大气环境中挥发性有机污染物监测及治理探讨

安徽海峰分析测试科技有限公司 叶帅

挥发性有机污染物（简称VOCs），是有机化合物的总称，通常是指熔点低于室温，沸点在50-260℃间的各种挥发性有机物总称。挥发性有机污染物根据其化学结构的不同可分为五大类：卤烃类、非甲烷碳氢化合物、含氧有机化合物、含氮有机化合物、含硫有机化合物等。挥发性有机污染物具有刺激性、致癌性和致突变性，还极易引发火灾和爆炸。国家十分重视挥发性有机污染物的监测与治理工作，为此，2015年财政部等相关部门联合出台《挥发性有机物排污收费试点办法》，率先从印刷、石油化工两大行业领域开展有机污染物收费的试点工作，旨在加大源头排污治理力度。因此，从源头做好挥发性有机污染物的监测与分析，为相关部门采取相关治理措施提供支持。

一、大气环境中有机污染物来源及危害

（一）来源

根据有机污染物来源的不同，可将大气环境中有机污染物来源分为人工源和自然源两大类。（1）前者，主要是指与人类活动有关，在生产生活作业过程中产生的有机污染物。其中，有主要来自室内有机污染物和室外有机污染物。室内有机污染物主要有煤、天然气等燃烧物、采暖、烹调等烟雾产生；还包括家装材料、家具、家电以及清洁剂等在使用过程中排放出的有机污染物。室外有机污染物主要来自燃料燃烧、汽车尾气和光学污染等交通运输过程中产生的，其中，石油化工、印染、印刷、制药、电子产业和表面涂装等工业生产环节也是大气环境中有机污染物的重要来源。人为源排放挥发性有机污染物主要种类有：煤炭、天然气、生物质燃烧排放的乙烯、乙烷、乙炔、丙烯和苯系物等；垃圾填埋场排放的苯系物、古烯等；炼油厂、化学工厂在其工业生产过程中产生的正己烷、环戊烷、苯乙烯等；汽车或柴油车尾气排放的异戊烷、正庚烷等。（2）后者，主要是指来自森林火灾、植物释放和火山喷发导致的大气环境中的有机污染物。其中，最重要的自然释放源为植物释放。据相关部门研究发现，91.9%的挥发性有机物来自自然源的贡献量。此外，室外自然源中的温度、光照等也是影响挥发性有机污染物产生的重要因素。

（二）危害

大气环境中的挥发性有机污染物危害性大，一方面，这些挥发性有机污染物是大气环境中颗粒物浓度超标的重要因素之一，也是引发光化学污染的重要原因。另一方面，这些挥发性有机污染物在大气环境中具有不可逆转性，增加了后期的治理难度。从历年发布的生态环境状况公报公布的数据显示，颗粒物浓度成为大气环境的首要污染物，臭氧超标占比也较高，这两大污染物远远超过了其他大气环境中的污染物超标占比。挥发性有机污染物中的氮氧化合物与碳氢化合物在自然环境中紫外线作用下产生臭氧，臭氧污染物浓度超标极易引发光化学烟雾，危害植物正常生长。有机污染物浓度超标，也是酸雨、雾霾及光化学烟雾的复合污染的重要原因。此外，挥发性有机污染物与大气污染物生成二次气溶胶，产生颗粒物，滞留于大气环境中，影响大气能见度。此外，大气环境中的挥发性有机污染物具有特殊气味，刺激人的皮肤、眼睛和呼吸道，导致头疼、乏力和咽喉肿痛，刺激性、致癌性、致突变性成为影响人体健康的重要因素，尤其是挥发性有机污染物中的苯、甲苯和甲醛等，危害性极大。

二、大气环境中有机污染物监测方法

根据《室内空气中对二氯苯卫生标准》《空气和废气监测分析方法》和《空气和废气监测分析方法》等相关规定，目前，大气环境中有机污染物监测技术主要有：

（一）PTR-MS—质子转移反应质谱法

质谱转移反应质谱技术广泛应用于大气环境中挥发性有机污染物监测分析，也被应用于工业废气、汽车尾气监测等相关领域。质子转移反应质谱法利用漂浮模型与电离子对大气中挥发性有机物进行实时监测，从而获得监测结果。质子转移反应质谱法监测大气环境中挥发性有机污染物具有监测灵敏度高、监测效率高和清晰度高等巨大优势，也简化了监测过程，解决了飞行时间质谱监测法易受到干扰离子影响的弊端，具有良好的应用推广前景。

（二）TOFMS—飞行时间质谱法

飞行时间质谱监测法使用的是一种较为常见的质谱监测仪器。该监测方法的工艺原理，是利用电荷与质子间的作用形成脉冲电场，然后记录离子在该电场内的具体运行时间，再对监测结果进行汇总，并得出相应的监测结果。飞行时间质谱法监测大气环境挥发性有机污染物监测效率更高，能够在几分钟时间里获得相应的监测数据和监测结果。但飞行时间质谱法监测大气挥发性有机污染物也有其自身的弊端和不足，即质谱图电场易受到干扰离子影响，从而使监测结果更具复杂性，增加了监测人员监测工作难度。

（三）HPLC—高效液相色谱法

与气相色谱法相似的另外一种大气环境中挥发性有机污染物监测法——高效液相色谱法，但与气相色谱法不同的是，高效液相色谱法使用的液体是流动相。即在高压输液系统中，将采集到的挥发性污染物大气监测样品中不同极性的混合溶剂与单一溶剂一并装入至监测色谱柱之中，然后再将采集到色谱柱中的样品进行交换分离，最终选用色谱仪器监测留存的挥发性有机物，对其进行分析。高效液相色谱法监测大气环境中的挥发性有机污染物是对气相色谱法的工艺改进，因此，其监测结果更加精准、高效，灵敏度高，监测的效果更符合实际。

（四）GC—气相色谱监测法

气相色谱法是挥发性有机污染物最为重要的一项监测工艺。气相色谱监测工艺具有监测灵敏度高、精确度高等优势，也是大气环境中挥发性有机污染物监测分析速度较高的一种方法之一。利用气相色谱监测法监测大气环境中的挥发性有机污染物，主要包括监测大气样品的采集及其测定两个环节。其中，采集环节主要是利用监测用吸附管采集被监测大气样品，再利用吸附管中的吸附剂分离被监测大气中的污染物，从而实现留存挥发性有机污染物的效果。将留存于吸附管中的有机挥发性污染物作为测定的主要内容。利用升温的方式解吸有机污染物，再选用气相色谱仪对解吸后的污染物进行分析监测，从而获得挥发性有机污染物的含量浓度。GC气相色谱监测法监测大气中的挥发性有机污染物浓度监测时间较长，难以在极短时间内获得监测效果。且监测中使用大量化学试剂，监测成本相对较高。

三、大气环境中有机污染物防治措施

大气环境中挥发性有机污染物成因众多，这也无疑增加了大气环境有机挥发性污染物的治理难度。目前主要有热破坏法、光分解法、低温等离子体-光催化法和超声波解析法。从防治措施来看，单一方法难以有效发挥其应有治理效果，也难以实现根治的效果。因此，针对大气环境中有机污染物治理的现实情况，合理选用相应的治理方法，或综合使用，确保预期实效。

（一）热破坏法

热破坏法处理大气中的挥发性有机污染物，这是一种较为成熟的且应用广泛的处理工艺方法。热破坏法处理挥发性有机污染物包括直接燃烧法和催化燃烧法。热破坏法处理挥发性有机物是利用燃烧过程中发生的化学反应中挥发性有机物进行摧毁和破坏，发生反应，从而降低大气环境中的挥发性有机污染物含量，从而达到有效控制污染物的预期效果。目前，热破坏法处理挥发性有机污染物主要应用于低浓度废气处理领域，效果较好。但该法需要在特定处理条件，且处理成本较高，需要在后续的应用过程中不断优化、改进。

（二）光分解法

光分解法处理大气环境中的挥发性有机污染物，主要是利用不同的光照射，以达到降解大气环境中的挥发性有机污染物效果，最终实现预期处理目的。光分解法处理的工艺原理，即利用各式光的长时间照射下，光催化剂会产生烃基自由基，烃基自由基具有强氧化性，能够有效降低大气中的挥发性有机污染物含量，使其生成无机物。目前，从实际应用的效果来看，光分解法处理大气环境中的挥发性有机污染物，具有较高的安全性和可靠性，应用广泛，也是目前实际应用中最受欢迎的一项处理方法。

（三）低温等离子体-光催化法

基于光分解工艺法的低温等离子体-光催化法处理挥发性有机污染物，已在多个国家和地区得到了成功推广和应用。该项处理技术集合了低温等离子体工艺与光催化工艺，实现了二者的有机结合，发挥两种工艺方法的优势最大化。一方面，可有效抑制和稀释大气环境中的挥发性有机污染物，另一方面，又具有较好的处理效果，且处理成本低，工艺方法应用稳定，便于操作。

（四）超声波解析法

超声波解析法处理大气环境中挥发性有机污染物，其原理是利用超声波发射所产生的热量，作为治理大气环境中的挥发性有机污染物。在热量中增加吸附剂，使其具有较强的吸附能力，从而达到提升治理的预期效果。作为传统燃烧法与吸附法的结合工艺技术，经过实验证实，活性炭等污染物治理领域中使用超声波解析法效果最佳，且治理成本较低。

四、结语

随着生态环境保护要求越来越高，为推动大气环境中挥发性有机污染物治理，首先需要选用精准的监测技术方法，精准、快捷、高效地监测大气环境中挥发性有机污染物浓度，并结合不同治理工艺的应用特点和实际情况，最大限度地实现治理效果。目前，可供选用的工艺方法包括回收法、销毁法和组合法，在实际应用时应结合相关工艺技术特点，合理做出相应选择。