大氣中VOCs的監(jiān)測和治理技術(shù)淺析

王小明

摘? ? 要：VOCs對人們的身體健康會產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p害，也給國民經(jīng)濟造成嚴(yán)重?fù)p失。如果人體長期接觸有機廢氣，會通過呼吸系統(tǒng)或皮膚吸收到體內(nèi)，引起肝、神經(jīng)及造血系統(tǒng)的損傷，因此有機廢氣的治理越來越受到人們的重視，成為了大氣污染治理中的重點之一。因此為了保障VOCs治理的有效性，本文概述了VOCs，對大氣中常用的VOCs監(jiān)測技術(shù)和治理技術(shù)進行了探討分析。

關(guān)鍵詞：VOCs;大氣;監(jiān)測技術(shù);治理技術(shù)

1? VOCs的概述

大氣中VOCs屬于有害氣體中的一種，其主要是指沸點在50～260攝氏度以及室溫飽和氣壓大于133.3Pa的易揮發(fā)性的有機化合物，達到這樣的條件就可能會產(chǎn)生揮發(fā)性的有機化合物，從而影響空氣質(zhì)量，對人類身體健康造成傷害。其主要成分為烴類、氨、硫化物、醛類等等，其中最為人知的就是甲醛。根據(jù)世界衛(wèi)生組織所下的定義，揮發(fā)性有機化合物大多數(shù)都不易溶于水而易溶于有機溶劑，但甲醛是一個例外，其極易溶于水，所以絕大數(shù)情況下?lián)]發(fā)性有機廢氣在空氣中的各自濃度都不是很高，但是由于其共存時的聯(lián)合作用難以控制，治理起來十分困難。并且揮發(fā)性有機廢氣傳播范圍廣，污染來源多，危害性極大，給人們的生產(chǎn)和生活帶來極大的危害，因此越來越受到關(guān)注，治理技術(shù)的選擇和應(yīng)用需要重視其時效性。目前揮發(fā)性有機廢氣已然成為環(huán)境污染的一大頑疾，因此為了對揮發(fā)性有機廢氣進行治理，必須加強對揮發(fā)性有機廢氣的監(jiān)測和治理技術(shù)進行分析。

2? 大氣中常用的VOCs監(jiān)測技術(shù)分析

2.1? 氣相色譜法（GC）

氣相色譜法具有高靈敏度、高選擇性、分析速度快及應(yīng)用范圍廣等特點，尤其對異構(gòu)體和多組分的混合物能夠很好地進行定性和定量檢測。在針對揮發(fā)性有機物進行檢測時，氣相色譜通常與氫火焰離子檢測器（FID）、電子捕獲檢測器（ECD）、質(zhì)譜檢測器（MS）和光離子化檢測器（PID）等進行聯(lián)用。針對不同的揮發(fā)性有機物，人們可以選擇不同的聯(lián)用檢測器，增加氣相色譜的功能和監(jiān)測范圍。例如，氫火焰離子檢測器對烴類有機物具有較高的檢測靈敏度，而電子捕獲檢測器對鹵代烴和烷基硝酸鹽更靈敏。自從 1957年研究人員首次實現(xiàn)了氣相色譜與質(zhì)譜聯(lián)用進行化學(xué)分析監(jiān)測以來，氣相色譜技術(shù)不斷發(fā)展，日漸完善。同時，人們不斷將新技術(shù)引入氣相色譜技術(shù)中。氣相色譜和質(zhì)譜聯(lián)用結(jié)合了混合成分的高效分離能力和純化物的準(zhǔn)確鑒定能力，提高了對復(fù)雜的揮發(fā)性有機物樣品的檢測能力，避免了氣相色譜定性的局限性。

2.2? 高效液相色譜法（HPLC）

高效液相色譜和氣相色譜不同的是，其以液體為流動相，利用高壓輸液系統(tǒng)，把樣品中不同極性的單一溶劑或者不同比例的混合溶劑等流動相裝入色譜柱中，在柱中進行樣品分離，隨后進入檢測器進行檢測，從而實現(xiàn)對樣品的分離和檢測。高效液相色譜法靈敏度高而且選擇性好，對于空氣中的醛酮類化合物以及類似的揮發(fā)性有機物有著更好的檢測效果。

2.3? 在線監(jiān)測大氣 VOCs 方法

大氣中揮發(fā)性有機物活性較高，而且在采集和分析過程中存在很多的干擾因素，因此影響了揮發(fā)性有機物的分析和檢測，導(dǎo)致分析誤差。在線分析技術(shù)避免了樣品采集過程中的一些干擾因素，使檢測結(jié)果更為準(zhǔn)確。其中，質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜是一種應(yīng)用較多的技術(shù)，主要用于檢測痕量揮發(fā)有機物的分析，檢測速度快、靈敏度高、分析所需時間短，而且在線采樣無需濃縮，保證結(jié)果更為準(zhǔn)確。質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜主要由離子源、漂流管和離子檢測系統(tǒng)組成。樣品檢測前首先對揮發(fā)性有機物樣品進行離子化，即使用H3O+與揮發(fā)性有機物樣品反應(yīng)，將其分子轉(zhuǎn)換成離子形態(tài)，然后產(chǎn)生的離子進入漂流管末端的治理檢測器進行檢測。

3? 大氣中常用的VOCs治理技術(shù)分析

3.1? 光分解法

其是利用光的直接照射或者催化劑的作用，使得揮發(fā)性有機廢氣得到分解。光分解法治理揮發(fā)性有機物的原理是，在光波照射下，光催化劑產(chǎn)生羥基自由基（-OH），羥基自由基具有強氧化性，能夠氧化分解揮發(fā)性有機廢氣，進而生成H2O、CO2和無機物。由于氣相中具有較高的分子擴散、較高的質(zhì)量傳輸速率以及簡單的鏈反應(yīng)，光分解技術(shù)處理有機物效率高、分解徹底，是治理揮發(fā)性有機物較為理想的技術(shù)。

3.2? 熱破壞法

熱破壞法是揮發(fā)性有機廢氣治理中應(yīng)用較為廣泛的技術(shù)，主要有催化燃燒和直接燃燒。該方法主要利用催化燃燒、直接燃燒的熱裂解和熱分解、氧化技術(shù)來破壞揮發(fā)性有機物，可以對其產(chǎn)生分解、聚合以及自由基反應(yīng)，最終降低有機物濃度，使其不再具有危害性。熱破壞法對于低濃度的揮發(fā)性有機廢氣處理效果較好，直接燃燒處理效率較高，一般情況下可達到99%。催化燃燒需要在催化床的作用下來完成揮發(fā)性有機廢氣的處理，催化劑主要是金屬及金屬鹽，但其處理成本較高。近年來，隨著研發(fā)力度的不斷加大，催化劑研究取得了較大的發(fā)展，使得催化技術(shù)應(yīng)用較為成熟穩(wěn)定。

3.3? 電暈法

電暈是帶電體表面在氣體或者液體介質(zhì)中發(fā)生局部放電的一種現(xiàn)象，能夠產(chǎn)生臭氧及氧化氮等物質(zhì)，而這些物質(zhì)可以對有機物產(chǎn)生氧化反應(yīng)。電暈法治理揮發(fā)性有機廢氣，是利用前沿陡峭、脈沖窄的高壓脈電暈的電，在常溫常壓下產(chǎn)生非平衡等離子體，進而產(chǎn)生大量的高能電子和活性粒子，而這些物質(zhì)能夠氧化分解揮發(fā)性有機物及其中的有害成分，從而實現(xiàn)揮發(fā)性有機廢氣的無害化。

3.4? 超聲波解吸法

其是利用超聲波產(chǎn)生的熱能來治理揮發(fā)性有機物，超聲波產(chǎn)生的熱能能夠增加吸附劑的解吸能力，實現(xiàn)去除污染物的解吸效果。在治理揮發(fā)性有機物實踐研究中，超聲波解吸技術(shù)對聚合樹脂和活性炭等污染物有著良好的效果。超聲波治理技術(shù)還具有解吸速度快、所需活化能低等優(yōu)點，而且催化再生揮發(fā)性有機物中高沸點化合物容易引起吸附材料孔堵塞，進而影響其使用壽命。而傳統(tǒng)的吸附法對高沸點揮發(fā)性有機物作用不明顯，因此研究者在傳統(tǒng)解吸法的基礎(chǔ)上改進了技術(shù)，提出了吸附+焚燒組合的氧化再生吸附法，取得了更佳的處理效果。

3.5? 低溫等離子體-光催化技術(shù)

該技術(shù)是一項新興的揮發(fā)性有機物治理技術(shù)，在大氣環(huán)境污染治理領(lǐng)域中有著良好的發(fā)展前景。實踐表明，在治理含有氮、硫及揮發(fā)性有機物的廢氣時，低溫等離子體-光催化技術(shù)有著良好的處理效果。低溫等離子體與光催化技術(shù)的結(jié)合，不僅優(yōu)化了低溫等離子體技術(shù)，還能有效解決光催化技術(shù)應(yīng)用中的難題。二者的有機結(jié)合，不僅能抑制揮發(fā)性有機物處理過程中的副產(chǎn)物，還能有效降低能耗，具有較高的經(jīng)濟效益和環(huán)保效益。低溫等離子體-光催化技術(shù)具有凈化穩(wěn)定、操作簡單以及工藝穩(wěn)定性強等諸多優(yōu)勢，但也存在投資較大、等離子表面模塊易污染等缺陷，進而降低使用壽命和廢氣處理效率。

綜上所述，VOCs是最為常見的大氣污染物，會對人體健康造成重大傷害，由于其組成成分特殊，與空氣中的二氧化氮易產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)生成臭氧，并最終形成光化學(xué)煙霧，而且在這一過程中常常會產(chǎn)生硫化氫等具有刺激性氣味的氣體，對人的耳鼻喉及眼部容易造成傷害，且吸入這些有害氣體又會對呼吸系統(tǒng)。神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響，揮發(fā)性有機廢氣還會引起某些身體部位產(chǎn)生畸變或癌變。此外，這些廢氣排放到空氣中并擴散開來，對農(nóng)作物的光合作用也會產(chǎn)生不良影響，嚴(yán)重地會造成減產(chǎn)，因此必須合理運用VOCs監(jiān)測與治理技術(shù)。

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