大氣污染治理中揮發性有機物的污染現狀及治理措施

秦 華

（山東省濟南生態環境監測中心，山東 濟南 250000）

揮發性有機物成分復雜，涉及烷烴類、芳香烴類、鹵代烴類、烯炔烴類、酯類和醛酮類等[1]，在臭氧（O3）和二次有機顆粒物的形成過程中發揮著十分重要的作用，在大氣化學反應過程中占據著重要地位，不僅會對自然環境造成破壞，還會嚴重危害人們的身體健康。美國20世紀中期的洛杉磯光化學煙霧事件，就是由于汽車尾氣中大量的烯烴類碳氫化合物和氮氧化物在光照下發生反應造成的。這次光化學煙霧事件給美國造成了巨額損失，數百位65歲以上的老人因呼吸系統衰竭死亡，75%以上的人患上了紅眼病。美國政府從20世紀70年代就開始推出了一系列法律法規、標準和管理手段，建立起了揮發性有機物的控制體系，取得了卓有成效的治理效果[2]。近年來，隨著我國經濟快速發展，以臭氧和細顆粒物為代表的復合型污染已經成為我國大氣污染的重要特征，揮發性有機物作為其重要前體物，對大氣環境影響日益突出。因此，加強對揮發性有機物污染方面的研究成為我國目前大氣污染防治工作的重要內容。

1 揮發性有機物的來源

環境中揮發性有機物的來源途徑較多，從大類來講主要可以分為兩類，一種是天然源，一種是人為源：（1）森林火災、火山噴發和植物自然排放等是主要的揮發性有機物天然源，其中比較重要的排放源是森林和灌木林，它們會排放出大量的異戊二烯、甲醇、單萜烯等物質。（2）人為源主要有移動源、工業源、生活源和農業源。移動源主要指的是交通運輸過程汽車尾氣排放的揮發性有機物；工業源主要包括石油化工、工業涂裝、包裝印刷、制藥行業等生產過程排放的揮發性有機物；生活源包括建筑裝飾、餐飲油煙、垃圾焚燒等產生的揮發性有機物；農業源主要包括秸稈等生物質的燃燒和農藥的使用等過程產生的揮發性有機物[3]。

2 揮發性有機物的危害

人類本身具有嗅覺反應，當聞到某些氣味時會有厭惡感產生，就會造成臭味污染。通常情況下，臭味物質會引起人們的厭惡，這種物質具有較強的揮發性，其成分中含有環狀化合物結構、還原態氮或者硫等物質，這類物質的碳數比較少，通常存在于揮發性有機物中，當人們接觸到揮發性有機物時就會形成臭味污染。此類臭味污染會在一定程度上影響人類的呼吸系統、內分泌系統、神經系統和循環系統，而且揮發性有機物中的甲醛和多環芳香烴等化合物具有毒性，其自身的致癌性也會對人們的身體健康造成嚴重危害。

3 揮發性有機物的污染現狀

3.1 污染濃度高，污染地區差異大

從當前的實際情況分析，我國大氣揮發性有機物污染濃度水平較高，并且存在較大的地區差異。根據我國重點城市的大氣揮發性有機物監測結果表明，我國總非甲烷碳氫化合物（NMHCs）的平均體積濃度較高，并且大部分NMHCs表現出較高的城際變化，相對標準偏差在50%以上，這就證明揮發性有機物的濃度在低污染城市和高污染城市之間，存在很大差別[4]。乙烷、乙炔、乙烯、甲苯等的體積濃度在我國城市大氣揮發性有機物中相對來說較高，這部分揮發性有機物的產生和汽車尾氣、燃煤、生物質燃燒有很大關系，也說明了人類生產和生活中的不完全燃燒行為是排放揮發性有機物的重要途徑。雖然各城市揮發性有機物的來源途徑基本一致，但不同地區排放的揮發性有機物數量卻存在很大差別，大氣中不同的特征組成可以很好的證明這一點，比如從苯、甲苯等芳烴組分的濃度來分析，珠江三角洲和長江三角洲地區比全國平均水平高出很多，導致這種現象的原因是這兩個地區的涂料、油漆、制鞋和印刷等工業比較發達；再比如廣州地區大氣環境中的丙烷濃度比其他城市高，這說明當地使用液化石油氣的行為比較普遍。

3.2 臭氧和二次有機顆粒物污染嚴重

近年來，我國臭氧污染范圍不斷擴大，并且在大氣中的濃度逐年升高。據相關研究表明，北京市臭氧白天均值在40～60 ppbv之間，年增長2.7 ppbv，年增長率為6%，增長勢頭比較明顯，而且最高臭氧濃度曾達到286 ppbv，遠遠超出了空氣質量要求標準。北京的相關試驗證明，控制氮氧化物的排放無法使北京臭氧的濃度有效降低，這就充分說明此地區揮發性有機物主導控制臭氧生成的現象比較典型。上海、廣州等地區也受到揮發性有機物的影響，如果不考慮二次有機顆粒物的影響，對氮氧化物的排放進行控制，很有可能會讓臭氧濃度不降反增。當前我國PM2.5污染問題比較嚴重，PM2.5中含有大量的顆粒有機物、硫酸鹽、硝酸鹽和銨鹽等物質，其中二次有機顆粒物在所有顆粒有機物中占比較高，在PM2.5形成的過程中發揮著重要作用。

4 揮發性有機物污染的治理措施

4.1 焚燒治理

焚燒爐是焚燒法中的重要設備，這種爐型的類型有多種，不同的爐型有不同的應用范圍，直接焚燒爐、蓄熱式焚燒爐和對流換熱式焚燒爐等是經常用到的幾種，在選擇焚燒爐之前，應針對焚燒氣體的腐蝕性、組分等物理化特性進行全面了解，并以這些參數為依據來選擇合適的焚燒爐，在使用過程中還要保證焚燒爐參數設置的合理性。在應用此種方法的過程中會消耗大量的能源，而且還會有大氣污染物產生，基于節能環保理念，可以采取措施對焚燒溫度進行控制，并縮短揮發性有機物在高溫區停留的時間，為了促進此目標的實現，可以把催化劑添加到焚燒爐中，經常用到的催化劑種類有過渡金屬催化劑、貴金屬催化劑和金屬氧化催化劑等。催化劑的使用可以有效降低能源消耗，使焚燒中產生的大氣污染物含量得到控制，在焚燒過程中需要注意氣體對焚燒爐產生的腐蝕影響，另外還應避免在焚燒時造成二次污染，焚燒過程的余熱得到最大程度的利用。

4.2 光催化治理

光催化技術出現時間較早，在20世紀70年代就得到廣泛應用。該方法是主要是通過將揮發性有機物降解為二氧化碳、水等無機小分子，從而實現揮發性有機物的治理效果。該方法中需要用到催化劑，電子型半導體材料（N型半導體材料）是比較常用的催化劑，比如二氧化鈦、氧化鋅和三氧化二鐵等。光催化技術的主要原理是利用相應的光照射催化劑，然后會激發催化劑價帶上的電子，從而進入導帶，會產生空穴，繼而形成空穴對，也就是說激活了光催化劑，然后就會有氫氧離子產生，這種離子和揮發性有機物之間會發生氧化反應，從而讓揮發性有機物成功轉化成無機物、水和二氧化碳，達到了控制污染的目的。在使用此方法的過程中應注意嚴重控制有機物的濃度，需要小于100 mg/L，并維持較小的氣流量。

5 結語

綜上所述，我國對揮發性有機物了解和認識相對較晚，導致某些地區已經受到比較嚴重的污染，而我國對于揮發性有機物的治理仍處于初級階段，為了促進揮發性有機物控制效果的提升，我們應全面深入了解大氣污染治理中揮發性有機物的污染現狀，并根據實際采取有效的治理措施，協同控制揮發性有機物和氮氧化物的排放，實現我國大氣環境質量的根本改善。