化工污染控制与大气雾霾防治研究＊

史密伟，朱桂艳，朱晓磊，孟令尧

（1.河北省科学院地理科学研究所，河北石家庄050011；2.河北省环境应急与重污染天气预警中心，河北 石家庄050000；3.中国科学院生态环境研究中心，北京100085）

化工污染控制与大气雾霾防治研究＊

史密伟1，朱桂艳2，朱晓磊3，孟令尧1

（1.河北省科学院地理科学研究所，河北石家庄050011；2.河北省环境应急与重污染天气预警中心，河北 石家庄050000；3.中国科学院生态环境研究中心，北京100085）

大气挥发性有机物(VOCs)是化工行业的特征污染物，也是大气雾霾污染的重要前体物和参与物。本文分析了大气雾霾的危害和成因，归纳了化工生产对雾霾的贡献及现有的控制技术，提出了加强VOCs管控的对策建议，为我国大气污染治理深入研究提供参考。

挥发性有机物；大气雾霾；化工

当前，我国频繁出现的雾霾天气受到了人们的高度关注。特别是2013年以来雾霾天气愈发严重，并呈现影响范围广、持续时间长、污染物浓度高的特征。京津冀地区污染最为严重，并已经演变成为以高浓度细颗粒物（全年）和高浓度臭氧（夏秋季节）为特征的典型“双高”型污染区域［1］。雾霾天气的频繁和大范围发生，使得许多地区的居民频繁发生呼吸道感染、呼吸过敏等疾病，严重的危害着人们的生命安全，也为我国粗放的工业发展与高能耗生活方式敲响警钟。

1 大气雾霾危害与成因

1.1 大气雾霾的危害

霾是指各种源排放的污染物（包括气体和颗粒物）在特定的大气流场条件下，经过一系列物理化学过程，形成的细颗粒物，其突出特征是大气中PM2.5浓度过高。雾霾危害的直观表现为大气能见度降低，阻碍空中、水面和陆面交通。颗粒物的增加会引起酸雨、光化学烟雾现象，恶化空气质量，甚至导致农作物减产。此外，PM2.5能够直接进入人体肺泡甚至血液系统中，其表面富集的致癌物质和基因毒性诱变物质，直接导致心血管病等疾病，使呼吸系统及心脏系统疾病恶化，增加危重及慢性病患者的死亡率［1,2］。

1.2 雾霾成因

总的来说，雾霾的成因包括气象原因、工业废气泄漏与排放、化石燃料使用与燃烧、远距离沙尘输运等4方面原因。

1.2.1 极端气象条件

极端的气象条件是我国当前雾霾频繁发生的重要原因之一。天气原因主要包括水平方向静风伴随着垂直方向上出现逆温等气象条件。地面空气的流动较为稳定，使得空气几乎处在一种静止状态，污染物得不到有效的扩散，使得空气中大量污染物不断的聚集，并在光照催化、相互催化等作用下，发生二次化学反应，进而导致雾霾天气的发生［3］。京津冀地区三面环山，在静风条件下本地排放和外部输送的污染物将在山前快速堆积，导致该区域空气质量急剧恶化［4］。此外，秋冬季节，北方地区极易形成雾，使空气中污染物扩散困难，加重了大气污染［5,6］。

1.2.2 工业废气泄漏与排放

工业生产中有机溶剂泄漏与废气排放，是我国雾霾污染日益严重的主要原因之一。高强度的工业活动和粗放的生产方式导致了各类大气污染物的大量排放，环境空气质量逐年恶化。我国水泥和钢铁产量均位居世界第一，且绝大多数集中在京津冀地区。工业生产中排放的SO2、NOX、粉尘等污染物远超过其他发达的国家，并大大超过了大气自身的净化能力。废气排放体量大与排放物质复杂，污染治理水平不足，导致工业区大气污染事件频发。

1.2.3 化石燃料过度使用

我国重工业为主的发展模式，使得在生产过程中消耗了大量的煤炭、石油等化工燃料，是导致雾霾天气出现的根源之一。此外，汽车保有量的增加、出行方式的改变，也造成了最近几年机动车尾气的大量排放，特别是在城市区域，由于交通拥堵，导致汽车在低速行驶时燃油不充分燃烧，排放了大量的氮氧化物和炭黑废气。

1.2.4 远距离沙尘输运

虽然近几年由于防风林的建设，北方出现大范围沙尘天气的事件减少，但扬尘的危害不应低估。中科院的研究表明，2013年大范围出现的雾霾天气，很大程度上是受西北气流的作用下，沙尘输送到华北地区，加剧了地面的污染强度。污染物累积在太行山和燕山山前，加剧了京津冀霾污染强度，并以石家庄、保定、邯郸、北京、天津、唐山等城市污染最为严重，因此，西北沙尘气溶胶叠加是京津冀区域污染物浓度攀高的重要原因之一［1］。此外，多地雾霾源解析的结果也表明，建筑扬尘和街尘的再悬浮是城市大气污染颗粒物的重要来源。

2 化工生产与大气雾霾防治

2.1 化工生产与挥发性有机物

随着化工园区建设高峰，“十一五”以来我国省级以上化工园区呈井喷式增长。在带动当地经济的发展的同时，其污染危害与环境风险也日益引起重视。化工园区生产、储存、运输大量的易燃易爆、有毒有害的化学品，整个园区风险源庞大且集中，一旦在某一个环节出了问题，很可能会引发一系列连锁反应，造成不可估量的人员伤亡和财产损失。2015年8月天津滨海新区危险品仓库火灾爆炸事故，对周边区域大气环境、水环境和土壤环境造成不同程度的污染。

化工生产对雾霾形成的主要贡献是大量挥发性有机物（简称VOCs）的排放和泄漏。挥发性有机物是沸点在50℃～250℃，在常温下以蒸汽形式存在于空气中的一类有机物。主要成分有：烃类、卤代烃、氧烃和氮烃，它包括：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。

目前已有大量的研究表明VOCs是PM2.5和臭氧的重要前体物之一。我国环保部门愈来愈重视其前体物VOCs的控制工作，提出将挥发性有机物列为大气污染联防联控的重点污染物之一，强调开展VOCs污染防治工作。目前已有关于人为源VOCs排放研究表明，我国人为源主要来自于工业源、交通源（机动车排放）和生物质燃烧三大类排放源，其中工业污染源是排放贡献最大的部门［7］。多个化工行业均伴随着VOCs的使用和释放，例如原油、天然气开采，以及甲醇、乙烯等有机化学制品制造行业；油品和有机溶剂的储存和运输；油墨、涂料、胶黏剂等产品的生产和使用；与化工产品相关的如喷涂行业、建筑装饰、包装印刷、电子制造等工业活动。

2.2 挥发性有机物控制技术研究

目前主要控制手段，一是使用先进清洁生产工艺流程和开发改进原有设备，在污染排放源头进行预防性控制，以达到削减VOCs排放的目的［8］；二是对污染物进行末端治理的控制技术。主要的末端控制技术有吸附法、燃烧法、冷凝法、光催化技术、低温等离子技术等，不同技术适用范围不同。燃烧技术主要用于排放的高浓度含VOCs废气的治理，燃烧温度在800℃以上，燃烧炉主要有直接燃烧炉、对流换热式燃烧炉、催化燃烧炉、蓄热式燃烧炉、蓄热式催化燃烧炉［9］。吸附技术主要处理低浓度尾气，尤其是碳纤维、颗粒炭吸附技术由于具有比表面积大、资源回收效率高、污染轻等优点，在实际应用中较多［10］。石油储罐控制VOCs泄漏的技术包括安装内浮顶、安装二次边缘密封、收集废气并进行处置，处置技术主要采用低温馏分油吸收技术、吸附＋吸收技术、吸收＋膜技术等［11］。随着对挥发性有机物污染排放标准的不断严格，传统的以吸附为主的控制措施已经不能满足要求，需要不断的研究新技术以更好的实现大气污染防治。

3 对策及建议

尽管采取了多种措施，但目前对雾霾天气治理的有效手段仍为“非常规”手段。例如：2008年8月为在北京举办的第29届国际奥林匹克运动会，政府采取了包括停止工厂生产及建筑工地施工等在内的一系列空气污染控制措施，从而使奥运会期间的北京地区大气质量得到了显著改善［12］。2014年11月APEC会议期间，由于采取停产、限产、停工、限车等一系列“史上最严”措施，也出现了短暂的“APEC蓝”。大气雾霾治理非一朝一夕完成之事，需要政府及公众全面考虑，优化治理措施。

3.1 优化发展策略，调整产业布局

从发展策略上，由以单纯追求GDP向绿色GDP转变，实现生态环境与社会经济协调发展。调整产业布局，减小重工业和重污染行业比重，增速服务业和高新技术产业发展。根据我国东西部资源禀赋和环境容量，对钢铁、化工行业，在充分考虑数量、分布，以及能源通道利用的基础上，优化产业布局。改善能源结构，提高资源的利用率，减少石油、煤消耗，加强对风能、水能、太阳能等可再生清洁能源的开发和使用。提高我国机动车燃油的清洁程度，倡导绿色出行，减少车辆尾气中有毒有害气体的排放，改善空气污染的现状。

3.2 健全法制建设，加强标准控制

在当前日益污染的空气现状下，必须要建立严格的法律法规遏制工业废弃物的排放。严格惩处违法排放，提高企业的违法成本。完善典型行业VOCs排放标准，根据环境容量和排污特征实施差别化环境许可证制度。制定污染源VOCs类有毒空气污染物排放标准和清洁生产标准。拓展多方面监管力量，实现环保部门督查与社会力量监督相结合。

3.3 加大VOCs与大气污染防控技术研究

组织工业源VOCs排放源普查，摸清我国工业源VOCs排放情况，是有效进行VOCs污染防治的重要基础。污染源排放清单不仅可以识别污染物排放水平和分布，估算VOCs控制减排量，而且可以作为大气化学反应模型的输入数据，研究工业源VOCs减排与空气质量效应之间的关系。目前环境监管部门对于工业企业有毒有害废气的排放源分布、排放强度和治理情况等基础信息掌握较少，导致结果的可靠性不高和应用性不强。此外，针对日益严格的排放标准，应适当倾斜科研经费投向，引导VOCs等大气雾霾前体物的防治技术研究力量，构建全方位的雾霾防治技术体系。

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河北省科学院科技计划项目（项目编号：16105，财政预算编码：2016021969）。