《Journal of Environmental Sciences》：Characteristics and multi-indicator-oriented source apportionment of VOCs in an integrated oil and gas processing station and its surrounding area
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本研究通过多季节、昼夜观测及正矩阵因子分解（PMF）与健康风险评估，分析了炼化一体化站（IOGPS）及周边区域VOCs排放特征、时空分布及健康风险，发现IOGPS TVOC浓度达42.75 ppbv，冬季和秋季因稳定气象条件及生产活动升高，其吸入致癌风险超阈值，建议优先控制生物质与燃煤排放源，并针对不同污染源制定差异化管控策略。
Jin Huang|邓伟强|杨金红|张学林|郭志钊|王璐|熊菊坤|刘红丽|文美成
广东省环境催化与健康风险控制重点实验室，粤港澳大湾区污染物暴露与健康联合实验室，广东工业大学环境健康与污染控制研究所，广州 510006，中国
摘要
准确划分挥发性有机化合物（VOCs）在臭氧和二次有机气溶胶（SOA）形成中的来源对于指导空气污染控制至关重要。我们结合正矩阵分解（PMF）与健康风险和大气化学方法，研究了来自一个综合油气处理站（IOGPS）及其周边地区的VOCs在大气中的行为。结果显示，IOGPS的年总VOCs浓度为42.75 ppbv，其中烷烃和芳香烃占主导地位。秋季（52.65 ppbv）和冬季（44.48 ppbv）的浓度较高，这归因于稳定的大气条件和较高的生产活动。昼夜变化表明，早晨的VOCs浓度较高，而日落时较低。PMF分析显示，IOGPS和周边居民区（SRA）都受到石化排放的影响，而在湿地风景区（WSA）则主要是生物排放。IOGPS地区的吸入癌症风险为1.82×10^-5，超过了风险阈值，表明工人可能存在致癌风险。多指标来源分配方法显示，生物质燃烧和煤炭燃烧是所有功能区致癌风险的主要贡献因素，这表明应优先控制这些来源。对于臭氧形成潜力（OFP）和羟基自由基损失率（LOH），石化工业和溶剂使用被确定为IOGPS和SRA的主要来源，但它们的贡献化合物存在显著差异。相比之下，车辆排放是SOA潜力的主要来源，这突显了不同来源物种对健康风险、OFP和LOH的敏感性差异。当地的VOCs控制策略应根据臭氧和PM2.5水平的本地污染情况进行调整。本研究为加强区域空气污染控制提供了科学依据。
引言
挥发性有机化合物（VOCs）是一类含有碳的化合物，其特征是在常温条件下具有高挥发性和较高的饱和蒸气压（Wen等人，2024年）。它们来源于多种途径，包括自然排放（如植被和野火）以及人为活动（如石化精炼、储存和运输、车辆尾气排放和溶剂使用）（Mandal等人，2023年）。
在大气中，VOCs作为关键的反应前体，与氮氧化物（NOx）发生光化学反应，显著促进了地面臭氧的形成（Ciou等人，2025年；Cui等人，2022年）。VOCs还通过复杂的氧化途径与羟基自由基（·OH）反应，生成低挥发性产物，如醛类、酮类和有机硝酸盐。这些氧化产物可以进一步凝结或经历老化过程，从而促进二次有机气溶胶（SOA）的形成（Srivastava等人，2022年；Ziemann和Atkinson，2012年）。VOCs在臭氧和PM2.5的形成以及自由基消耗中起着关键作用。这些过程使得VOCs成为区域O3和PM2.5污染综合管理的关键前体。
VOCs也对人类健康构成重大风险。吸入是主要暴露途径，短期暴露会刺激黏膜和呼吸道（Tulen等人，2023年），而长期或高浓度暴露会显著增加致癌和非致癌风险（Li等人，2024年）。然而，由于它们的毒理学机制和化学反应性的差异，不同VOCs在暴露相关毒性和相关健康效应方面表现出显著差异。例如，苯、部分氧化VOCs和1,2-二氯丙烷被国际癌症研究机构（IARC）列为1类人类致癌物。醛类，如甲醛和丙烯醛，会损害呼吸道和肺上皮细胞，导致哮喘和慢性阻塞性肺疾病（Hikisz和Jacenik，2023年）。某些芳香族溶剂的暴露会抑制中枢神经系统，导致头痛、头晕和反应迟钝等症状（Halliday等人，2016年；Olasehinde和Olaniran，2022年）。尽管如此，异丁烷在环境中通常以高浓度存在，但对人类健康的威胁很小（Halios等人，2022年）。由于VOCs具有多样的物理化学性质、官能团和反应性，来自不同排放源的VOC物种在大气化学过程中起着不同的作用，并对O3、PM2.5和光化学烟雾的形成有不同的贡献（Xiang等人，2020年）。因此，准确了解区域VOC排放源的致癌特性和大气化学特性并实施控制措施对于有效管理复杂的空气污染至关重要。
随着中国石化工业的快速发展，生产过程中产生的VOCs已成为重要的人为污染源。2019年，石化工业向大气中释放了约2.45 Tg的VOCs，占总工业VOC排放量的15.6%（Simayi等人，2022年）。综合油气处理站（IOGPSs）是石化产业链中的关键节点。这些站点进行与精炼相关的操作，包括油气水分离、天然气处理和轻质烃回收，所有这些过程都会产生大量的VOCs排放（Wei等人，2025年；You等人，2024年）。此外，从储罐更换、装卸、含油废水处理和安全燃烧等单元操作中也会产生VOCs泄漏（Peng等人，2025年）。由于这些工业设施的高浓度和大规模，IOGPSs经常成为高强度、持续的污染源。在海陆风循环和城市热岛效应的影响下，IOGPSs排放的VOCs可以被输送和扩散到周边地区，显著增加环境中的VOCs浓度（Qiu等人，2025年）。这种区域污染传输增加了附近居民的健康风险，即使他们不直接参与工业活动，也可能通过吸入暴露于高浓度的VOCs（Deng等人，2025年）。此外，VOCs的二次反应还会引发一系列复杂的空气污染问题，带来典型的公共环境卫生挑战。因此，深入了解IOGPS排放的VOCs的具体健康风险和大气化学特性至关重要。
为了深入研究IOGPS排放的VOCs的健康风险和大气化学特性，本研究在典型的IOGPS及其周边地区进行了全面的多季节和昼夜观测，具体目标如下：（1）描述IOGPS的VOC排放特征；（2）探索IOGPS及其周边地区VOCs的空间和时间变化模式；（3）使用基于健康风险的来源分配方法识别高风险VOC排放源；（4）使用基于大气化学的方法识别与O3和SOA形成相关的主要VOC前体及其来源。本研究的结果为支持石化工业区的精确VOC控制策略和环境恢复工作提供了重要的科学建议。
站点描述
研究地点
研究地点位于中国河北省沿海地区的一个典型综合油气处理站（IOGPS）。根据功能区划分，在IOGPS边界、距离约3.5公里的周边居民区（SRA）以及距离约18公里的当地湿地风景区（WSA）采集了环境空气样本。IOGPS规模较大，年原油处理能力超过100万吨，日天然气处理量
IOGPS的VOC排放特征
从IOGPS地区及其周边地区采集的大气样本中共鉴定出100种VOC物种。根据它们的化学结构和元素组成，这些物种被分类为烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃、卤代烃、氧化VOCs（OVOCs）和硫化物。如图1和附录A表S5所示，IOGPS的总VOCs浓度平均为42.75 ± 14.52 ppbv。其中，烷烃是主要组分
结论
本研究在四个连续季节对IOGPS及其周边功能区进行了昼夜变化观测，系统研究了VOC排放特征、健康风险和大气化学反应性，包括OFP、LOH和SOAP。结果显示，IOGPS的年总VOCs浓度平均为42.75 ppbv，其中烷烃（28.09 ppbv）和芳香烃（4.50 ppbv）是主要化合物组。由于IOGPS的排放和沿海扩散效应
作者贡献声明
Jin Huang：验证、方法学、调查、数据分析、数据管理。Weiqiang Deng：撰写初稿、验证、方法学、数据分析、概念构思。Jinhong Yang：调查、数据管理。Xuelin Zhang：方法学、数据分析。Zhizhao Guo：方法学、调查。Lu Wang：方法学、数据分析。Jukun Xiong：数据可视化、验证、资金获取、概念构思。Hongli Liu：验证、方法学。Meicheng Wen：撰写——
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。
致谢
本研究得到了广东省杰出青年科学基金（编号2022B1515020051）、国家自然科学基金（编号42377364和42577034）以及中国广州市科技计划（编号2025A04J5187）的支持。
