大气中VOCs 的监测和治理技术研究

李文华

（山西国寰工程有限公司，山西 太原 030021）

0 引言

VOCs 是指在常温常压下极易挥发的有机化合物。VOCs 作为一种重要的二次污染物，对大气环境和人体健康都具有重要影响。在工业生产中，VOCs 可通过光化学反应生成二次污染物，在人体呼吸系统和皮肤表面吸收后，会对人体健康造成不良影响。大气中VOCs 的监测和治理是目前大气污染防治工作中的一项重要内容，通过监测和治理措施能够及时发现问题、解决问题，提升大气环境治理效果。

1 大气中VOCs 的监测和治理的价值

1.1 监测数据准确性高

VOCs 是一种具有高挥发性、高反应活性、高毒性和强致癌性的污染物，对人体健康造成的影响十分严重。因此，对大气中VOCs 的检测不仅要重视监测数据的准确性，还要提高监测数据的质量，避免VOCs在空气中的浓度超过规定标准。在开展VOCs 检测时，采用基于光离子检测技术（PID）和气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）的在线监测技术，能够有效降低VOCs 监测中出现的误差，实现对大气中VOCs 浓度的准确测定。此外，采用基于PID 和GC-MS 技术相结合的在线监测技术还能够实现对VOCs 浓度变化趋势的准确把握，在充分了解VOCs 浓度变化趋势后，及时采取措施，避免大气污染情况恶化。

1.2 监测范围广

VOCs 监测范围广是其优点之一。相较于传统的大气污染物监测手段，VOCs 监测具有检测范围广的优势。一方面，在对大气中VOCs 进行检测时，相关工作人员可根据实际需要选择合适的监测方法，从而确定大气中VOCs 的含量。在具体操作时，工作人员可将气相色谱法、质谱法等多种检测方法进行有机结合，从而确定大气中VOCs 的含量。另一方面，由于VOCs 监测工作是一项综合性较强的工作，因此在监测过程中可将多个检测技术进行融合应用，从而达到对大气中VOCs 进行全面监测的目的。例如，将气相色谱-质谱联用技术与气体采样技术进行融合应用后，能够实现对VOCs 浓度的快速检测。

2 大气中VOCs 的监测要点

2.1 设置监测点位

在开展监测工作时，要根据监测项目和相关标准规范，科学确定监测点位。通常情况下，应将监测区域分为不同区域，即网格状监测点位、区域内部监测点位和区域边界以外的监测点位。在区域内部，要根据不同的VOCs 来源设置监测点位。工业企业和机动车排放的VOCs，主要集中在工厂内部或附近；餐饮和娱乐场所排放的VOCs，主要集中在生活区和商业街区；交通运输和室内活动排放的VOCs，主要集中在交通枢纽、物流集散中心和商业街区；其他类型的VOCs排放，则集中在城市周边地区。在设置监测点位时，要结合不同污染源类型、生产工艺、地理位置等因素进行综合考虑。此外，对于某些污染物，如VOCs 中的芳香烃化合物、卤代烃类物质等，也可能会受到太阳辐射、温度、湿度等因素的影响，容易发生变化。因此在设置监测点位时，还需综合考虑这些因素，根据实际情况设置监测点位。另外，对于某些特殊废气源的VOCs监测来说，还需根据实际情况选择合适的监测点位。

2.2 采样

采集大气中的VOCs 样品，在采样前要根据现场环境选择合适的采样方法，确保VOCs 样品的质量符合标准要求。采样技术有两种，一种是连续采样技术，另一种是分时段采样技术。在实际工作中，应该根据实际情况选择合适的采样方法。

连续采样技术能够将所有时间点上的VOCs 浓度都纳入监测范围中，避免有部分VOCs 样品质量不合格。连续采样技术在实际工作中应用比较广泛，操作较为简单，适合大批量样品的采集。采用该方法时，应提前对采样系统进行调试，并准备好便携式仪器和样品容器等。在连续采样之前，应该对管道进行全面清理，避免管道内存在杂物影响监测结果。同时在连续采样过程中还应该对每个采样点的体积、温度、湿度等参数进行全面控制，确保采样过程符合标准要求。如果需要对同一组样品进行连续采集时，要选择相同的时间点进行采集，然后将其连接到相同的仪器设备中。

分时段采样技术在实际工作中应用比较广泛。该方法具有较强的灵活性和多样性特点，能够根据实际情况对采集时间进行调整。在实际工作中应用分时段采样技术时，应将重点放在采集时间上。在该方法应用之前，首先要选择合适的采样点和采样方式，在对重点区域进行监测时可以使用分时段采样技术。在实际工作中要结合现场环境和监测要求选择合适的采样点和采样方式。在对监测点位进行规划时，要全面考虑监测点位周边的环境状况和实际情况等因素，保证监测数据的准确性。具体来说可以将监测区域分为白天和晚上两个时段使用分时段采样技术。通过这种方法可以提高监测效率，有效减少重复监测的次数。

2.3 预处理

在监测VOCs 的过程中，要确保预处理的质量，这样才能保证分析结果的准确性和可靠性。预处理主要是针对VOCs 样品的性质和特点进行分析，通过分析得出适宜的预处理方法，这样才能更好地满足大气中VOCs 监测工作的要求。在实际工作中，要确保预处理质量，要充分考虑样品的性质和特点，确保预处理方法和所用设备的可靠性。如果样品中含有多种组分，则需要对各组分别进行预处理。在对VOCs 进行分析之前，需要对样品进行预处理。要通过相应的仪器设备来实现VOCs 预处理工作，通过仪器设备可以实现对不同种类VOCs 的预处理，例如气体采样器、气体收集器、气相色谱-质谱联用仪等。通过这些仪器设备能够有效提高监测结果的准确性和可靠性。在实际工作中，需要根据不同种类VOCs 的性质和特点来选择合适的预处理方法。对于一些挥发性较强且易挥发的物质，例如苯、甲苯、二甲苯等，则要采用专门的分析方法进行预处理。而对于一些有毒有害气体和其他杂质较多的样品来说，则可以采用溶剂萃取法进行预处理。

2.4 保存样品

在实际工作中，要针对监测项目的实际情况，制定合理的保存方案，确保样品能够得到妥善保存。通常情况下，采样结束后，工作人员要对样品进行密封处理，将其装入专用的密封袋或容器中，并放入冰箱或冷藏箱中进行冷藏。对于采集到的样品，要及时转移到实验室中进行保存。对于不能及时转移到实验室的样品，可以将其置于冷藏箱内进行冷藏，并在样品上注明采集时间和采集地点。当实验结束后，要及时将密封袋或容器中的样品取出，并放入专用的密封袋或容器中进行密封保存。对于使用过的样品，要在处理完后立即对其进行密封处理。如果有必要时，可以将样品进行干燥处理后再进行保存[1]。

2.5 分析方法的选择和评价

大气中VOCs 的监测方法较多，但不同的监测方法有其各自的特点，因此在实际应用中要根据大气中VOCs 的特点选择合适的监测方法。在分析方法的选择上，要以分析结果的准确性、重现性和可重复性为主要原则。在实际操作中，要结合大气中VOCs 的组成结构、理化性质和所处环境等因素，选择合适的分析方法。同时，还要对监测方法进行评价，以提高其监测结果的准确性和可靠性。在实际工作中，对大气中VOCs 监测方法进行评价时，应结合各方面因素进行综合考虑。首先要评价监测方法的可行性，在具体操作时要确保各监测项目所用到的分析方法均符合相关标准要求；其次要评价监测方法是否满足实际需求，如采样量、采集时间和采样频率等；最后还要对监测方法进行可靠性分析，对其进行有效验证，以提高监测结果的准确性。由于环境保护部门所采用的分析方法具有一定差异性，因此在选择分析方法时，必须保证其适用性、可靠性和可重复性。同时，在选择分析方法时还要考虑其可行性和适用性。只有确保分析方法具有可行性和可重复性，才能提高VOCs 监测结果的准确性[2]。

3 大气中VOCs 的治理技术要点

3.1 吸附法

吸附法是利用多孔吸附剂对VOCs 气体进行吸附，达到净化气体的目的。其基本原理是在被吸附物质上施加一定压力，使吸附物质与吸附剂接触，利用吸附剂表面上的孔结构，将气体中的VOCs 分子吸收并在孔壁上形成吸附膜，通过对吸附膜上的孔结构进行破坏，使被吸附物从孔中脱落出来。当气体进入到新的孔中时，被吸附物又会从孔壁上脱离下来，进入下一个步骤。优点：吸附法具有操作简便、设备简单、成本低等优点，因此在VOCs 治理方面被广泛应用。但其缺点也是显而易见的：吸附剂种类繁多，其价格各异；当气体中VOCs 浓度较低时，吸附效果较差，活性炭等吸附剂具有很大的孔隙结构，使其对有机物的吸附力较小。当气体中VOCs 浓度较低时，会使吸附效率下降，由于活性炭等吸附剂具有很大的孔隙结构，当有机物浓度较高时，会导致孔径变小，使其对VOCs 的吸附力减小；如果废气中有酸性气体存在时会影响到活性炭等吸附剂对有机物的吸附效果。因此使用吸附法治理VOCs 时要注意：对于低浓度、大流量气体时要使用吸附法处理，废气中含有酸性气体时要使用活性炭等吸附剂进行处理，废气中含有重金属、有毒有害物质等会影响到活性炭等吸附剂的使用寿命。常用的吸附剂有活性炭、硅胶、分子筛和沸石等。其中活性炭应用最广泛。活性炭是由具有孔隙结构的表面组成的多孔材料，其孔径在纳米级。活性炭是一种天然材料，由天然矿物质经高温高压加工而成。活性炭在一定条件下对VOCs 有很好的去除效果，它不仅对有机物有很好的吸附作用，而且能将有机物从吸附剂上脱附下来。该方法适合用于浓度较低、小流量、大风量以及废气成分比较简单的VOCs治理中[3]。图1 为VOCs 治理技术示意图。

图1 VOCs 治理技术示意图

3.2 冷凝法

冷凝法是利用气体温度低于环境温度，使其凝结成液体，并把气体中的有害成分分离出来。该方法广泛应用于废气治理和工业废气的回收。在实际应用中，冷凝法可以分为直接冷凝法和间接冷凝法。直接冷凝法：先将废气温度降低到露点温度以下，使其冷凝成液体，然后将冷凝后的气体与低温气体进行混合。该方法具有处理效率高、工艺简单等优点。缺点是容易导致二次污染。根据物质的沸点不同，可将间接冷凝法分为低温冷凝法和高温冷凝法。目前，使用较多的是低温冷凝法，但当VOCs 浓度较高时，其对温度的要求就会变得更高，这就需要提高低温冷凝温度的同时还要采取其他措施降低其温度。

3.3 催化燃烧法

催化燃烧法是一种利用催化剂使VOCs 在低温下分解成无害物质的燃烧方法，它是利用催化剂来实现VOCs 的催化氧化，同时在反应中需要消耗氧气，所以又称为无氧燃烧法。催化燃烧技术具有能源消耗少、废气净化效率高、操作简单、处理效果好等优点。目前，在国内外的研究中，该技术主要应用在含有机溶剂的废气治理上，如对工业废气中的有机溶剂进行净化处理。催化燃烧技术与传统的燃烧技术相比，具有更好的稳定性和可靠性。催化燃烧技术处理VOCs主要有三种方法：直接催化燃烧法、间接催化燃烧法和蓄热式催化燃烧法。其中，蓄热式催化燃烧法是一种新兴的处理技术，它采用陶瓷蓄热体，在一定条件下（温度高于300 ℃），有机物能完全氧化成无害的二氧化碳和水等无机物。该方法具有能耗低、无二次污染等优点。在实际应用中，催化燃烧技术与其他VOCs处理方法相比，具有运行稳定、成本低、能耗低等优点。但是由于该方法对催化剂要求较高，而且在处理过程中需要消耗大量氧气和热量。所以，该方法不适用于浓度较高的VOCs 气体治理。在实际应用中，一般采用蓄热式催化燃烧法与其他方法相结合的方式来处理VOCs 气体。通常情况下，当VOCs 气体质量浓度在1 000 mg/m3以下时使用蓄热式催化燃烧法，当VOCs 气体浓度在1 000 mg/m3以上时使用其他方法进行处理。

4 结语

在当前时代背景下，对大气中的VOCs 进行有效监测和治理有着重要的意义所在，需要结合当前实际情况，了解VOCs 监测和治理的优势所在，并掌握采样、预处理、保存样品等一系列检测要点，合理运用吸附法、冷凝法等治理技术对其进行治理，为环境保护部门提供有效技术支撑。