化工園區揮發性有機化合物的污染特征分析

李海育

廣東省環境技術中心

從2010 年開始，我國多次出現霧霾天氣，這一情況的出現，說明以臭氧、細顆粒物作為特征的區域性大氣污染問題日益嚴重，并且對于群眾的身心健康造成負面影響。揮發性有機化合物（VOCs）作為臭氧與細顆粒物的重要前體物，受到大眾與學界的高度關注。從改革開放至今，我國經濟發展速度加快，能源消耗情況呈現出大幅度上漲的趨勢，因此使得我國大氣環境當中所含有的揮發性有機化合物排放情況，呈現出極大的增長。如果未能采用適當的措施，對于VOCs 進行有效的控制，那么到了2030 年，我國僅工業生產中所釋放的VOCs，就能超過4 425.6 萬噸，所以需要人們對其進行高度關注。

1 揮發性有機物所具備的危害情況

根據研究可知，VOCs 所具備的危害性包含下述幾點：一是對于肝臟、腎臟造成刺激，使人們感受到多重不適；二是對于人的鼻膜、眼睛等造成更多的刺激，使其出現病變的可能；三是對于人體的中樞神經造成影響，甚至會誘發癌癥。不僅如此，VOCs 會污染周邊的地下水與土壤，甚至會直接威脅到動植物的生命。因此，做好VOCs 的治理工作勢在必行。

2 污染物特征分析

2.1 臭氧與VOCs 的關系

本文采用的是2019 年至2020 年，某某地區5 月到9 月的臭氧濃度較高時段的數據，隨后與同時期的VOCs 數據做出對比與分析，并且排除了保養、儀器校準等多個無效數據。2019 年5 月到9 月，無效天數為121 天，其中臭氧超標天數為24 天，超標的概率為20%左右；2020 年5 月到9 月，有效天數共計130 天，臭氧超標天數為26 天，超標率也在20%左右。對圖1、圖2 進行分析后可以了解到，VOCs 日平均濃度較高時，臭氧日均濃度也相對較高，兩者有著十分接近的變化幅度，同時也有著相近的線性關系。這主要是因為，環境當中如果出現大量的VOCs，那么他就會與氮氧化物發生反應，同時也會使得原本的臭氧分解過程受到阻礙，使得大量的臭氧積累在空氣當中，導致臭氧污染問題更加嚴重。

圖1 2019 年5 月至9 月，某某地區某化工區的VOCs與臭氧變化趨勢

圖2 2020 年5 月至9 月，某某地區某化工區的VOCs與臭氧變化趨勢

3.2 該化工區VOCs 各組分占比情況

在本文中，筆者共測定了36 種VOCs 的組分，其中包括7 種鹵代烴、11 種芳香烴、7 種烴烯、11 種烷烯。2019 年5 月至9 月的觀察期內，VOCs 濃度在67.3 μg/m3，其中鹵代烴、芳香烴、烯烴、烷烴的濃度分別是16.25、8.22、7.578、34.56 μg/m3。根據上述數據可知，VOCs 主要的組分是烷烴，其占據總比例的44%，主要污染物為異丁烷、丙烷、正丁烷；第二名為芳香烴，占據總比例的22%，主要污染物為甲苯與二甲苯；第三名為鹵代烴，占據總比例的21%，主要污染物為二氯乙烷、二氯甲烷兩種；烯烴占據總比例的12%，主要污染物是乙烯與丙烯。

4 揮發性有機物處理方法與實際效果

4.1 活性炭吸附法

目前來看，工業生產企業在治理污染問題時，最常使用的方法就是活性炭吸附法，因為活性炭有著良好的吸附性且前期投資額度較小，能夠吸附大量的VOCs，當活性炭在達到一個飽和的吸附狀態后，工業企業會將這些處于飽和狀態的活性炭，交由有相關資質的單位進行處理處置。通過調查發現，許多環境保護公司都選擇對外宣稱利用相應的技術手段，已經脫除了大部分VOCs，但是實際的去除情況，遠遠低于對外宣傳的90%。不僅如此，因為活性炭有多種類型，因此在處理過程中，去除效果也存在明顯的差異。在處理過程中，如果想要達到理想的排放標準，那么就需要企業在后期投入更多的成本。

4.2 光催化氧化技術

光催化氧化技術的出現，就是通過光波當中一些特殊波段，來起到一定的催化作用，由此使得大氣當中的氧氣被直接分解成負氧離子、羥基以及臭氧，隨后將其與VOCs 相互融合，使其發生化學反應，最終起到去除污染氣體的目的。但是利用光催化方式，其催化材料、濕度、波長等，都會對于VOCs 實際的處理效果產生影響，如果缺乏充分的反應，那么就可能使得VOCs 在后期被分解成酮、醛等一些具備毒性的產物[1]。

4.3 生物處理法

生物處理法的使用，主要是利用自然界當中大量微生物所具備的分解作用，使得VOCs 得以分解，利用微生物所具備的新陳代謝能力，使得VOCs 被直接轉換成無害的無機鹽、水等多種物質。生物處理法的使用，具備抗沖擊能力強、無二次污染等多個優勢，因此受到國內外的高度關注與廣泛推崇。雖然生物處理法不會帶來二次污染問題，但是卻有著較差的實用性，比如一些生物只能去處理對應的污染物，在培養微生物的過程中，存在一定的不確定性，所以在培養過程中，會出現微生物死亡的情況，或者微生物在新陳代謝過程中，會使得設備被堵塞，這就使得后期有著較高的維護成本[2]。

4.4 低溫等離子體技術

低溫等離子體技術的使用，能夠有效地處理工業廢氣，通過該設備當中的介質，能夠有效地阻擋在放電過程中所產生的等離子體，隨后在反應過程中，逐漸生成大量的高能活性粒子，由其與有機廢氣再次反應，將這些廢氣直接破解成二氧化碳與水，由此達到凈化目的。該技術在使用過程中，主要集中于處理一些低濃度的VOCs 方面，其有著操作簡單、設備投資少等多個優勢。但是在日常應用過程中，利用低溫等離子體技術去處理油煙當中的VOCs，能夠取得更好的效果，而其在處理濃度較高的VOCs 時，效果并不理想[3]。

4.5 燃燒法

燃燒法通常指的是將VOCs 當中的碳，轉變成二氧化碳，在這一過程中涉及三種方法，一是蓄熱燃燒法，二是直接燃燒法，三是催化燃燒法。目前被應用最多的方法就是蓄熱燃燒法與催化燃燒法。雖然燃燒法有著較高的處理效率，但是也有著極高的投資成本。比如蓄熱燃燒法在應用過程中，要求其燃燒溫度必須大于750 ℃，一些特殊情況要超過1 000 ℃，在燃燒過程中，可能會出現大量的氮氧化物。而在用催化燃燒法的過程中，預處理時通常會使用到自來水噴淋方法，而有機物當中的氯離子與水，在經過燃燒以后，極容易產生二噁英，處理VOCs 的設備并沒有可以對二噁英進行分解的高溫燃燒裝置，因此就會導致燃燒時產生的大量二噁英被排放到自然空氣中[3]。

5 結語

綜上所述，根據調查研究可知，VOCs 治理工作應當從源頭著手，通過優化工藝、減少排放的方式，選擇最佳的治理方法。同時也需要對于污染物進行有效的分類，因為VOCs 的污染物成分復雜、種類繁多，因此在處理過程中，不應當采用單一的處理方式，而是應當做到具體問題具體分析，將有針對性的處理方法加入其中，才能有效提高VOCs 處理效果。