揮發(fā)性有機(jī)物定義對我國管控思路的影響

楊一鳴，周學(xué)雙，崔積山，童莉，王艷琪,6

(1.環(huán)境保護(hù)部環(huán)境工程評估中心，北京　100012； 2.中國海洋石油總公司，北京　100010；

3.北京工業(yè)大學(xué)，北京　100124； 4.海南省生態(tài)環(huán)境保護(hù)廳，海口　570203；5.中華人民共和國環(huán)境保護(hù)部，北京　100035； 6.中國石油大學(xué)(華東)，青島　266580)

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揮發(fā)性有機(jī)物定義對我國管控思路的影響

楊一鳴1,2,3，周學(xué)雙4，崔積山1，童莉5，王艷琪1,6

(1.環(huán)境保護(hù)部環(huán)境工程評估中心，北京100012； 2.中國海洋石油總公司，北京100010；

3.北京工業(yè)大學(xué)，北京100124； 4.海南省生態(tài)環(huán)境保護(hù)廳，?？?70203；5.中華人民共和國環(huán)境保護(hù)部，北京100035； 6.中國石油大學(xué)(華東)，青島266580)

摘要：揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)管控已成為現(xiàn)階段我國大氣環(huán)境領(lǐng)域的工作重點(diǎn)，但是由于國內(nèi)相關(guān)研究起步較晚，目前仍處于探索階段。作為世界上最早立法并形成了有效和完整的VOCs管控體系的國家，美國經(jīng)歷了VOCs定義變更及管控思路不斷完善的過程，通過分析可以得出，VOCs定義是管控政策的集中體現(xiàn)，并深刻影響最終減排效果。通過對中美兩國以及國內(nèi)各地區(qū)、各標(biāo)準(zhǔn)中VOCs定義的比較，結(jié)合我國實(shí)際，提出采用反應(yīng)性定義的建議，并建議建立相應(yīng)的反應(yīng)性管控政策，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行VOCs有毒有害性的管控。

關(guān)鍵詞：揮發(fā)性有機(jī)物；定義；管控思路

近年來，揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)日益受到社會(huì)的關(guān)注，如何有效控制VOCs已成為現(xiàn)階段我國大氣環(huán)境治理領(lǐng)域中的熱點(diǎn)問題。與其他污染物相比，VOCs較為特殊，反應(yīng)性是該類污染物最大的特點(diǎn)，該特點(diǎn)不僅體現(xiàn)在VOCs自身的活性上，也體現(xiàn)在該類污染物與其他污染物的相互反應(yīng)上，其復(fù)雜性和管控難度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他常規(guī)污染物，因而需要制定科學(xué)的、有針對性的管控政策，而VOCs的定義是管控政策的集中體現(xiàn)。

美國是世界上最早開始立法管控VOCs的國家。自美國根據(jù)光化學(xué)反應(yīng)活性定義VOCs后，該定義便為世界各國廣泛接受，并將VOCs作為常規(guī)污染物之一進(jìn)行管控。通過對美國VOCs定義和管控政策的變化歷程進(jìn)行梳理，以及對比不同地區(qū)VOCs定義情況，分析揮發(fā)性定義與反應(yīng)性定義對VOCs管控的影響，并針對我國目前VOCs國家定義缺失、地方和行業(yè)定義不一致的現(xiàn)狀，結(jié)合美國管控經(jīng)驗(yàn)，對我國VOCs的定義及管控提出建議。

1中美VOCs管控現(xiàn)狀及VOCs定義對管控的重要性

1.1中美大氣污染及VOCs管控現(xiàn)狀

1.1.1中國大氣污染及VOCs管控現(xiàn)狀

近年來，隨著我國工業(yè)化的快速發(fā)展、能源消費(fèi)和機(jī)動(dòng)車保有量的快速增長，排放的大量NOx與VOCs導(dǎo)致細(xì)顆粒物、臭氧等二次污染呈加劇態(tài)勢。有關(guān)資料顯示，部分城市臭氧超過國家二級標(biāo)準(zhǔn)的天數(shù)達(dá)到20%，有些地區(qū)多次出現(xiàn)臭氧最大小時(shí)濃度超過歐洲警報(bào)水平(240 μg/m3)的重污染現(xiàn)象。復(fù)合型大氣污染導(dǎo)致能見度大幅度下降，京津冀、長三角、珠三角等區(qū)域每年出現(xiàn)灰霾污染的天數(shù)達(dá)100天以上，個(gè)別城市甚至超過200天?；姻驳漠a(chǎn)生與臭氧和PM2.5環(huán)境濃度密切相關(guān)，VOCs是兩者共同的重要前體物，而我國對VOCs的控制起步較晚，這對我國大氣污染管控提出了新的挑戰(zhàn)。

為應(yīng)對我國近幾年突然出現(xiàn)的持續(xù)性大面積灰霾天氣，國家連續(xù)出臺了《重點(diǎn)區(qū)域大氣污染防治“十二五”規(guī)劃》、《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》、《京津冀及周邊地區(qū)落實(shí)大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃實(shí)施細(xì)則》、《石化行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物綜合整治方案》等一系列政策文件來控制顆粒物及VOCs等主要污染物，“十二五”規(guī)劃進(jìn)一步指出了“對細(xì)顆粒物和臭氧影響較大的NOx和揮發(fā)性有機(jī)物控制薄弱”的現(xiàn)狀。為積極推進(jìn)VOCs減排工作，各行業(yè)正積極制定VOCs排放標(biāo)準(zhǔn)和治理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，某些重點(diǎn)行業(yè)已經(jīng)頒布實(shí)施。此外，國家和地方也在擬定VOCs排污收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，北京已開始實(shí)施。

1.1.2美國大氣污染及VOCs管控現(xiàn)狀

第二次世界大戰(zhàn)后，美國工業(yè)及交通迅猛發(fā)展，在缺乏環(huán)境法律法規(guī)約束的情況下，造成了十分嚴(yán)重的大氣污染。為此，美國政府開始對大氣環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行管控，美國空氣質(zhì)量控制法先后經(jīng)歷了1955年的《空氣污染控制法》、1963年的《清潔空氣法》(CAA)、1967年的《空氣質(zhì)量控制法》、1970年的《清潔空氣法》修正案以及后來的1977年修正案、1990年修正案等。這些法律文件系統(tǒng)覆蓋了污染源排放管控和環(huán)境質(zhì)量達(dá)標(biāo)管控。有賴于這些法律文件，各類污染物的環(huán)境質(zhì)量濃度均有大幅下降，環(huán)境質(zhì)量狀況得到了很大改善。

1.2VOCs定義對其管控的重要性

管控政策是否科學(xué)有效關(guān)乎管控成本和最終效果。最初，美國EPA的VOCs控制策略集中于總的VOCs排放削減。之后，EPA開始了一些嘗試并考慮不同VOCs反應(yīng)性的差異，最終形成了對于微反應(yīng)性VOCs進(jìn)行豁免的政策。伴隨管控政策的調(diào)整，VOCs的定義也經(jīng)歷了從揮發(fā)性到最終的反應(yīng)性定義階段。VOCs反應(yīng)性定義確定后，在某些光化學(xué)反應(yīng)強(qiáng)烈、臭氧持續(xù)超標(biāo)的地方，美國EPA開始進(jìn)行高反應(yīng)性物質(zhì)優(yōu)先控制策略的嘗試并取得了良好的效果。

我國對于VOCs的管控剛剛起步，尚未形成明確的管控政策，這些不確定性集中體現(xiàn)在VOCs的定義上。定義不同，涵蓋的物質(zhì)不同，管控的方向也不同，這給VOCs污染源統(tǒng)計(jì)、監(jiān)測、管控等都帶來了困難，嚴(yán)重制約了我國VOCs的環(huán)境管控。定義的不統(tǒng)一也給研究工作帶來了困惑，近期VOCs相關(guān)研究文獻(xiàn)[1- 4]中也都沒有給出明確的定義，僅從其危害特性如光化學(xué)反應(yīng)活性和有毒有害特性進(jìn)行描述。歷史上，美國曾就揮發(fā)性定義和反應(yīng)性定義對于VOCs管控的影響進(jìn)行了深入分析。對該歷程進(jìn)行研究有助于我國確定科學(xué)的VOCs定義，建立和完善先進(jìn)的管控政策，以實(shí)現(xiàn)我國大氣污染管控的后發(fā)優(yōu)勢。

2VOCs污染特征及VOCs定義下的管控研究

2.1VOCs污染特征研究

VOCs最明顯最廣泛的污染特征是其對于環(huán)境空氣質(zhì)量的影響，美國開始管控VOCs是由于光化學(xué)煙霧，中國開始管控VOCs是由于灰霾現(xiàn)象的嚴(yán)重性。但除環(huán)境空氣質(zhì)量的影響外，個(gè)別的VOCs物質(zhì)還有可能會(huì)引起其他各種環(huán)境問題。在美國早期VOCs管控文件中，明確指出幾乎所有的VOCs都參與大氣光化學(xué)反應(yīng)，部分VOCs本身具有毒性或會(huì)消耗破壞平流層臭氧等。隨著氣候變化引發(fā)世界關(guān)注以及研究的深入很明顯能看出一些溫室氣體物質(zhì)也屬于VOCs。在PM2.5引發(fā)關(guān)注之后，研究表明大于一定分子量的VOCs能參與光化學(xué)反應(yīng)而生成二次有機(jī)氣溶膠(SOA)，引發(fā)細(xì)顆粒物濃度升高。

綜上所述，VOCs的危害特性可以歸納為：1)反應(yīng)性，即光化學(xué)反應(yīng)活性，具體體現(xiàn)為VOCs是臭氧和PM2.5的前體物，或存在生成臭氧和PM2.5的潛勢；2)有毒有害特性，具體體現(xiàn)為增加罹患癌癥的概率和引發(fā)生育問題；3)破壞或消耗平流層臭氧特性；4)溫室氣體特性，能直接或間接地引發(fā)地球變暖。

2.2VOCs定義對比及管控手段研究

為清晰對比VOCs定義之間的差異，本文將各類定義從等級和類型進(jìn)行區(qū)分。根據(jù)等級不同，將VOCs定義分為國家定義和地方或行業(yè)定義；根據(jù)類型不同，將VOCs定義分為反應(yīng)性(是否參與光化學(xué)反應(yīng))和揮發(fā)性(沸點(diǎn)和蒸氣壓限值)定義。

2.2.1美國定義及管控手段研究

美國VOCs國家定義為：除CO、CO2、H2CO3、金屬碳化物、金屬碳酸鹽、碳酸銨之外，任何參加大氣光化學(xué)反應(yīng)的碳化合物。在該定義中，對微反應(yīng)性物質(zhì)進(jìn)行了豁免。截至2014年12月30日，EPA總共豁免了60種(類)微反應(yīng)性物質(zhì)。美國VOCs地方定義大多直接引用其國家定義，少數(shù)地區(qū)如加州在國家定義的基礎(chǔ)上加嚴(yán)了豁免物質(zhì)。美國行業(yè)定義是在國家定義的基礎(chǔ)上，強(qiáng)調(diào)了可監(jiān)測、核算等可操作性相關(guān)內(nèi)容，如美國新污染源標(biāo)準(zhǔn)的通用條款定義為：VOCs是指任何參與大氣光化學(xué)反應(yīng)的有機(jī)化合物，或者依據(jù)法定方法、等效方法、替代方法測得的有機(jī)化合物，或者依據(jù)條款規(guī)定的特定程序確定的有機(jī)化合物。

可以看出：1)美國的國家定義指明了VOCs的管控目的和方向，在其指導(dǎo)下，地方和行業(yè)定義都采用了反應(yīng)性定義，國家定義具有很強(qiáng)的指導(dǎo)作用；2)國家和地方定義明確了哪些物質(zhì)不屬于VOCs，可免于管控，行業(yè)定義則易于進(jìn)行監(jiān)測和定量，國家和地方及行業(yè)定義之間實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)；3)美國反應(yīng)性定義的核心在于豁免基準(zhǔn)和豁免物質(zhì)，EPA認(rèn)為豁免低反應(yīng)性的物質(zhì)可以有效加強(qiáng)對于高反應(yīng)性物質(zhì)的管控，并且可以鼓勵(lì)企業(yè)采用豁免物質(zhì)替代VOCs物質(zhì)。

在反應(yīng)性定義的指導(dǎo)下，多年來美國圍繞VOCs的反應(yīng)性開展了系統(tǒng)深入的研究，產(chǎn)出了豐碩的成果并成功應(yīng)用于實(shí)踐，對于大氣光化學(xué)反應(yīng)的理解大大提升。在VOCs定義的基礎(chǔ)上，美國EPA在臭氧的州實(shí)施計(jì)劃中頒布了VOCs控制的臨時(shí)指南，其中對于在已經(jīng)采取了規(guī)定的VOCs控制措施，但臭氧濃度仍然難以達(dá)標(biāo)的地區(qū)，鼓勵(lì)使用高反應(yīng)性VOCs優(yōu)先控制政策。

2.2.2中國定義及管控手段研究

我國目前缺乏VOCs國家定義；在地方定義中，如香港引用了美國國家定義，而天津[5]則采用了揮發(fā)性定義；在行業(yè)定義中，某些行業(yè)采用了反應(yīng)性定義[6- 9]，某些采用了揮發(fā)性定義[7- 11]?？傮w而言，我國各類VOCs定義并不統(tǒng)一，相互之間也缺乏一致性和互補(bǔ)性。最為關(guān)鍵的是，由于缺乏國家定義對于豁免物質(zhì)的規(guī)定，我國未對大量的微反應(yīng)性物質(zhì)進(jìn)行豁免，這就使得微反應(yīng)性物質(zhì)也被管控，企業(yè)無法用微反應(yīng)性物質(zhì)替代高反應(yīng)性物質(zhì)，將會(huì)增加管控成本，并影響管控效果。

我國目前主要采用削減污染物排放量的方式來改善環(huán)境質(zhì)量，但在涉及大氣光化學(xué)反應(yīng)時(shí)，排污量削減和環(huán)境質(zhì)量改善之間沒有必然關(guān)系。目前已知的大氣光化學(xué)反應(yīng)有100多萬個(gè)，污染物具體的環(huán)境濃度不僅與排放量有關(guān)，還受氣候氣象、地理?xiàng)l件、排放參數(shù)、排放的具體物質(zhì)等因素影響。而美國的實(shí)踐也表明，削減排污量可能是有效的，但在某些地區(qū)可能還不足以實(shí)現(xiàn)環(huán)境質(zhì)量達(dá)標(biāo)，因而必須靈活應(yīng)用反應(yīng)性政策才能取得更好的效果。

2.3VOCs管控有效性研究

從美國臭氧和PM2.5的環(huán)境濃度趨勢圖(圖1和圖2)可以清晰看出，美國反應(yīng)性定義和反應(yīng)性管控政策取得了良好的效果。

圖1　美國1980—2014年臭氧空氣質(zhì)量趨勢Fig.1　Diagram of ozone air quality national trend in the United States

圖2　美國2000—2014年P(guān)M2.5空氣質(zhì)量趨勢Fig.2　Diagram of PM2.5 air quality national trend in the United States

由圖1可知，1980—2014年美國總體環(huán)境空氣中臭氧濃度穩(wěn)定下降，2014年全美平均臭氧濃度比1980年下降了33%。由圖2可知，2000—2014年美國總體環(huán)境空氣中PM2.5濃度穩(wěn)定下降，2014年全美平均PM2.5濃度比2000年下降了35%。

3揮發(fā)性與反應(yīng)性定義對比及對VOCs管控的影響

美國現(xiàn)行VOCs定義為反應(yīng)性定義，由美國EPA制定并于1992年寫入聯(lián)邦法典，但美國最初采用的也是揮發(fā)性定義。美國VOCs定義經(jīng)歷了前VOCs階段、揮發(fā)性定義階段和反應(yīng)性定義階段。其VOCs定義的變化過程既是揮發(fā)性定義轉(zhuǎn)變?yōu)榉磻?yīng)性定義的過程，也是美國VOCs管控政策的變化過程，其實(shí)質(zhì)是美國對于VOCs環(huán)境影響和危害特性的認(rèn)識不斷深入的過程。

3.1美國VOCs管控政策變化歷程

美國VOCs的管控歷程可分為如圖3所示的四個(gè)階段。

圖3　美國VOCs管控政策歷程示意圖Fig.3　The VOCs control policy history in the United States

3.1.1單一的VOCs總量減排及提出有機(jī)物替代設(shè)想階段

美國VOCs控制規(guī)定的最初版本可以追溯到1971年EPA發(fā)布的證明臭氧達(dá)標(biāo)的州實(shí)施計(jì)劃(SIPs)指南。該指南主要強(qiáng)調(diào)的是有機(jī)物的排放總量減排，但也提出了從反應(yīng)性進(jìn)行管控的設(shè)想，“當(dāng)替代導(dǎo)致了空氣中反應(yīng)活性的顯著降低，并且光化學(xué)氧化劑(臭氧)濃度呈現(xiàn)降低趨勢時(shí)，有機(jī)物之間的替代可能是有效的”。正是這一設(shè)想，推進(jìn)了反應(yīng)性政策(豁免政策)的實(shí)施，推進(jìn)并完善了美國VOCs特性管控政策，最終豐富和拓展了VOCs的管控思路。

3.1.2單一的VOCs反應(yīng)性控制及豁免物質(zhì)引發(fā)爭議階段

使用有機(jī)物替代的設(shè)想鼓勵(lì)了很多地區(qū)進(jìn)行嘗試，其中最著名的是洛杉磯地區(qū)的“66規(guī)定”，該規(guī)定允許豁免很多微反應(yīng)性的VOCs物質(zhì)。但是之后的實(shí)地研究結(jié)果表明，臭氧濃度與污染物的輸送狀況有關(guān)，而“66規(guī)定”的某些豁免物質(zhì)被證明是顯著的臭氧前體物。由于這一原因，該規(guī)定飽受質(zhì)疑。

因此，EPA在1977年頒布了《VOCs推薦政策》，提出了豁免名單。該政策的基礎(chǔ)是在設(shè)定條件下，使用“KOH”方法來確定具體化合物的反應(yīng)速率并與乙烷進(jìn)行比較。其中，只有12種有機(jī)物被認(rèn)定具有“微反應(yīng)性”，且只有4種被豁免。但隨著研究的深入，其他一些化合物(主要是鹵代烴)也因具有“微反應(yīng)性”而被豁免。

但總體而言，該政策仍強(qiáng)調(diào)傳統(tǒng)的VOCs控制措施，也就是通過增加處理設(shè)施和改進(jìn)生產(chǎn)工藝，而不是通過對VOCs進(jìn)行豁免或替代等反應(yīng)活性控制方式來實(shí)現(xiàn)減排。除了光化學(xué)反應(yīng)機(jī)理存在爭議之外，主要有以下幾個(gè)方面的原因：1)有毒有害特性，一些具有微光化學(xué)反應(yīng)活性的VOCs(如苯)已被確認(rèn)可致癌、致突變及致畸或與此相關(guān)；2)消耗平流層臭氧特性，豁免物質(zhì)中的鹵代烴(三氯甲烷和氟利昂)可能會(huì)破壞臭氧層。

3.1.3VOCs和NOx協(xié)同控制及按危害特性管控階段

隨著1990年《清潔空氣法案修正案》(CAA)的實(shí)施，EPA突出了大氣污染物的危害特性管控，VOCs也因特性不同分別受控：1)反應(yīng)性特性控制，臭氧達(dá)標(biāo)策略的關(guān)注點(diǎn)從以往的單一VOCs控制轉(zhuǎn)為VOCs和NOx的協(xié)同控制。當(dāng)制定光化學(xué)污染達(dá)標(biāo)策略時(shí)，EPA突出了綜合污染物評估的需求。2)有毒有害特性控制，EPA頒布了HAPs(有毒有害空氣污染物)名單，共包含了189種(現(xiàn)調(diào)整為187種)空氣污染物。3)平流層臭氧保護(hù)，制定了防止有害化學(xué)物質(zhì)進(jìn)入平流層的方法，頒布了Ⅰ類和Ⅱ類ODS(臭氧層消耗物質(zhì))名單，并給出相應(yīng)的淘汰時(shí)間表。4)溫室氣體特性管控，EPA自此開始了對溫室氣體物質(zhì)的管控。

3.1.4高反應(yīng)性物質(zhì)優(yōu)先控制階段

EPA認(rèn)為，傳統(tǒng)的削減排放量的管控方式對某些地區(qū)是足夠的，但基于反應(yīng)活性區(qū)分不同VOCs的管控方法似乎更有效。而且，高反應(yīng)活性替代是特定地區(qū)降低臭氧濃度的關(guān)鍵策略，主要包括以下地區(qū)：臭氧持續(xù)不達(dá)標(biāo)地區(qū)；NOx濃度較高、對VOCs排放變化較敏感的地區(qū)；已經(jīng)實(shí)施VOCs最佳可行減排(RACT)措施和需要VOCs額外減排的地區(qū)。EPA認(rèn)為在上述地區(qū)可以運(yùn)用反應(yīng)活性實(shí)施SIPs，以實(shí)現(xiàn)臭氧達(dá)標(biāo)。具體措施包括：1)鼓勵(lì)各州完善VOCs排放清單，包括具體VOCs物質(zhì)的排放量估算，而不是VOCs總量估算。2)優(yōu)先采用反應(yīng)活性控制措施。考慮到控制VOCs排放的成本，大部分州優(yōu)先執(zhí)行控制措施。通過優(yōu)先控制最具活性的污染源類型，各州就可能以較小的代價(jià)實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)。3)采用特定控制措施控制高反應(yīng)性VOCs的排放。結(jié)合具體物種的排放情況，各州可以針對高反應(yīng)性VOCs制定相關(guān)控制措施。4)鼓勵(lì)使用VOCs替代物質(zhì)和反應(yīng)活性加權(quán)排放限值。對于一些重要的VOCs排放行業(yè)，例如油漆、涂料和黏合劑等，生產(chǎn)商可通過優(yōu)化工藝進(jìn)而改變物質(zhì)組分、削減VOCs總排量。

3.2美國VOCs定義變化歷程

3.2.1前VOCs階段

美國EPA成立于1970年12月，之前尚未使用VOCs這一名詞。例如1970年3月由國家空氣污染控制管理部門發(fā)布的《固定源排放的碳?xì)浠衔锖陀袡C(jī)溶劑的控制技術(shù)》(AP-68)[8]，使用的名稱為“碳?xì)浠衔锖陀袡C(jī)溶劑”。

3.2.2揮發(fā)性定義階段

EPA認(rèn)識到“碳?xì)浠衔锖陀袡C(jī)溶劑”會(huì)帶來概念上的混淆?！疤?xì)浠衔铩敝傅氖撬杏袡C(jī)化合物的集合，但是一些有機(jī)物不屬于“碳?xì)浠衔铩?，也不作為溶劑使用，卻是光化學(xué)氧化劑的前體物。因此，EPA開始使用“VOCs”這一名詞[9]。

但是由于對大氣光化學(xué)反應(yīng)認(rèn)識不足，在EPA成立之后很長一段時(shí)間內(nèi)，一直沒有給出明確的VOCs定義。直至20世紀(jì)70年代末，EPA出版了《污染物控制技術(shù)指南》(CTG)系列，首次提出了VOCs的定義(以下簡稱“CTG定義”)：除CO、CO2、H2CO3、金屬碳化物、金屬碳酸鹽、碳酸銨之外，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下蒸汽壓大于0.1 mmHg(1 mmHg=0.133 kPa)的碳化合物。

然而，在CTG給出VOCs定義之前，洛杉磯地區(qū)在1966年就已給出了類似定義(以下簡稱“66定義”)：220℉(約104℃)時(shí)蒸汽壓大于0.5 mmHg的有機(jī)化合物。如果只看蒸汽壓限值，CTG定義(0.1 mmHg)比66定義(0.5 mmHg)更為嚴(yán)格，管控的物質(zhì)也更多。然而，不同溫度對應(yīng)不同的蒸汽壓，考慮到溫度的不同，CTG定義反而更不嚴(yán)格。

進(jìn)一步的研究表明，常溫下，氣體中存在碳原子數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于12甚至直到18的有機(jī)物，部分碳原子數(shù)大于24的有機(jī)物在常溫下有時(shí)也可以存在于氣態(tài)中；高溫時(shí)，低揮發(fā)性的有機(jī)物也能變成氣體并參與光化學(xué)反應(yīng)。因而化合物是否揮發(fā)很大程度上取決于使用時(shí)的加熱方式和程度，但管理機(jī)構(gòu)對此并不能預(yù)先確定，故難以規(guī)范。根據(jù)2014年EPA頒布的數(shù)據(jù)，目前美國發(fā)現(xiàn)的VOCs物質(zhì)共有1 497種(類)，其中可確定沸點(diǎn)大于250℃的有308種，小于250℃的有1 011種，未能確定沸點(diǎn)的有178種。也就是說，至少有308種美國管控的VOCs物質(zhì)是不包含在揮發(fā)性定義內(nèi)的，該數(shù)值約占已知VOCs種類的20.57%。

3.2.3模型反應(yīng)性定義的提出及揮發(fā)性定義的廢除階段

因?yàn)閾]發(fā)性定義豁免了許多實(shí)際上能揮發(fā)到大氣中并參加光化學(xué)反應(yīng)的有機(jī)物，EPA認(rèn)為應(yīng)該對定義進(jìn)行修訂，應(yīng)將蒸汽壓限值從VOCs定義中去除。

1987年11月，EPA發(fā)布了《新的臭氧和CO政策提案》。該提案附錄D中包含了一系列與當(dāng)時(shí)的SIPs及CAA不一致的內(nèi)容，并要求各州改正。EPA在聯(lián)邦法令通知中聲明，“很多法規(guī)不正確地包含了蒸汽壓限值(如0.1 mmHg)，導(dǎo)致了很多具備光化學(xué)活性的化合物被豁免而不受管控”，并且該通知提供了一個(gè)不包含蒸汽壓限值的VOCs的模型定義，該定義為：任何參與光化學(xué)反應(yīng)的有機(jī)化合物，但不包含甲烷、乙烷等11種化合物。

1988年5月，EPA發(fā)布了《與VOCs蒸汽壓限值不足和差異相關(guān)的問題》。該文檔認(rèn)為，各州VOCs管理規(guī)定應(yīng)與EPA的反應(yīng)活性政策保持一致，VOCs定義不能使用0.1 mmHg蒸汽壓作為限值，因?yàn)檫@樣的定義豁免了低揮發(fā)性但在特定過程會(huì)揮發(fā)并參與光化學(xué)反應(yīng)的有機(jī)物。各州必須在SIPs中修改相關(guān)內(nèi)容。

1990年修訂版CAA將EPA的SIPs“聲明”編成法典，要求各地區(qū)在合理可行控制技術(shù)(RACT)中糾正現(xiàn)有不足。隨后，各州按照要求修改了相關(guān)內(nèi)容，從VOCs定義中刪除了0.1 mmHg蒸汽壓限值的規(guī)定。

3.2.4反應(yīng)性定義確認(rèn)階段

鑒于VOCs定義的復(fù)雜性，各地方執(zhí)行過程混亂，EPA認(rèn)為應(yīng)該給出一個(gè)正式的VOCs定義并列入聯(lián)邦法典[40 CFR 51.100(s)]，以結(jié)束長期以來關(guān)于VOCs定義的爭議，以便今后有據(jù)可依。1992年2月，EPA頒布了VOCs定義，隨后被編入法典，該定義為：除CO、CO2、H2CO3、金屬碳化物、金屬碳酸鹽、碳酸銨之外，任何參加大氣光化學(xué)反應(yīng)的碳化合物。此外，還包括豁免名單及6項(xiàng)豁免條款。截至2014年12月30日，EPA在已有24種(類)豁免名單的基礎(chǔ)上，又陸續(xù)增加了36種(類)豁免物質(zhì)。

3.3兩類定義對VOCs管控的影響

綜上所述，VOCs定義是管控政策的集中體現(xiàn)，在很大程度上決定了管理思路、管控重點(diǎn)、研究方向、企業(yè)減排目標(biāo)等，并深刻影響了最終管控效果，因此VOCs的定義至關(guān)重要。對比美國不同階段的兩類定義，可以看出：

3.3.1揮發(fā)性定義對于VOCs管控的影響

揮發(fā)性定義存在諸多不足，主要體現(xiàn)在揮發(fā)性限值難以確定、“適當(dāng)條件”難以規(guī)范、管控物質(zhì)遺漏并且會(huì)阻礙先進(jìn)的管控策略的推進(jìn)和實(shí)施。相關(guān)影響主要包括如下方面：1)揮發(fā)性限值難以確定。美國相關(guān)研究表明，揮發(fā)性很低的化合物也可以以氣態(tài)形式存在。從美國20世紀(jì)70年代前后出現(xiàn)過不同限值的定義可以看出，揮發(fā)性定義面臨的最大的問題是如何確定揮發(fā)性限值。2)監(jiān)管存在困難。有機(jī)化合物是否揮發(fā)很大程度上取決于使用過程中的加熱方式和程度，但這些條件不能預(yù)先確定，難以規(guī)范，也給監(jiān)管帶來很大的困難。3)豁免了某些反應(yīng)性物質(zhì)。揮發(fā)性定義豁免了許多實(shí)際上能揮發(fā)到大氣中并參加光化學(xué)反應(yīng)的有機(jī)物，這也是EPA廢除揮發(fā)性定義的主要原因。

3.3.2反應(yīng)性定義對于VOCs管控的影響

美國反應(yīng)性定義既是科學(xué)研究的結(jié)果，也是VOCs控制策略的體現(xiàn)。反應(yīng)性定義由兩部分組成，第一部分強(qiáng)調(diào)參與光化學(xué)反應(yīng)的有機(jī)化合物，第二部分強(qiáng)調(diào)對于微反應(yīng)活性物質(zhì)的豁免。在該定義的基礎(chǔ)上，EPA實(shí)施了基于反應(yīng)性的VOCs控制措施。反應(yīng)性定義對VOCs管控的影響主要包括以下幾個(gè)方面：1)明確了管控的目的和方向。目前灰霾天氣是我國面臨的主要大氣環(huán)境問題之一，其實(shí)質(zhì)是臭氧和PM2.5這兩項(xiàng)常規(guī)污染物的環(huán)境濃度超標(biāo)。VOCs作為它們共同的前體物，反應(yīng)性是關(guān)鍵，反應(yīng)性定義指明了管控的目的和方向。2)具有較強(qiáng)的科學(xué)性和實(shí)用性。豁免物質(zhì)是美國反應(yīng)性定義的重要組成部分。微反應(yīng)性化合物廣泛存在于各類污染源中，豁免微反應(yīng)性化合物可大大減少管控成本。以加州為例，固定源中豁免物質(zhì)占比86.99%，區(qū)域源中占比69.54%，移動(dòng)源中占比69.87%。實(shí)施豁免政策，對于管理部門而言，可以集中精力加強(qiáng)對活性較高有機(jī)化合物的監(jiān)管；而對于企業(yè)而言，使用豁免物質(zhì)替代VOCs就可免于管控，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。EPA每年都會(huì)收到大量來自企業(yè)的豁免申請，客觀上提高了企業(yè)參與的熱情，也促進(jìn)了有機(jī)化合物反應(yīng)性的研究，最終有效降低了空氣中二次污染物的濃度。3)為反應(yīng)性控制策略的提出提供了基礎(chǔ)?；诜磻?yīng)性定義，EPA逐漸發(fā)展出一系列反應(yīng)性控制措施，包括完善VOCs排放清單、優(yōu)先使用反應(yīng)活性指標(biāo)控制措施、采取特定控制措施控制高反應(yīng)活性VOCs的排放、鼓勵(lì)使用VOCs替代物質(zhì)和反應(yīng)活性加權(quán)排放限制。這些措施的實(shí)施正有效改善或解決某些特殊地區(qū)的臭氧持續(xù)不達(dá)標(biāo)問題。

4美國經(jīng)驗(yàn)對中國的啟示及明確中國VOCs定義的建議

4.1美國VOCs定義對中國VOCs管控的啟示

從美國VOCs定義的變化歷程可以看出，不同的VOCs定義對應(yīng)不同的管控階段，VOCs定義的變化體現(xiàn)了對VOCs環(huán)境影響科學(xué)認(rèn)識的變化。大量科學(xué)研究和實(shí)踐證明，VOCs的反應(yīng)性是光化學(xué)污染控制的關(guān)鍵，而對于微反應(yīng)性物質(zhì)豁免可以使管理部門集中精力管控具有高反應(yīng)活性的物質(zhì)，并且可以激勵(lì)企業(yè)使用豁免物質(zhì)替代高反應(yīng)性VOCs物質(zhì)。美國反應(yīng)性定義是科學(xué)研究的成果，明確了VOCs管控的目的，指明了VOCs管控的方向，并根據(jù)不同層次分為國家定義、地方定義和行業(yè)定義，不同定義各有側(cè)重，互為補(bǔ)充，為反應(yīng)性政策的制定提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。此外，美國反應(yīng)性定義還體現(xiàn)了按危害特性管控的思路，為按危害特性管控制度的建立和完善提供了基礎(chǔ)，對我國VOCs管控具有很強(qiáng)的借鑒意義。

4.2明確中國VOCs定義及管控對策的建議

4.2.1盡早明確國家定義

與美國VOCs定義歷程類似，中國目前也出現(xiàn)了地方和行業(yè)定義先于國家定義出現(xiàn)的情況。總體而言，我國的VOCs定義處于較為混亂和矛盾的局面，體現(xiàn)在反應(yīng)性定義和揮發(fā)性定義同時(shí)存在，揮發(fā)性定義中揮發(fā)性限值不統(tǒng)一，反應(yīng)性定義中缺乏豁免物質(zhì)等方面。

借鑒美國的VOCs定義歷程，我國應(yīng)盡快給出一個(gè)明確的VOCs國家定義，以結(jié)束長期以來關(guān)于定義的爭議。建議環(huán)境保護(hù)部科技標(biāo)準(zhǔn)司以國家標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布，以便今后有據(jù)可依。作為國家定義，一定要堅(jiān)持科學(xué)性和嚴(yán)謹(jǐn)性，應(yīng)采用反應(yīng)性定義并明確豁免基準(zhǔn)。鑒于國內(nèi)VOCs反應(yīng)性研究起步較晚，可考慮暫時(shí)借鑒美國國家定義。

4.2.2盡快統(tǒng)一地方和行業(yè)定義

國家定義指明了VOCs的管控方向，明確了VOCs的具體物質(zhì)，起到指導(dǎo)和規(guī)范作用，而具體執(zhí)行還需要地方政府和行業(yè)部門的配合。因此應(yīng)在國家定義的指導(dǎo)下，盡快統(tǒng)一和完善地方和行業(yè)定義。地方定義在與國家定義反應(yīng)性保持一致的前提下，可以對豁免物質(zhì)加嚴(yán)。行業(yè)定義在不違背國家定義的前提下，可強(qiáng)調(diào)可監(jiān)測、核算等可操作性內(nèi)容。

4.2.3建立VOCs反應(yīng)性管控體系

VOCs的反應(yīng)性是最復(fù)雜也是最需要投入大量精力進(jìn)行研究的方面。對于臭氧而言，目前已知的大約有上千種VOCs物質(zhì)能夠反應(yīng)生成臭氧，但并不是所有的VOCs都具有相同的生成臭氧的能力。一些反應(yīng)活性較低的VOCs對臭氧的貢獻(xiàn)率十分有限；一些VOCs能更快地生成臭氧，或者生成更多的臭氧；還有一些VOCs不僅自身具有生成臭氧的能力，還可以提高其他VOCs生成臭氧的能力。反應(yīng)性不僅僅是化合物本身的性質(zhì)，還與化合物所處的自然環(huán)境密切相關(guān)。一種有機(jī)化合物的絕對活性隨著VOCs與NOx的比值、氣象條件、空氣中其他VOCs的混合以及反應(yīng)時(shí)間的不同而存在差異。

因此，反應(yīng)性定義指明了VOCs的管控目的和方向，可引導(dǎo)國內(nèi)相關(guān)機(jī)構(gòu)開展一系列VOCs反應(yīng)性基礎(chǔ)研究，包括監(jiān)測方法、表征方法、基于具體物質(zhì)的排放量管理和光化學(xué)反應(yīng)機(jī)理研究等，以此為基礎(chǔ)逐步建立和完善我國VOCs反應(yīng)性管控體系。

4.2.4加強(qiáng)VOCs其他危害特性管控

在制定VOCs控制政策時(shí)，除首先應(yīng)確定哪種危害特性影響最大，需要優(yōu)先控制外，還需要全面考慮VOCs的其他各種危害特性。美國針對VOCs的不同危害特性，建立了全面覆蓋VOCs其他危害特性的管控體系，包括有毒有害特性、破壞臭氧層和溫室氣體特性，值得我國借鑒。

對于臭氧層消耗物質(zhì)和溫室氣體物質(zhì)，作為《蒙特利爾公約》和《京都議定書》的締約國，我國正積極履行國際公約中所要求的義務(wù)，因此除了對VOCs破壞臭氧層特性和溫室氣體特性進(jìn)行管控外，還應(yīng)加強(qiáng)對VOCs有毒有害特性的管控。

對有毒有害空氣污染物的控制是對常規(guī)空氣污染物進(jìn)行管控的補(bǔ)充，是環(huán)境空氣質(zhì)量管控的下一階段，其管控難度不亞于常規(guī)污染物。對此，我國應(yīng)早作準(zhǔn)備。美國的HAPs管控體系設(shè)計(jì)較為科學(xué)，為我國提供了很好的參考。建議我國根據(jù)自身污染物排放的特點(diǎn)，在美國HAPs清單的基礎(chǔ)上，有取舍、有補(bǔ)充地制定中國的有毒有害大氣污染物清單，進(jìn)而完善有毒有害空氣污染物管控體系。

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The Impact of VOCs Definition on Environmental Control Policies

YANG Yi-ming1,2,3, ZHOU Xue-shuang4, CUI Ji-shan1, TONG Li5, WANG Yan-qi1,6

(1.Appraisal Center for Environment and Engineering of Ministry of Environmental Protection, Beijing 100012, China;2.China National Offshore Oil Corporation, Beijing 100010, China; 3.Beijing University of Technology,Beijing 100124, China; 4.Department of Environmental Protection of Hainan Province, Haikou 570203, China;5.Ministry of Environmental Protection, Beijing 100035, China; 6.China University of Petroleum, Qingdao 266580, China)

Abstract:Volatile organic compounds (VOCs) control has become the focus of atmospheric environmental protection in China. However, related researches started relatively late and are still in an early stage. As the first country in the world to establish a complete and effective VOCs control system, the United States has undergone a process of continuous improvement in the forming of the definition of VOCs and its control system. The findings suggest that the definition of VOCs is a key feature of the control policy and strongly affects the emission reduction. By comparing different definitions in different countries and industries, it is proposed that China should take the definition defined by reactivity and establish corresponding VOCs control policies.

Key words:volatile organic compounds (VOCs); definition; control policy

收稿日期：2016-02-23

基金項(xiàng)目：環(huán)保部縱向課題——石化行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)污染控制環(huán)境管理對策研究(2110301)

作者簡介：楊一鳴(1980—)，男，江蘇武進(jìn)人，工程師，碩士，主要從事大氣污染控制研究，E-mail：yangym@coes.org.cn通訊作者：崔積山(1966—)，男，黑龍江大慶人，高級工程師，碩士，主要從事環(huán)保管理，E-mail：cuijs@acee.org.cn

DOI:10.14068/j.ceia.2016.02.010

中圖分類號：X515

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：2095-6444(2016)02-0041-07