淺談VOCs對(duì)環(huán)境空氣中臭氧的影響

薛粟尹，周琪超

（1.遵義市紅花崗區(qū)生態(tài)環(huán)境污染防治中心，貴州 遵義 564200；2.貴州甕福開磷氟硅新材料有限公司，貴州 貴陽 550300）

大氣環(huán)境健康安全是人類生活生產(chǎn)的基礎(chǔ)保障，揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）是一類能夠參與大氣光化學(xué)反應(yīng)的化合物總稱，對(duì)大氣環(huán)境安全有危害性影響，是環(huán)境污染防治工作的重點(diǎn)。現(xiàn)階段，VOCs監(jiān)測(cè)和管理面臨一些挑戰(zhàn)，一方面是揮發(fā)性有機(jī)物的來源日益廣泛，除了來自自然界，人為造成的污染物排放也是導(dǎo)致大氣環(huán)境VOCs危害的重要來源；另一方面，揮發(fā)性有機(jī)物本身是化合物的總稱，在不同的地區(qū)、不同的時(shí)間段內(nèi)VOCs組分并不是固定不變的，組成情況復(fù)雜，其物理和化學(xué)性質(zhì)也有較大差異。為此，加強(qiáng)大氣環(huán)境中的VOCs組分濃度的監(jiān)測(cè)，持續(xù)加強(qiáng)VOCs污染源監(jiān)控能力，是控制大氣環(huán)境中VOCs污染來源并降低VOCs對(duì)環(huán)境危害的重要途徑[1]。

1 大氣中VOCs的來源及危害

大氣中的VOCs污染包含很多種有機(jī)化合物，如烷烴類、烯烴類、炔烴類、芳香烴類、含氮有機(jī)物、含氯有機(jī)物、含氧有機(jī)物、含硫有機(jī)物等。VOCs物質(zhì)是大氣PM2.5的重要前體，對(duì)大氣環(huán)境有嚴(yán)重危害。

大氣中的VOCs來源很多，一部分是自然排放，自然排放的來源主要包括林場(chǎng)、草場(chǎng)、植物、濕地、動(dòng)物等，如自然界森林火災(zāi)、火山活動(dòng)等造成揮發(fā)性物質(zhì)產(chǎn)生，另一部分是人為排放，人為排放的來源主要包括工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活等，如工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢氣排放、汽車燃油尾氣排放、煙花爆竹燃放產(chǎn)生的廢氣排放、建筑揚(yáng)塵、裝飾涂料、光化學(xué)煙霧等[2]。

工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢氣中攜帶的VOCs危害最嚴(yán)重，一旦工業(yè)廢氣的濃度很高，會(huì)直接引發(fā)急性中毒事故，工業(yè)產(chǎn)生的有機(jī)廢氣中經(jīng)常包括苯、芳香胺、有機(jī)氮等化合物，這些含有高濃度有機(jī)物的廢氣具有很強(qiáng)的致癌性，一旦進(jìn)入到人體后將直接導(dǎo)致人體細(xì)胞代謝程序紊亂，蛋白質(zhì)凝固變形?？傊琕OCs對(duì)人體生理機(jī)能正常運(yùn)行有很大危害，會(huì)造成身體免疫力低下，誘發(fā)身體細(xì)胞癌變，導(dǎo)致嚴(yán)重的病癥甚至死亡。VOCs對(duì)動(dòng)物和很多植物的生長(zhǎng)也有不利影響，給生態(tài)系統(tǒng)健康帶來危害。除了對(duì)人體和動(dòng)物的生命健康帶來危害以外，一部分揮發(fā)性有機(jī)物進(jìn)入到大氣環(huán)境后，會(huì)破壞臭氧層，造成更加嚴(yán)重的溫室效應(yīng)，導(dǎo)致極端天氣，災(zāi)害頻發(fā)。

揮發(fā)性有機(jī)物引發(fā)的二次污染危害也十分嚴(yán)重。PM2.5、臭氧等二次污染與揮發(fā)性有機(jī)物都脫不開關(guān)系。揮發(fā)性有機(jī)物是上述環(huán)境污染事故的前體物質(zhì)，會(huì)引發(fā)霧霾、光化學(xué)煙霧等大氣環(huán)境問題。近年來，我國(guó)工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度加快，城市快速發(fā)展的同時(shí)對(duì)能源的消耗量也在增大。各地區(qū)以區(qū)域?yàn)樘卣鞯拇髿馕廴粳F(xiàn)象日益突出，在更廣的范圍內(nèi)出現(xiàn)區(qū)域內(nèi)空氣污染現(xiàn)象，發(fā)生大氣環(huán)境污染的頻率也在增加，這些都對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展不利，對(duì)人們的生命健康造成威脅。

臭氧污染是大氣環(huán)境污染的重要類型，這種污染是VOCs中的氮氧化合物和碳?xì)浠衔镌谧贤饩€的作用下發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致臭氧生成，濃度增加，引發(fā)大氣光化學(xué)煙霧的現(xiàn)象。光化學(xué)煙霧中，臭氧是典型的污染物。隨著臭氧濃度的增加，還會(huì)引發(fā)一系列復(fù)合型污染[3]，如酸雨、霧霾等，嚴(yán)重危害到人類的生命健康和動(dòng)植物正常生長(zhǎng)。一旦條件適宜，VOCs中的有害物還會(huì)和氧化劑、三氧化氮、臭氧等發(fā)生二次反應(yīng)，通過凝結(jié)、吸附、氧化等過程形成顆粒物，轉(zhuǎn)化成PM2.5。

2 大氣中臭氧污染特征及來源

現(xiàn)階段，大氣環(huán)境空氣質(zhì)量污染呈現(xiàn)復(fù)雜化特征，原來的顆粒物逐漸轉(zhuǎn)化成臭氧污染。臭氧污染特征受到很多因素的影響。城市產(chǎn)業(yè)分布差異會(huì)使城市大氣中臭氧濃度呈現(xiàn)空間分布差異性的特征。氣象要素對(duì)大氣中臭氧污染特征也有影響，如風(fēng)向、風(fēng)速、風(fēng)頻等。在臭氧重度污染的季節(jié)或時(shí)間段，風(fēng)速和臭氧超標(biāo)時(shí)段整體呈現(xiàn)出正相關(guān)性。大氣溫度變化對(duì)臭氧污染也會(huì)有影響，夏季氣溫增長(zhǎng)較快的時(shí)段，大氣中臭氧濃度受到溫度的影響更明顯，與風(fēng)速之間的相關(guān)性減弱。此外，導(dǎo)致臭氧生成潛勢(shì)較高的碳三、碳四、碳五烷烴或烯烴、苯乙烯、三甲苯等有機(jī)物對(duì)臭氧污染濃度變化也有影響。

臭氧污染主要是人為造成的污染源，包括石油化工行業(yè)、醫(yī)藥制造行業(yè)、化學(xué)制品制造行業(yè)、交通行業(yè)中燃油車尾氣排放、涂料農(nóng)藥等溶劑使用、煤炭燃燒等，其中石油化工源占比最高。污染物來源是國(guó)家重點(diǎn)監(jiān)管的行業(yè)，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的甲苯類、二氯乙烷等有機(jī)物導(dǎo)致臭氧濃度增加。醫(yī)藥制造行業(yè)、化學(xué)制品制造行業(yè)以及紡織業(yè)、非金屬礦物制品業(yè)等其他工業(yè)源中的乙醛、丁醛、苯甲醛、乙酸乙烯酯等是臭氧污染的第二類來源。雖然近年來新能源汽車的應(yīng)用率增加，但是燃油汽車在交通行業(yè)車輛總數(shù)中占比較大，VOCs的排放量也較高。建筑涂料、工業(yè)涂裝、農(nóng)藥使用等溶劑產(chǎn)生VOCs，如二氯甲烷、三氯甲烷、正己烷等，導(dǎo)致大氣環(huán)境發(fā)生臭氧污染。工業(yè)鍋爐、散煤燃燒時(shí)，煤炭原料釋放出乙烯、丙烯、甲苯、乙烷、丙烷等VOCs，造成臭氧環(huán)境[4]。

3 大氣中VOCs污染治理技術(shù)要點(diǎn)

3.1 熱破壞技術(shù)

利用燃燒的方式對(duì)VOCs進(jìn)行破壞，如直接燃燒、催化燃燒，對(duì)化合物進(jìn)行熱分解和氧化反應(yīng)，破壞有機(jī)揮發(fā)物的組分使其氧化分解，降低VOCs的濃度，減少污染物的危害性。該技術(shù)針對(duì)低濃度的VOCs具有較好的效果，如采用直接燃燒的方式對(duì)VOCs進(jìn)行分解氧化，可達(dá)到99%的處理效果。催化燃燒適用于含有金屬的VOCs治理。通過選擇適宜的催化劑，提高催化穩(wěn)定性和催化效率，保證VOCs的處理效率。

3.2 電暈技術(shù)

利用帶電體放電性促使VOCs中的物質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)，通常發(fā)生放電的介質(zhì)為氣體或液體，對(duì)臭氧、氮氧化物具有良好的治理效果。帶電體的制備采用高壓脈沖裝置得到非平衡等離子體，產(chǎn)生的高能電子和活性帶電粒子局部放電，實(shí)現(xiàn)VOCs有害成分的氧化分解，促進(jìn)無害化進(jìn)程。

3.3 光氧化分解技術(shù)

利用光的能量或者在光催化劑的作用下使VOCs的有害物質(zhì)氧化分解。光催化劑在該技術(shù)應(yīng)用中發(fā)揮著重要作用。在光的照射下，催化劑產(chǎn)生羥基自由基，具有很強(qiáng)的氧化性，能夠?qū)OCs的有害物進(jìn)行氧化分解，產(chǎn)生無害的無機(jī)物、二氧化碳、水。由于光在氣相中分子擴(kuò)散能力強(qiáng)，因此該技術(shù)具有良好的反應(yīng)速率，對(duì)VOCs的分解效率高，是一種應(yīng)用十分普遍的治理技術(shù)。實(shí)際應(yīng)用中，光催化分解技術(shù)和低溫等離子技術(shù)結(jié)合應(yīng)用的情況越來越多。低溫等離子技術(shù)可以彌補(bǔ)光催化分解技術(shù)的不足，抑制過程中副產(chǎn)物的產(chǎn)生，降低能耗，提高治理效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能效益。

3.4 超聲解吸技術(shù)

利用超聲原理對(duì)VOCs的有害物進(jìn)行分解，超聲波產(chǎn)生的熱能可以增加吸附劑的解吸能力，解吸過程中需要的能量低，解吸速度快，具有良好的治理效果。在實(shí)際應(yīng)用中，吸附材料的選擇十分重要。吸附材料孔隙堵塞會(huì)影響材料的使用壽命，進(jìn)而導(dǎo)致維護(hù)成本增加。實(shí)際中一般將該技術(shù)和其他技術(shù)結(jié)合應(yīng)用，如超聲解吸技術(shù)和熱破壞技術(shù)相結(jié)合，具有更好的綜合性能[5]。

4 臭氧應(yīng)急期間的VOCs管控分析

4.1 完善大氣環(huán)境治理監(jiān)管體系

對(duì)大氣環(huán)境監(jiān)管技術(shù)體系進(jìn)行強(qiáng)化。積極應(yīng)用衛(wèi)星遙感技術(shù)、多參數(shù)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)技術(shù)、近地機(jī)載觀測(cè)技術(shù)、無人機(jī)技術(shù)等提高大氣環(huán)境監(jiān)管滲透率，覆蓋到人為難以抵達(dá)的現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域，對(duì)大氣污染進(jìn)行原因排查。要加強(qiáng)對(duì)大氣環(huán)境污染關(guān)鍵技術(shù)的研究，更準(zhǔn)確高效地識(shí)別不同區(qū)域大氣環(huán)境污染排放的實(shí)際情況，精準(zhǔn)定位污染源。配備現(xiàn)代化大氣污染排放設(shè)施，安裝計(jì)量裝置、分散監(jiān)控裝置、視頻監(jiān)控裝置等，確保企業(yè)污染物治理設(shè)施運(yùn)行情況良好，保證對(duì)企業(yè)生產(chǎn)過程中污染物排放情況的有效監(jiān)測(cè)。加強(qiáng)VOCs現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)法設(shè)備技術(shù)研究，為大氣環(huán)境治理監(jiān)督工作提供強(qiáng)大支持。提高企業(yè)污染物排放自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，嚴(yán)格對(duì)照轄區(qū)內(nèi)重點(diǎn)排污單位清單對(duì)企業(yè)是否安裝污染物排放自動(dòng)監(jiān)控設(shè)施進(jìn)行查看，完善自動(dòng)檢測(cè)數(shù)據(jù)執(zhí)法的應(yīng)用規(guī)范和應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。加強(qiáng)對(duì)大氣環(huán)境執(zhí)法裝置建設(shè)的執(zhí)法力度，確保大氣環(huán)境執(zhí)法裝置符合大氣環(huán)境治理監(jiān)管建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化要求。完善大氣環(huán)境治理監(jiān)管裝置的應(yīng)用機(jī)制和相關(guān)配套方法、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，提高現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)法的科學(xué)性和高效性。積極應(yīng)用人工智能技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)和云計(jì)算技術(shù)，構(gòu)建現(xiàn)代化大氣環(huán)境治理監(jiān)管應(yīng)用體系，強(qiáng)化多來源多數(shù)據(jù)的整合和分析，提高大氣環(huán)境監(jiān)管數(shù)據(jù)應(yīng)用效率。利用大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計(jì)算等現(xiàn)代化技術(shù)提高預(yù)警能力，對(duì)破壞大氣環(huán)境的違法行為進(jìn)行分析判定，提高分級(jí)分類管控能力。

4.2 對(duì)城市的工業(yè)企業(yè)進(jìn)行專項(xiàng)檢查

一是督促工業(yè)企業(yè)按照法規(guī)對(duì)VOCs的管理制度進(jìn)行完善，建立詳細(xì)操作規(guī)程，保證自行監(jiān)測(cè)認(rèn)真有效。二是根據(jù)企業(yè)自身的污染物排放特點(diǎn)，在生產(chǎn)工藝中加強(qiáng)密閉設(shè)備應(yīng)用，有效收集工藝生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢氣，在非取用狀態(tài)下保持容器密閉性，對(duì)VOCs實(shí)行應(yīng)收盡收。三是環(huán)保部門結(jié)合企業(yè)的生產(chǎn)特點(diǎn)，積極推進(jìn)原料替代技術(shù)，建議企業(yè)選用低VOCs含量或低潛在產(chǎn)生率的原輔材料，在原料采購環(huán)節(jié)加強(qiáng)對(duì)質(zhì)量組分的檢驗(yàn)，從生產(chǎn)源頭端把控環(huán)保關(guān)卡，減少VOCs的產(chǎn)生和排放。四是對(duì)企業(yè)現(xiàn)有的廢氣處理工藝設(shè)施進(jìn)行評(píng)價(jià)。鼓勵(lì)企業(yè)采用多種治理技術(shù)的組合工藝，提高對(duì)VOCs的處理效率。針對(duì)企業(yè)生產(chǎn)中排放VOCs的組分、濃度、溫濕度以及生產(chǎn)工況，合理選擇適宜的污染物治理技術(shù)。如低濃度、大風(fēng)量的廢氣，可采用沸石吸附、減風(fēng)增濃等濃縮技術(shù)，以提高VOCs的治理效果。廢氣濃度較高，可進(jìn)行溶劑回收，如果難以回收，可利用熱分解技術(shù)、低溫等離子技術(shù)進(jìn)行處理。對(duì)于惡臭異味，可利用光氧化分解技術(shù)。通過強(qiáng)化廢氣處理工藝設(shè)計(jì)，滿足廢氣治理技術(shù)規(guī)范的要求。五是督促企業(yè)規(guī)范廢氣采樣平臺(tái)，確保廢氣檢測(cè)報(bào)告的規(guī)范性，應(yīng)明確包含廢氣排氣量，廢氣處理設(shè)施的運(yùn)行負(fù)荷和處理效率。

4.3 加強(qiáng)工業(yè)企業(yè)管控，開展錯(cuò)峰生產(chǎn)

夏季是城市臭氧污染的高發(fā)季節(jié)，在臭氧高發(fā)時(shí)段開展科學(xué)化錯(cuò)峰生產(chǎn)，減少臭氧高發(fā)時(shí)段VOCs的排放。

對(duì)轄區(qū)內(nèi)的工業(yè)企業(yè)尤其是涉及VOCs排放的企業(yè)進(jìn)行嚴(yán)格管控，引導(dǎo)規(guī)范企業(yè)做好生產(chǎn)調(diào)控和錯(cuò)時(shí)生產(chǎn)。連續(xù)生產(chǎn)的企業(yè)要對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行合理調(diào)整，以環(huán)保管理目標(biāo)調(diào)整生產(chǎn)負(fù)荷，減少VOCs排放強(qiáng)度。非連續(xù)生產(chǎn)的企業(yè)結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行錯(cuò)時(shí)生產(chǎn)，在規(guī)定的時(shí)間段內(nèi)禁止生產(chǎn)。印刷企業(yè)、涂料企業(yè)、噴漆企業(yè)等涉及VOCs排放作業(yè)的企業(yè)在規(guī)定的時(shí)間段內(nèi)停產(chǎn)停工。加強(qiáng)對(duì)VOCs相關(guān)物料儲(chǔ)存的管控。對(duì)設(shè)備管線組件、原料儲(chǔ)罐、開放液面加強(qiáng)管理，嚴(yán)厲查處敞開式噴涂、噴漆作業(yè)，禁止露天作業(yè)。在VOCs的多級(jí)處理工藝中，涉及紫外光氧化治理的設(shè)備設(shè)施在規(guī)定的時(shí)間段內(nèi)停止使用。對(duì)瀝青攪拌或攤鋪等作業(yè)工序加強(qiáng)管控，除非特殊搶修工程或重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，禁止在臭氧應(yīng)急期間開工作業(yè)。除特殊情況外，園林噴藥停止作業(yè)?；て髽I(yè)裝卸油品、化學(xué)品等作業(yè)在規(guī)定的時(shí)間段內(nèi)停止，避免油品等危化品揮發(fā)。對(duì)油品儲(chǔ)運(yùn)銷全過程加強(qiáng)VOCs的排放管控。對(duì)城市區(qū)域的油品經(jīng)銷企業(yè)或站點(diǎn)進(jìn)行錯(cuò)峰管理，規(guī)定時(shí)間段內(nèi)禁止卸油，避免卸油作業(yè)工序中揮發(fā)性有機(jī)物排放濃度太大加重環(huán)境污染。開展油品整治專項(xiàng)活動(dòng)，加強(qiáng)油品儲(chǔ)運(yùn)銷儲(chǔ)罐設(shè)施管理，對(duì)加油站、油罐車的油氣回收裝置加強(qiáng)檢查，確保油氣回收裝置安裝和運(yùn)行情況良好。

4.4 加強(qiáng)路面灑水和環(huán)境噴霧

每天清早完成對(duì)城市區(qū)域的植物灑水。采用霧炮車輛加強(qiáng)對(duì)城市環(huán)境噴霧作業(yè)，增加灑水車，提高城市道路灑水循環(huán)作業(yè)頻率，尤其是城市的重要路段。通過加強(qiáng)路面灑水和環(huán)境噴霧，保持路面濕潤(rùn)，降低環(huán)境溫度，減輕大氣環(huán)境污染危害。

5 結(jié)語

綜上所述，大氣污染制約著地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，更危害到人體健康。治污應(yīng)治本，治本先清源，通過研究VOCs來源，從源頭削減控制污染物產(chǎn)生。大氣環(huán)境治理工作應(yīng)以改善大氣環(huán)境空氣質(zhì)量為工作核心，以工業(yè)企業(yè)的差異化生產(chǎn)管控為抓手，通過對(duì)大氣臭氧應(yīng)急期的實(shí)際情況采取科學(xué)的防治攻堅(jiān)措施，突出重點(diǎn)時(shí)段，重點(diǎn)行業(yè)，采取精準(zhǔn)施策的方式，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)控的目標(biāo)，堅(jiān)決避免一刀切，增強(qiáng)大氣環(huán)境治理的精準(zhǔn)性和有效性，有效應(yīng)對(duì)臭氧應(yīng)急期。通過制定科學(xué)可行的大氣環(huán)境質(zhì)量管控措施，消除各種因素對(duì)大氣環(huán)境的危害，改善城市大氣環(huán)境質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)和自然環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。