大氣中VOCs 的監(jiān)測(cè)和治理技術(shù)研究

李文華

（山西國(guó)寰工程有限公司，山西 太原 030021）

0 引言

VOCs 是指在常溫常壓下極易揮發(fā)的有機(jī)化合物。VOCs 作為一種重要的二次污染物，對(duì)大氣環(huán)境和人體健康都具有重要影響。在工業(yè)生產(chǎn)中，VOCs 可通過(guò)光化學(xué)反應(yīng)生成二次污染物，在人體呼吸系統(tǒng)和皮膚表面吸收后，會(huì)對(duì)人體健康造成不良影響。大氣中VOCs 的監(jiān)測(cè)和治理是目前大氣污染防治工作中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，通過(guò)監(jiān)測(cè)和治理措施能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題，提升大氣環(huán)境治理效果。

1 大氣中VOCs 的監(jiān)測(cè)和治理的價(jià)值

1.1 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性高

VOCs 是一種具有高揮發(fā)性、高反應(yīng)活性、高毒性和強(qiáng)致癌性的污染物，對(duì)人體健康造成的影響十分嚴(yán)重。因此，對(duì)大氣中VOCs 的檢測(cè)不僅要重視監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，還要提高監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量，避免VOCs在空氣中的濃度超過(guò)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。在開(kāi)展VOCs 檢測(cè)時(shí)，采用基于光離子檢測(cè)技術(shù)（PID）和氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（GC-MS）的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，能夠有效降低VOCs 監(jiān)測(cè)中出現(xiàn)的誤差，實(shí)現(xiàn)對(duì)大氣中VOCs 濃度的準(zhǔn)確測(cè)定。此外，采用基于PID 和GC-MS 技術(shù)相結(jié)合的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)VOCs 濃度變化趨勢(shì)的準(zhǔn)確把握，在充分了解VOCs 濃度變化趨勢(shì)后，及時(shí)采取措施，避免大氣污染情況惡化。

1.2 監(jiān)測(cè)范圍廣

VOCs 監(jiān)測(cè)范圍廣是其優(yōu)點(diǎn)之一。相較于傳統(tǒng)的大氣污染物監(jiān)測(cè)手段，VOCs 監(jiān)測(cè)具有檢測(cè)范圍廣的優(yōu)勢(shì)。一方面，在對(duì)大氣中VOCs 進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，相關(guān)工作人員可根據(jù)實(shí)際需要選擇合適的監(jiān)測(cè)方法，從而確定大氣中VOCs 的含量。在具體操作時(shí)，工作人員可將氣相色譜法、質(zhì)譜法等多種檢測(cè)方法進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，從而確定大氣中VOCs 的含量。另一方面，由于VOCs 監(jiān)測(cè)工作是一項(xiàng)綜合性較強(qiáng)的工作，因此在監(jiān)測(cè)過(guò)程中可將多個(gè)檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行融合應(yīng)用，從而達(dá)到對(duì)大氣中VOCs 進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)的目的。例如，將氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)與氣體采樣技術(shù)進(jìn)行融合應(yīng)用后，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)VOCs 濃度的快速檢測(cè)。

2 大氣中VOCs 的監(jiān)測(cè)要點(diǎn)

2.1 設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)位

在開(kāi)展監(jiān)測(cè)工作時(shí)，要根據(jù)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，科學(xué)確定監(jiān)測(cè)點(diǎn)位。通常情況下，應(yīng)將監(jiān)測(cè)區(qū)域分為不同區(qū)域，即網(wǎng)格狀監(jiān)測(cè)點(diǎn)位、區(qū)域內(nèi)部監(jiān)測(cè)點(diǎn)位和區(qū)域邊界以外的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位。在區(qū)域內(nèi)部，要根據(jù)不同的VOCs 來(lái)源設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)位。工業(yè)企業(yè)和機(jī)動(dòng)車(chē)排放的VOCs，主要集中在工廠內(nèi)部或附近；餐飲和娛樂(lè)場(chǎng)所排放的VOCs，主要集中在生活區(qū)和商業(yè)街區(qū)；交通運(yùn)輸和室內(nèi)活動(dòng)排放的VOCs，主要集中在交通樞紐、物流集散中心和商業(yè)街區(qū)；其他類(lèi)型的VOCs排放，則集中在城市周邊地區(qū)。在設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)位時(shí)，要結(jié)合不同污染源類(lèi)型、生產(chǎn)工藝、地理位置等因素進(jìn)行綜合考慮。此外，對(duì)于某些污染物，如VOCs 中的芳香烴化合物、鹵代烴類(lèi)物質(zhì)等，也可能會(huì)受到太陽(yáng)輻射、溫度、濕度等因素的影響，容易發(fā)生變化。因此在設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)位時(shí)，還需綜合考慮這些因素，根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)位。另外，對(duì)于某些特殊廢氣源的VOCs監(jiān)測(cè)來(lái)說(shuō)，還需根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位。

2.2 采樣

采集大氣中的VOCs 樣品，在采樣前要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境選擇合適的采樣方法，確保VOCs 樣品的質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)要求。采樣技術(shù)有兩種，一種是連續(xù)采樣技術(shù)，另一種是分時(shí)段采樣技術(shù)。在實(shí)際工作中，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的采樣方法。

連續(xù)采樣技術(shù)能夠?qū)⑺袝r(shí)間點(diǎn)上的VOCs 濃度都納入監(jiān)測(cè)范圍中，避免有部分VOCs 樣品質(zhì)量不合格。連續(xù)采樣技術(shù)在實(shí)際工作中應(yīng)用比較廣泛，操作較為簡(jiǎn)單，適合大批量樣品的采集。采用該方法時(shí)，應(yīng)提前對(duì)采樣系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，并準(zhǔn)備好便攜式儀器和樣品容器等。在連續(xù)采樣之前，應(yīng)該對(duì)管道進(jìn)行全面清理，避免管道內(nèi)存在雜物影響監(jiān)測(cè)結(jié)果。同時(shí)在連續(xù)采樣過(guò)程中還應(yīng)該對(duì)每個(gè)采樣點(diǎn)的體積、溫度、濕度等參數(shù)進(jìn)行全面控制，確保采樣過(guò)程符合標(biāo)準(zhǔn)要求。如果需要對(duì)同一組樣品進(jìn)行連續(xù)采集時(shí)，要選擇相同的時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行采集，然后將其連接到相同的儀器設(shè)備中。

分時(shí)段采樣技術(shù)在實(shí)際工作中應(yīng)用比較廣泛。該方法具有較強(qiáng)的靈活性和多樣性特點(diǎn)，能夠根據(jù)實(shí)際情況對(duì)采集時(shí)間進(jìn)行調(diào)整。在實(shí)際工作中應(yīng)用分時(shí)段采樣技術(shù)時(shí)，應(yīng)將重點(diǎn)放在采集時(shí)間上。在該方法應(yīng)用之前，首先要選擇合適的采樣點(diǎn)和采樣方式，在對(duì)重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)可以使用分時(shí)段采樣技術(shù)。在實(shí)際工作中要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和監(jiān)測(cè)要求選擇合適的采樣點(diǎn)和采樣方式。在對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位進(jìn)行規(guī)劃時(shí)，要全面考慮監(jiān)測(cè)點(diǎn)位周邊的環(huán)境狀況和實(shí)際情況等因素，保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。具體來(lái)說(shuō)可以將監(jiān)測(cè)區(qū)域分為白天和晚上兩個(gè)時(shí)段使用分時(shí)段采樣技術(shù)。通過(guò)這種方法可以提高監(jiān)測(cè)效率，有效減少重復(fù)監(jiān)測(cè)的次數(shù)。

2.3 預(yù)處理

在監(jiān)測(cè)VOCs 的過(guò)程中，要確保預(yù)處理的質(zhì)量，這樣才能保證分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。預(yù)處理主要是針對(duì)VOCs 樣品的性質(zhì)和特點(diǎn)進(jìn)行分析，通過(guò)分析得出適宜的預(yù)處理方法，這樣才能更好地滿足大氣中VOCs 監(jiān)測(cè)工作的要求。在實(shí)際工作中，要確保預(yù)處理質(zhì)量，要充分考慮樣品的性質(zhì)和特點(diǎn)，確保預(yù)處理方法和所用設(shè)備的可靠性。如果樣品中含有多種組分，則需要對(duì)各組分別進(jìn)行預(yù)處理。在對(duì)VOCs 進(jìn)行分析之前，需要對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)處理。要通過(guò)相應(yīng)的儀器設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)VOCs 預(yù)處理工作，通過(guò)儀器設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同種類(lèi)VOCs 的預(yù)處理，例如氣體采樣器、氣體收集器、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀等。通過(guò)這些儀器設(shè)備能夠有效提高監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。在實(shí)際工作中，需要根據(jù)不同種類(lèi)VOCs 的性質(zhì)和特點(diǎn)來(lái)選擇合適的預(yù)處理方法。對(duì)于一些揮發(fā)性較強(qiáng)且易揮發(fā)的物質(zhì)，例如苯、甲苯、二甲苯等，則要采用專(zhuān)門(mén)的分析方法進(jìn)行預(yù)處理。而對(duì)于一些有毒有害氣體和其他雜質(zhì)較多的樣品來(lái)說(shuō)，則可以采用溶劑萃取法進(jìn)行預(yù)處理。

2.4 保存樣品

在實(shí)際工作中，要針對(duì)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的實(shí)際情況，制定合理的保存方案，確保樣品能夠得到妥善保存。通常情況下，采樣結(jié)束后，工作人員要對(duì)樣品進(jìn)行密封處理，將其裝入專(zhuān)用的密封袋或容器中，并放入冰箱或冷藏箱中進(jìn)行冷藏。對(duì)于采集到的樣品，要及時(shí)轉(zhuǎn)移到實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行保存。對(duì)于不能及時(shí)轉(zhuǎn)移到實(shí)驗(yàn)室的樣品，可以將其置于冷藏箱內(nèi)進(jìn)行冷藏，并在樣品上注明采集時(shí)間和采集地點(diǎn)。當(dāng)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，要及時(shí)將密封袋或容器中的樣品取出，并放入專(zhuān)用的密封袋或容器中進(jìn)行密封保存。對(duì)于使用過(guò)的樣品，要在處理完后立即對(duì)其進(jìn)行密封處理。如果有必要時(shí)，可以將樣品進(jìn)行干燥處理后再進(jìn)行保存[1]。

2.5 分析方法的選擇和評(píng)價(jià)

大氣中VOCs 的監(jiān)測(cè)方法較多，但不同的監(jiān)測(cè)方法有其各自的特點(diǎn)，因此在實(shí)際應(yīng)用中要根據(jù)大氣中VOCs 的特點(diǎn)選擇合適的監(jiān)測(cè)方法。在分析方法的選擇上，要以分析結(jié)果的準(zhǔn)確性、重現(xiàn)性和可重復(fù)性為主要原則。在實(shí)際操作中，要結(jié)合大氣中VOCs 的組成結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)和所處環(huán)境等因素，選擇合適的分析方法。同時(shí)，還要對(duì)監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行評(píng)價(jià)，以提高其監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。在實(shí)際工作中，對(duì)大氣中VOCs 監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，應(yīng)結(jié)合各方面因素進(jìn)行綜合考慮。首先要評(píng)價(jià)監(jiān)測(cè)方法的可行性，在具體操作時(shí)要確保各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目所用到的分析方法均符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求；其次要評(píng)價(jià)監(jiān)測(cè)方法是否滿足實(shí)際需求，如采樣量、采集時(shí)間和采樣頻率等；最后還要對(duì)監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行可靠性分析，對(duì)其進(jìn)行有效驗(yàn)證，以提高監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。由于環(huán)境保護(hù)部門(mén)所采用的分析方法具有一定差異性，因此在選擇分析方法時(shí)，必須保證其適用性、可靠性和可重復(fù)性。同時(shí)，在選擇分析方法時(shí)還要考慮其可行性和適用性。只有確保分析方法具有可行性和可重復(fù)性，才能提高VOCs 監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性[2]。

3 大氣中VOCs 的治理技術(shù)要點(diǎn)

3.1 吸附法

吸附法是利用多孔吸附劑對(duì)VOCs 氣體進(jìn)行吸附，達(dá)到凈化氣體的目的。其基本原理是在被吸附物質(zhì)上施加一定壓力，使吸附物質(zhì)與吸附劑接觸，利用吸附劑表面上的孔結(jié)構(gòu)，將氣體中的VOCs 分子吸收并在孔壁上形成吸附膜，通過(guò)對(duì)吸附膜上的孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行破壞，使被吸附物從孔中脫落出來(lái)。當(dāng)氣體進(jìn)入到新的孔中時(shí)，被吸附物又會(huì)從孔壁上脫離下來(lái)，進(jìn)入下一個(gè)步驟。優(yōu)點(diǎn)：吸附法具有操作簡(jiǎn)便、設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，因此在VOCs 治理方面被廣泛應(yīng)用。但其缺點(diǎn)也是顯而易見(jiàn)的：吸附劑種類(lèi)繁多，其價(jià)格各異；當(dāng)氣體中VOCs 濃度較低時(shí)，吸附效果較差，活性炭等吸附劑具有很大的孔隙結(jié)構(gòu)，使其對(duì)有機(jī)物的吸附力較小。當(dāng)氣體中VOCs 濃度較低時(shí)，會(huì)使吸附效率下降，由于活性炭等吸附劑具有很大的孔隙結(jié)構(gòu)，當(dāng)有機(jī)物濃度較高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致孔徑變小，使其對(duì)VOCs 的吸附力減??；如果廢氣中有酸性氣體存在時(shí)會(huì)影響到活性炭等吸附劑對(duì)有機(jī)物的吸附效果。因此使用吸附法治理VOCs 時(shí)要注意：對(duì)于低濃度、大流量氣體時(shí)要使用吸附法處理，廢氣中含有酸性氣體時(shí)要使用活性炭等吸附劑進(jìn)行處理，廢氣中含有重金屬、有毒有害物質(zhì)等會(huì)影響到活性炭等吸附劑的使用壽命。常用的吸附劑有活性炭、硅膠、分子篩和沸石等。其中活性炭應(yīng)用最廣泛。活性炭是由具有孔隙結(jié)構(gòu)的表面組成的多孔材料，其孔徑在納米級(jí)?；钚蕴渴且环N天然材料，由天然礦物質(zhì)經(jīng)高溫高壓加工而成?；钚蕴吭谝欢l件下對(duì)VOCs 有很好的去除效果，它不僅對(duì)有機(jī)物有很好的吸附作用，而且能將有機(jī)物從吸附劑上脫附下來(lái)。該方法適合用于濃度較低、小流量、大風(fēng)量以及廢氣成分比較簡(jiǎn)單的VOCs治理中[3]。圖1 為VOCs 治理技術(shù)示意圖。

圖1 VOCs 治理技術(shù)示意圖

3.2 冷凝法

冷凝法是利用氣體溫度低于環(huán)境溫度，使其凝結(jié)成液體，并把氣體中的有害成分分離出來(lái)。該方法廣泛應(yīng)用于廢氣治理和工業(yè)廢氣的回收。在實(shí)際應(yīng)用中，冷凝法可以分為直接冷凝法和間接冷凝法。直接冷凝法：先將廢氣溫度降低到露點(diǎn)溫度以下，使其冷凝成液體，然后將冷凝后的氣體與低溫氣體進(jìn)行混合。該方法具有處理效率高、工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是容易導(dǎo)致二次污染。根據(jù)物質(zhì)的沸點(diǎn)不同，可將間接冷凝法分為低溫冷凝法和高溫冷凝法。目前，使用較多的是低溫冷凝法，但當(dāng)VOCs 濃度較高時(shí)，其對(duì)溫度的要求就會(huì)變得更高，這就需要提高低溫冷凝溫度的同時(shí)還要采取其他措施降低其溫度。

3.3 催化燃燒法

催化燃燒法是一種利用催化劑使VOCs 在低溫下分解成無(wú)害物質(zhì)的燃燒方法，它是利用催化劑來(lái)實(shí)現(xiàn)VOCs 的催化氧化，同時(shí)在反應(yīng)中需要消耗氧氣，所以又稱(chēng)為無(wú)氧燃燒法。催化燃燒技術(shù)具有能源消耗少、廢氣凈化效率高、操作簡(jiǎn)單、處理效果好等優(yōu)點(diǎn)。目前，在國(guó)內(nèi)外的研究中，該技術(shù)主要應(yīng)用在含有機(jī)溶劑的廢氣治理上，如對(duì)工業(yè)廢氣中的有機(jī)溶劑進(jìn)行凈化處理。催化燃燒技術(shù)與傳統(tǒng)的燃燒技術(shù)相比，具有更好的穩(wěn)定性和可靠性。催化燃燒技術(shù)處理VOCs主要有三種方法：直接催化燃燒法、間接催化燃燒法和蓄熱式催化燃燒法。其中，蓄熱式催化燃燒法是一種新興的處理技術(shù)，它采用陶瓷蓄熱體，在一定條件下（溫度高于300 ℃），有機(jī)物能完全氧化成無(wú)害的二氧化碳和水等無(wú)機(jī)物。該方法具有能耗低、無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中，催化燃燒技術(shù)與其他VOCs處理方法相比，具有運(yùn)行穩(wěn)定、成本低、能耗低等優(yōu)點(diǎn)。但是由于該方法對(duì)催化劑要求較高，而且在處理過(guò)程中需要消耗大量氧氣和熱量。所以，該方法不適用于濃度較高的VOCs 氣體治理。在實(shí)際應(yīng)用中，一般采用蓄熱式催化燃燒法與其他方法相結(jié)合的方式來(lái)處理VOCs 氣體。通常情況下，當(dāng)VOCs 氣體質(zhì)量濃度在1 000 mg/m3以下時(shí)使用蓄熱式催化燃燒法，當(dāng)VOCs 氣體濃度在1 000 mg/m3以上時(shí)使用其他方法進(jìn)行處理。

4 結(jié)語(yǔ)

在當(dāng)前時(shí)代背景下，對(duì)大氣中的VOCs 進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)和治理有著重要的意義所在，需要結(jié)合當(dāng)前實(shí)際情況，了解VOCs 監(jiān)測(cè)和治理的優(yōu)勢(shì)所在，并掌握采樣、預(yù)處理、保存樣品等一系列檢測(cè)要點(diǎn)，合理運(yùn)用吸附法、冷凝法等治理技術(shù)對(duì)其進(jìn)行治理，為環(huán)境保護(hù)部門(mén)提供有效技術(shù)支撐。