VOCs排放源谱和控制技术评价及臭氧污染防治研究

王猛

关键词： 挥发性有机物 排放源谱 控制技术 臭氧污染治理

中图分类号： X52 文献标识码： A 文章编号： 1672-3791（2024）01-0155-03

为强化展开区域臭氧污染治理工作，可以从挥发性有机物VOC_s这一臭氧前体物入手，梳理基于排放源分类的VOC_s排放源化学成分谱，切实明确本地区的挥发性有机物VOC_s排放源及其分布情况、排放特点，完成对基于排放源分类的VOC_s排放源化学成分谱数据集的构建，并在此基础上落实对挥发性有机物VOC_s排放源控制方案以及臭氧污染防治措施的合理设定，促使臭氧污染防治的实际展开效果达到理想水平。

1 臭氧污染防治的必要性

臭氧主要由排放的氮氧化物（NO_x）和挥发性有机物（VOC_s）在高温强紫外线条件下发生化学反应生成。近地面的臭氧超过一定浓度会损害人体呼吸系统、破坏人体免疫力、加速人体皮肤衰老，对人体健康产生很大危害［1］。因此，在当前的实践中必须要加大臭氧污染的控制与防治力度，尽可能对臭氧污染实现有效遏制，进一步改善大气环境质量，切实保障人民群众身体健康，营造更为良好的空气环境。

2 基于排放源分类的VOC_s化学成分谱筛选与总结

2.1 VOC_s排放的主要来源及分类

2.1.1 交通工具

交通工具的主要来源与分类包含柴油车、汽油车、LPG 车、LNG 车、CNG 车、混合动力车等。

2.1.2 工艺过程源

工艺过程源包含了炼焦、石油加工业、医药制造业（除部分溶剂使用工艺）、无机基础化学原料、有机化学原料、贵金属化合物、化学制品、食品加工及制造、烟草制品业、金属制品业（除部分溶剂使用工艺）、非金属矿采选业、有色金属矿采选业、煤炭开采和洗选业、石油和天然气开采和洗选业、化学纤维制造、橡胶制品、纸及纸制品（除部分溶剂使用工艺）、燃气、塑料制品（除部分溶剂使用工艺）、纺织产品（除部分溶剂使用工艺）等。

2.1.3 使用的溶剂

使用的溶剂主要包含印刷、建筑喷涂、汽车喷涂、表面喷涂、制鞋业、织物涂层、沥青、干洗、纸及纸制品、家具制造业、纺织产品、塑料制造业、医药制造业、胶黏剂和密封剂、个人护理和家居产品、汽车售后保养等。

2.2 典型VOCs排放源化学成分谱的对比筛选

受到使用原材料不同、地区不同等因素的影响，在同一工况条件下，所产生的VOC_s特征有着较为明显的差异性［2］。出于对不同过程实际排放条件情况的考量，原材料、溶剂、制造过程、管理水平、排放控制水平存在相对显著的差别。基于这样的情况，为确保所得结果的准确性與价值性，应避免使用数量有限的样品展开分析。

在对交通工具分析期间，对北京、广州、香港、天津地区的主要道路移动源的VOC_s组分进行分析。所得结果表明：乙烯为北京、天津汽油动力车辆排放VOC_s中的主要组分，甲苯为广州、香港汽油动力车辆排放VOC_s中的主要组分；乙烷为北京柴油车排放VOC_s中的主要组分，正十一烷为广州柴油车排放VOC_s中的主要组分，乙烯为香港柴油车排放VOC_s中的主要组分。

探索工艺过程的VOC_s期间，选定某地区的多个典型企业为样本展开分析。所得结果表明：芳香烃、脂肪烃、卤化VOC_s为石油化工业排放的主要特征污染物，具体包括C₃～C₆ 的烷烃，C₃～C₄的烯烃和芳香烃等；乙烯、乙炔、苯、乙烷等为炼焦企业排放的主要特征污染物，主要来源于焦炉的无组织排放、烟囱排放。

使用同样的方法探索溶剂使用源的VOC_s，所得结果：乙烷、正戊烷、间/对二甲苯为印刷排放的主要特征污染物，主要来源于企业无组织排放和烟囱排放；间/对二甲苯、乙苯和邻二甲苯为表面喷涂行业排放的主要特征污染物，主要来源于无组织排放。

2.3 基于排放源分类的VOC_s排放源化学成分谱梳理

在交通工具的一项一级排放源中，二级排放源包括柴油车、汽油车、摩托车等多类机动车型的尾气排放以及燃料蒸发，或油罐泄漏。

在工艺过程这一项一级排放源中，二级排放源包括石油化工行业、非金属矿采选业、有色金属矿采选业、煤炭开采和洗选业等化工行业以及电子行业、制药业的现实生产过程、排放过程。在不同行业领域中，普遍存在多个生产环节可能会出现对VOC_s的排放（无组织排放、烟囱排放）。例如：在化工业的催化裂化、加氢裂化、催化重整、延迟焦化、乙烯裂化、PX 制造等生产过程中，可能会排放出VOC_s；在炼焦的焦炉一装煤时刻、焦炉一炼焦过程、焦炉二装煤时刻、焦炉二炼焦过程等环节中，可能会排放出VOC_s。

在使用溶剂这一项一级排放源中，二级排放源包括干洗、印刷、建筑喷涂、汽车喷涂、表面喷涂等多项工艺中的溶剂蒸发。在不同行业领域中，普遍存在多个生产过程与设备设施会产生溶剂蒸发问题［3］。例如：在印刷行业中，凹版印刷—烟囱排放、凹版印刷—无组织排放、平版印刷—烟囱排放、平版印刷—无组织排放、凸版印刷—无组织排放等环节内发生溶剂蒸发现象的概率极高，可能会随之排放出VOC_s；在表面喷涂行业中，表面涂层—烟囱排放、表面涂层—无组织排放、木制家具涂层—烟道排放、木制家具涂层—无组织排放等环节内发生溶剂蒸发现象的概率极高，可能会随之排放出VOC_s。

3 基于排放源分类的VOC_s控制技术梳理与评价

3.1 末端控制技术

3.1.1 冷凝法

主要利用物质在不同温度条件下饱和蒸气压的不同，促使有机物在冷凝器内实现冷凝，并在储罐内汇集，实现净化。该方法可操作性好，节能，设备和操作条件简单。但是，只适用于高浓度废气，初期投入以及运行费用高。

3.1.2 吸附法

投放具有多孔结构的吸附剂，让VOC_s在多孔结构上实现吸附脱附，完成净化。该方法初期投入以及运行费用高，适用于低浓度、低能耗，溶剂可回收，效率高，净化彻底，工艺成熟，易推广，可作为含颗粒物废气预处理。但是，吸附剂需经常更换、再生，可能产生二次污染，不适用于高浓度废气，有逸散风险，设备庞大。

3.1.3 膜分离法

投放具有选择性且能够渗透过滤VOC_s的高分子膜，在一定压力条件下过滤物质，实现对VOC_s的分离［4］。该方法初期投入高，运行费用偏高，设备简单，回收率高，能耗低，无二次污染。但是，成本高，膜易污染，膜稳定性差，通量小。

3.1.4 低温等离子技术

应用高能电子射线，激活、电离、裂解有机物内的各个组分，使有毒有害物质转变为无毒无害物质。该方法初期投入低，运行费用适中，能耗低，成本低，应用范围广，除恶臭。但是，无法完全降解，可能产生二次污染。

3.2 典型VOC_s排放源控制技术

3.2.1 对交通工具控制

针对来源于尾气排放的VOC_s，可以使用控制油品、机内净化技术以及三元催化处理的方式完成控制。其中，机内净化技术可以进一步细化为改造发动机结构、改善燃烧状况等方面内容。针对来源于加油期间的油品逸散（燃料蒸发）以及油罐泄漏的VOC_s，可以使用加设处理设备的方式完成控制。

3.2.2 对工艺过程控制

针对石化行业的VOC_s排放，要求强化组织展开泄漏修复与检测，以完成对VOC_s排放源的控制。

针对来源于无组织排放的VOC_s，可以使用如下的过程控制方案：工艺改进，装置设备泄漏控制，不同产品分类摆放，减少污染物堆积，加强通风，加大车间抽风系统的力度，推广使用密闭先进设备，提高工作效率［5］。

针对烟囱排放的VOC_s，可以使用末端控制技术完成管控，相应技术内容在前文已有阐述，此处不再赘述。

3.2.3 使用溶剂控制

在控制主要溶剂使用时，针对来源于无组织排放的VOC_s 以及来源于烟囱排放的VOC_s，均使用与主要工艺过程源控制相同的技术来完成。

4 臭氧污染防治策略要点

4.1 基于交通工具的污染防治

可以应用机外净化技术以及机内净化技术，对交通工具的污染进行有效控制。其中，对于机外净化技术而言，常用的方法为三元催化净化尾气，即结合不同车型排放尾气的现实情况与特征，在对应的尾气排放筒上加设壳体、衬垫或是设置涂层、引入活性物，实现对汽车排放尾气的净化。对于机内净化技术而言，主要通过改造发送机内部结构，促使发动机燃烧情况有所改善，从而实现在发动机内完成污染物净化。

4.2 基于工艺过程的污染防治

烟囱排放是有机污染物的主要工艺过程源，在臭氧污染防治实践中，可以应用对应的有机污染物控制技术，实现对有机污染物的回收或是销毁，最终达到减排效果。在此过程中，可以引入固定床吸附—水蒸气置换再生—冷凝回收工艺，即利用固定床内的吸附剂对有机污染物进行吸附，随后通入高温水蒸气，促使有机污染物能够随着水蒸气同时脱离吸附床，最后结合对冷凝器的使用，使得蒸汽混合物冷却、冷凝为液体，完成回收［6］。

4.3 基于使用溶剂的污染防治

在对使用溶剂的有机污染物进行控制的实践中，需要从前端原料入手，通过有机污染物溶剂、生物基溶剂、水性溶剂的开发与应用，避免溶剂使用过程中发生明显的有机污染物挥发问题。同时，还要搭配利用末端治理技术，着重落实对无组织排放的收集，搭配回收与销毁技术，降低有机污染物的排放［7］。

5 结语

綜上所述，臭氧污染会对人体健康产生很大危害，所以必须要加大臭氧污染的控制与防治力度，改善大气环境质量，切实保障人民群众身体健康。在实践中，收集更多挥发性有机物VOC_s排放源样本，并以此为参考搭建本地化的源谱，保证能够对本地排放源的特点进行精准识别，完成对挥发性有机物VOC_s排放源控制技术方案的合理选定与实施，搭配展开强化PM_2.5与O₃协同控制、夯实VOC_s 综合治理基础能力、加快实施VOC_s减排重大工程、强化组织展开臭氧污染防治专项行动、完善激励与约束并举的经济政策等臭氧污染防治措施，推动区域臭氧污染防控与治理工作的升级。