空氣中揮發(fā)性有機(jī)物的監(jiān)測(cè)與治理

洪碧圓

（中煤浙江檢測(cè)技術(shù)有限公司，浙江杭州 310000）

1 揮發(fā)性有機(jī)物相關(guān)闡述

國(guó)際上，揮發(fā)性有機(jī)物VOCs 是指在常溫條件下，沸點(diǎn)在50～260℃的各類有機(jī)化合物。在我國(guó)，VOCs 是指常溫下飽和蒸汽壓大于70Pa、常壓下沸點(diǎn)在260℃以下的有機(jī)化合物，或者是在20℃環(huán)境下，蒸氣壓不小于10Pa 且具有揮發(fā)性的全部有機(jī)化合物[1]。VOCs 主要包括鹵代烴、非甲烷碳?xì)浠衔?、含氮有機(jī)化合物等，大多具有刺激性氣味，且具有致癌、致畸和致突變等特點(diǎn)，如苯、甲苯等化合物。VOCs 會(huì)直接參與到二次氣溶膠、臭氧生成，從而造成PM2.5超標(biāo)、臭氧污染，引發(fā)嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。

2 空氣中揮發(fā)性有機(jī)物的監(jiān)測(cè)

2.1 吸附劑富集監(jiān)測(cè)法

吸附劑法是經(jīng)典的VOCs 檢測(cè)方法，主要是采用固態(tài)吸附劑，將VOCs 進(jìn)行濃縮采集。通過吸附劑的作用將采樣、濃縮環(huán)節(jié)相結(jié)合，縮短了監(jiān)測(cè)流程，更具實(shí)用性。采用吸附管監(jiān)測(cè)VOCs 濃度，能對(duì)樣品中VOCs 進(jìn)行富集，降低了方法的檢出限，同時(shí)，富集過程為時(shí)間段，有助于計(jì)算排放均值。吸附劑富集監(jiān)測(cè)方法成本更低，固體吸附劑可以重復(fù)使用，但是在揮發(fā)性較強(qiáng)的VOCs 中無法保證監(jiān)測(cè)精度。

2.2 容器捕集氣質(zhì)聯(lián)用法

目前針對(duì)環(huán)境空氣樣品中VOCs 的檢測(cè)，可采用蘇瑪罐進(jìn)行收集，直接帶回實(shí)驗(yàn)室用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀對(duì)氣體樣品進(jìn)行分析。蘇瑪罐在收集中可以避免吸附物的分解，采集到的VOCs 氣體純度更高，并且可以同時(shí)對(duì)多種化合物進(jìn)行分析。但蘇瑪罐的價(jià)格較高，使用蘇瑪罐進(jìn)行取樣的前期成本較大。目前針對(duì)濃度較高的廢氣樣品，可采用價(jià)格較低的泰德拉氣袋進(jìn)行采集，但密封性和表面惰性較蘇瑪罐均稍差，可能會(huì)導(dǎo)致氣體泄漏和樣品損失。

2.3 固相微萃取氣相色譜法

這是一種比較新的采集方法，將樣品采集和濃縮結(jié)合到一起，可以使檢測(cè)工作更快速，更準(zhǔn)確。主要由萃取探頭與手柄兩部分組成，只需將探頭直接暴露在待檢測(cè)的空氣之中就能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化樣本富集。固相微萃取技術(shù)具有快捷、方便，富集能力強(qiáng)，熱穩(wěn)定性好，使用壽命長(zhǎng)，盡管萃取量不大，但精密度和準(zhǔn)確度都較高的特點(diǎn)。該方法操作簡(jiǎn)單快速，檢測(cè)結(jié)果可靠，樣品需要量少，且利用率高，特別適合在應(yīng)急檢測(cè)時(shí)快速對(duì)多種有機(jī)物進(jìn)行定性和定量分析。在后續(xù)的研究中，為實(shí)現(xiàn)應(yīng)用范圍的進(jìn)一步擴(kuò)大以及測(cè)量針對(duì)性的進(jìn)一步細(xì)化，探頭設(shè)計(jì)在涂層上有更多的選擇。

2.4 在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

過去，GC 和GCMS 在VOCs 監(jiān)測(cè)方面發(fā)揮著重要作用，同時(shí)也具有非常明顯的局限性，如復(fù)雜樣品監(jiān)測(cè)費(fèi)時(shí)費(fèi)力、樣品和溶劑消耗量高、樣品運(yùn)輸可能出現(xiàn)交叉污染等。當(dāng)今空氣VOCs 監(jiān)測(cè)必須要確保時(shí)效性，以便更加及時(shí)地采取相關(guān)治理措施。在計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展背景下，在線監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，并且還在不斷完善當(dāng)中?？諝釼OCs 監(jiān)測(cè)在線技術(shù)有很多如激光光譜在線監(jiān)測(cè)、傅里葉變換紅外光譜在線監(jiān)測(cè)。但目前所開發(fā)的在線監(jiān)測(cè)儀器造價(jià)高、體積大、操作難，限制了在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的廣泛應(yīng)用[2]。

VOCs 化學(xué)活性非常強(qiáng)，在器具分析以及樣品采集過程中難度很大，而采用該方法能夠有效應(yīng)對(duì)VOCs 活性較強(qiáng)的情況。該項(xiàng)技術(shù)可以自動(dòng)采集樣品，將樣品傳輸?shù)较到y(tǒng)中進(jìn)行反應(yīng)柱分離，實(shí)現(xiàn)VOCs 濃度監(jiān)測(cè)。質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜方法可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)取樣，避免人為因素造成的混亂情況，提高樣品采集的精度；同時(shí)該技術(shù)無需壓縮過程，除了可以提高監(jiān)測(cè)效率，還可以確保靈敏度。

在多種空氣VOCs 在線監(jiān)測(cè)當(dāng)中，調(diào)諧激光吸收光譜在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)更加明顯，具有非常大的發(fā)展?jié)摿?，該?xiàng)技術(shù)借助云計(jì)算、數(shù)據(jù)庫(kù)（光譜對(duì)比信息）、激光傳感器、光譜檢測(cè)系統(tǒng)、無線網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)。由于每種VOCs 都有不同的光譜，在傳感器采集到空氣VOCs 時(shí)，將VOCs 光譜傳給檢測(cè)系統(tǒng)分析，云計(jì)算通過數(shù)據(jù)庫(kù)將所檢測(cè)的光譜信息進(jìn)行對(duì)比，最終得出VOCs 類型、濃度等參數(shù)，并且數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)更新。但該項(xiàng)技術(shù)目前還處于試點(diǎn)階段，真正應(yīng)用的案例不多，隨著調(diào)諧激光技術(shù)進(jìn)一步完善，檢測(cè)原理更加明確，會(huì)進(jìn)一步發(fā)揮調(diào)諧激光吸收光譜技術(shù)在VOCs 監(jiān)測(cè)中的作用。

3 空氣中揮發(fā)有機(jī)物的治理

幾十年來，我國(guó)都在不斷研究空氣VOCs 的治理措施，并且提出了多種治理方案，包括冷凝回收法、吸附回收法、催化燃燒法、生物氧化法等。

3.1 冷凝回收技術(shù)

該項(xiàng)技術(shù)通過增加空氣氣壓、降低環(huán)境溫度等方法，對(duì)有機(jī)物形態(tài)改變，如將氣體形態(tài)轉(zhuǎn)化為液體形態(tài)、固體形態(tài)等，根據(jù)VOCs 不同物理結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，把混合體中的有機(jī)物分離出來，完成回收工作。冷凝回收技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中，提高壓力、降低溫度都要消耗掉大量能量，所以更多是用于低級(jí)處理，無法做到中級(jí)處理和高級(jí)處理，成本消耗較大。但是該項(xiàng)技術(shù)在低級(jí)處理當(dāng)中成本消耗較小，可以對(duì)沸點(diǎn)高、濃度高的氣體進(jìn)行凈化，還可以與其他技術(shù)結(jié)合使用。

3.2 吸附回收技術(shù)

吸附回收技術(shù)是利用多孔吸附劑，如活性炭等來處理VOCs，使其固定VOCs 中易吸附于固體表面的成分，用以達(dá)到分離目的。這種處理技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛，主要用于對(duì)濃度較低，通量較高的有機(jī)廢氣的處理。其優(yōu)點(diǎn)是去除率較高，廢氣中VOCs 去除較徹底，不會(huì)造成二次污染；缺點(diǎn)是吸附劑的吸附能力有限，因此不適宜處理濃度較高的揮發(fā)性有機(jī)物，同時(shí)吸附劑容易因水分、膠質(zhì)雜質(zhì)而大大降低吸附能力甚至失效，需要定期進(jìn)行更換。

3.3 生物氧化技術(shù)

借助生物氧化反應(yīng)提升有機(jī)物的代謝速率，也就是通過微生物將有機(jī)物消耗掉，讓有機(jī)物變成水和二氧化碳。在實(shí)際操作中，將VOCs 放入到生物氧化反應(yīng)設(shè)備中，使用水將材料濕潤(rùn)，之后與生物濾床連接，濾床移動(dòng)會(huì)帶動(dòng)氣體移動(dòng)，讓二者產(chǎn)生生物反應(yīng)。生物氧化技術(shù)使用設(shè)備少、成本低、操作便捷，但是整個(gè)反應(yīng)過程較慢，單個(gè)設(shè)備占據(jù)很大空間，無法融合其他技術(shù)提高反應(yīng)速率，并且如果是混合型VOCs，要先采用其他分離技術(shù)處理，之后才能夠通過微生物降解有機(jī)物。

3.4 液體吸附回收技術(shù)

由于絕大部分的VOCs 都有與液體相融的特性，因此可以借助該特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)吸附回收。選擇特定的有機(jī)溶劑吸附劑，結(jié)合不同VOCs 的溶解度和物質(zhì)化學(xué)反應(yīng)，可將空氣中的VOCs轉(zhuǎn)化為液體，之后對(duì)混合液進(jìn)行解析，將其中的有機(jī)物提取出來，剩余吸收液還可以繼續(xù)使用。液體吸附回收技術(shù)不僅能夠有效消除空氣VOCs 污染，還可以將有益物質(zhì)回收處理，清除率較高，也可以達(dá)到95%以上。因此該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用成本較小，操作工藝簡(jiǎn)單，可以在大流量、高壓、低溫等環(huán)境使用，不會(huì)出現(xiàn)二次污染問題。

3.5 催化燃燒技術(shù)

催化劑可以有效降低燃燒溫度，將有毒有害的VOCs 充分燃燒氧化，從而實(shí)現(xiàn)治理目標(biāo)。采用多孔材料制作催化劑，可以產(chǎn)生較為合適的孔徑，將溫度提升到300～450℃時(shí)，有機(jī)體會(huì)直接通過催化層，此時(shí)氧和有機(jī)氣體會(huì)直接吸附在多孔材料表面上，提高了有機(jī)氣體和氧的接觸幾率，提升整體活性，就加強(qiáng)了有機(jī)氣體和氧之間的化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生水和二氧化碳，反應(yīng)過程中還會(huì)生成熱量，采用熱回收裝置將熱量二次利用，讓VOCs 變成無毒無害氣體排放到大氣當(dāng)中。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，VOCs 會(huì)直接造成大氣污染問題，因此必須要結(jié)合不同VOCs 的特性，采用不同的檢測(cè)方法確定VOCs 的含量、濃度。同時(shí)，采用針對(duì)性的VOCs 治理方案，對(duì)VOCs進(jìn)行分離、回收、處理，避免氣體VOCs 對(duì)水、土壤接觸造成二次污染，從而提高VOCs 防治效果?？傊?，隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，VOCs 監(jiān)測(cè)與治理能力還會(huì)進(jìn)一步提升，不斷減少VOCs 污染問題。