我國大氣中揮發(fā)性有機(jī)物監(jiān)測與控制現(xiàn)狀分析

劉蓉蓉

（河南省濮陽生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，河南 濮陽 457000）

引言

大氣揮發(fā)性有機(jī)物被稱為VOCs，主要包括醇類、酮類、醚類等物質(zhì)，是大氣中一類常見的氣體污染物，它不僅會對生態(tài)環(huán)境、人體健康造成威脅，還會通過大氣光化學(xué)反應(yīng)生成二次污染物，如有機(jī)氣溶膠、臭氧等。由此，有效監(jiān)測和控制大氣揮發(fā)性有機(jī)物是必要的，相關(guān)人員要看到這一點(diǎn)，提升對大氣揮發(fā)性有機(jī)物的重視。

1 大氣中揮發(fā)性有機(jī)物的來源和危害

1.1 揮發(fā)性有機(jī)物的來源

揮發(fā)性有機(jī)化合物的英文縮寫是VOCs，其特點(diǎn)為熔點(diǎn)低于室溫，沸點(diǎn)在50℃到260 ℃之間，包含硫化合物類、含氮化合物類等[1]。它的來源主要有兩方面：一是揮發(fā)性有機(jī)物的本身原因，如氯代和苯系物等物質(zhì)的揮發(fā)，在各個城市的空氣中，這些有機(jī)化合物廣泛存在，嚴(yán)重影響當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境和居民的身體健康。二是人為因素，如釋放的廢棄物、溶液、工業(yè)生產(chǎn)等燃料以及運(yùn)輸中產(chǎn)生的發(fā)揮性有機(jī)物。大氣中發(fā)揮性有機(jī)物的來源見圖1。

圖1 大氣中發(fā)揮性有機(jī)物的來源

1.2 揮發(fā)性有機(jī)物的危害

我國的大氣中存在許多的臭氧和細(xì)顆粒物，一部分是由揮發(fā)性有機(jī)物引起的。隨著社會的發(fā)展，各領(lǐng)域廣泛關(guān)注大氣環(huán)境問題，不同種類的揮發(fā)性有機(jī)物產(chǎn)生的危害是不同的，具體包括三方面：第一，是制造臭氧和細(xì)微顆粒的前體物質(zhì)。當(dāng)臭氧和細(xì)微顆粒的濃度過高時，霧霾天氣會頻繁出現(xiàn)，同時，揮發(fā)性有機(jī)物能夠與大氣中的某些物質(zhì)結(jié)合，進(jìn)而產(chǎn)生光學(xué)反應(yīng)，出現(xiàn)大量的光化學(xué)煙霧，會對人的身體健康產(chǎn)生進(jìn)一步的影響[2]；第二，會對人體造成嚴(yán)重危害。揮發(fā)性有機(jī)物會通過口、鼻、眼進(jìn)入人的體內(nèi)，刺激黏膜，同時，它的氣味具有很強(qiáng)的刺激性，當(dāng)濃度較高時，人體吸入這些氣體后會頭痛、惡心，嚴(yán)重情況甚至?xí)灥?。?jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，揮發(fā)性有機(jī)物具有一定的致癌性，尤其是甲醛這類物質(zhì)，不僅會影響人們的中樞神經(jīng)，還會對人們的造血器官產(chǎn)生影響，導(dǎo)致人們出現(xiàn)多種疾病，如敗血癥；第三，容易引起火災(zāi)和爆炸。揮發(fā)性有機(jī)物中包含乙烯，這類有機(jī)物被廣泛運(yùn)用于各類化工產(chǎn)業(yè)中，它在低濃度狀態(tài)下不會對人體健康造成危害，但濃度過高時，不僅會威脅人體健康，還會讓化工廠面臨火災(zāi)的隱患，甚至引發(fā)爆炸，大氣揮發(fā)性有機(jī)物的影響見圖2。

圖2 大氣揮發(fā)性有機(jī)物的影響

2 我國在大氣揮發(fā)性有機(jī)物方面運(yùn)用的監(jiān)測和治理技術(shù)

2.1 PTR-MS技術(shù)

此技術(shù)的工作原理是運(yùn)用流動漂浮模型、電離等方法檢測空氣中的揮發(fā)性有機(jī)物[3]。其優(yōu)點(diǎn)在于能縮短檢測時間，靈活性強(qiáng)，還能夠清晰地顯示監(jiān)測結(jié)果，簡化樣品的采集和處理過程，不容易受其他因素的干擾。當(dāng)前，汽車尾氣監(jiān)測中廣泛運(yùn)用這一技術(shù)，受到了相關(guān)專家的重點(diǎn)關(guān)注。

2.2 TOF-MS技術(shù)

這一技術(shù)也被稱為飛行時間質(zhì)譜分析法，其工作原理是利用質(zhì)子與電荷的差異性影響、控制周邊的電場，做好離子的統(tǒng)計工作，再根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)研究。優(yōu)勢在于監(jiān)測揮發(fā)性有機(jī)物的時間短，在保證結(jié)果準(zhǔn)確性的情況下，幾分鐘內(nèi)就能完成監(jiān)測，監(jiān)測效率很高。但缺點(diǎn)在于容易受其他離子的干擾，增加監(jiān)測人員的工作難度。

2.3 氣相色譜監(jiān)測技術(shù)

在實(shí)際測量揮發(fā)性有機(jī)物時，運(yùn)用這一技術(shù)能夠?qū)⑾嚓P(guān)有機(jī)物的含量準(zhǔn)確測量出來。它包括兩個階段，第一階段是樣品采集過程，即通過吸附管定量收集空氣，在此過程中，吸附管具有重要的作用，能夠?qū)⒖諝庵械姆菗]發(fā)性有機(jī)物過濾掉，保留揮發(fā)性有機(jī)物。第二階段是樣品監(jiān)測階段。在此階段中，工作人員會提高吸附管的溫度，解析吸附管內(nèi)的揮發(fā)性有機(jī)物，讓它進(jìn)入到氣相色譜儀器中，如此，技術(shù)操作人員會對有機(jī)物的峰面積加以檢測，以此了解揮發(fā)性有機(jī)物在空氣中的具體含量。

2.4 熱破壞技術(shù)

在大氣揮發(fā)性有機(jī)物的治理中，熱破壞技術(shù)有著廣泛的應(yīng)用，其工作原理是直接燃燒或催化燃燒揮發(fā)性有機(jī)物，讓大氣中的揮發(fā)性有機(jī)物與氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)分解有機(jī)性、降低濃度等目標(biāo)[4]。此技術(shù)應(yīng)用在揮發(fā)性有機(jī)物濃度不高的地區(qū)可取得良好的治理效果。直接燃燒這種方式能夠?qū)⒔^大部分的揮發(fā)性有機(jī)物分解處理，催化燃燒與之相比，雖然成本較高，但穩(wěn)定性更高，治理效果也更好。

2.5 光分解技術(shù)

光分解技術(shù)的工作原理是借助光的照射作用，快速分解大氣中的揮發(fā)性有機(jī)物，讓其變成各類無毒的物質(zhì)，如水和二氧化碳。這種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于能夠利用光合作用徹底分解大氣中的揮發(fā)性有機(jī)物，治理效果較好。

3 我國大氣揮發(fā)性有機(jī)物監(jiān)測和控制的現(xiàn)狀

3.1 我國大氣揮發(fā)性有機(jī)物監(jiān)測與控制相關(guān)政策

近些年，社會各界更加關(guān)注揮發(fā)性有機(jī)物，陸續(xù)頒布了相關(guān)的法規(guī)政策。2013年，國務(wù)院發(fā)布了《大氣污染防治行動計劃》，對揮發(fā)性有機(jī)物的污染防治進(jìn)行了明確規(guī)定，同時在包裝印刷、表面涂裝、有機(jī)化工等相關(guān)行業(yè)實(shí)施了綜合治理[5]。在2015年，我國首次將揮發(fā)性有機(jī)物納入監(jiān)管范圍，提出各區(qū)域在防治大氣污染時，要加強(qiáng)合作，共同控制溫室氣體和大氣污染物，明確規(guī)定了揮發(fā)性有機(jī)物生產(chǎn)、銷售、使用、運(yùn)輸各環(huán)節(jié)的要求。在2016年，國務(wù)院頒布了《“十三五”生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃》，此規(guī)劃要求重點(diǎn)地區(qū)重點(diǎn)行業(yè)要做好揮發(fā)性有機(jī)物的監(jiān)測工作。

3.2 我國環(huán)境空氣中揮發(fā)性有機(jī)物的監(jiān)測情況

2013年，我國環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)全面建成并投入使用，涵蓋了多個省市，所有站點(diǎn)要按照相關(guān)要求開展臭氧、二氧化碳等物質(zhì)的監(jiān)測。在2016年，環(huán)保部在重點(diǎn)區(qū)域建立了光化學(xué)監(jiān)測網(wǎng)、顆粒物組分網(wǎng)等，該網(wǎng)由具有監(jiān)測條件和能力的重要站點(diǎn)組成，不僅能夠監(jiān)測空氣質(zhì)量，獲得常規(guī)參數(shù)，還可進(jìn)行顆粒物化學(xué)組分的手工監(jiān)測、在線監(jiān)測。除此之外，其他大部分城市并沒有開展揮發(fā)性有機(jī)物的監(jiān)測。

近些年，部分地區(qū)的高等院校、科研機(jī)構(gòu)、環(huán)保部門在大氣揮發(fā)性有機(jī)物方面進(jìn)行了試驗(yàn)性監(jiān)測。研究結(jié)果表明，雖然大氣揮發(fā)性有機(jī)物的組成、種類是不同的，但各地普遍存在酮類、醛類、芳香烴等物質(zhì)，在這些物質(zhì)中，芳香烴對于揮發(fā)性有機(jī)物中的臭氧影響最大。北京監(jiān)測到的揮發(fā)性有機(jī)物包括正丁烷、乙烯、丙烷等，濃度在1.12～5.25 ppd之間，上海地區(qū)監(jiān)測到的揮發(fā)性有機(jī)物有苯系物、乙烷、丙烷等，濃度在1.10～8.41 ppd之間。

3.3 我國揮發(fā)性有機(jī)物排放監(jiān)測情況

近些年，我國加強(qiáng)了對國控企業(yè)廢氣中揮發(fā)性有機(jī)物的監(jiān)督監(jiān)測，在合成革、橡膠制品、石油煉制、石油加工等多個行業(yè)制定了排放標(biāo)準(zhǔn)，監(jiān)測項(xiàng)目有乙醛、甲醛、甲硫醇、苯系物、甲苯、苯等二十三項(xiàng)，各區(qū)域可自行掌握監(jiān)測頻率。

2016年，國家對422家廢氣國控企業(yè)進(jìn)行監(jiān)督性監(jiān)測，包括26個地區(qū)，28個行業(yè)。監(jiān)測結(jié)果顯示，在廢氣有組織排放中，二甲苯濃度范圍低于執(zhí)行排放限值的有73家企業(yè)，甲苯濃度范圍低于執(zhí)行排放限值的有90家企業(yè)。

在廢氣無組織排放中，苯濃度低于排放限值的企業(yè)有18家，甲苯濃度低于排放限制的企業(yè)有20家。

3.4 我國大氣揮發(fā)性有機(jī)物控制采取的相應(yīng)技術(shù)

在對大氣揮發(fā)性有機(jī)物進(jìn)行控制時，為了減少其排放，做好控制工作，我國運(yùn)用了先進(jìn)的清潔生產(chǎn)工藝設(shè)備和流程，并引入了國外先進(jìn)的控制技術(shù)，尤其是美國一些地區(qū)控制大氣揮發(fā)性有機(jī)物排放的相關(guān)技術(shù)。針對一些需要銷毀、回收的行業(yè)，主要依據(jù)該行業(yè)排放的有害氣體濃度選擇運(yùn)用相關(guān)的控制技術(shù)，例如，對于排放濃度＞500 mg/m3的廢氣，運(yùn)用的是回收技術(shù)；對于排放濃度＜1 000 mg/m3的廢氣，運(yùn)用的是銷毀技術(shù)。我國在控制揮發(fā)性有機(jī)物的排放方面，不僅會運(yùn)用傳統(tǒng)的控制技術(shù)，如吸收法、燃燒法、吸附法，還會運(yùn)用電暈法這類新興的方法。不同的行業(yè)運(yùn)用的控制方法也是不同的，如在涂料行業(yè)中，主要運(yùn)用的是燃燒控制技術(shù)，其次運(yùn)用的是吸附控制技術(shù)。我國現(xiàn)行大氣中的VOCs監(jiān)測方法標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 我國現(xiàn)行大氣中的VOCs監(jiān)測方法標(biāo)準(zhǔn)

4 我國揮發(fā)性有機(jī)物監(jiān)測和控制存在的主要問題

4.1 污染防治體系不健全

就目前的情況來說，我國對大氣揮發(fā)性有機(jī)物的監(jiān)測和控制處于起步階段，污染防治監(jiān)管體系還不健全，國家對大氣揮發(fā)性有機(jī)物的控制不夠全面，沒有深入研究某一類型的氣體。另外，國家并沒有出臺針對大氣污染突發(fā)事件的相關(guān)法規(guī)，在有害氣體日常監(jiān)管方面沒有建立有效的污染防治體系。

4.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)匱乏

我國是一個工業(yè)大國，工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模龐大、種類繁多。而當(dāng)前環(huán)境污染治理的主要對象是常規(guī)污染物，相關(guān)部門對企業(yè)有害氣體排放強(qiáng)度的大小、源頭的分布不夠重視，在控制有害氣體時并沒有完善相應(yīng)的硬件設(shè)施，無法保障此項(xiàng)工作的順利推進(jìn)。同時，我國只有少數(shù)科學(xué)家在進(jìn)行揮發(fā)性有機(jī)物的監(jiān)測和控制研究，搜集到的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)匱乏，無法全面了解排放情況。在對大氣揮發(fā)性有機(jī)物進(jìn)行測量時，運(yùn)用的是外國的排放系數(shù)，難以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，不能真正地運(yùn)用到我國揮發(fā)性有機(jī)物的排放控制過程中。

4.3 排放標(biāo)準(zhǔn)不完善

從以上分析中可了解到大氣揮發(fā)性有機(jī)物的來源廣泛、種類多樣，很難從源頭控制。同時，我國在制定環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)時，對大氣揮發(fā)性有機(jī)物的考慮較少，沒有從我國實(shí)際環(huán)境空氣質(zhì)量入手，得到的數(shù)據(jù)存在較大的偏差，并未形成統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范，無法對比不同的研究結(jié)果，這會影響污染的防治力度。同時，我國在進(jìn)行大氣揮發(fā)性有機(jī)物防治時，運(yùn)用的技術(shù)大多是從國外引入的，與中國的實(shí)際情況不符，不具備相關(guān)的知識產(chǎn)權(quán)。

5 我國大氣揮發(fā)性有機(jī)物監(jiān)測和控制的措施

5.1 健全相關(guān)的法律法規(guī)

為增強(qiáng)大氣揮發(fā)性有機(jī)物監(jiān)測和控制力度，需完善相應(yīng)的法律法規(guī)，尤其是要細(xì)化具體內(nèi)容，可以專門列出幾章節(jié)來闡述大氣污染防治。具體內(nèi)容應(yīng)包括以下幾個方面：第一，可按照治理的優(yōu)先程度對各類污染物進(jìn)行排序，如將備受人們重視的內(nèi)容排在最前列；第二，登記大氣揮發(fā)性有機(jī)物中的有毒有害氣體；第三，落實(shí)大氣揮發(fā)性有機(jī)物中有毒有害氣體對環(huán)境污染產(chǎn)生的責(zé)任；第四，根據(jù)實(shí)際情況，確定大氣揮發(fā)性有機(jī)物中的有毒有害氣體的相關(guān)控制計劃，明確污染防治方向；第五，約束大氣揮發(fā)性有機(jī)物中有毒有害氣體的生產(chǎn)、制造、使用，可明令禁止。

5.2 提高大氣揮發(fā)性有機(jī)物監(jiān)測和控制的重視程度

各地區(qū)要重視揮發(fā)性有機(jī)物的監(jiān)測和控制工作，采取有效的措施，可從以下方面出發(fā)：第一，相關(guān)部門要嚴(yán)格監(jiān)督大氣揮發(fā)性有機(jī)物的具體污染情況，加強(qiáng)監(jiān)督和執(zhí)法，成立專門的監(jiān)督機(jī)構(gòu)；第二，各地區(qū)要重視普查本地大氣揮發(fā)性有機(jī)物的污染狀況，標(biāo)記出排放量高的地區(qū)和企業(yè)，督促它們采取措施；第三，國家要加大對大氣揮發(fā)性有機(jī)物的監(jiān)測和控制工作的資金投入力度，改進(jìn)當(dāng)前的生產(chǎn)工藝，積極研究能代替大氣揮發(fā)性有機(jī)物的物質(zhì)；第四，可將有毒有害氣體排放量高的地區(qū)作為試點(diǎn)地區(qū)開展污染控制工作，從試點(diǎn)中積累污染控制經(jīng)驗(yàn)，并將其運(yùn)用到各個地區(qū)的污染控制舉措中。

5.3 加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)控制

要做好揮發(fā)性有機(jī)物的控制，可從環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)、排放、檢測三方面入手，建立規(guī)范的揮發(fā)性有機(jī)物監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)，并統(tǒng)一測量方法，以便操作人員能夠?qū)⒉煌难芯窟M(jìn)行相互對比。同時，要在相關(guān)行業(yè)中對有毒有害氣體的生產(chǎn)排放加以限制，制定針對性的排放體系。在完善環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)時，要意識到環(huán)保材料的重要性，加大研發(fā)力度，還要對涂料等商品的環(huán)保生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)加以完善，鼓勵企業(yè)積極運(yùn)用水性涂料，以更好地保護(hù)環(huán)境。

6 結(jié)語

綜上所述，在大氣揮發(fā)性有機(jī)物的監(jiān)測和控制中，我國要根據(jù)不同地區(qū)的空氣污染程度制定出適合的監(jiān)測和控制方法，運(yùn)用有效的控制技術(shù)，采取有效的控制措施，提升大氣揮發(fā)性有機(jī)物監(jiān)測和控制的效果。