大氣中VOCs的監(jiān)測和治理技術(shù)淺析

王小明

摘? ? 要：VOCs對人們的身體健康會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p害，也給國民經(jīng)濟(jì)造成嚴(yán)重?fù)p失。如果人體長期接觸有機(jī)廢氣，會(huì)通過呼吸系統(tǒng)或皮膚吸收到體內(nèi)，引起肝、神經(jīng)及造血系統(tǒng)的損傷，因此有機(jī)廢氣的治理越來越受到人們的重視，成為了大氣污染治理中的重點(diǎn)之一。因此為了保障VOCs治理的有效性，本文概述了VOCs，對大氣中常用的VOCs監(jiān)測技術(shù)和治理技術(shù)進(jìn)行了探討分析。

關(guān)鍵詞：VOCs;大氣;監(jiān)測技術(shù);治理技術(shù)

1? VOCs的概述

大氣中VOCs屬于有害氣體中的一種，其主要是指沸點(diǎn)在50～260攝氏度以及室溫飽和氣壓大于133.3Pa的易揮發(fā)性的有機(jī)化合物，達(dá)到這樣的條件就可能會(huì)產(chǎn)生揮發(fā)性的有機(jī)化合物，從而影響空氣質(zhì)量，對人類身體健康造成傷害。其主要成分為烴類、氨、硫化物、醛類等等，其中最為人知的就是甲醛。根據(jù)世界衛(wèi)生組織所下的定義，揮發(fā)性有機(jī)化合物大多數(shù)都不易溶于水而易溶于有機(jī)溶劑，但甲醛是一個(gè)例外，其極易溶于水，所以絕大數(shù)情況下?lián)]發(fā)性有機(jī)廢氣在空氣中的各自濃度都不是很高，但是由于其共存時(shí)的聯(lián)合作用難以控制，治理起來十分困難。并且揮發(fā)性有機(jī)廢氣傳播范圍廣，污染來源多，危害性極大，給人們的生產(chǎn)和生活帶來極大的危害，因此越來越受到關(guān)注，治理技術(shù)的選擇和應(yīng)用需要重視其時(shí)效性。目前揮發(fā)性有機(jī)廢氣已然成為環(huán)境污染的一大頑疾，因此為了對揮發(fā)性有機(jī)廢氣進(jìn)行治理，必須加強(qiáng)對揮發(fā)性有機(jī)廢氣的監(jiān)測和治理技術(shù)進(jìn)行分析。

2? 大氣中常用的VOCs監(jiān)測技術(shù)分析

2.1? 氣相色譜法（GC）

氣相色譜法具有高靈敏度、高選擇性、分析速度快及應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)，尤其對異構(gòu)體和多組分的混合物能夠很好地進(jìn)行定性和定量檢測。在針對揮發(fā)性有機(jī)物進(jìn)行檢測時(shí)，氣相色譜通常與氫火焰離子檢測器（FID）、電子捕獲檢測器（ECD）、質(zhì)譜檢測器（MS）和光離子化檢測器（PID）等進(jìn)行聯(lián)用。針對不同的揮發(fā)性有機(jī)物，人們可以選擇不同的聯(lián)用檢測器，增加氣相色譜的功能和監(jiān)測范圍。例如，氫火焰離子檢測器對烴類有機(jī)物具有較高的檢測靈敏度，而電子捕獲檢測器對鹵代烴和烷基硝酸鹽更靈敏。自從 1957年研究人員首次實(shí)現(xiàn)了氣相色譜與質(zhì)譜聯(lián)用進(jìn)行化學(xué)分析監(jiān)測以來，氣相色譜技術(shù)不斷發(fā)展，日漸完善。同時(shí)，人們不斷將新技術(shù)引入氣相色譜技術(shù)中。氣相色譜和質(zhì)譜聯(lián)用結(jié)合了混合成分的高效分離能力和純化物的準(zhǔn)確鑒定能力，提高了對復(fù)雜的揮發(fā)性有機(jī)物樣品的檢測能力，避免了氣相色譜定性的局限性。

2.2? 高效液相色譜法（HPLC）

高效液相色譜和氣相色譜不同的是，其以液體為流動(dòng)相，利用高壓輸液系統(tǒng)，把樣品中不同極性的單一溶劑或者不同比例的混合溶劑等流動(dòng)相裝入色譜柱中，在柱中進(jìn)行樣品分離，隨后進(jìn)入檢測器進(jìn)行檢測，從而實(shí)現(xiàn)對樣品的分離和檢測。高效液相色譜法靈敏度高而且選擇性好，對于空氣中的醛酮類化合物以及類似的揮發(fā)性有機(jī)物有著更好的檢測效果。

2.3? 在線監(jiān)測大氣 VOCs 方法

大氣中揮發(fā)性有機(jī)物活性較高，而且在采集和分析過程中存在很多的干擾因素，因此影響了揮發(fā)性有機(jī)物的分析和檢測，導(dǎo)致分析誤差。在線分析技術(shù)避免了樣品采集過程中的一些干擾因素，使檢測結(jié)果更為準(zhǔn)確。其中，質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜是一種應(yīng)用較多的技術(shù)，主要用于檢測痕量揮發(fā)有機(jī)物的分析，檢測速度快、靈敏度高、分析所需時(shí)間短，而且在線采樣無需濃縮，保證結(jié)果更為準(zhǔn)確。質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜主要由離子源、漂流管和離子檢測系統(tǒng)組成。樣品檢測前首先對揮發(fā)性有機(jī)物樣品進(jìn)行離子化，即使用H3O+與揮發(fā)性有機(jī)物樣品反應(yīng)，將其分子轉(zhuǎn)換成離子形態(tài)，然后產(chǎn)生的離子進(jìn)入漂流管末端的治理檢測器進(jìn)行檢測。

3? 大氣中常用的VOCs治理技術(shù)分析

3.1? 光分解法

其是利用光的直接照射或者催化劑的作用，使得揮發(fā)性有機(jī)廢氣得到分解。光分解法治理揮發(fā)性有機(jī)物的原理是，在光波照射下，光催化劑產(chǎn)生羥基自由基（-OH），羥基自由基具有強(qiáng)氧化性，能夠氧化分解揮發(fā)性有機(jī)廢氣，進(jìn)而生成H2O、CO2和無機(jī)物。由于氣相中具有較高的分子擴(kuò)散、較高的質(zhì)量傳輸速率以及簡單的鏈反應(yīng)，光分解技術(shù)處理有機(jī)物效率高、分解徹底，是治理揮發(fā)性有機(jī)物較為理想的技術(shù)。

3.2? 熱破壞法

熱破壞法是揮發(fā)性有機(jī)廢氣治理中應(yīng)用較為廣泛的技術(shù)，主要有催化燃燒和直接燃燒。該方法主要利用催化燃燒、直接燃燒的熱裂解和熱分解、氧化技術(shù)來破壞揮發(fā)性有機(jī)物，可以對其產(chǎn)生分解、聚合以及自由基反應(yīng)，最終降低有機(jī)物濃度，使其不再具有危害性。熱破壞法對于低濃度的揮發(fā)性有機(jī)廢氣處理效果較好，直接燃燒處理效率較高，一般情況下可達(dá)到99%。催化燃燒需要在催化床的作用下來完成揮發(fā)性有機(jī)廢氣的處理，催化劑主要是金屬及金屬鹽，但其處理成本較高。近年來，隨著研發(fā)力度的不斷加大，催化劑研究取得了較大的發(fā)展，使得催化技術(shù)應(yīng)用較為成熟穩(wěn)定。

3.3? 電暈法

電暈是帶電體表面在氣體或者液體介質(zhì)中發(fā)生局部放電的一種現(xiàn)象，能夠產(chǎn)生臭氧及氧化氮等物質(zhì)，而這些物質(zhì)可以對有機(jī)物產(chǎn)生氧化反應(yīng)。電暈法治理揮發(fā)性有機(jī)廢氣，是利用前沿陡峭、脈沖窄的高壓脈電暈的電，在常溫常壓下產(chǎn)生非平衡等離子體，進(jìn)而產(chǎn)生大量的高能電子和活性粒子，而這些物質(zhì)能夠氧化分解揮發(fā)性有機(jī)物及其中的有害成分，從而實(shí)現(xiàn)揮發(fā)性有機(jī)廢氣的無害化。

3.4? 超聲波解吸法

其是利用超聲波產(chǎn)生的熱能來治理揮發(fā)性有機(jī)物，超聲波產(chǎn)生的熱能能夠增加吸附劑的解吸能力，實(shí)現(xiàn)去除污染物的解吸效果。在治理揮發(fā)性有機(jī)物實(shí)踐研究中，超聲波解吸技術(shù)對聚合樹脂和活性炭等污染物有著良好的效果。超聲波治理技術(shù)還具有解吸速度快、所需活化能低等優(yōu)點(diǎn)，而且催化再生揮發(fā)性有機(jī)物中高沸點(diǎn)化合物容易引起吸附材料孔堵塞，進(jìn)而影響其使用壽命。而傳統(tǒng)的吸附法對高沸點(diǎn)揮發(fā)性有機(jī)物作用不明顯，因此研究者在傳統(tǒng)解吸法的基礎(chǔ)上改進(jìn)了技術(shù)，提出了吸附+焚燒組合的氧化再生吸附法，取得了更佳的處理效果。

3.5? 低溫等離子體-光催化技術(shù)

該技術(shù)是一項(xiàng)新興的揮發(fā)性有機(jī)物治理技術(shù)，在大氣環(huán)境污染治理領(lǐng)域中有著良好的發(fā)展前景。實(shí)踐表明，在治理含有氮、硫及揮發(fā)性有機(jī)物的廢氣時(shí)，低溫等離子體-光催化技術(shù)有著良好的處理效果。低溫等離子體與光催化技術(shù)的結(jié)合，不僅優(yōu)化了低溫等離子體技術(shù)，還能有效解決光催化技術(shù)應(yīng)用中的難題。二者的有機(jī)結(jié)合，不僅能抑制揮發(fā)性有機(jī)物處理過程中的副產(chǎn)物，還能有效降低能耗，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。低溫等離子體-光催化技術(shù)具有凈化穩(wěn)定、操作簡單以及工藝穩(wěn)定性強(qiáng)等諸多優(yōu)勢，但也存在投資較大、等離子表面模塊易污染等缺陷，進(jìn)而降低使用壽命和廢氣處理效率。

綜上所述，VOCs是最為常見的大氣污染物，會(huì)對人體健康造成重大傷害，由于其組成成分特殊，與空氣中的二氧化氮易產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)生成臭氧，并最終形成光化學(xué)煙霧，而且在這一過程中常常會(huì)產(chǎn)生硫化氫等具有刺激性氣味的氣體，對人的耳鼻喉及眼部容易造成傷害，且吸入這些有害氣體又會(huì)對呼吸系統(tǒng)。神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響，揮發(fā)性有機(jī)廢氣還會(huì)引起某些身體部位產(chǎn)生畸變或癌變。此外，這些廢氣排放到空氣中并擴(kuò)散開來，對農(nóng)作物的光合作用也會(huì)產(chǎn)生不良影響，嚴(yán)重地會(huì)造成減產(chǎn)，因此必須合理運(yùn)用VOCs監(jiān)測與治理技術(shù)。

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