大气污染治理中挥发性有机物的污染现状及治理措施

秦 华

（山东省济南生态环境监测中心，山东 济南 250000）

挥发性有机物成分复杂，涉及烷烃类、芳香烃类、卤代烃类、烯炔烃类、酯类和醛酮类等[1]，在臭氧（O3）和二次有机颗粒物的形成过程中发挥着十分重要的作用，在大气化学反应过程中占据着重要地位，不仅会对自然环境造成破坏，还会严重危害人们的身体健康。美国20世纪中期的洛杉矶光化学烟雾事件，就是由于汽车尾气中大量的烯烃类碳氢化合物和氮氧化物在光照下发生反应造成的。这次光化学烟雾事件给美国造成了巨额损失，数百位65岁以上的老人因呼吸系统衰竭死亡，75%以上的人患上了红眼病。美国政府从20世纪70年代就开始推出了一系列法律法规、标准和管理手段，建立起了挥发性有机物的控制体系，取得了卓有成效的治理效果[2]。近年来，随着我国经济快速发展，以臭氧和细颗粒物为代表的复合型污染已经成为我国大气污染的重要特征，挥发性有机物作为其重要前体物，对大气环境影响日益突出。因此，加强对挥发性有机物污染方面的研究成为我国目前大气污染防治工作的重要内容。

1 挥发性有机物的来源

环境中挥发性有机物的来源途径较多，从大类来讲主要可以分为两类，一种是天然源，一种是人为源：（1）森林火灾、火山喷发和植物自然排放等是主要的挥发性有机物天然源，其中比较重要的排放源是森林和灌木林，它们会排放出大量的异戊二烯、甲醇、单萜烯等物质。（2）人为源主要有移动源、工业源、生活源和农业源。移动源主要指的是交通运输过程汽车尾气排放的挥发性有机物；工业源主要包括石油化工、工业涂装、包装印刷、制药行业等生产过程排放的挥发性有机物；生活源包括建筑装饰、餐饮油烟、垃圾焚烧等产生的挥发性有机物；农业源主要包括秸秆等生物质的燃烧和农药的使用等过程产生的挥发性有机物[3]。

2 挥发性有机物的危害

人类本身具有嗅觉反应，当闻到某些气味时会有厌恶感产生，就会造成臭味污染。通常情况下，臭味物质会引起人们的厌恶，这种物质具有较强的挥发性，其成分中含有环状化合物结构、还原态氮或者硫等物质，这类物质的碳数比较少，通常存在于挥发性有机物中，当人们接触到挥发性有机物时就会形成臭味污染。此类臭味污染会在一定程度上影响人类的呼吸系统、内分泌系统、神经系统和循环系统，而且挥发性有机物中的甲醛和多环芳香烃等化合物具有毒性，其自身的致癌性也会对人们的身体健康造成严重危害。

3 挥发性有机物的污染现状

3.1 污染浓度高，污染地区差异大

从当前的实际情况分析，我国大气挥发性有机物污染浓度水平较高，并且存在较大的地区差异。根据我国重点城市的大气挥发性有机物监测结果表明，我国总非甲烷碳氢化合物（NMHCs）的平均体积浓度较高，并且大部分NMHCs表现出较高的城际变化，相对标准偏差在50%以上，这就证明挥发性有机物的浓度在低污染城市和高污染城市之间，存在很大差别[4]。乙烷、乙炔、乙烯、甲苯等的体积浓度在我国城市大气挥发性有机物中相对来说较高，这部分挥发性有机物的产生和汽车尾气、燃煤、生物质燃烧有很大关系，也说明了人类生产和生活中的不完全燃烧行为是排放挥发性有机物的重要途径。虽然各城市挥发性有机物的来源途径基本一致，但不同地区排放的挥发性有机物数量却存在很大差别，大气中不同的特征组成可以很好的证明这一点，比如从苯、甲苯等芳烃组分的浓度来分析，珠江三角洲和长江三角洲地区比全国平均水平高出很多，导致这种现象的原因是这两个地区的涂料、油漆、制鞋和印刷等工业比较发达；再比如广州地区大气环境中的丙烷浓度比其他城市高，这说明当地使用液化石油气的行为比较普遍。

3.2 臭氧和二次有机颗粒物污染严重

近年来，我国臭氧污染范围不断扩大，并且在大气中的浓度逐年升高。据相关研究表明，北京市臭氧白天均值在40～60 ppbv之间，年增长2.7 ppbv，年增长率为6%，增长势头比较明显，而且最高臭氧浓度曾达到286 ppbv，远远超出了空气质量要求标准。北京的相关试验证明，控制氮氧化物的排放无法使北京臭氧的浓度有效降低，这就充分说明此地区挥发性有机物主导控制臭氧生成的现象比较典型。上海、广州等地区也受到挥发性有机物的影响，如果不考虑二次有机颗粒物的影响，对氮氧化物的排放进行控制，很有可能会让臭氧浓度不降反增。当前我国PM2.5污染问题比较严重，PM2.5中含有大量的颗粒有机物、硫酸盐、硝酸盐和铵盐等物质，其中二次有机颗粒物在所有颗粒有机物中占比较高，在PM2.5形成的过程中发挥着重要作用。

4 挥发性有机物污染的治理措施

4.1 焚烧治理

焚烧炉是焚烧法中的重要设备，这种炉型的类型有多种，不同的炉型有不同的应用范围，直接焚烧炉、蓄热式焚烧炉和对流换热式焚烧炉等是经常用到的几种，在选择焚烧炉之前，应针对焚烧气体的腐蚀性、组分等物理化特性进行全面了解，并以这些参数为依据来选择合适的焚烧炉，在使用过程中还要保证焚烧炉参数设置的合理性。在应用此种方法的过程中会消耗大量的能源，而且还会有大气污染物产生，基于节能环保理念，可以采取措施对焚烧温度进行控制，并缩短挥发性有机物在高温区停留的时间，为了促进此目标的实现，可以把催化剂添加到焚烧炉中，经常用到的催化剂种类有过渡金属催化剂、贵金属催化剂和金属氧化催化剂等。催化剂的使用可以有效降低能源消耗，使焚烧中产生的大气污染物含量得到控制，在焚烧过程中需要注意气体对焚烧炉产生的腐蚀影响，另外还应避免在焚烧时造成二次污染，焚烧过程的余热得到最大程度的利用。

4.2 光催化治理

光催化技术出现时间较早，在20世纪70年代就得到广泛应用。该方法是主要是通过将挥发性有机物降解为二氧化碳、水等无机小分子，从而实现挥发性有机物的治理效果。该方法中需要用到催化剂，电子型半导体材料（N型半导体材料）是比较常用的催化剂，比如二氧化钛、氧化锌和三氧化二铁等。光催化技术的主要原理是利用相应的光照射催化剂，然后会激发催化剂价带上的电子，从而进入导带，会产生空穴，继而形成空穴对，也就是说激活了光催化剂，然后就会有氢氧离子产生，这种离子和挥发性有机物之间会发生氧化反应，从而让挥发性有机物成功转化成无机物、水和二氧化碳，达到了控制污染的目的。在使用此方法的过程中应注意严重控制有机物的浓度，需要小于100 mg/L，并维持较小的气流量。

5 结语

综上所述，我国对挥发性有机物了解和认识相对较晚，导致某些地区已经受到比较严重的污染，而我国对于挥发性有机物的治理仍处于初级阶段，为了促进挥发性有机物控制效果的提升，我们应全面深入了解大气污染治理中挥发性有机物的污染现状，并根据实际采取有效的治理措施，协同控制挥发性有机物和氮氧化物的排放，实现我国大气环境质量的根本改善。