大氣環境中揮發性有機污染物監測及治理探討

安徽海峰分析測試科技有限公司 葉帥

揮發性有機污染物（簡稱VOCs），是有機化合物的總稱，通常是指熔點低于室溫，沸點在50-260℃間的各種揮發性有機物總稱。揮發性有機污染物根據其化學結構的不同可分為五大類：鹵烴類、非甲烷碳氫化合物、含氧有機化合物、含氮有機化合物、含硫有機化合物等。揮發性有機污染物具有刺激性、致癌性和致突變性，還極易引發火災和爆炸。國家十分重視揮發性有機污染物的監測與治理工作，為此，2015年財政部等相關部門聯合出臺《揮發性有機物排污收費試點辦法》，率先從印刷、石油化工兩大行業領域開展有機污染物收費的試點工作，旨在加大源頭排污治理力度。因此，從源頭做好揮發性有機污染物的監測與分析，為相關部門采取相關治理措施提供支持。

一、大氣環境中有機污染物來源及危害

（一）來源

根據有機污染物來源的不同，可將大氣環境中有機污染物來源分為人工源和自然源兩大類。（1）前者，主要是指與人類活動有關，在生產生活作業過程中產生的有機污染物。其中，有主要來自室內有機污染物和室外有機污染物。室內有機污染物主要有煤、天然氣等燃燒物、采暖、烹調等煙霧產生；還包括家裝材料、家具、家電以及清潔劑等在使用過程中排放出的有機污染物。室外有機污染物主要來自燃料燃燒、汽車尾氣和光學污染等交通運輸過程中產生的，其中，石油化工、印染、印刷、制藥、電子產業和表面涂裝等工業生產環節也是大氣環境中有機污染物的重要來源。人為源排放揮發性有機污染物主要種類有：煤炭、天然氣、生物質燃燒排放的乙烯、乙烷、乙炔、丙烯和苯系物等；垃圾填埋場排放的苯系物、古烯等；煉油廠、化學工廠在其工業生產過程中產生的正己烷、環戊烷、苯乙烯等；汽車或柴油車尾氣排放的異戊烷、正庚烷等。（2）后者，主要是指來自森林火災、植物釋放和火山噴發導致的大氣環境中的有機污染物。其中，最重要的自然釋放源為植物釋放。據相關部門研究發現，91.9%的揮發性有機物來自自然源的貢獻量。此外，室外自然源中的溫度、光照等也是影響揮發性有機污染物產生的重要因素。

（二）危害

大氣環境中的揮發性有機污染物危害性大，一方面，這些揮發性有機污染物是大氣環境中顆粒物濃度超標的重要因素之一，也是引發光化學污染的重要原因。另一方面，這些揮發性有機污染物在大氣環境中具有不可逆轉性，增加了后期的治理難度。從歷年發布的生態環境狀況公報公布的數據顯示，顆粒物濃度成為大氣環境的首要污染物，臭氧超標占比也較高，這兩大污染物遠遠超過了其他大氣環境中的污染物超標占比。揮發性有機污染物中的氮氧化合物與碳氫化合物在自然環境中紫外線作用下產生臭氧，臭氧污染物濃度超標極易引發光化學煙霧，危害植物正常生長。有機污染物濃度超標，也是酸雨、霧霾及光化學煙霧的復合污染的重要原因。此外，揮發性有機污染物與大氣污染物生成二次氣溶膠，產生顆粒物，滯留于大氣環境中，影響大氣能見度。此外，大氣環境中的揮發性有機污染物具有特殊氣味，刺激人的皮膚、眼睛和呼吸道，導致頭疼、乏力和咽喉腫痛，刺激性、致癌性、致突變性成為影響人體健康的重要因素，尤其是揮發性有機污染物中的苯、甲苯和甲醛等，危害性極大。

二、大氣環境中有機污染物監測方法

根據《室內空氣中對二氯苯衛生標準》《空氣和廢氣監測分析方法》和《空氣和廢氣監測分析方法》等相關規定，目前，大氣環境中有機污染物監測技術主要有：

（一）PTR-MS—質子轉移反應質譜法

質譜轉移反應質譜技術廣泛應用于大氣環境中揮發性有機污染物監測分析，也被應用于工業廢氣、汽車尾氣監測等相關領域。質子轉移反應質譜法利用漂浮模型與電離子對大氣中揮發性有機物進行實時監測，從而獲得監測結果。質子轉移反應質譜法監測大氣環境中揮發性有機污染物具有監測靈敏度高、監測效率高和清晰度高等巨大優勢，也簡化了監測過程，解決了飛行時間質譜監測法易受到干擾離子影響的弊端，具有良好的應用推廣前景。

（二）TOFMS—飛行時間質譜法

飛行時間質譜監測法使用的是一種較為常見的質譜監測儀器。該監測方法的工藝原理，是利用電荷與質子間的作用形成脈沖電場，然后記錄離子在該電場內的具體運行時間，再對監測結果進行匯總，并得出相應的監測結果。飛行時間質譜法監測大氣環境揮發性有機污染物監測效率更高，能夠在幾分鐘時間里獲得相應的監測數據和監測結果。但飛行時間質譜法監測大氣揮發性有機污染物也有其自身的弊端和不足，即質譜圖電場易受到干擾離子影響，從而使監測結果更具復雜性，增加了監測人員監測工作難度。

（三）HPLC—高效液相色譜法

與氣相色譜法相似的另外一種大氣環境中揮發性有機污染物監測法——高效液相色譜法，但與氣相色譜法不同的是，高效液相色譜法使用的液體是流動相。即在高壓輸液系統中，將采集到的揮發性污染物大氣監測樣品中不同極性的混合溶劑與單一溶劑一并裝入至監測色譜柱之中，然后再將采集到色譜柱中的樣品進行交換分離，最終選用色譜儀器監測留存的揮發性有機物，對其進行分析。高效液相色譜法監測大氣環境中的揮發性有機污染物是對氣相色譜法的工藝改進，因此，其監測結果更加精準、高效，靈敏度高，監測的效果更符合實際。

（四）GC—氣相色譜監測法

氣相色譜法是揮發性有機污染物最為重要的一項監測工藝。氣相色譜監測工藝具有監測靈敏度高、精確度高等優勢，也是大氣環境中揮發性有機污染物監測分析速度較高的一種方法之一。利用氣相色譜監測法監測大氣環境中的揮發性有機污染物，主要包括監測大氣樣品的采集及其測定兩個環節。其中，采集環節主要是利用監測用吸附管采集被監測大氣樣品，再利用吸附管中的吸附劑分離被監測大氣中的污染物，從而實現留存揮發性有機污染物的效果。將留存于吸附管中的有機揮發性污染物作為測定的主要內容。利用升溫的方式解吸有機污染物，再選用氣相色譜儀對解吸后的污染物進行分析監測，從而獲得揮發性有機污染物的含量濃度。GC氣相色譜監測法監測大氣中的揮發性有機污染物濃度監測時間較長，難以在極短時間內獲得監測效果。且監測中使用大量化學試劑，監測成本相對較高。

三、大氣環境中有機污染物防治措施

大氣環境中揮發性有機污染物成因眾多，這也無疑增加了大氣環境有機揮發性污染物的治理難度。目前主要有熱破壞法、光分解法、低溫等離子體-光催化法和超聲波解析法。從防治措施來看，單一方法難以有效發揮其應有治理效果，也難以實現根治的效果。因此，針對大氣環境中有機污染物治理的現實情況，合理選用相應的治理方法，或綜合使用，確保預期實效。

（一）熱破壞法

熱破壞法處理大氣中的揮發性有機污染物，這是一種較為成熟的且應用廣泛的處理工藝方法。熱破壞法處理揮發性有機污染物包括直接燃燒法和催化燃燒法。熱破壞法處理揮發性有機物是利用燃燒過程中發生的化學反應中揮發性有機物進行摧毀和破壞，發生反應，從而降低大氣環境中的揮發性有機污染物含量，從而達到有效控制污染物的預期效果。目前，熱破壞法處理揮發性有機污染物主要應用于低濃度廢氣處理領域，效果較好。但該法需要在特定處理條件，且處理成本較高，需要在后續的應用過程中不斷優化、改進。

（二）光分解法

光分解法處理大氣環境中的揮發性有機污染物，主要是利用不同的光照射，以達到降解大氣環境中的揮發性有機污染物效果，最終實現預期處理目的。光分解法處理的工藝原理，即利用各式光的長時間照射下，光催化劑會產生烴基自由基，烴基自由基具有強氧化性，能夠有效降低大氣中的揮發性有機污染物含量，使其生成無機物。目前，從實際應用的效果來看，光分解法處理大氣環境中的揮發性有機污染物，具有較高的安全性和可靠性，應用廣泛，也是目前實際應用中最受歡迎的一項處理方法。

（三）低溫等離子體-光催化法

基于光分解工藝法的低溫等離子體-光催化法處理揮發性有機污染物，已在多個國家和地區得到了成功推廣和應用。該項處理技術集合了低溫等離子體工藝與光催化工藝，實現了二者的有機結合，發揮兩種工藝方法的優勢最大化。一方面，可有效抑制和稀釋大氣環境中的揮發性有機污染物，另一方面，又具有較好的處理效果，且處理成本低，工藝方法應用穩定，便于操作。

（四）超聲波解析法

超聲波解析法處理大氣環境中揮發性有機污染物，其原理是利用超聲波發射所產生的熱量，作為治理大氣環境中的揮發性有機污染物。在熱量中增加吸附劑，使其具有較強的吸附能力，從而達到提升治理的預期效果。作為傳統燃燒法與吸附法的結合工藝技術，經過實驗證實，活性炭等污染物治理領域中使用超聲波解析法效果最佳，且治理成本較低。

四、結語

隨著生態環境保護要求越來越高，為推動大氣環境中揮發性有機污染物治理，首先需要選用精準的監測技術方法，精準、快捷、高效地監測大氣環境中揮發性有機污染物濃度，并結合不同治理工藝的應用特點和實際情況，最大限度地實現治理效果。目前，可供選用的工藝方法包括回收法、銷毀法和組合法，在實際應用時應結合相關工藝技術特點，合理做出相應選擇。