淺析揮發性有機物（VOCs）的危害與污染控制

劉春暉 張學忠

摘 要：隨著國家對環保的日益重視，揮發性有機物（VOCs）對人體健康的影響逐漸引進國家與個人的高度重視，文章從VOCs的分類及對人體健康方面的影響入手，重點分析了VOCs與其它空氣污染物的關聯以及污染控制技術，以及粗淺了解揮發性有機物（VOCs）的情況。

關鍵詞：揮發性有機物;VOCs;危害;污染控制;PM2.5

中圖分類號：U472.9 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）14-243-03

Abstract： With the increasing attention of the state to environmental protection， the impact of volatile organic compounds （VOCs） on human health is gradually introduced into the country and individuals. Starting from the classification of VOCs and the impact on human health， this paper focuses on the analysis of the relationship between VOCs and other air pollutants， pollution control technology， and a superficial understanding of VOCs.

Keywords： Volatile organic compounds; VOCs; Hazard; Pollution control; PM2.5

CLC NO.： U472.9 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）14-243-03

1 揮發性有機物的概念

VOC（Volatile Organic Compounds）的定義有多種不同內容，如美國ASTM D3960-98標準VOC定義：任何能參加大氣光化學反應的有機化合物;美國聯邦環保署（EPA）VOC定義：除一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、碳酸（H2CO3）、金屬碳化物、金屬碳酸鹽和碳酸銨之外的任何參加大氣光化學反應的碳化合物的總稱。

世界衛生組織（WHO）關于VOCs定義：熔點低于室溫而沸點在50～260℃之間的揮發性有機化合物的總稱。歐盟（EU）關于VOCs定義：在20℃條件下，蒸氣壓大于0.01kPa的所有有機物。美國國家環境保護局（USEPA）關于VOCs定義：所有含碳的并參加大氣中光化學反應的有機物。大氣污染控制工程中關于VOC定義：VOCs是一類有機化合物的統稱，在常溫下其蒸發速度大、易揮發。中國環保協會（ZHB）在石油煉制、石油化工、合成樹脂排放標準中明確VOCs“參與大氣光化學反應的有機化合物，或者根據規定的方法測量或核算確定的有機化合物。”

這些定義有相同之處，但也各有側重，有的強調在常溫常壓下能自發揮發，有的強調是否參加大氣光化學反應，有的對沸點或初餾點作限定。

2 常見揮發性有機物（VOCs）種類

VOC根據按其化學結構進一步分為：烷類、芳烴類、酯類、醛類及其他等。截至目前已鑒定出的有300多種，VOCs的種類見表1。

如圖1所示，VOC的來源主要為化學溶劑、化學品、汽車尾氣和燃燒廢氣。化學溶劑同每個人的生活密切相關，比如日常生活中生活的油漆，家庭轎車的車內和室內裝飾，以及家許中使用的各類電子電氣等設備都可能含有VOC，而化學品則主要存在于石油、化工、加油站等生產和銷售單位。

3 VOC對人的健康方面的影響

VOC在太陽光和熱的作用下能參與NOx反應并形成臭氧，臭氧會導致空氣質量變差，并且是夏季煙霧的主要組分。一是臭氧的重要前驅物，在夏季陽光燦爛的高溫天氣條件下，NOx和VOC與氧發生化學反應，形成臭氧。產生反應的化學式：VOC + NOx→O3。溫室效應氣體會導致全球范圍內的升溫。二是PM2.5的重要組成。三是VOCs臭氣成為環境投訴的熱點難點問題。

VOCs這一類的物質極易通過血液—大腦的障礙，從而導致人體大腦中樞神經系統受到抑制，因此當人體內的VOCs達到一定濃度時，會引起頭痛、惡心、嘔吐、身體乏力等癥狀，嚴重時甚至引發全身抽搐、昏迷，損害肝臟、腎臟、大腦和神經系統，造成記憶力減退等嚴重后果，可見這一類物質對人體的傷害有多大，綜合治理是非常迫切的。

VOC對人體的影響大體分為三種類型：

（1）氣味和感官方面，包括感官刺激，使人感到干燥;

（2）VOCs對人體粘膜刺激以及其它系統毒性導致的病態，如刺激眼粘膜、鼻粘膜、皮膚和呼吸道等;

（3）具有致癌性和基因毒性。（當然，VOCs對人的影響與其濃度有關）

4 VOCs與其它空氣污染物的關聯

揮發性有機化合物（VOCs）的光氧化產物的氣態/粒子態和光氧化過程均分過程是二次有機氣溶膠形成的重要原因。二次有機氣溶膠形成的化學機理主要涉及到揮發性有機化合物的光氧化過程及其一系列的后續反應，它們導致了大氣對流層中臭氧濃度的增加以及二次有機氣溶膠的形成。

4.1 VOCs與O3

在城市和工業企業密集區域，由于紫外線的照射可以讓揮發性有機化合物（VOCs）和NOx與大氣中游離的原子O、臭氧（O3）、OH以及HO2等發生光化學反應，產生光化學煙霧（圖2）。光化學煙霧的主要成分為臭氧（O3），還包含醛類、酮類以及過氧乙酰硝酸酯（PAN）等。

NOx的濃度變化、VOCs的濃度和組分會使臭氧（O3）的濃度發生改變，因此，可通過控制前體物來消減臭氧（O3）。據相關研究，市區臭氧（O3）濃度由VOCs濃度控制，在光化學反應中濃度小的前體物控制臭氧（O3）的濃度，鄉村地區臭氧（O3）濃度由NOx濃度控制，而VOCs組分中貢獻最大的是芳香烴類化合物。

因此從某種意義上來說，只控制人為源排放的VOCs濃度并不能有效地控制臭氧（O3）濃度，而是要根據當地的實際情況來制定相應的控制對策，要做到冶標又治本。

4.2 VOCs與PM2.5

揮發性有機化合物（VOCs）在特定的條件下和大氣中的顆粒物將會形成二次有機氣溶膠（secondary organic aerosols，SOA）。二次有機氣溶膠粒子大多存在于粒徑小于2μm的細顆粒物中，主要以積聚模態存在，SOA的生成直接導致空氣中PM2.5的增加。

SOA的形成過程包含兩個方面，一是VOCs的氧化和低揮發性有機化合物（VOCs）的生成，二是氣-粒轉化過程。

VOCs通過大氣氧化過程生成低揮發性有機物，并且通過均相成核過程生成新的顆粒相;VOCs和低揮發性有機物在環境氣溶膠存在條件下通過氣-固相之間的分配進入顆粒相。部分VOCs在云、霧過程中通過液相反應生成低揮發性有機物（VOCs）并進入顆粒相。

通常將現有大氣氧化劑濃度下，氣溶膠轉化率大于10%的揮發性有機化合物（VOCs）稱為活性有機氣體（Reactive Organic Gases，ROGs）。人為源ROGs大多來自機動車尾氣如苯系物、酚和二烯烴等，這些化學活性強的揮發性有機化合物（VOCs）是SOA和O3的重要前體物。目前對于揮發性有機化合物（VOCs）的研究主要集中在兩個層面，即排放清單的建立和VOCs的控制技術研究。

5 VOCs污染控制技術

如圖3所示，VOCs污染控制技術可以分為以改進工藝技術，更換設備和防止泄露為主的預防性措施和以末端治理為主的控制性措施等兩個方面。

參考文獻

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