大氣VOCs 產(chǎn)生途徑追蹤分析與精準防治研究

徐葉凈

（北京綠長城環(huán)?？萍加邢挢熑喂?，北京 102200）

隨著工業(yè)化進程的不斷推進和深化，以往粗放化的工業(yè)發(fā)展所帶來的弊病越發(fā)凸顯。近年來，空氣污染作為工業(yè)化推進流程中最明顯弊端之一越來越受到人們的關(guān)注。其中，大氣揮發(fā)性有機物（VOCs）是造成空氣污染的最重要的前段過程狀態(tài)物。研究表明，隨著中國工業(yè)化和城市化進程的不斷推進，城市空氣中的大氣VOCs 的種類和濃度呈現(xiàn)了時空的差異化特性，這對人們健康生活產(chǎn)生了嚴重的威脅。因此，進行大氣VOCs 的有關(guān)深入研究迫在眉睫。

1 大氣VOCs 的來源分析

通過對中國33 個大中城市進行的不同時間下的空氣指數(shù)測量和相關(guān)的化學(xué)成分分析，發(fā)現(xiàn)組成大氣VOCs 的主要化學(xué)成分總計有56 種之多[1]，含量較多的物質(zhì)具體如表1 所示?？諝馐占椒ㄖ饕腔钚蕴脊芊╗2]，并結(jié)合氣袋采樣法。分析方法主要是對采集的樣本進行氣象色譜分析。在線分析過程中定期對分析系統(tǒng)進行校準，系統(tǒng)校準分為內(nèi)部校準和外部校準，內(nèi)部校準物質(zhì)為正丁烷、苯[3]，外部校準物質(zhì)為56種VOCs 標準物質(zhì)，校準頻率為每月一次，系統(tǒng)的準確度高于90%。經(jīng)過測算，含量占比最多的主要是乙烷、丙烷、正庚烷、正己烷、乙烯等烷烴類物質(zhì)。通過對收集的空氣樣本進行數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)形成VOCs 的主要有燃燒物燃燒、汽車尾氣、化學(xué)制劑揮發(fā)、工業(yè)廢氣等源頭。其中，燃燒物燃燒所形成的VOCs 的種類占比超過50%，質(zhì)量占比超過30%；汽車尾氣形成的VOCs 的種類占比超過45%，質(zhì)量占比超過25%。

表1 大氣VOCs 的主要化學(xué)成分

VOCs 在不同地域、不同時間，其主要成分的種類和濃度均呈現(xiàn)不同的呈現(xiàn)形態(tài)。如表2 所示，就VOCs的時間性來看，濃度維持在高點狀態(tài)的情況主要集中在每年的10 月份到次年的2 月份，原因在于上述時間段天氣較為寒冷，多數(shù)地區(qū)尤其是北方地域開始進行供暖工作，大量的燃料燃燒和熱量排放導(dǎo)致了VOCs的大量排放，同時，由于寒冷天氣的緣故，大量的居民出行選擇汽車代步，因此汽車尾氣的排放也是這個時間段內(nèi)使得VOCs 濃度維持高位的重要原因[4]。VOCs濃度在同一個時間段內(nèi)，每天出現(xiàn)濃度峰值和谷值的時間基本相同，濃度數(shù)值有所差別。經(jīng)過統(tǒng)計，每天出現(xiàn)濃度的峰值狀態(tài)基本維持在日出后的2 h 左右。原因在于上一個自然天的VOCs 尚未消散，第二天由于工業(yè)和汽車尾氣產(chǎn)生的VOCs 與其產(chǎn)生疊加效應(yīng)。經(jīng)過測算統(tǒng)計，峰值質(zhì)量濃度范圍在30 μg/m3～40 μg/m3。每天出現(xiàn)濃度谷值的時間基本出現(xiàn)在日落前2 h～3 h 左右，質(zhì)量濃度在5 μg/m3～15 μg/m3。原因在于VOCs 有一定的耗散作用，而在此刻后出現(xiàn)濃度上升的原因在于晚高峰的到來使得汽車尾氣的排放量加大。以00：00 為起點計算的一天的VOCs 的質(zhì)量濃度變化范圍基本在5 μg/m3～40 μg/m3。

表2 各季節(jié)平均濃度最高的VOCs 種類及比例%

2 大氣VOCs 的來源評估分析

根據(jù)33 個城市的空氣樣本的實驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計并進行整理，將相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)編入PMF3.0 進行運行解析，模擬計算進行的技術(shù)點連接流程，如圖1 所示。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，4 個模糊狀態(tài)因子。對于因子1 來說，其貢獻最大的揮發(fā)性有機物為正丁烷和異丁烷，對乙烷和乙烯的貢獻率為0，對芳香烴也產(chǎn)生了較大的移動貢獻率。通過對比最高幾項有效成分，可以確定該項因子為機動車尾氣；對于因子2 來說，其貢獻率最高的物質(zhì)丙烷，對乙烷和甲苯的貢獻率為0，通過對比最高幾項有效成分，可以確定該項因子為化學(xué)制劑的揮發(fā)[5]；對于因子3 而言，其貢獻率順序為乙烯、乙烷、、順-2-丁烯、異戊烷、異丁烷、苯、甲苯。其中苯、甲苯、二甲苯作為特征污染物在整體比重較大。確定因子3 為工業(yè)廢氣；對因子4 而言，其貢獻最大是乙烷、乙烯、鄰二甲苯、間/對二甲苯、丙烷、苯、環(huán)戊烷、甲苯、丙烯。我國的能源結(jié)構(gòu)主要是以煤炭為主，因此燃燒源也主要是以燃燒煤炭所產(chǎn)生的氣體為主，煤炭燃燒的氣體中高碳鏈中正構(gòu)烷烴所占比例很大，本研究的樣本測試數(shù)據(jù)的模擬結(jié)果顯示苯/ 甲苯比例為1.015＞1，明顯高于移動源，因此確定因子4 為燃燒源。

圖1 分析處理技術(shù)點連接圖

3 精準化管控措施

大氣揮發(fā)性有機物的主要組成成分較多，源頭復(fù)雜，且濃度分布呈現(xiàn)明顯時空差異[6]。要想對VOCs 從根本上進行有效的管控，必須實現(xiàn)對其源頭和分布途徑的精準化調(diào)控與系統(tǒng)性調(diào)節(jié)。經(jīng)過上述的源頭分析可知，造成大氣VOCs 的源頭主要是燃燒污染物的排放，汽車尾氣，工業(yè)廢氣和化工有機物的揮發(fā)。因此，需要對4 個源頭開展精準化的防控措施。

對于燃燒物燃燒導(dǎo)致的VOCs，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，其主要的燃燒源頭有工業(yè)燃煤、居民個體燃煤、農(nóng)作物秸稈燃燒等?；谏鲜鲈搭^，對燃燒物燃燒導(dǎo)致的VOCs，其主要在于減少工業(yè)和個體燃煤量，如通過減少以燃煤為能量供應(yīng)的工業(yè)和個體的供應(yīng)數(shù)量，提升天然氣和電能在相關(guān)企業(yè)和個體的供能比例，實現(xiàn)天然氣和電能對化學(xué)燃燒供能的等量替代。

對于汽車尾氣引起的VOCs，應(yīng)加大對VOCs 濃度高峰期的道路行車數(shù)量的調(diào)控力度，減少非必要的路上燃油汽車的數(shù)量[7]。據(jù)研究表明，汽車在怠速時期所排放的VOCs 數(shù)量是正常時速行駛的3 倍以上，所以應(yīng)減少大量汽車的怠速時長，提升城市道路的暢通程度。同時，應(yīng)該提升燃油品質(zhì)，減少因燃油燃燒不充分或者燃燒效果不理想導(dǎo)致的VOCs 的排放。并且加大混動型汽車和電動汽車的市場占有比例，加快推出新型能源車輛，減少汽車尾氣導(dǎo)致的VOCs 的排放。

對于化工揮發(fā)物和工業(yè)廢氣導(dǎo)致的VOCs 的排放，應(yīng)進行細化分析。減少甚至取締粗放式、外露式的化工處理流程和平臺以及落后的工業(yè)化產(chǎn)能，努力實現(xiàn)化工和其他工業(yè)產(chǎn)物和流程的集中化和密閉化的處理。同時加大化工和其他工業(yè)行業(yè)等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新力度，努力實現(xiàn)處理過程的創(chuàng)新，實現(xiàn)從根源上減少化工揮發(fā)物和工業(yè)廢氣所導(dǎo)致的VOCs 排放。

對于上述的防控政策的開展和實施，應(yīng)該因地制宜，根據(jù)不同的地域、時間和產(chǎn)業(yè)特點開展細化的對應(yīng)措施。如在工業(yè)產(chǎn)業(yè)較少，但是汽車保有量巨大的城市，應(yīng)該著重加大在汽車上路量的高峰期時刻的限行力度、減少堵車等情況。對于工業(yè)產(chǎn)業(yè)較為集中的城市，要重點實現(xiàn)工業(yè)產(chǎn)業(yè)的過剩產(chǎn)能的化解，提升工業(yè)處理工藝，減少VOCs 的排放。由于空氣的對流和擴散效應(yīng)，為了實現(xiàn)整體的城市群間的VOCs 的有效防控，應(yīng)該實現(xiàn)城市和城市群間關(guān)于空氣污染防控措施的聯(lián)動效應(yīng)。

4 結(jié)論

由于城市化和工業(yè)化進程在時間上的累積和不斷推進，所導(dǎo)致的大氣可揮發(fā)性產(chǎn)物的空氣污染問題日益嚴重，越來越引起學(xué)者們的關(guān)注。開展VOCs 的排放的防控治理，不僅要進行各源頭的精細化的防控措施，還要進行不同源頭的防控措施的協(xié)調(diào)聯(lián)動，同時進行不同城市和城市群的防控措施的協(xié)調(diào)配合，以實現(xiàn)VOCs 的有效防治。