浅谈VOCs对环境空气中臭氧的影响

薛粟尹，周琪超

（1.遵义市红花岗区生态环境污染防治中心，贵州 遵义 564200；2.贵州瓮福开磷氟硅新材料有限公司，贵州 贵阳 550300）

大气环境健康安全是人类生活生产的基础保障，挥发性有机物（VOCs）是一类能够参与大气光化学反应的化合物总称，对大气环境安全有危害性影响，是环境污染防治工作的重点。现阶段，VOCs监测和管理面临一些挑战，一方面是挥发性有机物的来源日益广泛，除了来自自然界，人为造成的污染物排放也是导致大气环境VOCs危害的重要来源；另一方面，挥发性有机物本身是化合物的总称，在不同的地区、不同的时间段内VOCs组分并不是固定不变的，组成情况复杂，其物理和化学性质也有较大差异。为此，加强大气环境中的VOCs组分浓度的监测，持续加强VOCs污染源监控能力，是控制大气环境中VOCs污染来源并降低VOCs对环境危害的重要途径[1]。

1 大气中VOCs的来源及危害

大气中的VOCs污染包含很多种有机化合物，如烷烃类、烯烃类、炔烃类、芳香烃类、含氮有机物、含氯有机物、含氧有机物、含硫有机物等。VOCs物质是大气PM2.5的重要前体，对大气环境有严重危害。

大气中的VOCs来源很多，一部分是自然排放，自然排放的来源主要包括林场、草场、植物、湿地、动物等，如自然界森林火灾、火山活动等造成挥发性物质产生，另一部分是人为排放，人为排放的来源主要包括工业、农业、生活等，如工业生产中产生的废气排放、汽车燃油尾气排放、烟花爆竹燃放产生的废气排放、建筑扬尘、装饰涂料、光化学烟雾等[2]。

工业生产中产生的废气中携带的VOCs危害最严重，一旦工业废气的浓度很高，会直接引发急性中毒事故，工业产生的有机废气中经常包括苯、芳香胺、有机氮等化合物，这些含有高浓度有机物的废气具有很强的致癌性，一旦进入到人体后将直接导致人体细胞代谢程序紊乱，蛋白质凝固变形。总之，VOCs对人体生理机能正常运行有很大危害，会造成身体免疫力低下，诱发身体细胞癌变，导致严重的病症甚至死亡。VOCs对动物和很多植物的生长也有不利影响，给生态系统健康带来危害。除了对人体和动物的生命健康带来危害以外，一部分挥发性有机物进入到大气环境后，会破坏臭氧层，造成更加严重的温室效应，导致极端天气，灾害频发。

挥发性有机物引发的二次污染危害也十分严重。PM2.5、臭氧等二次污染与挥发性有机物都脱不开关系。挥发性有机物是上述环境污染事故的前体物质，会引发雾霾、光化学烟雾等大气环境问题。近年来，我国工业经济发展速度加快，城市快速发展的同时对能源的消耗量也在增大。各地区以区域为特征的大气污染现象日益突出，在更广的范围内出现区域内空气污染现象，发生大气环境污染的频率也在增加，这些都对社会经济的发展不利，对人们的生命健康造成威胁。

臭氧污染是大气环境污染的重要类型，这种污染是VOCs中的氮氧化合物和碳氢化合物在紫外线的作用下发生反应，导致臭氧生成，浓度增加，引发大气光化学烟雾的现象。光化学烟雾中，臭氧是典型的污染物。随着臭氧浓度的增加，还会引发一系列复合型污染[3]，如酸雨、雾霾等，严重危害到人类的生命健康和动植物正常生长。一旦条件适宜，VOCs中的有害物还会和氧化剂、三氧化氮、臭氧等发生二次反应，通过凝结、吸附、氧化等过程形成颗粒物，转化成PM2.5。

2 大气中臭氧污染特征及来源

现阶段，大气环境空气质量污染呈现复杂化特征，原来的颗粒物逐渐转化成臭氧污染。臭氧污染特征受到很多因素的影响。城市产业分布差异会使城市大气中臭氧浓度呈现空间分布差异性的特征。气象要素对大气中臭氧污染特征也有影响，如风向、风速、风频等。在臭氧重度污染的季节或时间段，风速和臭氧超标时段整体呈现出正相关性。大气温度变化对臭氧污染也会有影响，夏季气温增长较快的时段，大气中臭氧浓度受到温度的影响更明显，与风速之间的相关性减弱。此外，导致臭氧生成潜势较高的碳三、碳四、碳五烷烃或烯烃、苯乙烯、三甲苯等有机物对臭氧污染浓度变化也有影响。

臭氧污染主要是人为造成的污染源，包括石油化工行业、医药制造行业、化学制品制造行业、交通行业中燃油车尾气排放、涂料农药等溶剂使用、煤炭燃烧等，其中石油化工源占比最高。污染物来源是国家重点监管的行业，生产过程中产生的甲苯类、二氯乙烷等有机物导致臭氧浓度增加。医药制造行业、化学制品制造行业以及纺织业、非金属矿物制品业等其他工业源中的乙醛、丁醛、苯甲醛、乙酸乙烯酯等是臭氧污染的第二类来源。虽然近年来新能源汽车的应用率增加，但是燃油汽车在交通行业车辆总数中占比较大，VOCs的排放量也较高。建筑涂料、工业涂装、农药使用等溶剂产生VOCs，如二氯甲烷、三氯甲烷、正己烷等，导致大气环境发生臭氧污染。工业锅炉、散煤燃烧时，煤炭原料释放出乙烯、丙烯、甲苯、乙烷、丙烷等VOCs，造成臭氧环境[4]。

3 大气中VOCs污染治理技术要点

3.1 热破坏技术

利用燃烧的方式对VOCs进行破坏，如直接燃烧、催化燃烧，对化合物进行热分解和氧化反应，破坏有机挥发物的组分使其氧化分解，降低VOCs的浓度，减少污染物的危害性。该技术针对低浓度的VOCs具有较好的效果，如采用直接燃烧的方式对VOCs进行分解氧化，可达到99%的处理效果。催化燃烧适用于含有金属的VOCs治理。通过选择适宜的催化剂，提高催化稳定性和催化效率，保证VOCs的处理效率。

3.2 电晕技术

利用带电体放电性促使VOCs中的物质发生氧化反应，通常发生放电的介质为气体或液体，对臭氧、氮氧化物具有良好的治理效果。带电体的制备采用高压脉冲装置得到非平衡等离子体，产生的高能电子和活性带电粒子局部放电，实现VOCs有害成分的氧化分解，促进无害化进程。

3.3 光氧化分解技术

利用光的能量或者在光催化剂的作用下使VOCs的有害物质氧化分解。光催化剂在该技术应用中发挥着重要作用。在光的照射下，催化剂产生羟基自由基，具有很强的氧化性，能够对VOCs的有害物进行氧化分解，产生无害的无机物、二氧化碳、水。由于光在气相中分子扩散能力强，因此该技术具有良好的反应速率，对VOCs的分解效率高，是一种应用十分普遍的治理技术。实际应用中，光催化分解技术和低温等离子技术结合应用的情况越来越多。低温等离子技术可以弥补光催化分解技术的不足，抑制过程中副产物的产生，降低能耗，提高治理效率，实现节能效益。

3.4 超声解吸技术

利用超声原理对VOCs的有害物进行分解，超声波产生的热能可以增加吸附剂的解吸能力，解吸过程中需要的能量低，解吸速度快，具有良好的治理效果。在实际应用中，吸附材料的选择十分重要。吸附材料孔隙堵塞会影响材料的使用寿命，进而导致维护成本增加。实际中一般将该技术和其他技术结合应用，如超声解吸技术和热破坏技术相结合，具有更好的综合性能[5]。

4 臭氧应急期间的VOCs管控分析

4.1 完善大气环境治理监管体系

对大气环境监管技术体系进行强化。积极应用卫星遥感技术、多参数空气质量监测技术、近地机载观测技术、无人机技术等提高大气环境监管渗透率，覆盖到人为难以抵达的现场区域，对大气污染进行原因排查。要加强对大气环境污染关键技术的研究，更准确高效地识别不同区域大气环境污染排放的实际情况，精准定位污染源。配备现代化大气污染排放设施，安装计量装置、分散监控装置、视频监控装置等，确保企业污染物治理设施运行情况良好，保证对企业生产过程中污染物排放情况的有效监测。加强VOCs现场执法设备技术研究，为大气环境治理监督工作提供强大支持。提高企业污染物排放自动监控系统，严格对照辖区内重点排污单位清单对企业是否安装污染物排放自动监控设施进行查看，完善自动检测数据执法的应用规范和应用标准。加强对大气环境执法装置建设的执法力度，确保大气环境执法装置符合大气环境治理监管建设标准化要求。完善大气环境治理监管装置的应用机制和相关配套方法、技术标准，提高现场执法的科学性和高效性。积极应用人工智能技术、大数据技术和云计算技术，构建现代化大气环境治理监管应用体系，强化多来源多数据的整合和分析，提高大气环境监管数据应用效率。利用大数据技术、云计算等现代化技术提高预警能力，对破坏大气环境的违法行为进行分析判定，提高分级分类管控能力。

4.2 对城市的工业企业进行专项检查

一是督促工业企业按照法规对VOCs的管理制度进行完善，建立详细操作规程，保证自行监测认真有效。二是根据企业自身的污染物排放特点，在生产工艺中加强密闭设备应用，有效收集工艺生产中产生的废气，在非取用状态下保持容器密闭性，对VOCs实行应收尽收。三是环保部门结合企业的生产特点，积极推进原料替代技术，建议企业选用低VOCs含量或低潜在产生率的原辅材料，在原料采购环节加强对质量组分的检验，从生产源头端把控环保关卡，减少VOCs的产生和排放。四是对企业现有的废气处理工艺设施进行评价。鼓励企业采用多种治理技术的组合工艺，提高对VOCs的处理效率。针对企业生产中排放VOCs的组分、浓度、温湿度以及生产工况，合理选择适宜的污染物治理技术。如低浓度、大风量的废气，可采用沸石吸附、减风增浓等浓缩技术，以提高VOCs的治理效果。废气浓度较高，可进行溶剂回收，如果难以回收，可利用热分解技术、低温等离子技术进行处理。对于恶臭异味，可利用光氧化分解技术。通过强化废气处理工艺设计，满足废气治理技术规范的要求。五是督促企业规范废气采样平台，确保废气检测报告的规范性，应明确包含废气排气量，废气处理设施的运行负荷和处理效率。

4.3 加强工业企业管控，开展错峰生产

夏季是城市臭氧污染的高发季节，在臭氧高发时段开展科学化错峰生产，减少臭氧高发时段VOCs的排放。

对辖区内的工业企业尤其是涉及VOCs排放的企业进行严格管控，引导规范企业做好生产调控和错时生产。连续生产的企业要对生产计划进行合理调整，以环保管理目标调整生产负荷，减少VOCs排放强度。非连续生产的企业结合实际情况进行错时生产，在规定的时间段内禁止生产。印刷企业、涂料企业、喷漆企业等涉及VOCs排放作业的企业在规定的时间段内停产停工。加强对VOCs相关物料储存的管控。对设备管线组件、原料储罐、开放液面加强管理，严厉查处敞开式喷涂、喷漆作业，禁止露天作业。在VOCs的多级处理工艺中，涉及紫外光氧化治理的设备设施在规定的时间段内停止使用。对沥青搅拌或摊铺等作业工序加强管控，除非特殊抢修工程或重点建设项目，禁止在臭氧应急期间开工作业。除特殊情况外，园林喷药停止作业。化工企业装卸油品、化学品等作业在规定的时间段内停止，避免油品等危化品挥发。对油品储运销全过程加强VOCs的排放管控。对城市区域的油品经销企业或站点进行错峰管理，规定时间段内禁止卸油，避免卸油作业工序中挥发性有机物排放浓度太大加重环境污染。开展油品整治专项活动，加强油品储运销储罐设施管理，对加油站、油罐车的油气回收装置加强检查，确保油气回收装置安装和运行情况良好。

4.4 加强路面洒水和环境喷雾

每天清早完成对城市区域的植物洒水。采用雾炮车辆加强对城市环境喷雾作业，增加洒水车，提高城市道路洒水循环作业频率，尤其是城市的重要路段。通过加强路面洒水和环境喷雾，保持路面湿润，降低环境温度，减轻大气环境污染危害。

5 结语

综上所述，大气污染制约着地区经济发展，更危害到人体健康。治污应治本，治本先清源，通过研究VOCs来源，从源头削减控制污染物产生。大气环境治理工作应以改善大气环境空气质量为工作核心，以工业企业的差异化生产管控为抓手，通过对大气臭氧应急期的实际情况采取科学的防治攻坚措施，突出重点时段，重点行业，采取精准施策的方式，实现精准调控的目标，坚决避免一刀切，增强大气环境治理的精准性和有效性，有效应对臭氧应急期。通过制定科学可行的大气环境质量管控措施，消除各种因素对大气环境的危害，改善城市大气环境质量，实现经济社会和自然环境的可持续发展。