淺析揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）的危害與污染控制

劉春暉 張學(xué)忠

摘 要：隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保的日益重視，揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）對(duì)人體健康的影響逐漸引進(jìn)國(guó)家與個(gè)人的高度重視，文章從VOCs的分類及對(duì)人體健康方面的影響入手，重點(diǎn)分析了VOCs與其它空氣污染物的關(guān)聯(lián)以及污染控制技術(shù)，以及粗淺了解揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）的情況。

關(guān)鍵詞：揮發(fā)性有機(jī)物;VOCs;危害;污染控制;PM2.5

中圖分類號(hào)：U472.9 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1671-7988（2020）14-243-03

Abstract： With the increasing attention of the state to environmental protection， the impact of volatile organic compounds （VOCs） on human health is gradually introduced into the country and individuals. Starting from the classification of VOCs and the impact on human health， this paper focuses on the analysis of the relationship between VOCs and other air pollutants， pollution control technology， and a superficial understanding of VOCs.

Keywords： Volatile organic compounds; VOCs; Hazard; Pollution control; PM2.5

CLC NO.： U472.9 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）14-243-03

1 揮發(fā)性有機(jī)物的概念

VOC（Volatile Organic Compounds）的定義有多種不同內(nèi)容，如美國(guó)ASTM D3960-98標(biāo)準(zhǔn)VOC定義：任何能參加大氣光化學(xué)反應(yīng)的有機(jī)化合物;美國(guó)聯(lián)邦環(huán)保署（EPA）VOC定義：除一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、碳酸（H2CO3）、金屬碳化物、金屬碳酸鹽和碳酸銨之外的任何參加大氣光化學(xué)反應(yīng)的碳化合物的總稱。

世界衛(wèi)生組織（WHO）關(guān)于VOCs定義：熔點(diǎn)低于室溫而沸點(diǎn)在50～260℃之間的揮發(fā)性有機(jī)化合物的總稱。歐盟（EU）關(guān)于VOCs定義：在20℃條件下，蒸氣壓大于0.01kPa的所有有機(jī)物。美國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)局（USEPA）關(guān)于VOCs定義：所有含碳的并參加大氣中光化學(xué)反應(yīng)的有機(jī)物。大氣污染控制工程中關(guān)于VOC定義：VOCs是一類有機(jī)化合物的統(tǒng)稱，在常溫下其蒸發(fā)速度大、易揮發(fā)。中國(guó)環(huán)保協(xié)會(huì)（ZHB）在石油煉制、石油化工、合成樹(shù)脂排放標(biāo)準(zhǔn)中明確VOCs“參與大氣光化學(xué)反應(yīng)的有機(jī)化合物，或者根據(jù)規(guī)定的方法測(cè)量或核算確定的有機(jī)化合物。”

這些定義有相同之處，但也各有側(cè)重，有的強(qiáng)調(diào)在常溫常壓下能自發(fā)揮發(fā)，有的強(qiáng)調(diào)是否參加大氣光化學(xué)反應(yīng)，有的對(duì)沸點(diǎn)或初餾點(diǎn)作限定。

2 常見(jiàn)揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）種類

VOC根據(jù)按其化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步分為：烷類、芳烴類、酯類、醛類及其他等。截至目前已鑒定出的有300多種，VOCs的種類見(jiàn)表1。

如圖1所示，VOC的來(lái)源主要為化學(xué)溶劑、化學(xué)品、汽車尾氣和燃燒廢氣。化學(xué)溶劑同每個(gè)人的生活密切相關(guān)，比如日常生活中生活的油漆，家庭轎車的車內(nèi)和室內(nèi)裝飾，以及家許中使用的各類電子電氣等設(shè)備都可能含有VOC，而化學(xué)品則主要存在于石油、化工、加油站等生產(chǎn)和銷售單位。

3 VOC對(duì)人的健康方面的影響

VOC在太陽(yáng)光和熱的作用下能參與NOx反應(yīng)并形成臭氧，臭氧會(huì)導(dǎo)致空氣質(zhì)量變差，并且是夏季煙霧的主要組分。一是臭氧的重要前驅(qū)物，在夏季陽(yáng)光燦爛的高溫天氣條件下，NOx和VOC與氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成臭氧。產(chǎn)生反應(yīng)的化學(xué)式：VOC + NOx→O3。溫室效應(yīng)氣體會(huì)導(dǎo)致全球范圍內(nèi)的升溫。二是PM2.5的重要組成。三是VOCs臭氣成為環(huán)境投訴的熱點(diǎn)難點(diǎn)問(wèn)題。

VOCs這一類的物質(zhì)極易通過(guò)血液—大腦的障礙，從而導(dǎo)致人體大腦中樞神經(jīng)系統(tǒng)受到抑制，因此當(dāng)人體內(nèi)的VOCs達(dá)到一定濃度時(shí)，會(huì)引起頭痛、惡心、嘔吐、身體乏力等癥狀，嚴(yán)重時(shí)甚至引發(fā)全身抽搐、昏迷，損害肝臟、腎臟、大腦和神經(jīng)系統(tǒng)，造成記憶力減退等嚴(yán)重后果，可見(jiàn)這一類物質(zhì)對(duì)人體的傷害有多大，綜合治理是非常迫切的。

VOC對(duì)人體的影響大體分為三種類型：

（1）氣味和感官方面，包括感官刺激，使人感到干燥;

（2）VOCs對(duì)人體粘膜刺激以及其它系統(tǒng)毒性導(dǎo)致的病態(tài)，如刺激眼粘膜、鼻粘膜、皮膚和呼吸道等;

（3）具有致癌性和基因毒性。（當(dāng)然，VOCs對(duì)人的影響與其濃度有關(guān)）

4 VOCs與其它空氣污染物的關(guān)聯(lián)

揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）的光氧化產(chǎn)物的氣態(tài)/粒子態(tài)和光氧化過(guò)程均分過(guò)程是二次有機(jī)氣溶膠形成的重要原因。二次有機(jī)氣溶膠形成的化學(xué)機(jī)理主要涉及到揮發(fā)性有機(jī)化合物的光氧化過(guò)程及其一系列的后續(xù)反應(yīng)，它們導(dǎo)致了大氣對(duì)流層中臭氧濃度的增加以及二次有機(jī)氣溶膠的形成。

4.1 VOCs與O3

在城市和工業(yè)企業(yè)密集區(qū)域，由于紫外線的照射可以讓揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）和NOx與大氣中游離的原子O、臭氧（O3）、OH以及HO2等發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生光化學(xué)煙霧（圖2）。光化學(xué)煙霧的主要成分為臭氧（O3），還包含醛類、酮類以及過(guò)氧乙酰硝酸酯（PAN）等。

NOx的濃度變化、VOCs的濃度和組分會(huì)使臭氧（O3）的濃度發(fā)生改變，因此，可通過(guò)控制前體物來(lái)消減臭氧（O3）。據(jù)相關(guān)研究，市區(qū)臭氧（O3）濃度由VOCs濃度控制，在光化學(xué)反應(yīng)中濃度小的前體物控制臭氧（O3）的濃度，鄉(xiāng)村地區(qū)臭氧（O3）濃度由NOx濃度控制，而VOCs組分中貢獻(xiàn)最大的是芳香烴類化合物。

因此從某種意義上來(lái)說(shuō)，只控制人為源排放的VOCs濃度并不能有效地控制臭氧（O3）濃度，而是要根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況來(lái)制定相應(yīng)的控制對(duì)策，要做到冶標(biāo)又治本。

4.2 VOCs與PM2.5

揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）在特定的條件下和大氣中的顆粒物將會(huì)形成二次有機(jī)氣溶膠（secondary organic aerosols，SOA）。二次有機(jī)氣溶膠粒子大多存在于粒徑小于2μm的細(xì)顆粒物中，主要以積聚模態(tài)存在，SOA的生成直接導(dǎo)致空氣中PM2.5的增加。

SOA的形成過(guò)程包含兩個(gè)方面，一是VOCs的氧化和低揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）的生成，二是氣-粒轉(zhuǎn)化過(guò)程。

VOCs通過(guò)大氣氧化過(guò)程生成低揮發(fā)性有機(jī)物，并且通過(guò)均相成核過(guò)程生成新的顆粒相;VOCs和低揮發(fā)性有機(jī)物在環(huán)境氣溶膠存在條件下通過(guò)氣-固相之間的分配進(jìn)入顆粒相。部分VOCs在云、霧過(guò)程中通過(guò)液相反應(yīng)生成低揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）并進(jìn)入顆粒相。

通常將現(xiàn)有大氣氧化劑濃度下，氣溶膠轉(zhuǎn)化率大于10%的揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）稱為活性有機(jī)氣體（Reactive Organic Gases，ROGs）。人為源ROGs大多來(lái)自機(jī)動(dòng)車尾氣如苯系物、酚和二烯烴等，這些化學(xué)活性強(qiáng)的揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）是SOA和O3的重要前體物。目前對(duì)于揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）的研究主要集中在兩個(gè)層面，即排放清單的建立和VOCs的控制技術(shù)研究。

5 VOCs污染控制技術(shù)

如圖3所示，VOCs污染控制技術(shù)可以分為以改進(jìn)工藝技術(shù)，更換設(shè)備和防止泄露為主的預(yù)防性措施和以末端治理為主的控制性措施等兩個(gè)方面。

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