VOCs排放源譜和控制技術評價及臭氧污染防治研究

王猛

關鍵詞： 揮發性有機物 排放源譜 控制技術 臭氧污染治理

中圖分類號： X52 文獻標識碼： A 文章編號： 1672-3791（2024）01-0155-03

為強化展開區域臭氧污染治理工作，可以從揮發性有機物VOC_s這一臭氧前體物入手，梳理基于排放源分類的VOC_s排放源化學成分譜，切實明確本地區的揮發性有機物VOC_s排放源及其分布情況、排放特點，完成對基于排放源分類的VOC_s排放源化學成分譜數據集的構建，并在此基礎上落實對揮發性有機物VOC_s排放源控制方案以及臭氧污染防治措施的合理設定，促使臭氧污染防治的實際展開效果達到理想水平。

1 臭氧污染防治的必要性

臭氧主要由排放的氮氧化物（NO_x）和揮發性有機物（VOC_s）在高溫強紫外線條件下發生化學反應生成。近地面的臭氧超過一定濃度會損害人體呼吸系統、破壞人體免疫力、加速人體皮膚衰老，對人體健康產生很大危害［1］。因此，在當前的實踐中必須要加大臭氧污染的控制與防治力度，盡可能對臭氧污染實現有效遏制，進一步改善大氣環境質量，切實保障人民群眾身體健康，營造更為良好的空氣環境。

2 基于排放源分類的VOC_s化學成分譜篩選與總結

2.1 VOC_s排放的主要來源及分類

2.1.1 交通工具

交通工具的主要來源與分類包含柴油車、汽油車、LPG 車、LNG 車、CNG 車、混合動力車等。

2.1.2 工藝過程源

工藝過程源包含了煉焦、石油加工業、醫藥制造業（除部分溶劑使用工藝）、無機基礎化學原料、有機化學原料、貴金屬化合物、化學制品、食品加工及制造、煙草制品業、金屬制品業（除部分溶劑使用工藝）、非金屬礦采選業、有色金屬礦采選業、煤炭開采和洗選業、石油和天然氣開采和洗選業、化學纖維制造、橡膠制品、紙及紙制品（除部分溶劑使用工藝）、燃氣、塑料制品（除部分溶劑使用工藝）、紡織產品（除部分溶劑使用工藝）等。

2.1.3 使用的溶劑

使用的溶劑主要包含印刷、建筑噴涂、汽車噴涂、表面噴涂、制鞋業、織物涂層、瀝青、干洗、紙及紙制品、家具制造業、紡織產品、塑料制造業、醫藥制造業、膠黏劑和密封劑、個人護理和家居產品、汽車售后保養等。

2.2 典型VOCs排放源化學成分譜的對比篩選

受到使用原材料不同、地區不同等因素的影響，在同一工況條件下，所產生的VOC_s特征有著較為明顯的差異性［2］。出于對不同過程實際排放條件情況的考量，原材料、溶劑、制造過程、管理水平、排放控制水平存在相對顯著的差別。基于這樣的情況，為確保所得結果的準確性與價值性，應避免使用數量有限的樣品展開分析。

在對交通工具分析期間，對北京、廣州、香港、天津地區的主要道路移動源的VOC_s組分進行分析。所得結果表明：乙烯為北京、天津汽油動力車輛排放VOC_s中的主要組分，甲苯為廣州、香港汽油動力車輛排放VOC_s中的主要組分；乙烷為北京柴油車排放VOC_s中的主要組分，正十一烷為廣州柴油車排放VOC_s中的主要組分，乙烯為香港柴油車排放VOC_s中的主要組分。

探索工藝過程的VOC_s期間，選定某地區的多個典型企業為樣本展開分析。所得結果表明：芳香烴、脂肪烴、鹵化VOC_s為石油化工業排放的主要特征污染物，具體包括C₃～C₆ 的烷烴，C₃～C₄的烯烴和芳香烴等；乙烯、乙炔、苯、乙烷等為煉焦企業排放的主要特征污染物，主要來源于焦爐的無組織排放、煙囪排放。

使用同樣的方法探索溶劑使用源的VOC_s，所得結果：乙烷、正戊烷、間/對二甲苯為印刷排放的主要特征污染物，主要來源于企業無組織排放和煙囪排放；間/對二甲苯、乙苯和鄰二甲苯為表面噴涂行業排放的主要特征污染物，主要來源于無組織排放。

2.3 基于排放源分類的VOC_s排放源化學成分譜梳理

在交通工具的一項一級排放源中，二級排放源包括柴油車、汽油車、摩托車等多類機動車型的尾氣排放以及燃料蒸發，或油罐泄漏。

在工藝過程這一項一級排放源中，二級排放源包括石油化工行業、非金屬礦采選業、有色金屬礦采選業、煤炭開采和洗選業等化工行業以及電子行業、制藥業的現實生產過程、排放過程。在不同行業領域中，普遍存在多個生產環節可能會出現對VOC_s的排放（無組織排放、煙囪排放）。例如：在化工業的催化裂化、加氫裂化、催化重整、延遲焦化、乙烯裂化、PX 制造等生產過程中，可能會排放出VOC_s；在煉焦的焦爐一裝煤時刻、焦爐一煉焦過程、焦爐二裝煤時刻、焦爐二煉焦過程等環節中，可能會排放出VOC_s。

在使用溶劑這一項一級排放源中，二級排放源包括干洗、印刷、建筑噴涂、汽車噴涂、表面噴涂等多項工藝中的溶劑蒸發。在不同行業領域中，普遍存在多個生產過程與設備設施會產生溶劑蒸發問題［3］。例如：在印刷行業中，凹版印刷—煙囪排放、凹版印刷—無組織排放、平版印刷—煙囪排放、平版印刷—無組織排放、凸版印刷—無組織排放等環節內發生溶劑蒸發現象的概率極高，可能會隨之排放出VOC_s；在表面噴涂行業中，表面涂層—煙囪排放、表面涂層—無組織排放、木制家具涂層—煙道排放、木制家具涂層—無組織排放等環節內發生溶劑蒸發現象的概率極高，可能會隨之排放出VOC_s。

3 基于排放源分類的VOC_s控制技術梳理與評價

3.1 末端控制技術

3.1.1 冷凝法

主要利用物質在不同溫度條件下飽和蒸氣壓的不同，促使有機物在冷凝器內實現冷凝，并在儲罐內匯集，實現凈化。該方法可操作性好，節能，設備和操作條件簡單。但是，只適用于高濃度廢氣，初期投入以及運行費用高。

3.1.2 吸附法

投放具有多孔結構的吸附劑，讓VOC_s在多孔結構上實現吸附脫附，完成凈化。該方法初期投入以及運行費用高，適用于低濃度、低能耗，溶劑可回收，效率高，凈化徹底，工藝成熟，易推廣，可作為含顆粒物廢氣預處理。但是，吸附劑需經常更換、再生，可能產生二次污染，不適用于高濃度廢氣，有逸散風險，設備龐大。

3.1.3 膜分離法

投放具有選擇性且能夠滲透過濾VOC_s的高分子膜，在一定壓力條件下過濾物質，實現對VOC_s的分離［4］。該方法初期投入高，運行費用偏高，設備簡單，回收率高，能耗低，無二次污染。但是，成本高，膜易污染，膜穩定性差，通量小。

3.1.4 低溫等離子技術

應用高能電子射線，激活、電離、裂解有機物內的各個組分，使有毒有害物質轉變為無毒無害物質。該方法初期投入低，運行費用適中，能耗低，成本低，應用范圍廣，除惡臭。但是，無法完全降解，可能產生二次污染。

3.2 典型VOC_s排放源控制技術

3.2.1 對交通工具控制

針對來源于尾氣排放的VOC_s，可以使用控制油品、機內凈化技術以及三元催化處理的方式完成控制。其中，機內凈化技術可以進一步細化為改造發動機結構、改善燃燒狀況等方面內容。針對來源于加油期間的油品逸散（燃料蒸發）以及油罐泄漏的VOC_s，可以使用加設處理設備的方式完成控制。

3.2.2 對工藝過程控制

針對石化行業的VOC_s排放，要求強化組織展開泄漏修復與檢測，以完成對VOC_s排放源的控制。

針對來源于無組織排放的VOC_s，可以使用如下的過程控制方案：工藝改進，裝置設備泄漏控制，不同產品分類擺放，減少污染物堆積，加強通風，加大車間抽風系統的力度，推廣使用密閉先進設備，提高工作效率［5］。

針對煙囪排放的VOC_s，可以使用末端控制技術完成管控，相應技術內容在前文已有闡述，此處不再贅述。

3.2.3 使用溶劑控制

在控制主要溶劑使用時，針對來源于無組織排放的VOC_s 以及來源于煙囪排放的VOC_s，均使用與主要工藝過程源控制相同的技術來完成。

4 臭氧污染防治策略要點

4.1 基于交通工具的污染防治

可以應用機外凈化技術以及機內凈化技術，對交通工具的污染進行有效控制。其中，對于機外凈化技術而言，常用的方法為三元催化凈化尾氣，即結合不同車型排放尾氣的現實情況與特征，在對應的尾氣排放筒上加設殼體、襯墊或是設置涂層、引入活性物，實現對汽車排放尾氣的凈化。對于機內凈化技術而言，主要通過改造發送機內部結構，促使發動機燃燒情況有所改善，從而實現在發動機內完成污染物凈化。

4.2 基于工藝過程的污染防治

煙囪排放是有機污染物的主要工藝過程源，在臭氧污染防治實踐中，可以應用對應的有機污染物控制技術，實現對有機污染物的回收或是銷毀，最終達到減排效果。在此過程中，可以引入固定床吸附—水蒸氣置換再生—冷凝回收工藝，即利用固定床內的吸附劑對有機污染物進行吸附，隨后通入高溫水蒸氣，促使有機污染物能夠隨著水蒸氣同時脫離吸附床，最后結合對冷凝器的使用，使得蒸汽混合物冷卻、冷凝為液體，完成回收［6］。

4.3 基于使用溶劑的污染防治

在對使用溶劑的有機污染物進行控制的實踐中，需要從前端原料入手，通過有機污染物溶劑、生物基溶劑、水性溶劑的開發與應用，避免溶劑使用過程中發生明顯的有機污染物揮發問題。同時，還要搭配利用末端治理技術，著重落實對無組織排放的收集，搭配回收與銷毀技術，降低有機污染物的排放［7］。

5 結語

綜上所述，臭氧污染會對人體健康產生很大危害，所以必須要加大臭氧污染的控制與防治力度，改善大氣環境質量，切實保障人民群眾身體健康。在實踐中，收集更多揮發性有機物VOC_s排放源樣本，并以此為參考搭建本地化的源譜，保證能夠對本地排放源的特點進行精準識別，完成對揮發性有機物VOC_s排放源控制技術方案的合理選定與實施，搭配展開強化PM_2.5與O₃協同控制、夯實VOC_s 綜合治理基礎能力、加快實施VOC_s減排重大工程、強化組織展開臭氧污染防治專項行動、完善激勵與約束并舉的經濟政策等臭氧污染防治措施，推動區域臭氧污染防控與治理工作的升級。