不同，如吸入、摄入和皮肤接触，但吸入和摄入是人类接触NMHCs的主要途径。²⁷吸入是人类接触碳氢化合物的主要途径，一些研究报告了通过吸入碳氢化合物对健康的不利影响。Glass等人。²⁸由于长期暴露于相对低水平的芳香族nmhc(如苯)，患白血病的风险过高。柯克莱特等人。²⁵调查健康风险，并提出苯暴露可导致石油工业工人患多发性骨髓瘤的风险增加。White等人。²⁹在南非开普敦的石化加工厂附近居住的学生中，哮喘症状的患病率增加。迄今为止，有几项研究报告了由于暴露于丙烷和丁烷等脂肪族碳氢化合物而导致的死亡。^30.已知苯等NMHCs化合物会导致多种健康影响，如急性和慢性非淋巴细胞白血病、慢性淋巴细胞白血病、贫血和其他血液疾病，以及对免疫系统的不利影响^31、32而接触二甲苯可能导致眼睛、鼻子和喉咙发炎、呼吸问题和损害肺功能以及神经系统。研究人员还报告说，苯和1,3-丁二烯被认为对人类具有剧毒和致癌性。^31日,33尼尔森等人。³⁴研究了壬烷等高脂肪烃暴露对大鼠的影响，发现壬烷可引起神经系统损伤，高剂量时甚至导致死亡。据报告对人类健康产生不利影响的其他NMHCs有乙烯、丙烯和己烷。³⁵除了直接影响人类健康外，NMHCs还可能通过其衍生物及其在臭氧和PAN形成中的作用间接影响人类健康。

印度与碳氢化合物有关的法规

印度被认为是一个发展中国家，他们有来自国内和国际论坛的巨大压力来监测各种来源的NMHCs排放，正如我们在文献中提到的，这可能有助于制定规则和法规来控制城市环境空气中NMHCs的水平。虽然我们着眼于全球的情况，不同的研究人员正在研究NMHCs，组织在上面讨论过，但没有人建立NMHCs的标准，甚至EPA也没有提出任何环境NMHCs的标准。尽管世界卫生组织和美国职业安全与健康管理局(OSHA)已经为NMHCs化合物制定了一些指导方针，但只是提纲挈领。这不是政府必须遵循的。³⁶

与发达国家相比，印度对NMHCs的监测和来源概况识别及其控制起步较晚。这些活动大多作为研究和发展方案在学术部门进行。然而，我们的综述是揭示各种研究工作发表的环境空气NMHCs。

我们回顾了过去的环境法规，然后我们注意到印度是第一个国家，他们有宪法规定保护和改善环境。根据印度宪法第48-A条，国家已指示制定旨在保护和改善环境以及保护印度的森林和野生动物的计划。另一个里程碑式的先决条件是为保护环境插入，因为印度宪法第51-A(g)条规定，每个印度公民都有保护和改善自然环境的基本义务，包括河流，湖泊，森林和野生动物，并对生物有同情心，这是CPCB污染控制法系列2010中规定的。³⁷虽然印度自1974年就开始制定环境法，但在1972年斯德哥尔摩人类环境会议之后，就出台了《1974年水污染预防和控制法》。它已经成为全国统一的法律，以解决更广泛的环境问题，这些问题一直威胁着我们人民和动植物的健康和安全。继《水法》之后，1981年又颁布了《空气(污染预防和控制)法》，该法案的执行任务再次被分配给1974年《水法》下的同一监管机构。因此，1974年《水(预防和控制污染)法》被称为印度所有环境法之母。

部分Nmhc化合物的一般规定

鉴于上述讨论，中央污染控制委员会(CPCB)是印度政府的一个监管机构，负责监管苯和其他化合物苯并(a)芘等NMHC化合物，这些化合物已列入国家环境空气质量标准http://cpcb.nic.in/upload/Publications/Publication_514_airquality 2009年状态pdf。³⁸但是，苯和苯并(a)芘的标准值为5µg/m^3.1µg/m^3.工业住宅、农村及生态敏感地区。由于缺乏流行病学和毒理学证据表明，除苯和苯并(a)芘未列入国家标准外，NMHCs和VOCs化合物对生物的影响。印度政府还做出了一些其他决定，以减少空气污染，特别是车辆排放，车辆排放标准于1991年设立为巴拉特阶段(BS)， BS III和IV乘用车的碳氢化合物和氮氧化物的综合排放值分别为0.35和0.18 g/km，而两轮和三轮车的排放值分别为1.5和1.0 g/km。而对柴油车而言，BS II、III和IV分别为1.1、1.6和0.96 g/km。目前，bsvi已被提议用于整个国家。柴油发电机组排放的碳氢化合物和氮氧化物更多，对城市空气质量的影响大于农村空气质量。因此，800KW以上柴油机的NMHC和NOx排放限值设定为150 mg/N-m3;1100 ppmv, 100 mg/N-m3;970 ppmv和100 mg/N-m3; 2003年6月710 ppmv;分别于2003年7月至2006年6月及2005年7月。

Nmhc的监测与测量

由于NMHCs在大气中的浓度非常低，因此它们被视为微量气体，通常以ppb测量，但在污染的大气中，它们的浓度甚至可以以ppm检测。⁷因此，为了捕获这些化合物，研究人员使用高度复杂的仪器，即气相色谱仪(GC)，它与火焰电离检测器(FID)相结合，并根据研究人员选择的碳氢化合物类型进行分析。一般来说，正在采用各种方法对NMHCs化合物进行取样。这些方法可以是主动采样，被动采样和全空气采样，根据世界上接受的采样设备。主动采样通常在采样周期内需要气流控制泵送采样器，其中空气通过吸附剂进入监测点的吸附管。被动采样是通过污染物的扩散过程，将空气自动吸附到吸附剂管中。虽然整个空气采样是通过Tedlar袋和Summa罐(抛光不锈钢罐)，这是世界各地的研究人员最常用的。一般来说，研究文章引用了活性炭用于较高的NMHCs和芳香NMHCs，而Tedlar袋和Summa罐用于较低的NMHCs，由于其挥发性保持在自然环境中，即标准温度压力(STP)。然而，选定的芳香族NMHCs采用USEPA推荐的方法TO-14或TO-17进行分析，而较低的NMHCs没有USEPA推荐的具体指南，其进一步分析使用GC-MS或GC-FID。

Nmhc在印度建立的研究

在印度，对NMHCs的监测和来源鉴定的研究数量相对较少，而且是从1990年中期开始的。在印度区域，关于测量臭氧及其前体如NMHCs的研究报告也很少。著名的研究报告了印度环境空气中NMHCs的存在。

为例子。，Pandit and Rao³⁹C报告说₂- c₅在孟买的Deonar，石油驱动的汽车尾气排放出碳氢化合物(hc)。他们还评估了碳的排放量₂- c₅汽车尾气中的hc对孟买城市大气的贡献，发现10%的C₂- c₅汽车尾气中碳氢化合物占比最高，而异丁烷占比仅为1.2%。

Rao等。³⁹测量了印度孟买工业场所的NMHCs，报告了C的浓度₆- c₁₀nmhc高于C₂- c₅位于孟买塔那地区的两个工业基地。虽然，NMHCs C₂- c₅在孟买Mahul附近的炼油厂发现了更高的浓度。

Lal等人研究了印度城市地区地面臭氧及其前体的季节变化。⁴⁰

萨胡和拉尔⁴¹研究了C₂- c₅印度艾哈迈达巴德热带城市地区的NMHCs和其他微量气体。他们发现，与夏季相比，这些NMHCs物种浓度水平的季节性和日变化有更多的冬季。这是由于输运方式、边界层高度和OH自由基浓度的变化。天然气排放和液化石油气泄漏也导致乙烷和丙烷含量升高。他们认为，汽车尾气在观测到的CO、乙烷、丙烯和乙炔的分布中发挥了主要作用，而生物燃料和生物质燃烧的贡献并不显著。

非甲烷烃的表征₂- c₄由Sahu等人完成。⁴¹在印度的高海拔地区他们估计了乙烷(1.22±0.58)、乙烯(0.34±0.24)、丙烷(0.46±0.20)、丙烯(0.17±0.14)、i-丁烷(0.21±0.18)、乙炔(0.41±0.43)和n-(0.41±0.43)ppbv等NMHCs物种的年平均混合比。

Pukarait等人。⁴²在印度东北海岸的两个地点重复了NMHCs对地表臭氧形成的作用。他们观察到，NMHCs化合物的主要来源是工业、炼油厂、火力发电厂和重型车辆排放。

潘伟迪等人。¹⁴利用主成分分析(PCA)对印度孟买地区大气NMHCs进行了源解析。他们发现了17种轻质nmhc，它们的浓度在冬季较高，在夏季较低。通过因子分析，他们确定了五种可能的NMHCs排放来源，即汽车尾气、炼油、石化、油漆溶剂和聚合物制造业，分别占总变化的33%、21%、15%、11%和8%。

Sahu等。⁴³研究了孟加拉湾(BOB) NMHCs纬向分布的季节变化，发现冬季风期间主要NMHCs的混合比明显高于夏季风。两个季节NMHCs的分布都呈现出明显的南北递减梯度。夏季NMHCs混合比的纬向上升主要是由于印度半岛向BOB北部地区输送污染物引起的，而冬季季风则是由于稀释和光化学损失引起的。

拉尔等人。⁴³测量光NMHCs (C₂- c₅)在印度恒河平原的两个地点(希萨尔和坎普尔)。他们计算了NMHCs在臭氧中的作用与丙烯(丙烯)的当量_3.)光化学。基于不同物种之间的相关性，他们认为NMHCs的排放主要来自生物质、生物燃料燃烧和化石燃料燃烧。他们还与艾哈迈达巴德的估算结果进行了比较，发现这些NMHCs的总量在艾哈迈达巴德最高，在希萨尔最低，而总丙烯当量在希萨尔最高，在艾哈迈达巴德最低。此外，他们报告说，丙烯和乙烯是Hissar & Kannur测量的NMHCs的主要成分(72-77%)，而在Ahmedabad，丙烯和乙烯的贡献仅为47%左右。

尼珊特等人。⁴⁴测量了印度坎努尔农村沿海地区TNMHCs和痕量测量浓度。他们估计tnmhc的最大、最小和平均浓度分别为(25.45±6.56)、(13.84±4.31)和(19.23±5.56)ppbv。

Pandey等人。⁴⁵利用1997 - 2009年全球生物质排放数据库期，研究了印度地区生物质燃烧产生的VOCs和NMHCs排放及其臭氧形成势(OFP)。他们估计每年的NMHCs排放量为100-470克/年^－1)和其他vocs(46-211毫克/年)^－1)。他们发现，在几种生物质燃烧源中，农业秸秆燃烧是主要来源，异戊二烯占总NMHCs的80%。

Sarangi等人。⁴⁶对轻质非甲烷碳氢化合物(C₂- c₅)在喜马拉雅山脉中部的高海拔地点奈尼塔尔(Nainital)。他们观察到NMHCs的浓度在冬季和深秋较高，而在夏季和季风期较低。他们还计算了印度Nainital地区乙烷(1.8±1.0)、乙烯(0.7±0.9)、丙烷(0.6±0.8)、丙烯(0.6±0.7)、i-丁烷(0.6±0.7)、正丁烷(0.5±0.6)、乙炔(1.0±0.8)和i-戊烷(0.5±0.6)ppbv的年混合比。

Kumar等人。¹⁵应用主成分分析(PCA)对德里市NMHCs源剖面进行了研究。他们发现，德里城市环境中的大部分NMHC来自汽车尾气(23%)、聚合物制造业(19%)、炼油厂运营/加油站(14%)、火炬排放(13%)、天然气排放(10%)、二次工业过程，包括油漆、车身肥皂和金属制造和加工(8%)，其余13%来自不明来源。

结论和即将到来的范围

这篇综述的重点是NMHCs的测量、监测、源剖面分析及其在对流层臭氧形成中的作用。由于人为来源、车辆排放、炼油厂运行、液化石油气泄漏和生物质燃烧，它们在城市环境中的浓度水平上升到惊人的水平。尽管在全球一级，NMHCs的自然来源高于人为来源。在大气中存在大量NO和OH自由基时，NMHCs是形成对流层臭氧的关键前体。因此，NMHCs浓度越高，对流层臭氧的产生也越多。这种情况在印度的整个地区都有发现。通过这种方式，国家在工业化和城市化方面的增长可以通过适当的预防措施来实现，包括车辆的排放，车辆的类型/年龄和使用的燃料的相关后果。政府当局必须采取严格的措施，不时修改现有政策，并在公共领域实施，例如将汽油或柴油使用的燃料改为压缩天然气，特别是在地铁城市，使用四冲程发动机将排放低污染。他们还应该提供更好的公共交通设施。此外，拼车，使用地铁列车，特别是地铁城市，适当的培训和意识计划，适当的监测所有这些活动将改变大气中NMHCs的水平。

确认

作者在此感谢新德里贾瓦哈拉尔尼赫鲁大学环境科学学院开展的这项审查工作。作者还感谢新德里科学与工业研究理事会(CSIR)提供的财政援助。

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