城市大氣環(huán)境中VOCs污染特征及綜合治理技術(shù)研究

關(guān)鍵詞：城市大氣環(huán)境；揮發(fā)性有機物（VOCs）；污染特征；綜合治理技術(shù)中圖分類號：X701 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2025）04-0166-05DOI： 10.3969/j.issn.1008-9500.2025.04.046

Research on the Characteristics of VOCs Pollution in Urban Atmospheric Environment and Comprehensive Control Technologies

WANGYikun

（Urumqi Ecological Environment Monitoring Station， Urumqi 83oooo，China）

Abstract：This paper deeply explores the polution characteristics of Volatile Organic Compounds （VOCs）in urban atmospheric environmentandsystematicallystudiestheir comprehensive treatmenttechnologies.The studyaccurately identified the main VOCs polution sources in urban atmospheric environment by integrating advanced monitoring technologyandbigdataanalysis methods.Basedontheanalysisofthesesources，thespatialdistributioncharacteristicsand temporalvariation patternsof VOCs polution were furtherrevealed.To curb pollution from the sourceand reduce VOCs emissions，efectiveemissionreductionstrategiesareproposed.Atthesame time，ariousndofpipetreatmenttechologies are comprehensivelyadopted to enhance thecomprehensive treatment efectof VOCs polution.Theexperimentalresults showedthatafterapplyingtheproposed technologyfortreatment，theconcentrationofVOCsintheatmospheredecreased to （204號 to within 2 4 h ，and the concentrations of its various components also significantly decreased，indicating a good treatment effect.

Keywords：urbanatmosphericenvironment; VolatileOrganicCompounds （VOCs）;polutioncharacteristics;comprehensive governance technology

隨著工業(yè)化和城市化的快速發(fā)展，揮發(fā)性有機化合物（Volatile OrganicCompounds，VOCs）作為關(guān)鍵大氣污染物，其排放量激增，影響范圍擴大，嚴重威脅城市空氣質(zhì)量和居民健康[1-3]。VOCs源自工業(yè)排放、交通、建筑裝修及日常生活等方面，能引發(fā)光化學反應，生成臭氧、二次有機氣溶膠等二次污染物，加劇大氣復合污染[4-6。因此，深入研究VOCs的污染特征及綜合治理技術(shù)，對于制定科學的防控策略、改善空氣質(zhì)量、保護公眾健康具有重要意義。

本研究通過綜合運用先進的監(jiān)測技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析及人工智能等現(xiàn)代科技手段，全面識別城市大氣環(huán)境中的VOCs污染源，并揭示其時空分布特征。通過地面監(jiān)測站點與遙感技術(shù)的結(jié)合，實現(xiàn)對VOCs污染源的廣泛覆蓋與精準監(jiān)控。結(jié)合大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，揭示不同污染源對VOCs排放的貢獻度及其時空分布特征。同時，利用衛(wèi)星遙感技術(shù)，擴大監(jiān)測范圍，覆蓋到地面觀測點難以觸及的區(qū)域，為全面監(jiān)控VOCs排放源提供有力支持。本研究在治理策略方面提出了從源頭減排到末端治理的綜合治理策略。通過推廣使用低VOCs含量的原材料、優(yōu)化生產(chǎn)工藝、強化泄漏檢測與修復等手段，從源頭上減少VOCs的排放量。與此同時，針對高濃度和低濃度的VOCs廢氣，分別運用冷凝法、燃燒法、吸附法以及光催化氧化法等末端治理技術(shù)，實現(xiàn)VOCs的高效去除。此外，重點探討了多種治理技術(shù)的組合應用，以提高治理效率，降低治理成本。本研究旨在通過深入分析VOCs污染特征與治理技術(shù)，為制定科學合理的防控政策提供堅實支撐，助力提升城市空氣質(zhì)量，保障公眾健康。

1城市大氣環(huán)境中VOCs污染特征

1.1 VOCs污染空間分布特征

城市大氣環(huán)境中VOCs污染空間分布特征復雜且具區(qū)域差異性，受排放源分布、氣象條件、地形地貌及大氣化學反應等因素共同影響。城市內(nèi)VOCs濃度非均勻分布，工業(yè)排放源、交通繁忙地和居民商業(yè)活動密集區(qū)是濃度高的熱點區(qū)域。風向風速影響其遷移擴散形成污染帶，逆溫層或靜風天氣會抑制擴散使近地面層累積污染加重，山谷盆地等地形阻礙擴散，導致污染物積聚滯留[7-9]。VOCs與其他污染物反應生成新污染物，可能造成長距離傳輸和區(qū)域性污染[10-12]因此，VOCs污染空間分布具有動態(tài)變化性，為有效控制污染，需根據(jù)其空間分布特征及影響因素制定防控和治理策略。在大氣中，VOCs中濃度較高的組分包括丙酮、丙烷、乙烷、二氯甲烷、異戊烷、正丁烷、乙炔、乙烯、甲苯及2-丁酮。

VOCs在城市內(nèi)會隨著風向和風速的改變而發(fā)生遷移和擴散，進而形成復雜的污染帶或污染區(qū)域。在逆溫層或靜風天氣等特定氣象條件下，VOCs的擴散會受到抑制，容易在近地面層累積，進一步加劇了局部地區(qū)的污染程度。此外，地形地貌會影響VOCs的空間分布。例如，山谷、盆地這類封閉或半封閉的地形，會阻礙VOCs擴散，使得污染物在這些區(qū)域積聚、滯留。

VOCs在大氣中并非獨立存在，能夠與其他污染物發(fā)生復雜的化學反應，生成新污染物，如臭氧、二次有機氣溶膠等。這些化學反應不但會改變VOCs的濃度和組成，還可能造成污染物的長距離傳輸以及區(qū)域性污染。因此，城市大氣環(huán)境中VOCs污染的空間分布特征是多種因素共同作用的結(jié)果，具有明顯的區(qū)域差異性和動態(tài)變化性。

1.2 VOCs污染時間變化特征

城市大氣環(huán)境中VOCs的污染時間變化特征復雜且動態(tài)，其時間變化受排放源的周期性活動、氣象條件的日變化和季節(jié)性變化以及大氣化學反應速率的日夜差異等多重因素影響。排放源的周期性活動是VOCs污染時間變化的重要因素。工業(yè)生產(chǎn)和交通運輸?shù)热藶榛顒釉诎滋旄宇l繁，使VOCs排放量日間顯著增加，白天的VOCs濃度高于夜間。

居民生活活動如烹飪、裝修等也會排放VOCs，其時間分布較為分散。氣象條件的日變化和季節(jié)性變化對VOCs污染時間變化具有顯著影響。太陽輻射照度、溫度、濕度、風速及風向等氣象參數(shù)的日變化和季節(jié)性變化，直接影響VOCs的排放、擴散和轉(zhuǎn)化過程。例如，夏季高溫和強太陽輻射時，VOCs光化學反應速率加快，臭氧等二次污染物生成量增加；冬季低溫和靜風時，VOCs擴散受抑制，易在近地面層累積，污染程度加劇。

大氣化學反應速率的日夜差異也是影響VOCs污染時間變化的重要因素。白天太陽輻射增強，能夠促進VOCs與氮氧化物（ ）等前體物的光化學反應，生成臭氧等二次污染物；夜間光化學反應減弱，但臭氧與VOCs的化學反應、VOCs的吸附和解析等非光化學過程仍在進行，影響VOCs的濃度和組成。

綜上所述，城市大氣環(huán)境中VOCs的污染時間變化特征是多因素綜合作用的結(jié)果，具有顯著的日變化和季節(jié)性變化特征。

2VOCs污染綜合治理技術(shù)研究

2.1實施源頭減排與過程控制

針對城市大氣環(huán)境中VOCs的污染問題，首要任務是實施全面的源頭減排。這包括推動各行業(yè)采用低VOCs或無VOCs排放的原材料及輔助材料，從源頭減少污染物的產(chǎn)生。在農(nóng)村，應大力推廣垃圾分類回收與資源化利用，嚴禁隨意焚燒秸稈和垃圾，以降低農(nóng)村VOCs排放。針對交通領域，需加強機動車尾氣排放管理，包括推廣新能源汽車、提高燃油標準、實施嚴格的車輛排放檢測，并加強對無環(huán)保標志及超標排放車輛的監(jiān)管，提升公眾對尾氣污染危害的認識，倡導綠色出行。

工業(yè)領域作為VOCs排放的主要源頭，實施精細化的過程控制尤為關(guān)鍵。采用先進的泄漏檢測與修復（LeakDetectionandRepair，LDAR）技術(shù)，全面排查并修復潛在泄漏點，減少無組織排放。源頭減排流程如圖1所示。

同時，鼓勵企業(yè)采用創(chuàng)新的生產(chǎn)工藝，如江蘇優(yōu)嘉植物保護有限公司所采用的酶拆分工藝，實現(xiàn)減排與經(jīng)濟效益的雙贏。對工業(yè)生產(chǎn)場所實施嚴格的密閉管理，配置高效的通風系統(tǒng)，確保VOCs得到有效收集與處理，避免直接排放。對于特定工藝環(huán)節(jié)，如張家港生態(tài)環(huán)境綜合行政執(zhí)法局推廣的批膩子工段密封作業(yè)及增設廢氣處理設備，是減少VOCs無組織排放的成功實踐，值得其他企業(yè)借鑒與推廣。

綜上所述，城市大氣VOCs污染的治理需從源頭減排與精細過程控制兩方面入手，通過技術(shù)創(chuàng)新與管理優(yōu)化，協(xié)同推進，以實現(xiàn)空氣質(zhì)量的持續(xù)改善。

2.2強化污染末端治理技術(shù)

在源頭減排的基礎上，還需要加強污染末端治理技術(shù)的應用，以進一步降低大氣中VOCs的濃度。目前，常用的末端治理技術(shù)包括吸附法、吸收法、冷凝法、燃燒法及光催化氧化法等。每種技術(shù)均具有獨特的優(yōu)勢與局限性，實際應用時需根據(jù)廢氣特性（濃度、成分等）及處理需求進行綜合考量與選擇。VOCs末端治理技術(shù)流程如圖2所示。

圖2清晰呈現(xiàn)了不同治理技術(shù)的應用邏輯與路徑。針對高濃度的VOCs廢氣，冷凝法和燃燒法成為優(yōu)選方案。冷凝法通過降低廢氣的溫度促使VOCs組分達到飽和狀態(tài)并凝結(jié)成液體，實現(xiàn)有效分離；燃燒法通過高溫燃燒將VOCs轉(zhuǎn)化為無害的二氧化碳和水蒸氣，展現(xiàn)出處理高濃度廢氣的卓越效能與穩(wěn)定性。對于低濃度但風量較大的VOCs廢氣，吸附法和光催化氧化法則更具優(yōu)勢。吸附法借助吸附劑的高效吸附能力，有效捕獲并富集廢氣中的VOCs，便于后續(xù)處理或回收資源；光催化氧化法則利用光催化劑在光照下產(chǎn)生的強氧化性自由基，將VOCs氧化分解為無害小分子，既降低了排放濃度，又保證了處理的經(jīng)濟性與高效性。

為進一步提升治理成效并控制成本，本研究提倡多種治理技術(shù)的組合應用。通過技術(shù)間的優(yōu)勢互補與協(xié)同效應，可達成更高效、經(jīng)濟且環(huán)保的VOCs減排目標。例如，面對復雜成分的VOCs廢氣，可考慮采用吸附-冷凝或吸附-燃燒聯(lián)合工藝；而在處理大風量低濃度廢氣時，將吸附法與光催化氧化法結(jié)合，可顯著提升處理效率。

3試驗分析

3.1試驗準備

基于試驗目的與VOCs污染的具體特征，選取具有代表性的VOCs樣品作為試驗對象，旨在確保這些樣品可以真實反映城市大氣環(huán)境中的VOCs污染情況。對試驗所需的吸附劑、催化劑、燃燒裝置等關(guān)鍵材料進行篩選和預處理，確保其性能穩(wěn)定可靠。同時，對試驗設備進行全面的校準與調(diào)試，確保測量數(shù)據(jù)的準確性和可重復性。根據(jù)試驗需求搭建模擬試驗環(huán)境，如設置不同的風速、溫度、濕度等氣象條件，以模擬城市大氣環(huán)境中的實際條件。在模擬城市的大氣環(huán)境中，VOCs濃度在 2 4 h 內(nèi)的變化情況如圖3所示。

如圖3所示， 2 4 h 內(nèi)的大氣VOCs濃度為 ＼～ ，以此為基礎，開展后續(xù)研究。

3.2試驗設置

在試驗設置階段，設計了一個綜合性的試驗裝置，旨在全面模擬城市大氣環(huán)境中VOCs的治理過程。以下為該試驗裝置的主要參數(shù)及設置細節(jié)，如表1所示。

3.3試驗結(jié)果與討論

為了全面驗證本研究提出的城市大氣環(huán)境中VOCs污染治理技術(shù)的有效性和實際應用潛力，開展了以下與現(xiàn)有技術(shù)（文獻[4]的吸附法、文獻[5]的冷凝法，以及文獻[7的燃燒法）的系統(tǒng)性對比試驗。根據(jù)前文所述的試驗設計，設置了必要的試驗設備，包括定制的VOCs樣品源，精確控制的風速、溫度、濕度模擬系統(tǒng)，用于模擬特定光照條件的裝置。在此基礎上，分別應用4種技術(shù)進行大氣環(huán)境中VOCs的污染治理，10d后利用高精度在線VOCs監(jiān)測儀、氣象參數(shù)監(jiān)測儀和先進的氣體分析儀連續(xù) 2 4 h 實時監(jiān)測該區(qū)域的VOCs濃度變化，對比結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，采用4種技術(shù)開展城市大氣環(huán)境治理時，大氣中的VOCs濃度均有降低，但其呈現(xiàn)效果略有不同。具體而言，應用所提技術(shù)時，大氣中的

VOCs濃度顯著降低至 ，相較于其他技術(shù)有著更為明顯的治理效果。而應用文獻[4]的吸附法時，VOCs濃度雖然有所下降，但仍保持在 ；應用文獻[5]的冷凝法時，VOCs 濃度保持在 ；應用文獻[7]的燃燒法時，VOCs濃度控制在 0這些對比數(shù)據(jù)充分說明了所提技術(shù)在降低大氣中VOCs濃度方面具有明顯的優(yōu)勢。

接下來，對4種技術(shù)治理后的大氣VOCs組分濃度進行監(jiān)測。由圖5可知，所提技術(shù)在降低VOCs各組分濃度方面表現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。應用所提技術(shù)后，除了正丁烷，其他監(jiān)測的VOCs組分濃度均低于其他3種技術(shù)處理后的濃度。這表明所提技術(shù)具有全面降低VOCs各組分濃度的能力，從而更有效地控制大氣污染。在所有組分中，即使?jié)舛认鄬^高的乙烷，在應用所提技術(shù)后也降低到""以下。這一數(shù)據(jù)遠低于其他技術(shù)處理后的濃度，顯示出所提技術(shù)在去除關(guān)鍵VOCs組分方面的高效性。此外，所提技術(shù)應用后VOCs其余各組分濃度也得到降低，如2-丁酮的濃度在應用所提技術(shù)后僅為""，這種低濃度水平有助于進一步減少大氣污染物的排放，改善空氣質(zhì)量。

4結(jié)論

本研究深入探討了城市大氣環(huán)境中VOCs污染的特征及其綜合治理技術(shù)，通過綜合運用多種監(jiān)測手段和數(shù)據(jù)分析方法，實現(xiàn)了對VOCs污染源的全面識別。研究揭示了VOCs污染在空間和時間上的復雜變化特征，為制定科學有效的防控策略提供了重要依據(jù)。在治理技術(shù)方面，本研究提出了從源頭減排到末端治理的綜合治理策略，并通過試驗驗證了所設計技術(shù)的高效性和優(yōu)越性。這不僅為城市大氣環(huán)境治理提供了創(chuàng)新思路，也為持續(xù)改善空氣質(zhì)量提供了有力支持。未來，本領域的研究將聚焦于VOCs污染機制的深入探索，致力于治理技術(shù)的持續(xù)優(yōu)化與創(chuàng)新，以期推動環(huán)?？萍疾粩噙M步。

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