空氣中揮發性有機物的監測與治理

洪碧圓

（中煤浙江檢測技術有限公司，浙江杭州 310000）

1 揮發性有機物相關闡述

國際上，揮發性有機物VOCs 是指在常溫條件下，沸點在50～260℃的各類有機化合物。在我國，VOCs 是指常溫下飽和蒸汽壓大于70Pa、常壓下沸點在260℃以下的有機化合物，或者是在20℃環境下，蒸氣壓不小于10Pa 且具有揮發性的全部有機化合物[1]。VOCs 主要包括鹵代烴、非甲烷碳氫化合物、含氮有機化合物等，大多具有刺激性氣味，且具有致癌、致畸和致突變等特點，如苯、甲苯等化合物。VOCs 會直接參與到二次氣溶膠、臭氧生成，從而造成PM2.5超標、臭氧污染，引發嚴重的環境污染問題。

2 空氣中揮發性有機物的監測

2.1 吸附劑富集監測法

吸附劑法是經典的VOCs 檢測方法，主要是采用固態吸附劑，將VOCs 進行濃縮采集。通過吸附劑的作用將采樣、濃縮環節相結合，縮短了監測流程，更具實用性。采用吸附管監測VOCs 濃度，能對樣品中VOCs 進行富集，降低了方法的檢出限，同時，富集過程為時間段，有助于計算排放均值。吸附劑富集監測方法成本更低，固體吸附劑可以重復使用，但是在揮發性較強的VOCs 中無法保證監測精度。

2.2 容器捕集氣質聯用法

目前針對環境空氣樣品中VOCs 的檢測，可采用蘇瑪罐進行收集，直接帶回實驗室用氣相色譜-質譜聯用儀對氣體樣品進行分析。蘇瑪罐在收集中可以避免吸附物的分解，采集到的VOCs 氣體純度更高，并且可以同時對多種化合物進行分析。但蘇瑪罐的價格較高，使用蘇瑪罐進行取樣的前期成本較大。目前針對濃度較高的廢氣樣品，可采用價格較低的泰德拉氣袋進行采集，但密封性和表面惰性較蘇瑪罐均稍差，可能會導致氣體泄漏和樣品損失。

2.3 固相微萃取氣相色譜法

這是一種比較新的采集方法，將樣品采集和濃縮結合到一起，可以使檢測工作更快速，更準確。主要由萃取探頭與手柄兩部分組成，只需將探頭直接暴露在待檢測的空氣之中就能實現自動化樣本富集。固相微萃取技術具有快捷、方便，富集能力強，熱穩定性好，使用壽命長，盡管萃取量不大，但精密度和準確度都較高的特點。該方法操作簡單快速，檢測結果可靠，樣品需要量少，且利用率高，特別適合在應急檢測時快速對多種有機物進行定性和定量分析。在后續的研究中，為實現應用范圍的進一步擴大以及測量針對性的進一步細化，探頭設計在涂層上有更多的選擇。

2.4 在線監測技術

過去，GC 和GCMS 在VOCs 監測方面發揮著重要作用，同時也具有非常明顯的局限性，如復雜樣品監測費時費力、樣品和溶劑消耗量高、樣品運輸可能出現交叉污染等。當今空氣VOCs 監測必須要確保時效性，以便更加及時地采取相關治理措施。在計算機技術不斷發展背景下，在線監測技術應運而生，并且還在不斷完善當中。空氣VOCs 監測在線技術有很多如激光光譜在線監測、傅里葉變換紅外光譜在線監測。但目前所開發的在線監測儀器造價高、體積大、操作難，限制了在線監測技術的廣泛應用[2]。

VOCs 化學活性非常強，在器具分析以及樣品采集過程中難度很大，而采用該方法能夠有效應對VOCs 活性較強的情況。該項技術可以自動采集樣品，將樣品傳輸到系統中進行反應柱分離，實現VOCs 濃度監測。質子轉移反應質譜方法可以實現自動取樣，避免人為因素造成的混亂情況，提高樣品采集的精度；同時該技術無需壓縮過程，除了可以提高監測效率，還可以確保靈敏度。

在多種空氣VOCs 在線監測當中，調諧激光吸收光譜在線監測技術的優勢更加明顯，具有非常大的發展潛力，該項技術借助云計算、數據庫（光譜對比信息）、激光傳感器、光譜檢測系統、無線網絡等技術。由于每種VOCs 都有不同的光譜，在傳感器采集到空氣VOCs 時，將VOCs 光譜傳給檢測系統分析，云計算通過數據庫將所檢測的光譜信息進行對比，最終得出VOCs 類型、濃度等參數，并且數據可以實時更新。但該項技術目前還處于試點階段，真正應用的案例不多，隨著調諧激光技術進一步完善，檢測原理更加明確，會進一步發揮調諧激光吸收光譜技術在VOCs 監測中的作用。

3 空氣中揮發有機物的治理

幾十年來，我國都在不斷研究空氣VOCs 的治理措施，并且提出了多種治理方案，包括冷凝回收法、吸附回收法、催化燃燒法、生物氧化法等。

3.1 冷凝回收技術

該項技術通過增加空氣氣壓、降低環境溫度等方法，對有機物形態改變，如將氣體形態轉化為液體形態、固體形態等，根據VOCs 不同物理結構進行調整，把混合體中的有機物分離出來，完成回收工作。冷凝回收技術在實際應用中，提高壓力、降低溫度都要消耗掉大量能量，所以更多是用于低級處理，無法做到中級處理和高級處理，成本消耗較大。但是該項技術在低級處理當中成本消耗較小，可以對沸點高、濃度高的氣體進行凈化，還可以與其他技術結合使用。

3.2 吸附回收技術

吸附回收技術是利用多孔吸附劑，如活性炭等來處理VOCs，使其固定VOCs 中易吸附于固體表面的成分，用以達到分離目的。這種處理技術的應用非常廣泛，主要用于對濃度較低，通量較高的有機廢氣的處理。其優點是去除率較高，廢氣中VOCs 去除較徹底，不會造成二次污染；缺點是吸附劑的吸附能力有限，因此不適宜處理濃度較高的揮發性有機物，同時吸附劑容易因水分、膠質雜質而大大降低吸附能力甚至失效，需要定期進行更換。

3.3 生物氧化技術

借助生物氧化反應提升有機物的代謝速率，也就是通過微生物將有機物消耗掉，讓有機物變成水和二氧化碳。在實際操作中，將VOCs 放入到生物氧化反應設備中，使用水將材料濕潤，之后與生物濾床連接，濾床移動會帶動氣體移動，讓二者產生生物反應。生物氧化技術使用設備少、成本低、操作便捷，但是整個反應過程較慢，單個設備占據很大空間，無法融合其他技術提高反應速率，并且如果是混合型VOCs，要先采用其他分離技術處理，之后才能夠通過微生物降解有機物。

3.4 液體吸附回收技術

由于絕大部分的VOCs 都有與液體相融的特性，因此可以借助該特點實現吸附回收。選擇特定的有機溶劑吸附劑，結合不同VOCs 的溶解度和物質化學反應，可將空氣中的VOCs轉化為液體，之后對混合液進行解析，將其中的有機物提取出來，剩余吸收液還可以繼續使用。液體吸附回收技術不僅能夠有效消除空氣VOCs 污染，還可以將有益物質回收處理，清除率較高，也可以達到95%以上。因此該項技術應用成本較小，操作工藝簡單，可以在大流量、高壓、低溫等環境使用，不會出現二次污染問題。

3.5 催化燃燒技術

催化劑可以有效降低燃燒溫度，將有毒有害的VOCs 充分燃燒氧化，從而實現治理目標。采用多孔材料制作催化劑，可以產生較為合適的孔徑，將溫度提升到300～450℃時，有機體會直接通過催化層，此時氧和有機氣體會直接吸附在多孔材料表面上，提高了有機氣體和氧的接觸幾率，提升整體活性，就加強了有機氣體和氧之間的化學反應，產生水和二氧化碳，反應過程中還會生成熱量，采用熱回收裝置將熱量二次利用，讓VOCs 變成無毒無害氣體排放到大氣當中。

4 結語

綜上所述，VOCs 會直接造成大氣污染問題，因此必須要結合不同VOCs 的特性，采用不同的檢測方法確定VOCs 的含量、濃度。同時，采用針對性的VOCs 治理方案，對VOCs進行分離、回收、處理，避免氣體VOCs 對水、土壤接觸造成二次污染，從而提高VOCs 防治效果。總之，隨著科學技術不斷發展，VOCs 監測與治理能力還會進一步提升，不斷減少VOCs 污染問題。