大氣環(huán)境中揮發(fā)性有機(jī)污染物監(jiān)測(cè)及治理探討

安徽海峰分析測(cè)試科技有限公司 葉帥

揮發(fā)性有機(jī)污染物（簡(jiǎn)稱VOCs），是有機(jī)化合物的總稱，通常是指熔點(diǎn)低于室溫，沸點(diǎn)在50-260℃間的各種揮發(fā)性有機(jī)物總稱。揮發(fā)性有機(jī)污染物根據(jù)其化學(xué)結(jié)構(gòu)的不同可分為五大類(lèi)：鹵烴類(lèi)、非甲烷碳?xì)浠衔?、含氧有機(jī)化合物、含氮有機(jī)化合物、含硫有機(jī)化合物等。揮發(fā)性有機(jī)污染物具有刺激性、致癌性和致突變性，還極易引發(fā)火災(zāi)和爆炸。國(guó)家十分重視揮發(fā)性有機(jī)污染物的監(jiān)測(cè)與治理工作，為此，2015年財(cái)政部等相關(guān)部門(mén)聯(lián)合出臺(tái)《揮發(fā)性有機(jī)物排污收費(fèi)試點(diǎn)辦法》，率先從印刷、石油化工兩大行業(yè)領(lǐng)域開(kāi)展有機(jī)污染物收費(fèi)的試點(diǎn)工作，旨在加大源頭排污治理力度。因此，從源頭做好揮發(fā)性有機(jī)污染物的監(jiān)測(cè)與分析，為相關(guān)部門(mén)采取相關(guān)治理措施提供支持。

一、大氣環(huán)境中有機(jī)污染物來(lái)源及危害

（一）來(lái)源

根據(jù)有機(jī)污染物來(lái)源的不同，可將大氣環(huán)境中有機(jī)污染物來(lái)源分為人工源和自然源兩大類(lèi)。（1）前者，主要是指與人類(lèi)活動(dòng)有關(guān)，在生產(chǎn)生活作業(yè)過(guò)程中產(chǎn)生的有機(jī)污染物。其中，有主要來(lái)自室內(nèi)有機(jī)污染物和室外有機(jī)污染物。室內(nèi)有機(jī)污染物主要有煤、天然氣等燃燒物、采暖、烹調(diào)等煙霧產(chǎn)生；還包括家裝材料、家具、家電以及清潔劑等在使用過(guò)程中排放出的有機(jī)污染物。室外有機(jī)污染物主要來(lái)自燃料燃燒、汽車(chē)尾氣和光學(xué)污染等交通運(yùn)輸過(guò)程中產(chǎn)生的，其中，石油化工、印染、印刷、制藥、電子產(chǎn)業(yè)和表面涂裝等工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)也是大氣環(huán)境中有機(jī)污染物的重要來(lái)源。人為源排放揮發(fā)性有機(jī)污染物主要種類(lèi)有：煤炭、天然氣、生物質(zhì)燃燒排放的乙烯、乙烷、乙炔、丙烯和苯系物等；垃圾填埋場(chǎng)排放的苯系物、古烯等；煉油廠、化學(xué)工廠在其工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的正己烷、環(huán)戊烷、苯乙烯等；汽車(chē)或柴油車(chē)尾氣排放的異戊烷、正庚烷等。（2）后者，主要是指來(lái)自森林火災(zāi)、植物釋放和火山噴發(fā)導(dǎo)致的大氣環(huán)境中的有機(jī)污染物。其中，最重要的自然釋放源為植物釋放。據(jù)相關(guān)部門(mén)研究發(fā)現(xiàn)，91.9%的揮發(fā)性有機(jī)物來(lái)自自然源的貢獻(xiàn)量。此外，室外自然源中的溫度、光照等也是影響揮發(fā)性有機(jī)污染物產(chǎn)生的重要因素。

（二）危害

大氣環(huán)境中的揮發(fā)性有機(jī)污染物危害性大，一方面，這些揮發(fā)性有機(jī)污染物是大氣環(huán)境中顆粒物濃度超標(biāo)的重要因素之一，也是引發(fā)光化學(xué)污染的重要原因。另一方面，這些揮發(fā)性有機(jī)污染物在大氣環(huán)境中具有不可逆轉(zhuǎn)性，增加了后期的治理難度。從歷年發(fā)布的生態(tài)環(huán)境狀況公報(bào)公布的數(shù)據(jù)顯示，顆粒物濃度成為大氣環(huán)境的首要污染物，臭氧超標(biāo)占比也較高，這兩大污染物遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了其他大氣環(huán)境中的污染物超標(biāo)占比。揮發(fā)性有機(jī)污染物中的氮氧化合物與碳?xì)浠衔镌谧匀画h(huán)境中紫外線作用下產(chǎn)生臭氧，臭氧污染物濃度超標(biāo)極易引發(fā)光化學(xué)煙霧，危害植物正常生長(zhǎng)。有機(jī)污染物濃度超標(biāo)，也是酸雨、霧霾及光化學(xué)煙霧的復(fù)合污染的重要原因。此外，揮發(fā)性有機(jī)污染物與大氣污染物生成二次氣溶膠，產(chǎn)生顆粒物，滯留于大氣環(huán)境中，影響大氣能見(jiàn)度。此外，大氣環(huán)境中的揮發(fā)性有機(jī)污染物具有特殊氣味，刺激人的皮膚、眼睛和呼吸道，導(dǎo)致頭疼、乏力和咽喉腫痛，刺激性、致癌性、致突變性成為影響人體健康的重要因素，尤其是揮發(fā)性有機(jī)污染物中的苯、甲苯和甲醛等，危害性極大。

二、大氣環(huán)境中有機(jī)污染物監(jiān)測(cè)方法

根據(jù)《室內(nèi)空氣中對(duì)二氯苯衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》《空氣和廢氣監(jiān)測(cè)分析方法》和《空氣和廢氣監(jiān)測(cè)分析方法》等相關(guān)規(guī)定，目前，大氣環(huán)境中有機(jī)污染物監(jiān)測(cè)技術(shù)主要有：

（一）PTR-MS—質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜法

質(zhì)譜轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜技術(shù)廣泛應(yīng)用于大氣環(huán)境中揮發(fā)性有機(jī)污染物監(jiān)測(cè)分析，也被應(yīng)用于工業(yè)廢氣、汽車(chē)尾氣監(jiān)測(cè)等相關(guān)領(lǐng)域。質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜法利用漂浮模型與電離子對(duì)大氣中揮發(fā)性有機(jī)物進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從而獲得監(jiān)測(cè)結(jié)果。質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜法監(jiān)測(cè)大氣環(huán)境中揮發(fā)性有機(jī)污染物具有監(jiān)測(cè)靈敏度高、監(jiān)測(cè)效率高和清晰度高等巨大優(yōu)勢(shì)，也簡(jiǎn)化了監(jiān)測(cè)過(guò)程，解決了飛行時(shí)間質(zhì)譜監(jiān)測(cè)法易受到干擾離子影響的弊端，具有良好的應(yīng)用推廣前景。

（二）TOFMS—飛行時(shí)間質(zhì)譜法

飛行時(shí)間質(zhì)譜監(jiān)測(cè)法使用的是一種較為常見(jiàn)的質(zhì)譜監(jiān)測(cè)儀器。該監(jiān)測(cè)方法的工藝原理，是利用電荷與質(zhì)子間的作用形成脈沖電場(chǎng)，然后記錄離子在該電場(chǎng)內(nèi)的具體運(yùn)行時(shí)間，再對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行匯總，并得出相應(yīng)的監(jiān)測(cè)結(jié)果。飛行時(shí)間質(zhì)譜法監(jiān)測(cè)大氣環(huán)境揮發(fā)性有機(jī)污染物監(jiān)測(cè)效率更高，能夠在幾分鐘時(shí)間里獲得相應(yīng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和監(jiān)測(cè)結(jié)果。但飛行時(shí)間質(zhì)譜法監(jiān)測(cè)大氣揮發(fā)性有機(jī)污染物也有其自身的弊端和不足，即質(zhì)譜圖電場(chǎng)易受到干擾離子影響，從而使監(jiān)測(cè)結(jié)果更具復(fù)雜性，增加了監(jiān)測(cè)人員監(jiān)測(cè)工作難度。

（三）HPLC—高效液相色譜法

與氣相色譜法相似的另外一種大氣環(huán)境中揮發(fā)性有機(jī)污染物監(jiān)測(cè)法——高效液相色譜法，但與氣相色譜法不同的是，高效液相色譜法使用的液體是流動(dòng)相。即在高壓輸液系統(tǒng)中，將采集到的揮發(fā)性污染物大氣監(jiān)測(cè)樣品中不同極性的混合溶劑與單一溶劑一并裝入至監(jiān)測(cè)色譜柱之中，然后再將采集到色譜柱中的樣品進(jìn)行交換分離，最終選用色譜儀器監(jiān)測(cè)留存的揮發(fā)性有機(jī)物，對(duì)其進(jìn)行分析。高效液相色譜法監(jiān)測(cè)大氣環(huán)境中的揮發(fā)性有機(jī)污染物是對(duì)氣相色譜法的工藝改進(jìn)，因此，其監(jiān)測(cè)結(jié)果更加精準(zhǔn)、高效，靈敏度高，監(jiān)測(cè)的效果更符合實(shí)際。

（四）GC—?dú)庀嗌V監(jiān)測(cè)法

氣相色譜法是揮發(fā)性有機(jī)污染物最為重要的一項(xiàng)監(jiān)測(cè)工藝。氣相色譜監(jiān)測(cè)工藝具有監(jiān)測(cè)靈敏度高、精確度高等優(yōu)勢(shì)，也是大氣環(huán)境中揮發(fā)性有機(jī)污染物監(jiān)測(cè)分析速度較高的一種方法之一。利用氣相色譜監(jiān)測(cè)法監(jiān)測(cè)大氣環(huán)境中的揮發(fā)性有機(jī)污染物，主要包括監(jiān)測(cè)大氣樣品的采集及其測(cè)定兩個(gè)環(huán)節(jié)。其中，采集環(huán)節(jié)主要是利用監(jiān)測(cè)用吸附管采集被監(jiān)測(cè)大氣樣品，再利用吸附管中的吸附劑分離被監(jiān)測(cè)大氣中的污染物，從而實(shí)現(xiàn)留存揮發(fā)性有機(jī)污染物的效果。將留存于吸附管中的有機(jī)揮發(fā)性污染物作為測(cè)定的主要內(nèi)容。利用升溫的方式解吸有機(jī)污染物，再選用氣相色譜儀對(duì)解吸后的污染物進(jìn)行分析監(jiān)測(cè)，從而獲得揮發(fā)性有機(jī)污染物的含量濃度。GC氣相色譜監(jiān)測(cè)法監(jiān)測(cè)大氣中的揮發(fā)性有機(jī)污染物濃度監(jiān)測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)，難以在極短時(shí)間內(nèi)獲得監(jiān)測(cè)效果。且監(jiān)測(cè)中使用大量化學(xué)試劑，監(jiān)測(cè)成本相對(duì)較高。

三、大氣環(huán)境中有機(jī)污染物防治措施

大氣環(huán)境中揮發(fā)性有機(jī)污染物成因眾多，這也無(wú)疑增加了大氣環(huán)境有機(jī)揮發(fā)性污染物的治理難度。目前主要有熱破壞法、光分解法、低溫等離子體-光催化法和超聲波解析法。從防治措施來(lái)看，單一方法難以有效發(fā)揮其應(yīng)有治理效果，也難以實(shí)現(xiàn)根治的效果。因此，針對(duì)大氣環(huán)境中有機(jī)污染物治理的現(xiàn)實(shí)情況，合理選用相應(yīng)的治理方法，或綜合使用，確保預(yù)期實(shí)效。

（一）熱破壞法

熱破壞法處理大氣中的揮發(fā)性有機(jī)污染物，這是一種較為成熟的且應(yīng)用廣泛的處理工藝方法。熱破壞法處理?yè)]發(fā)性有機(jī)污染物包括直接燃燒法和催化燃燒法。熱破壞法處理?yè)]發(fā)性有機(jī)物是利用燃燒過(guò)程中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)中揮發(fā)性有機(jī)物進(jìn)行摧毀和破壞，發(fā)生反應(yīng)，從而降低大氣環(huán)境中的揮發(fā)性有機(jī)污染物含量，從而達(dá)到有效控制污染物的預(yù)期效果。目前，熱破壞法處理?yè)]發(fā)性有機(jī)污染物主要應(yīng)用于低濃度廢氣處理領(lǐng)域，效果較好。但該法需要在特定處理?xiàng)l件，且處理成本較高，需要在后續(xù)的應(yīng)用過(guò)程中不斷優(yōu)化、改進(jìn)。

（二）光分解法

光分解法處理大氣環(huán)境中的揮發(fā)性有機(jī)污染物，主要是利用不同的光照射，以達(dá)到降解大氣環(huán)境中的揮發(fā)性有機(jī)污染物效果，最終實(shí)現(xiàn)預(yù)期處理目的。光分解法處理的工藝原理，即利用各式光的長(zhǎng)時(shí)間照射下，光催化劑會(huì)產(chǎn)生烴基自由基，烴基自由基具有強(qiáng)氧化性，能夠有效降低大氣中的揮發(fā)性有機(jī)污染物含量，使其生成無(wú)機(jī)物。目前，從實(shí)際應(yīng)用的效果來(lái)看，光分解法處理大氣環(huán)境中的揮發(fā)性有機(jī)污染物，具有較高的安全性和可靠性，應(yīng)用廣泛，也是目前實(shí)際應(yīng)用中最受歡迎的一項(xiàng)處理方法。

（三）低溫等離子體-光催化法

基于光分解工藝法的低溫等離子體-光催化法處理?yè)]發(fā)性有機(jī)污染物，已在多個(gè)國(guó)家和地區(qū)得到了成功推廣和應(yīng)用。該項(xiàng)處理技術(shù)集合了低溫等離子體工藝與光催化工藝，實(shí)現(xiàn)了二者的有機(jī)結(jié)合，發(fā)揮兩種工藝方法的優(yōu)勢(shì)最大化。一方面，可有效抑制和稀釋大氣環(huán)境中的揮發(fā)性有機(jī)污染物，另一方面，又具有較好的處理效果，且處理成本低，工藝方法應(yīng)用穩(wěn)定，便于操作。

（四）超聲波解析法

超聲波解析法處理大氣環(huán)境中揮發(fā)性有機(jī)污染物，其原理是利用超聲波發(fā)射所產(chǎn)生的熱量，作為治理大氣環(huán)境中的揮發(fā)性有機(jī)污染物。在熱量中增加吸附劑，使其具有較強(qiáng)的吸附能力，從而達(dá)到提升治理的預(yù)期效果。作為傳統(tǒng)燃燒法與吸附法的結(jié)合工藝技術(shù)，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，活性炭等污染物治理領(lǐng)域中使用超聲波解析法效果最佳，且治理成本較低。

四、結(jié)語(yǔ)

隨著生態(tài)環(huán)境保護(hù)要求越來(lái)越高，為推動(dòng)大氣環(huán)境中揮發(fā)性有機(jī)污染物治理，首先需要選用精準(zhǔn)的監(jiān)測(cè)技術(shù)方法，精準(zhǔn)、快捷、高效地監(jiān)測(cè)大氣環(huán)境中揮發(fā)性有機(jī)污染物濃度，并結(jié)合不同治理工藝的應(yīng)用特點(diǎn)和實(shí)際情況，最大限度地實(shí)現(xiàn)治理效果。目前，可供選用的工藝方法包括回收法、銷(xiāo)毀法和組合法，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)應(yīng)結(jié)合相關(guān)工藝技術(shù)特點(diǎn)，合理做出相應(yīng)選擇。