淺析當前臭氧和VOCs污染及治理

侯力群

（鷹潭市生態環境監測中心，江西 鷹潭 335400）

引 言

VOCs（揮發性有機物）是PM2.5（細顆粒物）和O3（臭氧）污染的前體物，其中VOCs對大氣流層中臭氧的濃度值影響頗大。當前大氣污染主要是以PM2.5和臭氧為代表的復合型大氣污染，隨著我國進一步加大改革開放以及國民經濟的快速增長和城市化進程的不斷推進，使大氣污染物顆粒物、二氧化硫、氮氧化物以及VOCs等排放量不斷增加，這也是造成我國大部分重點城市群大氣污染頻發的根源所在。

臭氧污染與光化學煙霧密不可分，其實可以說就是人們日常所說的“光化學煙霧”。臭氧是氧氣的一種同素異形體，具有很強的氧化性，因此在工業生產、生活中也被廣泛用于消毒殺菌等。正常情況下，臭氧存在于地球表面約10～35 km的大氣平流層中，可以有效阻止太陽短紫外線輻射直接進入近地面大氣，起到了保護地球生態系統及人類健康的作用，但是臭氧濃度超過一定限值就會形成污染，進而就會對生態環境系統造成破壞，同時也會影響人體健康。存在于近地面大氣的臭氧，主要是由于在環境空氣中發生了一種所謂的“光化學反應”，在反應過程中不斷有臭氧這種典型的二次污染物產生?！肮饣瘜W反應”的發生須具備一定的氣象條件（如日光照射強度、風向風速和溫濕度等），再加上人們的生產生活（如汽車、工廠等）活動排放出的大量氮氧化物和碳氫化合物等揮發性有機物，在太陽紫外線照射下，即可能發生復雜的“光化學反應”，并生成大量的含有臭氧、酯類、醛類、酮類和有機酸類等含氧有機物以及PM2.5等二次污染物，再與一次污染物混合即形成了有害的淺藍色煙霧，這種具有高氧化性的混合氣團，我們稱之為光化學煙霧。臭氧治理工作的難點和關鍵在于對VOCs進行控制，當然PM2.5的防控也至關重要[1]。

VOCs即揮發性有機化合物（volatile organic compounds）的英文縮寫，世界衛生組織對VOCs是這樣定義的：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，通常是指參與大氣光化學反應的有機化合物?，F行對于VOCs總體排放情況的表述，結合工業行業類別和生態環境部門的管理要求，在實際工作中，常以TVOC（總揮發性有機物）表示或以NMHC（非甲烷總烴）表示以評價污染物控制項目。VOCs種類有上百種，屬于常溫下易揮發的有機物，其成分非常復雜，主要包括烴類、酯類、醛類、酮類等幾大類，烴類又包括烷烴、烯烴、芳香烴等。VOCs的來源非常廣泛復雜，主要包括自然排放源和人類活動的人為排放源。隨著經濟的高速發展、能源消耗的不斷增長，VOCs的排放形式多樣、物質種類繁多、涉及領域行業及工藝流程繁雜，因而其治理難度大、管理要求高，需要我們共同攜手努力[2]。

1 VOCs污染防治技術

VOCs的污染防治工作應該如何開展，國內外已經有多年的經驗積累，其技術體系必須包括全過程的四部分，即“源頭替代、過程控制、末端治理、精細管控”?？傮w上要遵循全環節即源頭始至末端及綜合利用相結合的綜合防治原則，要不斷創新管理方法，并依靠高新科技的力量，創新先進高效的設備，以防為主，采取防、治相結合，對癥施策，力求實施閉環管控。

國內外關于VOCs污染防治研究指出，針對有機廢氣的濃度差異，可采用適宜的方法進行治理，主要為：①對于高濃度（>10 00 0 ppm）、具有回收價值的的VOCs→采用冷凝-吸附回收法，不具回收價值的→采用熱力燃燒法；②對于中濃度（數千ppm范圍內）、具有回收價值的的VOCs→采用吸附回收法或吸附法（水溶性高），不具回收價值的→采用高溫燃燒法或催化燃燒法；③對于低濃度（<1 000 ppm）、具有回收價值的VOCs→采用吸附濃縮-回收法，不具有回收價值的→采用吸附濃縮-燃燒法、生物法或吸收法進行處理。在實踐中，特別是在處置一些復雜的有機廢氣時，往往采取兩種或數種方法聯合處置的方式以達到較好的處置效果。目前主要有以下幾種治理方法[3]。

1.1 吸附法

吸附法處理VOCs污染廢氣的技術相對成熟，具有能耗小、處理效率高等特點，適合于處理低濃度、風量較大的有機廢氣。該方法應用廣泛，值得推薦，但是吸附法具有設備體積龐大、占地面積比較大、工藝流程比較繁雜、運行成本較高、可能產生二次污染等缺點，所以在實際應用過程中工作人員需要選擇適合的吸附劑，并加強對這些吸附劑的日常管理（如在使用活性炭進行吸附時，需要結合實際情況，做好定期更換等）。結合實際工作看，像涉及注塑生產工藝、汽車裝飾裝潢及使用到油墨、油漆、塑粉、膠黏劑的表面涂裝或印刷包裝等行業，采用這種處置方法都會得到比較滿意的效果。吸附法與其他處置技術相結合可以對多種類別的有機廢氣進行更有效地治理，從而減少了出現二次污染的機會。常用的吸附劑（即可以是活性成分被吸附在其顆粒表面的物質，也可以叫吸收劑）除了各種活性炭以外，還有金屬、非金屬氧化物型吸附劑（如硅膠、分子篩、氧化鋁、天然黏土）等。該方法通過脫附再生，還可以回收有利用價值的有機廢氣或吸附劑，從而獲得一定的經濟效益。

1.2 吸收法

吸收法的處置凈化原理為利用有機廢氣與吸收劑（洗滌液）間的充分接觸，使吸收劑（洗滌液）可以吸收有機廢氣中的有害成分，從而達到降低有機廢氣濃度、治理污染的目的。其工藝流程一般采用氣體液體逆向運行、相互吸收的方式，即吸收劑（洗滌液）自塔頂向下運行，企業排放的廢氣則由塔的中低部往上運行，從而增加了氣液接觸的時間，提高了處置效率，這種工藝設計還可以達到冷卻廢氣、去除顆粒物及凈化氣體的效果。本方法的優點是適用于處理風量大、常溫、有機廢氣濃度比較低的廢氣，與其他方法相比其處理成本相對較低。該方法適用于一些可以回收利用的、特別是水溶性比較高的有機廢氣處理。這種方法的特點是為了防止發生二次污染，在處理過程中還需要另外增加投資對吸收劑進行后續處理，而且吸收劑的選擇對處置效果影響較大。另外，吸收劑可以進行再生解吸，并回收其中的VOCs，因而這種方法與吸附法有相似之處。

1.3 生物氧化法

生物氧化法的原理是利用微生物的生命運動過程，把VOCs中的污染物轉化為無污染的水、二氧化碳和其他無機鹽等物質的處理方式。該方法是近幾年才起步應用的一種處置技術，但卻有望成為替代其他傳統方法（如吸附-吸收凈化法、燃燒法等）的一種新技術。其處理工藝主要有生物濾池、生物洗滌塔和生物滴濾池三種，一般流程如下：先將有機污染廢氣通往增濕器進行加濕，然后再進入生物濾池；當潤濕的廢氣通過有機混合填料層時，被附著在填料表上的微生物吸附、吸收，并在生物細胞內分解為二氧化碳、水、二氧化氮等無害物質。該方法可以去除VOCs中多數惡臭物質，如氨、硫化氫、甲基硫醇、甲基硫化物和甲基硫化物等。另外，生物氧化法所需設備比較簡單、運行成本較低、基本沒有二次污染，但設備的體積較大、處置時間比較長，而且會發生堵塞現象，所以對有些廢氣的處理效果較差。該方法是一種無害的有機廢氣處理方式，適合處理較低濃度的有機廢氣。

1.4 光氧化催化法

光催化降解法是一種使用適當的光催化劑、在紫外光照射下發生的一種氧化反應，可以使廢氣中一些難以發生反應的物質在溫和的條件下發生反應，從而達到凈化有機廢氣的目的。光氧化法是最適用于處理有毒有害廢氣，而且不具備回收的VOCS治理技術和方法。單獨的紫外光解技術受反應時間、催化材料、廢氣濃度、濕度、粉塵顆粒物等的影響，且光催化氧化法還存在催化劑活性及催化劑固定等問題難以把握的情況，進而影響對VOCs的降解率，所以該方法很難得到廣泛應用。

1.5 燃燒法

燃燒法的工藝較簡單，其原理就是將收集的有機廢氣進行加熱處理，使VOCs廢氣中可燃部分的有害物質進行有效分解，轉化為水（H2O）和二氧化碳（CO2）等無害物質。

燃燒法主要適用于處置易燃或在高溫下易分解的有機廢氣，當然絕大部分有機廢氣物都具有可燃性，所以對于無回收利用價值的廢氣基本都適合這種破壞性處理方式。這種方法具有技術上操作方便、凈化效率高的特點，適用于處理高濃度的有機廢氣和高熱值的氣體，也可以回收熱能等，但在遇到廢氣中可燃組分含量比較低的情況時，需要預熱耗能。

燃燒法常用的有機廢氣治理技術主要有RTO工藝及RCO工藝，還有其他如直燃式燃燒法（TO）、催化燃燒法（CO）等。

1.5.1 蓄熱式熱力焚燒法（RTO）

RTO工藝具有高效回收熱能和催化反應低溫工作環境的優點，可以將催化劑置于蓄熱材料的頂部，以使凈化效果達到最優，熱回收率最高可以達到95%以上，處理效率高達99%以上，占地面積也比較適中。得用該工藝可以處理廢氣中含有硫、鹵素等有害物質的有機廢氣，特別適用于需要連續和間隔運行的情況。

1.5.2 蓄熱式催化燃燒法（RCO）

RCO工藝主要適用于中等濃度（通常介于2 000～5 000 mg/m3的濃度范圍）的VOCs廢氣，通過選用適合的催化劑（常用如鉬、鉑、鈀等貴金屬），在催化反應過程中進行較低溫度的氧化無火焰燃燒反應，使VOCs廢氣中的有機成分氧化分解為二氧化碳和水等無害產物[4]。這種工藝相較于直燃式燃燒法，具有起始燃燒溫度低、能量消耗少、處理效率偏高等優點，在一定情況下，如果可以直接達到起燃溫度，后續就不需要再由外界供熱了。

1.6 其他治理方法

除上述處理方法外，VOCs廢氣處理方法還有很多種，如冷凝回收法、靜電吸附技術、微波深紫外及其他組合處置技術等，工作人員可以根據實際情況選擇合適的處理方法，以達到最佳的處理效果。

2 VOCs治理現狀

自2010年以來，VOCs被國家列為重點防治污染物并正式啟動治理工作以來，我國開始逐漸重視對VOCs污染的防治工作，并頒布了VOCs污染防治工作的有關要求規范，繼續加大對工業、生活源及移動源VOCs的控制力度。涉VOCS多行業排放標準和《揮發性有機物排放控制標準》相繼出臺，多地也相繼出臺了一系列地方排放標準，其中江西出臺了涉揮發性有機物六大行業地方排放標準，使VOCs的測量分析方法、監測技術規范不斷得到完善。相關行業排污許可證申領和核發技術規范也相繼出臺，配套的標準規范體系也得到了不斷完善[5]。但目前，我國VOCs污染的發展態勢不容樂觀，還存在著許多問題。

2.1 源頭控制不到位

當前，多行業門類對于使用VOCs含量低的原輔材料的控制措施執行不到位，工業企業主動開展源頭控制的思想意愿還是不強，還沒有樹立起系統思維以推動源頭控制落到實處，經濟激勵杠杠的作用也沒有得到有效發揮。有關統計表明，在我國涉VOCs的主要行業中，低VOCs含量原輔材料的使用比例不足20%，而世界一些發達國家則已經達到40%～60%的水平。

2.2 污染治理不到位

我國針對VOCs污染的治理起步較晚、門檻也偏低，加之監管措施及技術能力不高等，使污染治理設施良莠不齊，出現一些低處理效果甚至無效果的現象。一些不成熟的治理工藝及設備的投用，再加上施工設計匹配、廢氣收集各環節及日常運維監管等因素，使治理效果大打折扣。

2.3 規范管理不到位

管理不到位主要體現在管理制度不完善以及操作規程不建全等，如有些企業采用的治理技術，其運行參數與設計要求不相符；開展相關檢測工作的企業未按照規程操作，甚至弄虛作假，泄漏檢出率遠低于實際情況；部分采用PLC系統監控的RTO等高效治理設施，其控制模塊沒有安裝數據存儲卡，所以無法查看到歷史運行和應急旁路控制閥開啟記錄等，存在逃避監管的漏洞；企業相關人員責任意識淡薄。

2.4 監管能力不到位

監管能力不到位主要表現在自行監測的質量不高以及檢測設備不全等；大多工業聚集區（如化工工業園區），針對涉VOCs有關現狀及污染治理狀況，缺乏預警、溯源措施等；生態環境基層執法部門建設不到位，如沒有配備便捷式檢測儀器，從而導致現在VOCs領域偷排偷放的問題沒有辦法及時被發現和處置等。

3 建議措施

3.1 強化重點領域及行業門類監管

相關部門要不斷創新并完善揮發性有機物排放治理技術、處置工藝選擇以及運行維護、實施與監督等要求，并結合產業特色，組織企業針對VOCs產生的多節點關鍵環節，認真對照國家及地方法律法規、相關標準等開展整治。同時，還要進一步整治工業涂裝及包裝印刷等重點行業，完善產業能源、交通運輸的結構調整，防控兼施，只有這樣才能有效治理VOCs及臭氧污染。

3.2 提高基礎能力及監測統計體系的管理

相關部門要不斷完善VOCs基礎物質清單，強推源頭替代使用低VOCs原輔材料，推行規范高效、技術成熟、運行穩定、安全節能的治理技術工藝及設備的應用，進一步完善VOCs排放統計監測體系，通過連續監測記錄，促進治污設施正常、高效地運行[6]。

3.3 完善并推行經濟政策，配合監督執法

在VOCs污染防治工作中，要加大政府財政扶持力度，著力采取多種方式，如鼓勵PPT模式進入VOCs防治領域等，支持企業VOCs污染防治工作；研究探索新的管控政策，如將VOCs納入環保稅征管試行、適時調整VOCs相關產品征收消費稅等；配合強化遠程監督幫扶及懲治低價中標亂象等措施。

3.4 構建VOCs長效管理機制

在VOCs污染防治工作中，通過不斷完善針對性的揮發性有機物防治政策及技術規范，并借鑒發達國家一些成熟的治理政策和經驗，建立VOCs動態數據庫、優先控制名錄及主要污染源名單，從整體上全面建立VOCs防治體系。

4 結語

VOCs是臭氧產生的重要前體物，臭氧是VOCs在光化學反應后的產物，因而需要通過管控VOCs排放、減少臭氧產生的條件以及分解已經產生的臭氧等手段實現對VOCs的治理。相關部門和企業要抓住VOCs治理的“牛鼻子”、啃下臭氧濃度的“硬骨頭”，并按照國務院關于“十四五”節能減排綜合工作方案的要求，確保到2025年揮發性有機物排放總量比2020年下降10%以上。