淺談VOCs對環境空氣中臭氧的影響

薛粟尹，周琪超

（1.遵義市紅花崗區生態環境污染防治中心，貴州 遵義 564200；2.貴州甕福開磷氟硅新材料有限公司，貴州 貴陽 550300）

大氣環境健康安全是人類生活生產的基礎保障，揮發性有機物（VOCs）是一類能夠參與大氣光化學反應的化合物總稱，對大氣環境安全有危害性影響，是環境污染防治工作的重點。現階段，VOCs監測和管理面臨一些挑戰，一方面是揮發性有機物的來源日益廣泛，除了來自自然界，人為造成的污染物排放也是導致大氣環境VOCs危害的重要來源；另一方面，揮發性有機物本身是化合物的總稱，在不同的地區、不同的時間段內VOCs組分并不是固定不變的，組成情況復雜，其物理和化學性質也有較大差異。為此，加強大氣環境中的VOCs組分濃度的監測，持續加強VOCs污染源監控能力，是控制大氣環境中VOCs污染來源并降低VOCs對環境危害的重要途徑[1]。

1 大氣中VOCs的來源及危害

大氣中的VOCs污染包含很多種有機化合物，如烷烴類、烯烴類、炔烴類、芳香烴類、含氮有機物、含氯有機物、含氧有機物、含硫有機物等。VOCs物質是大氣PM2.5的重要前體，對大氣環境有嚴重危害。

大氣中的VOCs來源很多，一部分是自然排放，自然排放的來源主要包括林場、草場、植物、濕地、動物等，如自然界森林火災、火山活動等造成揮發性物質產生，另一部分是人為排放，人為排放的來源主要包括工業、農業、生活等，如工業生產中產生的廢氣排放、汽車燃油尾氣排放、煙花爆竹燃放產生的廢氣排放、建筑揚塵、裝飾涂料、光化學煙霧等[2]。

工業生產中產生的廢氣中攜帶的VOCs危害最嚴重，一旦工業廢氣的濃度很高，會直接引發急性中毒事故，工業產生的有機廢氣中經常包括苯、芳香胺、有機氮等化合物，這些含有高濃度有機物的廢氣具有很強的致癌性，一旦進入到人體后將直接導致人體細胞代謝程序紊亂，蛋白質凝固變形。總之，VOCs對人體生理機能正常運行有很大危害，會造成身體免疫力低下，誘發身體細胞癌變，導致嚴重的病癥甚至死亡。VOCs對動物和很多植物的生長也有不利影響，給生態系統健康帶來危害。除了對人體和動物的生命健康帶來危害以外，一部分揮發性有機物進入到大氣環境后，會破壞臭氧層，造成更加嚴重的溫室效應，導致極端天氣，災害頻發。

揮發性有機物引發的二次污染危害也十分嚴重。PM2.5、臭氧等二次污染與揮發性有機物都脫不開關系。揮發性有機物是上述環境污染事故的前體物質，會引發霧霾、光化學煙霧等大氣環境問題。近年來，我國工業經濟發展速度加快，城市快速發展的同時對能源的消耗量也在增大。各地區以區域為特征的大氣污染現象日益突出，在更廣的范圍內出現區域內空氣污染現象，發生大氣環境污染的頻率也在增加，這些都對社會經濟的發展不利，對人們的生命健康造成威脅。

臭氧污染是大氣環境污染的重要類型，這種污染是VOCs中的氮氧化合物和碳氫化合物在紫外線的作用下發生反應，導致臭氧生成，濃度增加，引發大氣光化學煙霧的現象。光化學煙霧中，臭氧是典型的污染物。隨著臭氧濃度的增加，還會引發一系列復合型污染[3]，如酸雨、霧霾等，嚴重危害到人類的生命健康和動植物正常生長。一旦條件適宜，VOCs中的有害物還會和氧化劑、三氧化氮、臭氧等發生二次反應，通過凝結、吸附、氧化等過程形成顆粒物，轉化成PM2.5。

2 大氣中臭氧污染特征及來源

現階段，大氣環境空氣質量污染呈現復雜化特征，原來的顆粒物逐漸轉化成臭氧污染。臭氧污染特征受到很多因素的影響。城市產業分布差異會使城市大氣中臭氧濃度呈現空間分布差異性的特征。氣象要素對大氣中臭氧污染特征也有影響，如風向、風速、風頻等。在臭氧重度污染的季節或時間段，風速和臭氧超標時段整體呈現出正相關性。大氣溫度變化對臭氧污染也會有影響，夏季氣溫增長較快的時段，大氣中臭氧濃度受到溫度的影響更明顯，與風速之間的相關性減弱。此外，導致臭氧生成潛勢較高的碳三、碳四、碳五烷烴或烯烴、苯乙烯、三甲苯等有機物對臭氧污染濃度變化也有影響。

臭氧污染主要是人為造成的污染源，包括石油化工行業、醫藥制造行業、化學制品制造行業、交通行業中燃油車尾氣排放、涂料農藥等溶劑使用、煤炭燃燒等，其中石油化工源占比最高。污染物來源是國家重點監管的行業，生產過程中產生的甲苯類、二氯乙烷等有機物導致臭氧濃度增加。醫藥制造行業、化學制品制造行業以及紡織業、非金屬礦物制品業等其他工業源中的乙醛、丁醛、苯甲醛、乙酸乙烯酯等是臭氧污染的第二類來源。雖然近年來新能源汽車的應用率增加，但是燃油汽車在交通行業車輛總數中占比較大，VOCs的排放量也較高。建筑涂料、工業涂裝、農藥使用等溶劑產生VOCs，如二氯甲烷、三氯甲烷、正己烷等，導致大氣環境發生臭氧污染。工業鍋爐、散煤燃燒時，煤炭原料釋放出乙烯、丙烯、甲苯、乙烷、丙烷等VOCs，造成臭氧環境[4]。

3 大氣中VOCs污染治理技術要點

3.1 熱破壞技術

利用燃燒的方式對VOCs進行破壞，如直接燃燒、催化燃燒，對化合物進行熱分解和氧化反應，破壞有機揮發物的組分使其氧化分解，降低VOCs的濃度，減少污染物的危害性。該技術針對低濃度的VOCs具有較好的效果，如采用直接燃燒的方式對VOCs進行分解氧化，可達到99%的處理效果。催化燃燒適用于含有金屬的VOCs治理。通過選擇適宜的催化劑，提高催化穩定性和催化效率，保證VOCs的處理效率。

3.2 電暈技術

利用帶電體放電性促使VOCs中的物質發生氧化反應，通常發生放電的介質為氣體或液體，對臭氧、氮氧化物具有良好的治理效果。帶電體的制備采用高壓脈沖裝置得到非平衡等離子體，產生的高能電子和活性帶電粒子局部放電，實現VOCs有害成分的氧化分解，促進無害化進程。

3.3 光氧化分解技術

利用光的能量或者在光催化劑的作用下使VOCs的有害物質氧化分解。光催化劑在該技術應用中發揮著重要作用。在光的照射下，催化劑產生羥基自由基，具有很強的氧化性，能夠對VOCs的有害物進行氧化分解，產生無害的無機物、二氧化碳、水。由于光在氣相中分子擴散能力強，因此該技術具有良好的反應速率，對VOCs的分解效率高，是一種應用十分普遍的治理技術。實際應用中，光催化分解技術和低溫等離子技術結合應用的情況越來越多。低溫等離子技術可以彌補光催化分解技術的不足，抑制過程中副產物的產生，降低能耗，提高治理效率，實現節能效益。

3.4 超聲解吸技術

利用超聲原理對VOCs的有害物進行分解，超聲波產生的熱能可以增加吸附劑的解吸能力，解吸過程中需要的能量低，解吸速度快，具有良好的治理效果。在實際應用中，吸附材料的選擇十分重要。吸附材料孔隙堵塞會影響材料的使用壽命，進而導致維護成本增加。實際中一般將該技術和其他技術結合應用，如超聲解吸技術和熱破壞技術相結合，具有更好的綜合性能[5]。

4 臭氧應急期間的VOCs管控分析

4.1 完善大氣環境治理監管體系

對大氣環境監管技術體系進行強化。積極應用衛星遙感技術、多參數空氣質量監測技術、近地機載觀測技術、無人機技術等提高大氣環境監管滲透率，覆蓋到人為難以抵達的現場區域，對大氣污染進行原因排查。要加強對大氣環境污染關鍵技術的研究，更準確高效地識別不同區域大氣環境污染排放的實際情況，精準定位污染源。配備現代化大氣污染排放設施，安裝計量裝置、分散監控裝置、視頻監控裝置等，確保企業污染物治理設施運行情況良好，保證對企業生產過程中污染物排放情況的有效監測。加強VOCs現場執法設備技術研究，為大氣環境治理監督工作提供強大支持。提高企業污染物排放自動監控系統，嚴格對照轄區內重點排污單位清單對企業是否安裝污染物排放自動監控設施進行查看，完善自動檢測數據執法的應用規范和應用標準。加強對大氣環境執法裝置建設的執法力度，確保大氣環境執法裝置符合大氣環境治理監管建設標準化要求。完善大氣環境治理監管裝置的應用機制和相關配套方法、技術標準，提高現場執法的科學性和高效性。積極應用人工智能技術、大數據技術和云計算技術，構建現代化大氣環境治理監管應用體系，強化多來源多數據的整合和分析，提高大氣環境監管數據應用效率。利用大數據技術、云計算等現代化技術提高預警能力，對破壞大氣環境的違法行為進行分析判定，提高分級分類管控能力。

4.2 對城市的工業企業進行專項檢查

一是督促工業企業按照法規對VOCs的管理制度進行完善，建立詳細操作規程，保證自行監測認真有效。二是根據企業自身的污染物排放特點，在生產工藝中加強密閉設備應用，有效收集工藝生產中產生的廢氣，在非取用狀態下保持容器密閉性，對VOCs實行應收盡收。三是環保部門結合企業的生產特點，積極推進原料替代技術，建議企業選用低VOCs含量或低潛在產生率的原輔材料，在原料采購環節加強對質量組分的檢驗，從生產源頭端把控環保關卡，減少VOCs的產生和排放。四是對企業現有的廢氣處理工藝設施進行評價。鼓勵企業采用多種治理技術的組合工藝，提高對VOCs的處理效率。針對企業生產中排放VOCs的組分、濃度、溫濕度以及生產工況，合理選擇適宜的污染物治理技術。如低濃度、大風量的廢氣，可采用沸石吸附、減風增濃等濃縮技術，以提高VOCs的治理效果。廢氣濃度較高，可進行溶劑回收，如果難以回收，可利用熱分解技術、低溫等離子技術進行處理。對于惡臭異味，可利用光氧化分解技術。通過強化廢氣處理工藝設計，滿足廢氣治理技術規范的要求。五是督促企業規范廢氣采樣平臺，確保廢氣檢測報告的規范性，應明確包含廢氣排氣量，廢氣處理設施的運行負荷和處理效率。

4.3 加強工業企業管控，開展錯峰生產

夏季是城市臭氧污染的高發季節，在臭氧高發時段開展科學化錯峰生產，減少臭氧高發時段VOCs的排放。

對轄區內的工業企業尤其是涉及VOCs排放的企業進行嚴格管控，引導規范企業做好生產調控和錯時生產。連續生產的企業要對生產計劃進行合理調整，以環保管理目標調整生產負荷，減少VOCs排放強度。非連續生產的企業結合實際情況進行錯時生產，在規定的時間段內禁止生產。印刷企業、涂料企業、噴漆企業等涉及VOCs排放作業的企業在規定的時間段內停產停工。加強對VOCs相關物料儲存的管控。對設備管線組件、原料儲罐、開放液面加強管理，嚴厲查處敞開式噴涂、噴漆作業，禁止露天作業。在VOCs的多級處理工藝中，涉及紫外光氧化治理的設備設施在規定的時間段內停止使用。對瀝青攪拌或攤鋪等作業工序加強管控，除非特殊搶修工程或重點建設項目，禁止在臭氧應急期間開工作業。除特殊情況外，園林噴藥停止作業。化工企業裝卸油品、化學品等作業在規定的時間段內停止，避免油品等危化品揮發。對油品儲運銷全過程加強VOCs的排放管控。對城市區域的油品經銷企業或站點進行錯峰管理，規定時間段內禁止卸油，避免卸油作業工序中揮發性有機物排放濃度太大加重環境污染。開展油品整治專項活動，加強油品儲運銷儲罐設施管理，對加油站、油罐車的油氣回收裝置加強檢查，確保油氣回收裝置安裝和運行情況良好。

4.4 加強路面灑水和環境噴霧

每天清早完成對城市區域的植物灑水。采用霧炮車輛加強對城市環境噴霧作業，增加灑水車，提高城市道路灑水循環作業頻率，尤其是城市的重要路段。通過加強路面灑水和環境噴霧，保持路面濕潤，降低環境溫度，減輕大氣環境污染危害。

5 結語

綜上所述，大氣污染制約著地區經濟發展，更危害到人體健康。治污應治本，治本先清源，通過研究VOCs來源，從源頭削減控制污染物產生。大氣環境治理工作應以改善大氣環境空氣質量為工作核心，以工業企業的差異化生產管控為抓手，通過對大氣臭氧應急期的實際情況采取科學的防治攻堅措施，突出重點時段，重點行業，采取精準施策的方式，實現精準調控的目標，堅決避免一刀切，增強大氣環境治理的精準性和有效性，有效應對臭氧應急期。通過制定科學可行的大氣環境質量管控措施，消除各種因素對大氣環境的危害，改善城市大氣環境質量，實現經濟社會和自然環境的可持續發展。