大氣污染治理中揮發(fā)性有機(jī)物的污染現(xiàn)狀及治理措施

秦 華

（山東省濟(jì)南生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，山東 濟(jì)南 250000）

揮發(fā)性有機(jī)物成分復(fù)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(jī)顆粒物的形成過程中發(fā)揮著十分重要的作用，在大氣化學(xué)反應(yīng)過程中占據(jù)著重要地位，不僅會(huì)對(duì)自然環(huán)境造成破壞，還會(huì)嚴(yán)重危害人們的身體健康。美國(guó)20世紀(jì)中期的洛杉磯光化學(xué)煙霧事件，就是由于汽車尾氣中大量的烯烴類碳?xì)浠衔锖偷趸镌诠庹障掳l(fā)生反應(yīng)造成的。這次光化學(xué)煙霧事件給美國(guó)造成了巨額損失，數(shù)百位65歲以上的老人因呼吸系統(tǒng)衰竭死亡，75%以上的人患上了紅眼病。美國(guó)政府從20世紀(jì)70年代就開始推出了一系列法律法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)和管理手段，建立起了揮發(fā)性有機(jī)物的控制體系，取得了卓有成效的治理效果[2]。近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，以臭氧和細(xì)顆粒物為代表的復(fù)合型污染已經(jīng)成為我國(guó)大氣污染的重要特征，揮發(fā)性有機(jī)物作為其重要前體物，對(duì)大氣環(huán)境影響日益突出。因此，加強(qiáng)對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物污染方面的研究成為我國(guó)目前大氣污染防治工作的重要內(nèi)容。

1 揮發(fā)性有機(jī)物的來(lái)源

環(huán)境中揮發(fā)性有機(jī)物的來(lái)源途徑較多，從大類來(lái)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(zāi)、火山噴發(fā)和植物自然排放等是主要的揮發(fā)性有機(jī)物天然源，其中比較重要的排放源是森林和灌木林，它們會(huì)排放出大量的異戊二烯、甲醇、單萜烯等物質(zhì)。（2）人為源主要有移動(dòng)源、工業(yè)源、生活源和農(nóng)業(yè)源。移動(dòng)源主要指的是交通運(yùn)輸過程汽車尾氣排放的揮發(fā)性有機(jī)物；工業(yè)源主要包括石油化工、工業(yè)涂裝、包裝印刷、制藥行業(yè)等生產(chǎn)過程排放的揮發(fā)性有機(jī)物；生活源包括建筑裝飾、餐飲油煙、垃圾焚燒等產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)物；農(nóng)業(yè)源主要包括秸稈等生物質(zhì)的燃燒和農(nóng)藥的使用等過程產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)物[3]。

2 揮發(fā)性有機(jī)物的危害

人類本身具有嗅覺反應(yīng)，當(dāng)聞到某些氣味時(shí)會(huì)有厭惡感產(chǎn)生，就會(huì)造成臭味污染。通常情況下，臭味物質(zhì)會(huì)引起人們的厭惡，這種物質(zhì)具有較強(qiáng)的揮發(fā)性，其成分中含有環(huán)狀化合物結(jié)構(gòu)、還原態(tài)氮或者硫等物質(zhì)，這類物質(zhì)的碳數(shù)比較少，通常存在于揮發(fā)性有機(jī)物中，當(dāng)人們接觸到揮發(fā)性有機(jī)物時(shí)就會(huì)形成臭味污染。此類臭味污染會(huì)在一定程度上影響人類的呼吸系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)和循環(huán)系統(tǒng)，而且揮發(fā)性有機(jī)物中的甲醛和多環(huán)芳香烴等化合物具有毒性，其自身的致癌性也會(huì)對(duì)人們的身體健康造成嚴(yán)重危害。

3 揮發(fā)性有機(jī)物的污染現(xiàn)狀

3.1 污染濃度高，污染地區(qū)差異大

從當(dāng)前的實(shí)際情況分析，我國(guó)大氣揮發(fā)性有機(jī)物污染濃度水平較高，并且存在較大的地區(qū)差異。根據(jù)我國(guó)重點(diǎn)城市的大氣揮發(fā)性有機(jī)物監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，我國(guó)總非甲烷碳?xì)浠衔铮∟MHCs）的平均體積濃度較高，并且大部分NMHCs表現(xiàn)出較高的城際變化，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在50%以上，這就證明揮發(fā)性有機(jī)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(guó)城市大氣揮發(fā)性有機(jī)物中相對(duì)來(lái)說(shuō)較高，這部分揮發(fā)性有機(jī)物的產(chǎn)生和汽車尾氣、燃煤、生物質(zhì)燃燒有很大關(guān)系，也說(shuō)明了人類生產(chǎn)和生活中的不完全燃燒行為是排放揮發(fā)性有機(jī)物的重要途徑。雖然各城市揮發(fā)性有機(jī)物的來(lái)源途徑基本一致，但不同地區(qū)排放的揮發(fā)性有機(jī)物數(shù)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(diǎn)，比如從苯、甲苯等芳烴組分的濃度來(lái)分析，珠江三角洲和長(zhǎng)江三角洲地區(qū)比全國(guó)平均水平高出很多，導(dǎo)致這種現(xiàn)象的原因是這兩個(gè)地區(qū)的涂料、油漆、制鞋和印刷等工業(yè)比較發(fā)達(dá)；再比如廣州地區(qū)大氣環(huán)境中的丙烷濃度比其他城市高，這說(shuō)明當(dāng)?shù)厥褂靡夯蜌獾男袨楸容^普遍。

3.2 臭氧和二次有機(jī)顆粒物污染嚴(yán)重

近年來(lái)，我國(guó)臭氧污染范圍不斷擴(kuò)大，并且在大氣中的濃度逐年升高。據(jù)相關(guān)研究表明，北京市臭氧白天均值在40～60 ppbv之間，年增長(zhǎng)2.7 ppbv，年增長(zhǎng)率為6%，增長(zhǎng)勢(shì)頭比較明顯，而且最高臭氧濃度曾達(dá)到286 ppbv，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了空氣質(zhì)量要求標(biāo)準(zhǔn)。北京的相關(guān)試驗(yàn)證明，控制氮氧化物的排放無(wú)法使北京臭氧的濃度有效降低，這就充分說(shuō)明此地區(qū)揮發(fā)性有機(jī)物主導(dǎo)控制臭氧生成的現(xiàn)象比較典型。上海、廣州等地區(qū)也受到揮發(fā)性有機(jī)物的影響，如果不考慮二次有機(jī)顆粒物的影響，對(duì)氮氧化物的排放進(jìn)行控制，很有可能會(huì)讓臭氧濃度不降反增。當(dāng)前我國(guó)PM2.5污染問題比較嚴(yán)重，PM2.5中含有大量的顆粒有機(jī)物、硫酸鹽、硝酸鹽和銨鹽等物質(zhì)，其中二次有機(jī)顆粒物在所有顆粒有機(jī)物中占比較高，在PM2.5形成的過程中發(fā)揮著重要作用。

4 揮發(fā)性有機(jī)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(shè)備，這種爐型的類型有多種，不同的爐型有不同的應(yīng)用范圍，直接焚燒爐、蓄熱式焚燒爐和對(duì)流換熱式焚燒爐等是經(jīng)常用到的幾種，在選擇焚燒爐之前，應(yīng)針對(duì)焚燒氣體的腐蝕性、組分等物理化特性進(jìn)行全面了解，并以這些參數(shù)為依據(jù)來(lái)選擇合適的焚燒爐，在使用過程中還要保證焚燒爐參數(shù)設(shè)置的合理性。在應(yīng)用此種方法的過程中會(huì)消耗大量的能源，而且還會(huì)有大氣污染物產(chǎn)生，基于節(jié)能環(huán)保理念，可以采取措施對(duì)焚燒溫度進(jìn)行控制，并縮短揮發(fā)性有機(jī)物在高溫區(qū)停留的時(shí)間，為了促進(jìn)此目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，可以把催化劑添加到焚燒爐中，經(jīng)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(chǎn)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(duì)焚燒爐產(chǎn)生的腐蝕影響，另外還應(yīng)避免在焚燒時(shí)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(shù)出現(xiàn)時(shí)間較早，在20世紀(jì)70年代就得到廣泛應(yīng)用。該方法是主要是通過將揮發(fā)性有機(jī)物降解為二氧化碳、水等無(wú)機(jī)小分子，從而實(shí)現(xiàn)揮發(fā)性有機(jī)物的治理效果。該方法中需要用到催化劑，電子型半導(dǎo)體材料（N型半導(dǎo)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(shù)的主要原理是利用相應(yīng)的光照射催化劑，然后會(huì)激發(fā)催化劑價(jià)帶上的電子，從而進(jìn)入導(dǎo)帶，會(huì)產(chǎn)生空穴，繼而形成空穴對(duì)，也就是說(shuō)激活了光催化劑，然后就會(huì)有氫氧離子產(chǎn)生，這種離子和揮發(fā)性有機(jī)物之間會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)，從而讓揮發(fā)性有機(jī)物成功轉(zhuǎn)化成無(wú)機(jī)物、水和二氧化碳，達(dá)到了控制污染的目的。在使用此方法的過程中應(yīng)注意嚴(yán)重控制有機(jī)物的濃度，需要小于100 mg/L，并維持較小的氣流量。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，我國(guó)對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物了解和認(rèn)識(shí)相對(duì)較晚，導(dǎo)致某些地區(qū)已經(jīng)受到比較嚴(yán)重的污染，而我國(guó)對(duì)于揮發(fā)性有機(jī)物的治理仍處于初級(jí)階段，為了促進(jìn)揮發(fā)性有機(jī)物控制效果的提升，我們應(yīng)全面深入了解大氣污染治理中揮發(fā)性有機(jī)物的污染現(xiàn)狀，并根據(jù)實(shí)際采取有效的治理措施，協(xié)同控制揮發(fā)性有機(jī)物和氮氧化物的排放，實(shí)現(xiàn)我國(guó)大氣環(huán)境質(zhì)量的根本改善。