空气中挥发性有机物的监测与治理

洪碧圆

（中煤浙江检测技术有限公司，浙江杭州 310000）

1 挥发性有机物相关阐述

国际上，挥发性有机物VOCs 是指在常温条件下，沸点在50～260℃的各类有机化合物。在我国，VOCs 是指常温下饱和蒸汽压大于70Pa、常压下沸点在260℃以下的有机化合物，或者是在20℃环境下，蒸气压不小于10Pa 且具有挥发性的全部有机化合物[1]。VOCs 主要包括卤代烃、非甲烷碳氢化合物、含氮有机化合物等，大多具有刺激性气味，且具有致癌、致畸和致突变等特点，如苯、甲苯等化合物。VOCs 会直接参与到二次气溶胶、臭氧生成，从而造成PM2.5超标、臭氧污染，引发严重的环境污染问题。

2 空气中挥发性有机物的监测

2.1 吸附剂富集监测法

吸附剂法是经典的VOCs 检测方法，主要是采用固态吸附剂，将VOCs 进行浓缩采集。通过吸附剂的作用将采样、浓缩环节相结合，缩短了监测流程，更具实用性。采用吸附管监测VOCs 浓度，能对样品中VOCs 进行富集，降低了方法的检出限，同时，富集过程为时间段，有助于计算排放均值。吸附剂富集监测方法成本更低，固体吸附剂可以重复使用，但是在挥发性较强的VOCs 中无法保证监测精度。

2.2 容器捕集气质联用法

目前针对环境空气样品中VOCs 的检测，可采用苏玛罐进行收集，直接带回实验室用气相色谱-质谱联用仪对气体样品进行分析。苏玛罐在收集中可以避免吸附物的分解，采集到的VOCs 气体纯度更高，并且可以同时对多种化合物进行分析。但苏玛罐的价格较高，使用苏玛罐进行取样的前期成本较大。目前针对浓度较高的废气样品，可采用价格较低的泰德拉气袋进行采集，但密封性和表面惰性较苏玛罐均稍差，可能会导致气体泄漏和样品损失。

2.3 固相微萃取气相色谱法

这是一种比较新的采集方法，将样品采集和浓缩结合到一起，可以使检测工作更快速，更准确。主要由萃取探头与手柄两部分组成，只需将探头直接暴露在待检测的空气之中就能实现自动化样本富集。固相微萃取技术具有快捷、方便，富集能力强，热稳定性好，使用寿命长，尽管萃取量不大，但精密度和准确度都较高的特点。该方法操作简单快速，检测结果可靠，样品需要量少，且利用率高，特别适合在应急检测时快速对多种有机物进行定性和定量分析。在后续的研究中，为实现应用范围的进一步扩大以及测量针对性的进一步细化，探头设计在涂层上有更多的选择。

2.4 在线监测技术

过去，GC 和GCMS 在VOCs 监测方面发挥着重要作用，同时也具有非常明显的局限性，如复杂样品监测费时费力、样品和溶剂消耗量高、样品运输可能出现交叉污染等。当今空气VOCs 监测必须要确保时效性，以便更加及时地采取相关治理措施。在计算机技术不断发展背景下，在线监测技术应运而生，并且还在不断完善当中。空气VOCs 监测在线技术有很多如激光光谱在线监测、傅里叶变换红外光谱在线监测。但目前所开发的在线监测仪器造价高、体积大、操作难，限制了在线监测技术的广泛应用[2]。

VOCs 化学活性非常强，在器具分析以及样品采集过程中难度很大，而采用该方法能够有效应对VOCs 活性较强的情况。该项技术可以自动采集样品，将样品传输到系统中进行反应柱分离，实现VOCs 浓度监测。质子转移反应质谱方法可以实现自动取样，避免人为因素造成的混乱情况，提高样品采集的精度；同时该技术无需压缩过程，除了可以提高监测效率，还可以确保灵敏度。

在多种空气VOCs 在线监测当中，调谐激光吸收光谱在线监测技术的优势更加明显，具有非常大的发展潜力，该项技术借助云计算、数据库（光谱对比信息）、激光传感器、光谱检测系统、无线网络等技术。由于每种VOCs 都有不同的光谱，在传感器采集到空气VOCs 时，将VOCs 光谱传给检测系统分析，云计算通过数据库将所检测的光谱信息进行对比，最终得出VOCs 类型、浓度等参数，并且数据可以实时更新。但该项技术目前还处于试点阶段，真正应用的案例不多，随着调谐激光技术进一步完善，检测原理更加明确，会进一步发挥调谐激光吸收光谱技术在VOCs 监测中的作用。

3 空气中挥发有机物的治理

几十年来，我国都在不断研究空气VOCs 的治理措施，并且提出了多种治理方案，包括冷凝回收法、吸附回收法、催化燃烧法、生物氧化法等。

3.1 冷凝回收技术

该项技术通过增加空气气压、降低环境温度等方法，对有机物形态改变，如将气体形态转化为液体形态、固体形态等，根据VOCs 不同物理结构进行调整，把混合体中的有机物分离出来，完成回收工作。冷凝回收技术在实际应用中，提高压力、降低温度都要消耗掉大量能量，所以更多是用于低级处理，无法做到中级处理和高级处理，成本消耗较大。但是该项技术在低级处理当中成本消耗较小，可以对沸点高、浓度高的气体进行净化，还可以与其他技术结合使用。

3.2 吸附回收技术

吸附回收技术是利用多孔吸附剂，如活性炭等来处理VOCs，使其固定VOCs 中易吸附于固体表面的成分，用以达到分离目的。这种处理技术的应用非常广泛，主要用于对浓度较低，通量较高的有机废气的处理。其优点是去除率较高，废气中VOCs 去除较彻底，不会造成二次污染；缺点是吸附剂的吸附能力有限，因此不适宜处理浓度较高的挥发性有机物，同时吸附剂容易因水分、胶质杂质而大大降低吸附能力甚至失效，需要定期进行更换。

3.3 生物氧化技术

借助生物氧化反应提升有机物的代谢速率，也就是通过微生物将有机物消耗掉，让有机物变成水和二氧化碳。在实际操作中，将VOCs 放入到生物氧化反应设备中，使用水将材料湿润，之后与生物滤床连接，滤床移动会带动气体移动，让二者产生生物反应。生物氧化技术使用设备少、成本低、操作便捷，但是整个反应过程较慢，单个设备占据很大空间，无法融合其他技术提高反应速率，并且如果是混合型VOCs，要先采用其他分离技术处理，之后才能够通过微生物降解有机物。

3.4 液体吸附回收技术

由于绝大部分的VOCs 都有与液体相融的特性，因此可以借助该特点实现吸附回收。选择特定的有机溶剂吸附剂，结合不同VOCs 的溶解度和物质化学反应，可将空气中的VOCs转化为液体，之后对混合液进行解析，将其中的有机物提取出来，剩余吸收液还可以继续使用。液体吸附回收技术不仅能够有效消除空气VOCs 污染，还可以将有益物质回收处理，清除率较高，也可以达到95%以上。因此该项技术应用成本较小，操作工艺简单，可以在大流量、高压、低温等环境使用，不会出现二次污染问题。

3.5 催化燃烧技术

催化剂可以有效降低燃烧温度，将有毒有害的VOCs 充分燃烧氧化，从而实现治理目标。采用多孔材料制作催化剂，可以产生较为合适的孔径，将温度提升到300～450℃时，有机体会直接通过催化层，此时氧和有机气体会直接吸附在多孔材料表面上，提高了有机气体和氧的接触几率，提升整体活性，就加强了有机气体和氧之间的化学反应，产生水和二氧化碳，反应过程中还会生成热量，采用热回收装置将热量二次利用，让VOCs 变成无毒无害气体排放到大气当中。

4 结语

综上所述，VOCs 会直接造成大气污染问题，因此必须要结合不同VOCs 的特性，采用不同的检测方法确定VOCs 的含量、浓度。同时，采用针对性的VOCs 治理方案，对VOCs进行分离、回收、处理，避免气体VOCs 对水、土壤接触造成二次污染，从而提高VOCs 防治效果。总之，随着科学技术不断发展，VOCs 监测与治理能力还会进一步提升，不断减少VOCs 污染问题。