试析大气中VOCs的监测和治理方法

黄玉娥，李小亮

（1.武汉清达环保科技有限公司，湖北 武汉 4 300002；2.武汉网绿环境技术咨询有限公司，湖北 武汉 430000）

根据世界卫生组织定义，VOCs为挥发性有机物，指的是在常压下，沸点50 ℃～260 ℃的各种有机化合物，包含了卤代烃类、含氧有机化合物、非甲烷碳氢有机化合物等，对人体和环境有着严重的危害。在大气环境监测和治理工作中，针对VOCs采取了相关的技术和方法，例如高效液相色谱法、质子转移反应质谱技术、热破坏和生物分解技术等，根据监测环境的实际情况，采取合适的技术措施，同时建立完善的保障机制，加强对监测治理过程的监督管理，合理应用各项监测技术，提高监测治理的效率，有效控制大气中的VOCs污染。

1 大气中VOCs的来源和危害

1.1 来源

大气中的VOCs主要来源于人为源和天然源。人为源主要包括人类生产生活涉及的一些活动，分为固定源、流动源和无组织排放源。固定源主要为工业废气、化工金属冶炼、石油储存等，流动源指所有和机动车、船、飞机等交通工具相关的排放。无组织源排放包括汽油油漆等的挥发、生物质燃烧[1]。天然源主要指的是自然界中植物排放、森林草原火灾、火山喷发等。

1.2 危害

VOCs组成十分复杂，其中包含多种突变物质及致癌物质，如苯、多环芳烃、芳香胺、树脂化合物、醛和亚硝胺等有害物质对机体有致癌作用或者产生真性瘤作用。同时，VOCs对环境也造成一定的影响，VOCs在阳光照射下，与大气中氮氧化合物、碳氢化合物与氧化剂发生光化学反应，生成光化学烟雾[2]。此外，VOCs还是生成PM2.5等二次污染物的重要前体物，容易引发一些恶劣天气，如导致复合型天气污染，诱发灰霾等。

2 监测和治理大气中VOCs的意义

2.1 有利于长线管理大气中的VOCs

在城市经济发展过程中，工业生产、人类活动增加了大气中VOCs的含量，而它在紫外线的照射下会发生复杂的化合反应，最终增加平流层的臭氧含量，在城市中形成光化学烟雾，影响了人们的身体健康[3]。因此相关部门开展对大气中VOCs的监测和治理工作，制定针对性的监测和治理方案，借助各类技术设备，采取动态监测工作，获取实时的数据信息，实现长线管理，构建科学合理的管理体系，有效控制VOCs污染。

2.2 有利于改善大气整体环境问题

大气中VOCs的增加降低了大气环境质量，威胁到人们的身体健康和动植物的生长。因此针对现有的大气环境状况开展监测和治理工作，将重点放在人们生活、工业发展、自然环境等多个方面，加强对源头的监测和治理。全面监测体系的运行下，便于相关部门掌握城市中VOCs的变化情况，采取恰当的治理方法，有效降低大气中VOCs的含量，控制VOCs的污染，改善大气整体环境问题。

3 大气中VOCs的监测和治理过程中存在的问题

3.1 缺乏完善的监管机制

我国在大气中VOCs的监测和治理技术方面的研究管理等起步比较晚，并未建立专门的监测管理制度，因此，对于VOCs的监管机制不完善。首先是缺乏责任制。在VOCs的监测和治理方面，责任划分不明确，相关部门存在工作交叉重叠的情况[4]。其次，管理制度不健全。针对VOCs监测治理缺乏完善的标准体系，包括排放控制标准和监测分析标准。例如在排放标准中并未涉及容易造成光化学烟雾污染的挥发性烷烃、烯烃等控制要求。在涉及的行业标准中也缺乏一些重点行业，例如有机化工、涂料、制药等的排放标准。在监测分析标准中，现有的标准中并不能应对环境空气中的VOCs的全面监测。针对不同环境不同污染源的VOCs标准分析体系还需进一步完善，无法为管理人员提供足够的依据，而且工作标准不一致会影响到监督和治理措施的落实，最终影响到大气环境质量。

3.2 工作人员素质参差不齐

在VOCs监测和治理工作中，相关部门一般会选择第三方监测机构，由于市场监管不到位，一些第三方监测机构的资质不高，现有的技术人员综合素质参差不齐，在实际的工作中缺乏足够的经验，无法灵活地处理一些突发问题。技术人员缺乏新技术新观念的应用，无法满足现阶段VOCs监测和治理工作的需求。

3.3 缺乏资金支持

开展大气中VOCs的监测和治理工作需要投入大量人力物力财力，但是有些地区地方财政压力大，环境监测治理专项资金有限，资金的分配比例也并不合理，缺乏足够资金支持，无法支撑先进技术等的应用，影响到VOCs的监测和治理工作进程。

4 大气中VOCs的监测方法

4.1 气相色谱法

气相色谱法具有极高的精确度和灵敏度，能够快速分析大气中的VOCs，在VOCs监测中的应用十分广泛。在监测工作中可以与电子捕获检测器光离子化检测器等结合使用，针对不同的VOCs采取不同的检测器。气相色谱技术主要分为两个阶段，第一阶段开展样品采集工作，可以采用吸附采样法，吸附采样法主要是针对低浓度VOCs开展监测工作，使用固体吸附剂吸附样本。在选择吸附剂时，还需要考虑到所吸附化合物的性质。吸附结束后分离出VOCs，做好保存工作。第二阶段是样品测定，解吸VOCs利用气相色谱仪器进行分析监测[5]。近些年随着技术水平的不断提升，人们不断地将新技术引入到气相色谱技术中，提高了它的准确鉴定能力。

4.2 质子转移反应质谱技术

该技术主要由离子源、漂流管和离子检测系统组成，利用漂浮模型和电离子监测大气中的VOCs，该技术具有较高的灵敏度、清晰度和较快监测速度，广泛地应用于环境监测汽车尾气，工业废气等多项研究领域。样品检测前需要离子化挥发性有机物的样品，产生的离子进入到漂流管末端的治理检测期中开展检测工作[6]。该技术简化了传统的样本采集监测过程，在整个过程很少受到干扰离子的影响，缺点是难以区分同分异构体。

4.3 高效液相色谱法

高效液相色谱法与气相色谱技术有一定的相同之处，两者的区别是前者的液体属于流动相，在应用过程中可以采取高压输液系统，把样品中的不同极性的单一溶剂或者不同比例的混合溶剂等流动相装入到色谱柱中，在色谱柱中交换分离采集到的样品，最终将其中的VOCs放入到色谱仪器中开展监测分析工作[7]。该技术灵敏度高，选择性好，对空气中的醛酮类化合物和类似的挥发性有机物有着良好的检测效果。

4.4 富集监测技术

该方法属于离线方法，通过浓缩有机化合物，能够提高整个采样过程的工作效率。监测人员可以借助于吸附管提取浓缩后的有机物，用于监测工作中。能够提高结果的准确性，降低整体监测的成本，该技术应用广泛，适用性强，缺点是只适合挥发性较低的化合物。

5 大气中VOCs的治理方法

5.1 吸附法

目前吸附法是治理VOCs污染最常用的方法之一。其原理是利用吸附剂对废气进行净化，该方法成本较低、操作简便而且不会产生二次污染，对VOCs污染的治理效率相对较高，因此在污染治理领域得到了广泛的应用。

5.2 膜分离法

膜分离技术在工业VOCs污染治理领域中应用较广。目前常见的膜分离技术主要有蒸汽渗透、气体膜分离、膜接触器等等。膜分离技术是当前VOCs污染治理中的热门技术，对于相关膜材料的研发和制备等等均处于发展中。

5.3 电晕法

电晕指的是带电体表面在气体或液体介质中发生局部放电的现象，它能够产生臭氧和氧化氮的物质。该技术在常温常压下，能够产生非平衡等离子体，进而产生大量的高能电子和活性粒子，能够有效分解VOCs中的有害成分，控制其对大气环境的危害。

5.4 生物氧化法

生物氧化法指的是借助于微生物的氧化代谢消化等作用有效降解或分解大气中的VOCs，将其转化为微生物生长所需的营养物质[8]。和传统技术相比，该技术的成本低，安全性能高，而且便于管理。缺点是设备太大、效率低、微生物生长的条件比较苛刻、周期长等。

5.5 热破坏技术

热破坏技术在VOCs的治理中的应用十分广泛，主要包括催化燃烧和直接燃烧两种。热破坏法可以很好地应用于低浓度的挥发性有机废气的处理工作中，直接燃烧处理效率可达99%[9]。催化燃烧的催化剂主要有金属、金属盐等处理成本比较高，这些年随着技术水平的不断提升，催化剂的研究也取得了一定的进步，使得催化燃烧技术相对稳定成熟。该技术主要是利用催化燃烧、直接燃烧的热裂解和热分解、氧化技术等，破坏VOCs，从而降低大气中有机物的含量，有效控制VOCs的危害性。

5.6 光分解技术

光分解治理技术指的是运用不同的光的照射来降解大气中的VOCs，它的原理是光催化剂在光照直射条件下能够产生具有强氧化性的羟基自由基，从而降解挥发性有机物，经过一系列化学反应产生无污染的无机物、水和二氧化碳。该技术具有较高的可靠性和安全性，在治理工作中的应用比较广泛。

5.7 超声波解吸法

超声波解吸法主要使用超声波发射过程中产生的热量，有效治理大气中的VOCs。这些热能能够增加吸附剂的解吸能力，达到良好的去污解吸效果。该技术在聚合树脂和活性炭的污染物去除工作中有着良好的效果，治理速度比较快，治理成本低。在实际的应用中，该技术被认为是焚烧技术和传统吸附技术的结合体，但应用效果更为理想。

5.8 低温等离子体—光催化技术

该技术是在光催化技术基础上进一步研发的相关治理技术，该技术在治理含有氮、硫物质的废气时有着良好的处理效果。通过低温等离子体与光催化技术的结合，不仅能够优化两种技术的效能，还能提高处理效果，抑制在处理过程中产生的副产物，具有较高的经济效益和环保效益[10]。该技术具有成本低见效快的特点，因此在治理工作中的应用也比较广泛。

6 VOCs监测治理技术应用效果的优化措施

6.1 完善监测治理的监管机制

为了提高大气中VOCs监测治理效率，充分发挥各项技术的优势，地方政府需要完善监测治理的监管机制，细化规章制度，完善监测标准，加强对VOCs监测和治理的监督控制，实现预期的目标。首先建立责任制，细化各部门的具体职责。在责任制的支持下，将工作任务落实到具体的人身上，出现问题及时追责，这一形式能够提高各部门的重视程度，积极交流，共享资料，加强配合，开展协同管理，提高VOCs监测和治理的效率。其次细化管理制度，明确监测和治理的各项工作内容，完善监测标准，能够为监测和治理工作提供一定的指导，规范工作人员的行为，实现预期目标。

6.2 拓展VOCs监测技术的应用空间

为了提高VOCs监测效率，减少监测过程中样品的损失，相关部门需要积极拓展VOCs监测技术的应用空间，提高技术的使用效果。首先要加强对技术的研发创新。成立专项资金加大对技术研发的投入力度，在足够资金的支持下，进一步优化监测技术，提高技术的灵敏性和灵活性，解决以往技术中存在的各类问题。其次是要加强监测技术管理。在正式监测前需要根据现场的实际情况，选择恰当的监测技术综合考虑，选择成本低，速度快，灵敏度高的监测技术。第三，采用在线监测技术。在线监测技术能有效采集大气中的VOCs，避免在这个过程中的各类影响因素。在监测前进行离子化处理，运用相关设备便可监测这些离子状态的气体，获得动态的数据信息。该技术灵敏度高、速度快、分析时间短，能够保证结果的准确性。

6.3 监测技术的综合应用

在选择使用监测技术时，工作人员需要充分了解现场的实际情况，采取正确的方法，加强对整个过程的控制。首先在采样工作中需要合理地使用吸附采样法。做好市场调查工作综合对比吸附剂的应用情况，同时考虑到VOCs浓度和吸附化合物的性质，选择性价比高的吸附剂。其次要把握吸附过程中的各项要点做好控制工作。例如要考虑到吸附剂的整体性能，注意整个过程的稳定性。要简化操作流程并规范整个操作。第三，合理使用全量空气采样法，保障整个采集过程中样品的质量符合监测需求。第四要做好对采样设备的管理，工作优化设备的选择，应提前调试检验，确保其符合采样工作的需求。通过从这些措施入手，进一步优化监测技术，发挥该技术的价值和效用，提高监测效率。

6.4 加强市场监管

加强对第三方监测机构的市场监管，严格准入机制，审查第三方监测机构的资质，完善相关的规章制度和法律体系，对第三方监测机构形成一定的引导和制约，提高企业资质水平。环保部门在选择第三方监测机构时，需要检查他们的资质和合格证书，引进高素质的技术团队，为监测和治理工作提供人才支持，消除人为因素的影响。

7 结语

综上所述，大气中VOCs的增加会对大气环境、生态环境以及人类的身体健康带来一定的影响，因此相关部门需要提高对VOCs监测治理的重视程度。在监测过程中可以采用气相色谱技术、在线监测技术、高效液相色谱技术等，在治理工作中可以采用热破坏、生物治理、光分解等治理技术。通过这些技术的结合应用，实现预期的治理目标。同时在这一过程中加强监管机制的建设，拓展技术的应用空间，实现技术综合应用，构建完善体系，加强监督管理，有效解决以往工作中存在的各类问题，提高VOCs监测治理效率。