試析大氣中VOCs的監(jiān)測和治理方法

黃玉娥，李小亮

（1.武漢清達環(huán)保科技有限公司，湖北 武漢 4 300002；2.武漢網綠環(huán)境技術咨詢有限公司，湖北 武漢 430000）

根據(jù)世界衛(wèi)生組織定義，VOCs為揮發(fā)性有機物，指的是在常壓下，沸點50 ℃～260 ℃的各種有機化合物，包含了鹵代烴類、含氧有機化合物、非甲烷碳氫有機化合物等，對人體和環(huán)境有著嚴重的危害。在大氣環(huán)境監(jiān)測和治理工作中，針對VOCs采取了相關的技術和方法，例如高效液相色譜法、質子轉移反應質譜技術、熱破壞和生物分解技術等，根據(jù)監(jiān)測環(huán)境的實際情況，采取合適的技術措施，同時建立完善的保障機制，加強對監(jiān)測治理過程的監(jiān)督管理，合理應用各項監(jiān)測技術，提高監(jiān)測治理的效率，有效控制大氣中的VOCs污染。

1 大氣中VOCs的來源和危害

1.1 來源

大氣中的VOCs主要來源于人為源和天然源。人為源主要包括人類生產生活涉及的一些活動，分為固定源、流動源和無組織排放源。固定源主要為工業(yè)廢氣、化工金屬冶煉、石油儲存等，流動源指所有和機動車、船、飛機等交通工具相關的排放。無組織源排放包括汽油油漆等的揮發(fā)、生物質燃燒[1]。天然源主要指的是自然界中植物排放、森林草原火災、火山噴發(fā)等。

1.2 危害

VOCs組成十分復雜，其中包含多種突變物質及致癌物質，如苯、多環(huán)芳烴、芳香胺、樹脂化合物、醛和亞硝胺等有害物質對機體有致癌作用或者產生真性瘤作用。同時，VOCs對環(huán)境也造成一定的影響，VOCs在陽光照射下，與大氣中氮氧化合物、碳氫化合物與氧化劑發(fā)生光化學反應，生成光化學煙霧[2]。此外，VOCs還是生成PM2.5等二次污染物的重要前體物，容易引發(fā)一些惡劣天氣，如導致復合型天氣污染，誘發(fā)灰霾等。

2 監(jiān)測和治理大氣中VOCs的意義

2.1 有利于長線管理大氣中的VOCs

在城市經濟發(fā)展過程中，工業(yè)生產、人類活動增加了大氣中VOCs的含量，而它在紫外線的照射下會發(fā)生復雜的化合反應，最終增加平流層的臭氧含量，在城市中形成光化學煙霧，影響了人們的身體健康[3]。因此相關部門開展對大氣中VOCs的監(jiān)測和治理工作，制定針對性的監(jiān)測和治理方案，借助各類技術設備，采取動態(tài)監(jiān)測工作，獲取實時的數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)長線管理，構建科學合理的管理體系，有效控制VOCs污染。

2.2 有利于改善大氣整體環(huán)境問題

大氣中VOCs的增加降低了大氣環(huán)境質量，威脅到人們的身體健康和動植物的生長。因此針對現(xiàn)有的大氣環(huán)境狀況開展監(jiān)測和治理工作，將重點放在人們生活、工業(yè)發(fā)展、自然環(huán)境等多個方面，加強對源頭的監(jiān)測和治理。全面監(jiān)測體系的運行下，便于相關部門掌握城市中VOCs的變化情況，采取恰當?shù)闹卫矸椒?，有效降低大氣中VOCs的含量，控制VOCs的污染，改善大氣整體環(huán)境問題。

3 大氣中VOCs的監(jiān)測和治理過程中存在的問題

3.1 缺乏完善的監(jiān)管機制

我國在大氣中VOCs的監(jiān)測和治理技術方面的研究管理等起步比較晚，并未建立專門的監(jiān)測管理制度，因此，對于VOCs的監(jiān)管機制不完善。首先是缺乏責任制。在VOCs的監(jiān)測和治理方面，責任劃分不明確，相關部門存在工作交叉重疊的情況[4]。其次，管理制度不健全。針對VOCs監(jiān)測治理缺乏完善的標準體系，包括排放控制標準和監(jiān)測分析標準。例如在排放標準中并未涉及容易造成光化學煙霧污染的揮發(fā)性烷烴、烯烴等控制要求。在涉及的行業(yè)標準中也缺乏一些重點行業(yè)，例如有機化工、涂料、制藥等的排放標準。在監(jiān)測分析標準中，現(xiàn)有的標準中并不能應對環(huán)境空氣中的VOCs的全面監(jiān)測。針對不同環(huán)境不同污染源的VOCs標準分析體系還需進一步完善，無法為管理人員提供足夠的依據(jù)，而且工作標準不一致會影響到監(jiān)督和治理措施的落實，最終影響到大氣環(huán)境質量。

3.2 工作人員素質參差不齊

在VOCs監(jiān)測和治理工作中，相關部門一般會選擇第三方監(jiān)測機構，由于市場監(jiān)管不到位，一些第三方監(jiān)測機構的資質不高，現(xiàn)有的技術人員綜合素質參差不齊，在實際的工作中缺乏足夠的經驗，無法靈活地處理一些突發(fā)問題。技術人員缺乏新技術新觀念的應用，無法滿足現(xiàn)階段VOCs監(jiān)測和治理工作的需求。

3.3 缺乏資金支持

開展大氣中VOCs的監(jiān)測和治理工作需要投入大量人力物力財力，但是有些地區(qū)地方財政壓力大，環(huán)境監(jiān)測治理專項資金有限，資金的分配比例也并不合理，缺乏足夠資金支持，無法支撐先進技術等的應用，影響到VOCs的監(jiān)測和治理工作進程。

4 大氣中VOCs的監(jiān)測方法

4.1 氣相色譜法

氣相色譜法具有極高的精確度和靈敏度，能夠快速分析大氣中的VOCs，在VOCs監(jiān)測中的應用十分廣泛。在監(jiān)測工作中可以與電子捕獲檢測器光離子化檢測器等結合使用，針對不同的VOCs采取不同的檢測器。氣相色譜技術主要分為兩個階段，第一階段開展樣品采集工作，可以采用吸附采樣法，吸附采樣法主要是針對低濃度VOCs開展監(jiān)測工作，使用固體吸附劑吸附樣本。在選擇吸附劑時，還需要考慮到所吸附化合物的性質。吸附結束后分離出VOCs，做好保存工作。第二階段是樣品測定，解吸VOCs利用氣相色譜儀器進行分析監(jiān)測[5]。近些年隨著技術水平的不斷提升，人們不斷地將新技術引入到氣相色譜技術中，提高了它的準確鑒定能力。

4.2 質子轉移反應質譜技術

該技術主要由離子源、漂流管和離子檢測系統(tǒng)組成，利用漂浮模型和電離子監(jiān)測大氣中的VOCs，該技術具有較高的靈敏度、清晰度和較快監(jiān)測速度，廣泛地應用于環(huán)境監(jiān)測汽車尾氣，工業(yè)廢氣等多項研究領域。樣品檢測前需要離子化揮發(fā)性有機物的樣品，產生的離子進入到漂流管末端的治理檢測期中開展檢測工作[6]。該技術簡化了傳統(tǒng)的樣本采集監(jiān)測過程，在整個過程很少受到干擾離子的影響，缺點是難以區(qū)分同分異構體。

4.3 高效液相色譜法

高效液相色譜法與氣相色譜技術有一定的相同之處，兩者的區(qū)別是前者的液體屬于流動相，在應用過程中可以采取高壓輸液系統(tǒng)，把樣品中的不同極性的單一溶劑或者不同比例的混合溶劑等流動相裝入到色譜柱中，在色譜柱中交換分離采集到的樣品，最終將其中的VOCs放入到色譜儀器中開展監(jiān)測分析工作[7]。該技術靈敏度高，選擇性好，對空氣中的醛酮類化合物和類似的揮發(fā)性有機物有著良好的檢測效果。

4.4 富集監(jiān)測技術

該方法屬于離線方法，通過濃縮有機化合物，能夠提高整個采樣過程的工作效率。監(jiān)測人員可以借助于吸附管提取濃縮后的有機物，用于監(jiān)測工作中。能夠提高結果的準確性，降低整體監(jiān)測的成本，該技術應用廣泛，適用性強，缺點是只適合揮發(fā)性較低的化合物。

5 大氣中VOCs的治理方法

5.1 吸附法

目前吸附法是治理VOCs污染最常用的方法之一。其原理是利用吸附劑對廢氣進行凈化，該方法成本較低、操作簡便而且不會產生二次污染，對VOCs污染的治理效率相對較高，因此在污染治理領域得到了廣泛的應用。

5.2 膜分離法

膜分離技術在工業(yè)VOCs污染治理領域中應用較廣。目前常見的膜分離技術主要有蒸汽滲透、氣體膜分離、膜接觸器等等。膜分離技術是當前VOCs污染治理中的熱門技術，對于相關膜材料的研發(fā)和制備等等均處于發(fā)展中。

5.3 電暈法

電暈指的是帶電體表面在氣體或液體介質中發(fā)生局部放電的現(xiàn)象，它能夠產生臭氧和氧化氮的物質。該技術在常溫常壓下，能夠產生非平衡等離子體，進而產生大量的高能電子和活性粒子，能夠有效分解VOCs中的有害成分，控制其對大氣環(huán)境的危害。

5.4 生物氧化法

生物氧化法指的是借助于微生物的氧化代謝消化等作用有效降解或分解大氣中的VOCs，將其轉化為微生物生長所需的營養(yǎng)物質[8]。和傳統(tǒng)技術相比，該技術的成本低，安全性能高，而且便于管理。缺點是設備太大、效率低、微生物生長的條件比較苛刻、周期長等。

5.5 熱破壞技術

熱破壞技術在VOCs的治理中的應用十分廣泛，主要包括催化燃燒和直接燃燒兩種。熱破壞法可以很好地應用于低濃度的揮發(fā)性有機廢氣的處理工作中，直接燃燒處理效率可達99%[9]。催化燃燒的催化劑主要有金屬、金屬鹽等處理成本比較高，這些年隨著技術水平的不斷提升，催化劑的研究也取得了一定的進步，使得催化燃燒技術相對穩(wěn)定成熟。該技術主要是利用催化燃燒、直接燃燒的熱裂解和熱分解、氧化技術等，破壞VOCs，從而降低大氣中有機物的含量，有效控制VOCs的危害性。

5.6 光分解技術

光分解治理技術指的是運用不同的光的照射來降解大氣中的VOCs，它的原理是光催化劑在光照直射條件下能夠產生具有強氧化性的羥基自由基，從而降解揮發(fā)性有機物，經過一系列化學反應產生無污染的無機物、水和二氧化碳。該技術具有較高的可靠性和安全性，在治理工作中的應用比較廣泛。

5.7 超聲波解吸法

超聲波解吸法主要使用超聲波發(fā)射過程中產生的熱量，有效治理大氣中的VOCs。這些熱能能夠增加吸附劑的解吸能力，達到良好的去污解吸效果。該技術在聚合樹脂和活性炭的污染物去除工作中有著良好的效果，治理速度比較快，治理成本低。在實際的應用中，該技術被認為是焚燒技術和傳統(tǒng)吸附技術的結合體，但應用效果更為理想。

5.8 低溫等離子體—光催化技術

該技術是在光催化技術基礎上進一步研發(fā)的相關治理技術，該技術在治理含有氮、硫物質的廢氣時有著良好的處理效果。通過低溫等離子體與光催化技術的結合，不僅能夠優(yōu)化兩種技術的效能，還能提高處理效果，抑制在處理過程中產生的副產物，具有較高的經濟效益和環(huán)保效益[10]。該技術具有成本低見效快的特點，因此在治理工作中的應用也比較廣泛。

6 VOCs監(jiān)測治理技術應用效果的優(yōu)化措施

6.1 完善監(jiān)測治理的監(jiān)管機制

為了提高大氣中VOCs監(jiān)測治理效率，充分發(fā)揮各項技術的優(yōu)勢，地方政府需要完善監(jiān)測治理的監(jiān)管機制，細化規(guī)章制度，完善監(jiān)測標準，加強對VOCs監(jiān)測和治理的監(jiān)督控制，實現(xiàn)預期的目標。首先建立責任制，細化各部門的具體職責。在責任制的支持下，將工作任務落實到具體的人身上，出現(xiàn)問題及時追責，這一形式能夠提高各部門的重視程度，積極交流，共享資料，加強配合，開展協(xié)同管理，提高VOCs監(jiān)測和治理的效率。其次細化管理制度，明確監(jiān)測和治理的各項工作內容，完善監(jiān)測標準，能夠為監(jiān)測和治理工作提供一定的指導，規(guī)范工作人員的行為，實現(xiàn)預期目標。

6.2 拓展VOCs監(jiān)測技術的應用空間

為了提高VOCs監(jiān)測效率，減少監(jiān)測過程中樣品的損失，相關部門需要積極拓展VOCs監(jiān)測技術的應用空間，提高技術的使用效果。首先要加強對技術的研發(fā)創(chuàng)新。成立專項資金加大對技術研發(fā)的投入力度，在足夠資金的支持下，進一步優(yōu)化監(jiān)測技術，提高技術的靈敏性和靈活性，解決以往技術中存在的各類問題。其次是要加強監(jiān)測技術管理。在正式監(jiān)測前需要根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，選擇恰當?shù)谋O(jiān)測技術綜合考慮，選擇成本低，速度快，靈敏度高的監(jiān)測技術。第三，采用在線監(jiān)測技術。在線監(jiān)測技術能有效采集大氣中的VOCs，避免在這個過程中的各類影響因素。在監(jiān)測前進行離子化處理，運用相關設備便可監(jiān)測這些離子狀態(tài)的氣體，獲得動態(tài)的數(shù)據(jù)信息。該技術靈敏度高、速度快、分析時間短，能夠保證結果的準確性。

6.3 監(jiān)測技術的綜合應用

在選擇使用監(jiān)測技術時，工作人員需要充分了解現(xiàn)場的實際情況，采取正確的方法，加強對整個過程的控制。首先在采樣工作中需要合理地使用吸附采樣法。做好市場調查工作綜合對比吸附劑的應用情況，同時考慮到VOCs濃度和吸附化合物的性質，選擇性價比高的吸附劑。其次要把握吸附過程中的各項要點做好控制工作。例如要考慮到吸附劑的整體性能，注意整個過程的穩(wěn)定性。要簡化操作流程并規(guī)范整個操作。第三，合理使用全量空氣采樣法，保障整個采集過程中樣品的質量符合監(jiān)測需求。第四要做好對采樣設備的管理，工作優(yōu)化設備的選擇，應提前調試檢驗，確保其符合采樣工作的需求。通過從這些措施入手，進一步優(yōu)化監(jiān)測技術，發(fā)揮該技術的價值和效用，提高監(jiān)測效率。

6.4 加強市場監(jiān)管

加強對第三方監(jiān)測機構的市場監(jiān)管，嚴格準入機制，審查第三方監(jiān)測機構的資質，完善相關的規(guī)章制度和法律體系，對第三方監(jiān)測機構形成一定的引導和制約，提高企業(yè)資質水平。環(huán)保部門在選擇第三方監(jiān)測機構時，需要檢查他們的資質和合格證書，引進高素質的技術團隊，為監(jiān)測和治理工作提供人才支持，消除人為因素的影響。

7 結語

綜上所述，大氣中VOCs的增加會對大氣環(huán)境、生態(tài)環(huán)境以及人類的身體健康帶來一定的影響，因此相關部門需要提高對VOCs監(jiān)測治理的重視程度。在監(jiān)測過程中可以采用氣相色譜技術、在線監(jiān)測技術、高效液相色譜技術等，在治理工作中可以采用熱破壞、生物治理、光分解等治理技術。通過這些技術的結合應用，實現(xiàn)預期的治理目標。同時在這一過程中加強監(jiān)管機制的建設，拓展技術的應用空間，實現(xiàn)技術綜合應用，構建完善體系，加強監(jiān)督管理，有效解決以往工作中存在的各類問題，提高VOCs監(jiān)測治理效率。