大氣中VOCs 的監(jiān)測和治理技術研究

李文華

（山西國寰工程有限公司，山西 太原 030021）

0 引言

VOCs 是指在常溫常壓下極易揮發(fā)的有機化合物。VOCs 作為一種重要的二次污染物，對大氣環(huán)境和人體健康都具有重要影響。在工業(yè)生產中，VOCs 可通過光化學反應生成二次污染物，在人體呼吸系統(tǒng)和皮膚表面吸收后，會對人體健康造成不良影響。大氣中VOCs 的監(jiān)測和治理是目前大氣污染防治工作中的一項重要內容，通過監(jiān)測和治理措施能夠及時發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，提升大氣環(huán)境治理效果。

1 大氣中VOCs 的監(jiān)測和治理的價值

1.1 監(jiān)測數(shù)據(jù)準確性高

VOCs 是一種具有高揮發(fā)性、高反應活性、高毒性和強致癌性的污染物，對人體健康造成的影響十分嚴重。因此，對大氣中VOCs 的檢測不僅要重視監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性，還要提高監(jiān)測數(shù)據(jù)的質量，避免VOCs在空氣中的濃度超過規(guī)定標準。在開展VOCs 檢測時，采用基于光離子檢測技術（PID）和氣相色譜-質譜聯(lián)用技術（GC-MS）的在線監(jiān)測技術，能夠有效降低VOCs 監(jiān)測中出現(xiàn)的誤差，實現(xiàn)對大氣中VOCs 濃度的準確測定。此外，采用基于PID 和GC-MS 技術相結合的在線監(jiān)測技術還能夠實現(xiàn)對VOCs 濃度變化趨勢的準確把握，在充分了解VOCs 濃度變化趨勢后，及時采取措施，避免大氣污染情況惡化。

1.2 監(jiān)測范圍廣

VOCs 監(jiān)測范圍廣是其優(yōu)點之一。相較于傳統(tǒng)的大氣污染物監(jiān)測手段，VOCs 監(jiān)測具有檢測范圍廣的優(yōu)勢。一方面，在對大氣中VOCs 進行檢測時，相關工作人員可根據(jù)實際需要選擇合適的監(jiān)測方法，從而確定大氣中VOCs 的含量。在具體操作時，工作人員可將氣相色譜法、質譜法等多種檢測方法進行有機結合，從而確定大氣中VOCs 的含量。另一方面，由于VOCs 監(jiān)測工作是一項綜合性較強的工作，因此在監(jiān)測過程中可將多個檢測技術進行融合應用，從而達到對大氣中VOCs 進行全面監(jiān)測的目的。例如，將氣相色譜-質譜聯(lián)用技術與氣體采樣技術進行融合應用后，能夠實現(xiàn)對VOCs 濃度的快速檢測。

2 大氣中VOCs 的監(jiān)測要點

2.1 設置監(jiān)測點位

在開展監(jiān)測工作時，要根據(jù)監(jiān)測項目和相關標準規(guī)范，科學確定監(jiān)測點位。通常情況下，應將監(jiān)測區(qū)域分為不同區(qū)域，即網格狀監(jiān)測點位、區(qū)域內部監(jiān)測點位和區(qū)域邊界以外的監(jiān)測點位。在區(qū)域內部，要根據(jù)不同的VOCs 來源設置監(jiān)測點位。工業(yè)企業(yè)和機動車排放的VOCs，主要集中在工廠內部或附近；餐飲和娛樂場所排放的VOCs，主要集中在生活區(qū)和商業(yè)街區(qū)；交通運輸和室內活動排放的VOCs，主要集中在交通樞紐、物流集散中心和商業(yè)街區(qū)；其他類型的VOCs排放，則集中在城市周邊地區(qū)。在設置監(jiān)測點位時，要結合不同污染源類型、生產工藝、地理位置等因素進行綜合考慮。此外，對于某些污染物，如VOCs 中的芳香烴化合物、鹵代烴類物質等，也可能會受到太陽輻射、溫度、濕度等因素的影響，容易發(fā)生變化。因此在設置監(jiān)測點位時，還需綜合考慮這些因素，根據(jù)實際情況設置監(jiān)測點位。另外，對于某些特殊廢氣源的VOCs監(jiān)測來說，還需根據(jù)實際情況選擇合適的監(jiān)測點位。

2.2 采樣

采集大氣中的VOCs 樣品，在采樣前要根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境選擇合適的采樣方法，確保VOCs 樣品的質量符合標準要求。采樣技術有兩種，一種是連續(xù)采樣技術，另一種是分時段采樣技術。在實際工作中，應該根據(jù)實際情況選擇合適的采樣方法。

連續(xù)采樣技術能夠將所有時間點上的VOCs 濃度都納入監(jiān)測范圍中，避免有部分VOCs 樣品質量不合格。連續(xù)采樣技術在實際工作中應用比較廣泛，操作較為簡單，適合大批量樣品的采集。采用該方法時，應提前對采樣系統(tǒng)進行調試，并準備好便攜式儀器和樣品容器等。在連續(xù)采樣之前，應該對管道進行全面清理，避免管道內存在雜物影響監(jiān)測結果。同時在連續(xù)采樣過程中還應該對每個采樣點的體積、溫度、濕度等參數(shù)進行全面控制，確保采樣過程符合標準要求。如果需要對同一組樣品進行連續(xù)采集時，要選擇相同的時間點進行采集，然后將其連接到相同的儀器設備中。

分時段采樣技術在實際工作中應用比較廣泛。該方法具有較強的靈活性和多樣性特點，能夠根據(jù)實際情況對采集時間進行調整。在實際工作中應用分時段采樣技術時，應將重點放在采集時間上。在該方法應用之前，首先要選擇合適的采樣點和采樣方式，在對重點區(qū)域進行監(jiān)測時可以使用分時段采樣技術。在實際工作中要結合現(xiàn)場環(huán)境和監(jiān)測要求選擇合適的采樣點和采樣方式。在對監(jiān)測點位進行規(guī)劃時，要全面考慮監(jiān)測點位周邊的環(huán)境狀況和實際情況等因素，保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性。具體來說可以將監(jiān)測區(qū)域分為白天和晚上兩個時段使用分時段采樣技術。通過這種方法可以提高監(jiān)測效率，有效減少重復監(jiān)測的次數(shù)。

2.3 預處理

在監(jiān)測VOCs 的過程中，要確保預處理的質量，這樣才能保證分析結果的準確性和可靠性。預處理主要是針對VOCs 樣品的性質和特點進行分析，通過分析得出適宜的預處理方法，這樣才能更好地滿足大氣中VOCs 監(jiān)測工作的要求。在實際工作中，要確保預處理質量，要充分考慮樣品的性質和特點，確保預處理方法和所用設備的可靠性。如果樣品中含有多種組分，則需要對各組分別進行預處理。在對VOCs 進行分析之前，需要對樣品進行預處理。要通過相應的儀器設備來實現(xiàn)VOCs 預處理工作，通過儀器設備可以實現(xiàn)對不同種類VOCs 的預處理，例如氣體采樣器、氣體收集器、氣相色譜-質譜聯(lián)用儀等。通過這些儀器設備能夠有效提高監(jiān)測結果的準確性和可靠性。在實際工作中，需要根據(jù)不同種類VOCs 的性質和特點來選擇合適的預處理方法。對于一些揮發(fā)性較強且易揮發(fā)的物質，例如苯、甲苯、二甲苯等，則要采用專門的分析方法進行預處理。而對于一些有毒有害氣體和其他雜質較多的樣品來說，則可以采用溶劑萃取法進行預處理。

2.4 保存樣品

在實際工作中，要針對監(jiān)測項目的實際情況，制定合理的保存方案，確保樣品能夠得到妥善保存。通常情況下，采樣結束后，工作人員要對樣品進行密封處理，將其裝入專用的密封袋或容器中，并放入冰箱或冷藏箱中進行冷藏。對于采集到的樣品，要及時轉移到實驗室中進行保存。對于不能及時轉移到實驗室的樣品，可以將其置于冷藏箱內進行冷藏，并在樣品上注明采集時間和采集地點。當實驗結束后，要及時將密封袋或容器中的樣品取出，并放入專用的密封袋或容器中進行密封保存。對于使用過的樣品，要在處理完后立即對其進行密封處理。如果有必要時，可以將樣品進行干燥處理后再進行保存[1]。

2.5 分析方法的選擇和評價

大氣中VOCs 的監(jiān)測方法較多，但不同的監(jiān)測方法有其各自的特點，因此在實際應用中要根據(jù)大氣中VOCs 的特點選擇合適的監(jiān)測方法。在分析方法的選擇上，要以分析結果的準確性、重現(xiàn)性和可重復性為主要原則。在實際操作中，要結合大氣中VOCs 的組成結構、理化性質和所處環(huán)境等因素，選擇合適的分析方法。同時，還要對監(jiān)測方法進行評價，以提高其監(jiān)測結果的準確性和可靠性。在實際工作中，對大氣中VOCs 監(jiān)測方法進行評價時，應結合各方面因素進行綜合考慮。首先要評價監(jiān)測方法的可行性，在具體操作時要確保各監(jiān)測項目所用到的分析方法均符合相關標準要求；其次要評價監(jiān)測方法是否滿足實際需求，如采樣量、采集時間和采樣頻率等；最后還要對監(jiān)測方法進行可靠性分析，對其進行有效驗證，以提高監(jiān)測結果的準確性。由于環(huán)境保護部門所采用的分析方法具有一定差異性，因此在選擇分析方法時，必須保證其適用性、可靠性和可重復性。同時，在選擇分析方法時還要考慮其可行性和適用性。只有確保分析方法具有可行性和可重復性，才能提高VOCs 監(jiān)測結果的準確性[2]。

3 大氣中VOCs 的治理技術要點

3.1 吸附法

吸附法是利用多孔吸附劑對VOCs 氣體進行吸附，達到凈化氣體的目的。其基本原理是在被吸附物質上施加一定壓力，使吸附物質與吸附劑接觸，利用吸附劑表面上的孔結構，將氣體中的VOCs 分子吸收并在孔壁上形成吸附膜，通過對吸附膜上的孔結構進行破壞，使被吸附物從孔中脫落出來。當氣體進入到新的孔中時，被吸附物又會從孔壁上脫離下來，進入下一個步驟。優(yōu)點：吸附法具有操作簡便、設備簡單、成本低等優(yōu)點，因此在VOCs 治理方面被廣泛應用。但其缺點也是顯而易見的：吸附劑種類繁多，其價格各異；當氣體中VOCs 濃度較低時，吸附效果較差，活性炭等吸附劑具有很大的孔隙結構，使其對有機物的吸附力較小。當氣體中VOCs 濃度較低時，會使吸附效率下降，由于活性炭等吸附劑具有很大的孔隙結構，當有機物濃度較高時，會導致孔徑變小，使其對VOCs 的吸附力減小；如果廢氣中有酸性氣體存在時會影響到活性炭等吸附劑對有機物的吸附效果。因此使用吸附法治理VOCs 時要注意：對于低濃度、大流量氣體時要使用吸附法處理，廢氣中含有酸性氣體時要使用活性炭等吸附劑進行處理，廢氣中含有重金屬、有毒有害物質等會影響到活性炭等吸附劑的使用壽命。常用的吸附劑有活性炭、硅膠、分子篩和沸石等。其中活性炭應用最廣泛。活性炭是由具有孔隙結構的表面組成的多孔材料，其孔徑在納米級。活性炭是一種天然材料，由天然礦物質經高溫高壓加工而成。活性炭在一定條件下對VOCs 有很好的去除效果，它不僅對有機物有很好的吸附作用，而且能將有機物從吸附劑上脫附下來。該方法適合用于濃度較低、小流量、大風量以及廢氣成分比較簡單的VOCs治理中[3]。圖1 為VOCs 治理技術示意圖。

圖1 VOCs 治理技術示意圖

3.2 冷凝法

冷凝法是利用氣體溫度低于環(huán)境溫度，使其凝結成液體，并把氣體中的有害成分分離出來。該方法廣泛應用于廢氣治理和工業(yè)廢氣的回收。在實際應用中，冷凝法可以分為直接冷凝法和間接冷凝法。直接冷凝法：先將廢氣溫度降低到露點溫度以下，使其冷凝成液體，然后將冷凝后的氣體與低溫氣體進行混合。該方法具有處理效率高、工藝簡單等優(yōu)點。缺點是容易導致二次污染。根據(jù)物質的沸點不同，可將間接冷凝法分為低溫冷凝法和高溫冷凝法。目前，使用較多的是低溫冷凝法，但當VOCs 濃度較高時，其對溫度的要求就會變得更高，這就需要提高低溫冷凝溫度的同時還要采取其他措施降低其溫度。

3.3 催化燃燒法

催化燃燒法是一種利用催化劑使VOCs 在低溫下分解成無害物質的燃燒方法，它是利用催化劑來實現(xiàn)VOCs 的催化氧化，同時在反應中需要消耗氧氣，所以又稱為無氧燃燒法。催化燃燒技術具有能源消耗少、廢氣凈化效率高、操作簡單、處理效果好等優(yōu)點。目前，在國內外的研究中，該技術主要應用在含有機溶劑的廢氣治理上，如對工業(yè)廢氣中的有機溶劑進行凈化處理。催化燃燒技術與傳統(tǒng)的燃燒技術相比，具有更好的穩(wěn)定性和可靠性。催化燃燒技術處理VOCs主要有三種方法：直接催化燃燒法、間接催化燃燒法和蓄熱式催化燃燒法。其中，蓄熱式催化燃燒法是一種新興的處理技術，它采用陶瓷蓄熱體，在一定條件下（溫度高于300 ℃），有機物能完全氧化成無害的二氧化碳和水等無機物。該方法具有能耗低、無二次污染等優(yōu)點。在實際應用中，催化燃燒技術與其他VOCs處理方法相比，具有運行穩(wěn)定、成本低、能耗低等優(yōu)點。但是由于該方法對催化劑要求較高，而且在處理過程中需要消耗大量氧氣和熱量。所以，該方法不適用于濃度較高的VOCs 氣體治理。在實際應用中，一般采用蓄熱式催化燃燒法與其他方法相結合的方式來處理VOCs 氣體。通常情況下，當VOCs 氣體質量濃度在1 000 mg/m3以下時使用蓄熱式催化燃燒法，當VOCs 氣體濃度在1 000 mg/m3以上時使用其他方法進行處理。

4 結語

在當前時代背景下，對大氣中的VOCs 進行有效監(jiān)測和治理有著重要的意義所在，需要結合當前實際情況，了解VOCs 監(jiān)測和治理的優(yōu)勢所在，并掌握采樣、預處理、保存樣品等一系列檢測要點，合理運用吸附法、冷凝法等治理技術對其進行治理，為環(huán)境保護部門提供有效技術支撐。