空气中挥发性有机物的污染来源及防治措施分析

张金亮

（普识（厦门）检测认证有限公司，福建 厦门 361000）

现代化社会变革下我国经济爆发式增长，人们生活质量得到跨越式提升，使得人们对生态环境的污染问题更加关注。大气污染是威胁可持续发展及国民生活质量的普遍问题，而挥发性有机物是一类有机化学物质的统称，其常见于大气污染，对人体存在严重危害。随着国内挥发性有机物的增加，各地区雾霾污染、臭氧及酸雨等三种复合型污染逐渐增加，因此在国家十三五规划中，大气污染防治（挥发性有机物污染防治）是首要重点工程[1-2]。

1 VOCs 概述

1.1 VOCs 定义

根据WHO 定义分析，VOCs 指常温下沸点50℃-260℃的有机化合物。根据化学结构可将其进一步划分为八大类：烷类、芳烃类、烯类、卤烃类、酯类、醛类、酮类和其他。VOCs主要成分有烃类、卤代烃、氧烃氮烃，包括：苯系物、有机氯化物、氟里昂系列、有机酮、胺、醇、醚、酯、酸和石油烃化合物等。

随着我国社会经济的高速发展，人们对于环保观念不断提高，且我国对于环境保护开展了一系列工作，其中，我国对挥发性有机物定义主要指常温下饱和蒸汽压≧70Pa、常压沸点小于260℃的有机化合物，或在20℃下，蒸汽压≧10Pa 的挥发性有机化合物[3-4]。

1.2 VOCs 分类

挥发性有机物污染种类庞杂无法统一，常见分类方式都是基于污染源性质进行确定，具体如下：（1）有机溶液。由有机物组成介质的溶剂，生活中的有机溶液为化妆品、洗发露、洗涤剂，此外还涵盖了生活常用油气、涂料以及黏合剂等工具性用品。（2）建筑材料。建筑工程中常使用到的一些具有挥发气味材料，涵盖了涂料、塑料、泡沫隔热材料、人造板材等。（3）室内装饰材料。建筑物室内涂料以及室内装饰中具有挥发气味材料，涵盖了壁纸以及具有挥发性气味的壁画等。（4）纤维材料。天然纤维以及合成纤维制备而成的材料，一般用于低碳、窗帘、挂毯等家具纺织用品。（5）办公用品。具有挥发性的办公用品，常见如油墨，其自身无挥发性，在应用的过程中散发大量热量。又如打印机、复印机，应用过程中向空气散发大量有害气体。（6）室外工业气体。工业生产以及工业加工过程中机械散发出的气体。工业气体较为广泛，常见工业挥发气体如光化学烟雾、汽车尾气等。

1.3 VOCs 危害

VOCs 进入大气中造成二次气溶胶形成，在大气层中积留，对光的散射较强，易降低大气能见度造成雾霾。而生活中常见甲醛有机物中就含有挥发性有机化合物，甲醛通常用于装修类工艺及物品，如防腐剂、胶合剂，生活中房屋装修以及修房维修中，装修所需木质材料就含有高浓度甲醛，甲醛具有较强刺激性气味，可使人的眼、鼻造成很大刺激，容易导致吸入者流泪，甚至出现头晕、恶心等症状，对人的身体健康造成了严重的危害。例如，大气中的一些有害物质，如苯、多环芳烃、芳香胺、树脂化合物、醛类和亚硝胺等，会引起癌症或肿瘤；一些芳香胺、醛类、卤代烷烃及其衍生物、氯乙烯等会引起突变。大多数挥发性有机化合物是易燃、易爆和不安全的。挥发性有机化合物在阳光照射下与大气中的氮氧化物、碳氢化合物和氧化剂发生反应，形成光化学烟雾，对人体健康和农作物生长有害。光化学烟雾的主要成分是臭氧、聚苯胺、醛和酮。挥发性有机化合物能破坏臭氧层，如氟氯化碳。由于其自身危害较大，国内外针对VOCs危害进行了一系列研究，因此，VOCs 的防治是现代化、持续化发展下面临的重要命题[5]。

2 VOCs 监测技术

2.1 气相色谱仪

气相色谱仪主要依托色谱分离技术与检测技术，实现对多组分复杂混合物定性、定量分析，气相色谱仪适用于分析土壤中热稳定且沸点不超过500°C 的有机物。其工作原理主要依托气体为流动性载体即载气，试验样品进入进样器后形成气化，依托载气携带，进入填充柱、毛细管柱，此外，鉴于样品各组分沸点、极性以及吸附系数的差异化，各组分在分离的过程中，通过连接柱后检测器，根据各组分的理化特征，对其进行依次检查，进而转化电信号送入色谱工作站，通过对各组分色谱图的记录、分析，根据相应导入检测器次序，可经过对比区分组分，并根据峰高及峰面积计算出组分含量，具体流程及过程如图1 所示：

图1 气相色谱工作原理

气象色谱法是一种以气体为流动相的色谱分析法，适用于分析挥发性化合物。且气象色谱法现阶段已成为较为关键的分离分析方法之一。由于自身灵敏度较高，且操作性、选择性较强，加之分析速度加快，需要试样量低，因此在国内多个领域得到了广泛应用。

2.2 氢火焰离子化检测器（FID）

氢火焰离子化检测器通常被简称为氢焰检测器，也被称为火焰离子化检测器（FID：flame ionization detector），设备具有良好的灵敏度以及范围宽等特点，对操作条件要求不高，适用于微量常规性分析。因自身高响应特点，常与毛细管分析技术结合应用，快速分析监测对象，是现阶段我国气相谱仪器中实用性、功能性较强的检测器之一[6]。FID 检测器结构如图2：

图2 FID 检测器结构示意图

氢焰检测器需要N2、H2以及空气，其中，N2为载气携带试样组分；H2为燃气；空气起到助燃气效果，使用过程中，需将三者比例关系进行调整，以此将灵敏度调至最佳。氢焰检测器位于主机顶部与前部，底座安置导热体，在导热体上装置了加热元件与温感元件，通过嵌入性功能实现与温控系统相结合，实现实时控制加热温度，极化与氢焰检测器放大器高压输出相互作用。发射极和收集极之间加有直流电压，构成外加电场。采集器通过低噪声电缆与FID 微电流放大器相连，氢气和空气通过不锈钢管与主机侧的气路控制系统相连。

2.3 VOCs 检测系统

建立VOCs 检测系统，对监测与分析VOCs 具有现实意义及深远影响。建立过程中，应由监测子系统、烟气监测、数据采集处理系统组成。首先，子系统主要由气体取样、预处理分析、标定气体单元即污染分析仪组成，监测非甲烷总烃含量；其次，烟气监测由温度、压力、流速组成，结合嵌入性系统实现实时监测，对温度、压力及流速生成数据实时捕捉获取；最后，数据采集及处理系统。此系统主要涵盖了数据建模后模块转移、工控机、采集与处理软件、数据传输单元等功能，通过实施接收、处理坚持模块组分浓度信息、工作状态信息，自动化系统生成表格，进而系统存档数据，工作人员可通过对历史数据记录的查询全面把握，也可通过信息化技术实时传递，与环保有关部门建立沟通平台，系统生成数据定期、不定期传递给环保部门。

3 VOCs 的防治措施

3.1 光催化法

光催化法较为常见的为通过二氧化钛、氧化锌与CdS与VOCs 相互接触的情况下，光催化剂在反应过程中，由于光照作用，从而产生电子空位对，实现氧化反应，继而在催化剂表面生成水、二氧化碳等物质污染物实现降解。随着我国工业化发展，光催化法处理技术逐渐成熟，在处理挥发性有机污染物中，主要体现在依托光催化法处理醛类和苯系物。处理醛类等挥发性污染物的过程中，可在常温常压状态下，通过可见光进行照射，以此降解大气中含有的甲醛，试验分析得出，通过此方式降解大气中的甲醛可达到降解率98.3%。实验中，主要通过同轴三筒式流化床光催化反应器，紫外光光子与光催化剂、气体三者融合，以此提高催化剂吸附性与催化性。光催剂掺杂贵金属，科学合理选择吸附材料，协同O3工艺与流化床反应器，以此实现光催化剂效能大幅度提升，而处理苯系物同样如此，适当掺杂贵金属，增强光催剂处理效能。因此，依托光催化法处理过程中，可掺杂Pd、Cu+，提高催化剂吸附性，以此提高光催化剂处理苯系挥发有机物的效率，选择合适吸附材料、TiO2等，对处理的苯系物催化性能能够显著提升，降解率可达到90%以上。

3.2 生物处理法

生物处理法其工作原理主要指，依托附在滤料介质中的微生物在适宜环境下将废气转化为碳源，使能源维持微生命活动，将有机物分解为水、二氧化碳的全过程。其中，生物处理法主要将挥发性有机污染物以气态的方式过渡到固液态，在固液态液相中进行处理，最终微生物被分解。但生物处理法目前只适用于挥发性有机污染物含量较低的有机废气，无法处理高浓度废气。生物处理法中，主要填料尺寸、间隙和比表面积，在一定程度上直接影响反应器生物量，这些都是用生物方法处理挥发性物质时需要面对的重要问题。

3.3 吸附处理技术

吸附处理技术较为常见的处理方式就是将一种、多种组分有机物，通过高浓度吸附剂实现分离。目前吸附处理技术适用于处理浓度含量较低的挥发性有机物，但其具有较高的操作性，且净化效率较高，操作简便，实现高度自动化处理，因此在我国使用较为广泛。但处理浓度含量较高的有机废气过程中，存在着一定限制性，吸附剂无法进行有效吸附，一方面造成吸附剂资源浪费，另一方面也会造成整体处理效率的降低。据相关学者数据显示，吸附处理技术可通过其他处理方式进行融合使用，以此提高吸附处理技术的效率。我国较为常见的是采用液体、活性炭等合成吸附剂，对高浓度有机气体进行深化处理，完善了单一吸附方式，以此提高吸附效率。

3.4 沸石转轮吸附——热空气吸附催化燃烧对VOCs 的治理技术

这种方法主要是通过催化分解技术。低温下，有机废气经风机过滤箱过滤，从而过滤出大颗粒，经沸石分子筛转轮吸附，进而通过转轮将气体排出。含有大量VOCs 的沸石，在经过高温附区过程中，沸石转轮中的热风气体，可将沸石转轮上的VO 去除，CS 分子被脱附转化为高浓度废气，进而在解吸风机工作下，被送入后端催化燃烧系统进行催化燃烧处理。整个过程中，风机产生热量通过内部热交换在此催化燃烧系统，有效减少了能量的损失，分解后的气体直接排入空气中。操作过程中，电控系统严格控制催化过程中产生的热量，如超过设定阀值，调节解吸管道自动阀通过补充冷空气降低废气浓度和产热量，系统中两个子系统相互结合，反复循环，直到不产生VOCs 时，设备才会停止运行。此外，为了进一步提高设备循环寿命，有关人员可增设冷却系统，提高设备的使用寿命。

4 结束语

综上所述，现代化社会发展趋势下，国民经济爆发式增长，人们生活质量得以提高，使得人们对空气污染问题关注度明显提高。严格意义上来说，空气污染防治工作是全人类面临的共同课题，不仅威胁着社会环境的可持续化发展，更对国民生活质量以及人类身体健康造成了不同程度的威胁。鉴于此，如何解决空气中挥发性有机物，改善我国现状是环境工作面临的重要命题。一方面，应加强挥发性有机物监测工作，依托多元化监测方式，全面把握挥发性有机物来源及严重性，另一方面提高防治措施，以此促进我国环保事业可持续化发展。