大气VOCs 产生途径追踪分析与精准防治研究

徐叶净

（北京绿长城环保科技有限责任公司，北京 102200）

随着工业化进程的不断推进和深化，以往粗放化的工业发展所带来的弊病越发凸显。近年来，空气污染作为工业化推进流程中最明显弊端之一越来越受到人们的关注。其中，大气挥发性有机物（VOCs）是造成空气污染的最重要的前段过程状态物。研究表明，随着中国工业化和城市化进程的不断推进，城市空气中的大气VOCs 的种类和浓度呈现了时空的差异化特性，这对人们健康生活产生了严重的威胁。因此，进行大气VOCs 的有关深入研究迫在眉睫。

1 大气VOCs 的来源分析

通过对中国33 个大中城市进行的不同时间下的空气指数测量和相关的化学成分分析，发现组成大气VOCs 的主要化学成分总计有56 种之多[1]，含量较多的物质具体如表1 所示。空气收集方法主要是活性碳管法[2]，并结合气袋采样法。分析方法主要是对采集的样本进行气象色谱分析。在线分析过程中定期对分析系统进行校准，系统校准分为内部校准和外部校准，内部校准物质为正丁烷、苯[3]，外部校准物质为56种VOCs 标准物质，校准频率为每月一次，系统的准确度高于90%。经过测算，含量占比最多的主要是乙烷、丙烷、正庚烷、正己烷、乙烯等烷烃类物质。通过对收集的空气样本进行数据分析，发现形成VOCs 的主要有燃烧物燃烧、汽车尾气、化学制剂挥发、工业废气等源头。其中，燃烧物燃烧所形成的VOCs 的种类占比超过50%，质量占比超过30%；汽车尾气形成的VOCs 的种类占比超过45%，质量占比超过25%。

表1 大气VOCs 的主要化学成分

VOCs 在不同地域、不同时间，其主要成分的种类和浓度均呈现不同的呈现形态。如表2 所示，就VOCs的时间性来看，浓度维持在高点状态的情况主要集中在每年的10 月份到次年的2 月份，原因在于上述时间段天气较为寒冷，多数地区尤其是北方地域开始进行供暖工作，大量的燃料燃烧和热量排放导致了VOCs的大量排放，同时，由于寒冷天气的缘故，大量的居民出行选择汽车代步，因此汽车尾气的排放也是这个时间段内使得VOCs 浓度维持高位的重要原因[4]。VOCs浓度在同一个时间段内，每天出现浓度峰值和谷值的时间基本相同，浓度数值有所差别。经过统计，每天出现浓度的峰值状态基本维持在日出后的2 h 左右。原因在于上一个自然天的VOCs 尚未消散，第二天由于工业和汽车尾气产生的VOCs 与其产生叠加效应。经过测算统计，峰值质量浓度范围在30 μg/m3～40 μg/m3。每天出现浓度谷值的时间基本出现在日落前2 h～3 h 左右，质量浓度在5 μg/m3～15 μg/m3。原因在于VOCs 有一定的耗散作用，而在此刻后出现浓度上升的原因在于晚高峰的到来使得汽车尾气的排放量加大。以00：00 为起点计算的一天的VOCs 的质量浓度变化范围基本在5 μg/m3～40 μg/m3。

表2 各季节平均浓度最高的VOCs 种类及比例%

2 大气VOCs 的来源评估分析

根据33 个城市的空气样本的实验数据进行统计并进行整理，将相关基础数据编入PMF3.0 进行运行解析，模拟计算进行的技术点连接流程，如图1 所示。结果发现，4 个模糊状态因子。对于因子1 来说，其贡献最大的挥发性有机物为正丁烷和异丁烷，对乙烷和乙烯的贡献率为0，对芳香烃也产生了较大的移动贡献率。通过对比最高几项有效成分，可以确定该项因子为机动车尾气；对于因子2 来说，其贡献率最高的物质丙烷，对乙烷和甲苯的贡献率为0，通过对比最高几项有效成分，可以确定该项因子为化学制剂的挥发[5]；对于因子3 而言，其贡献率顺序为乙烯、乙烷、、顺-2-丁烯、异戊烷、异丁烷、苯、甲苯。其中苯、甲苯、二甲苯作为特征污染物在整体比重较大。确定因子3 为工业废气；对因子4 而言，其贡献最大是乙烷、乙烯、邻二甲苯、间/对二甲苯、丙烷、苯、环戊烷、甲苯、丙烯。我国的能源结构主要是以煤炭为主，因此燃烧源也主要是以燃烧煤炭所产生的气体为主，煤炭燃烧的气体中高碳链中正构烷烃所占比例很大，本研究的样本测试数据的模拟结果显示苯/ 甲苯比例为1.015＞1，明显高于移动源，因此确定因子4 为燃烧源。

图1 分析处理技术点连接图

3 精准化管控措施

大气挥发性有机物的主要组成成分较多，源头复杂，且浓度分布呈现明显时空差异[6]。要想对VOCs 从根本上进行有效的管控，必须实现对其源头和分布途径的精准化调控与系统性调节。经过上述的源头分析可知，造成大气VOCs 的源头主要是燃烧污染物的排放，汽车尾气，工业废气和化工有机物的挥发。因此，需要对4 个源头开展精准化的防控措施。

对于燃烧物燃烧导致的VOCs，经过研究发现，其主要的燃烧源头有工业燃煤、居民个体燃煤、农作物秸秆燃烧等。基于上述源头，对燃烧物燃烧导致的VOCs，其主要在于减少工业和个体燃煤量，如通过减少以燃煤为能量供应的工业和个体的供应数量，提升天然气和电能在相关企业和个体的供能比例，实现天然气和电能对化学燃烧供能的等量替代。

对于汽车尾气引起的VOCs，应加大对VOCs 浓度高峰期的道路行车数量的调控力度，减少非必要的路上燃油汽车的数量[7]。据研究表明，汽车在怠速时期所排放的VOCs 数量是正常时速行驶的3 倍以上，所以应减少大量汽车的怠速时长，提升城市道路的畅通程度。同时，应该提升燃油品质，减少因燃油燃烧不充分或者燃烧效果不理想导致的VOCs 的排放。并且加大混动型汽车和电动汽车的市场占有比例，加快推出新型能源车辆，减少汽车尾气导致的VOCs 的排放。

对于化工挥发物和工业废气导致的VOCs 的排放，应进行细化分析。减少甚至取缔粗放式、外露式的化工处理流程和平台以及落后的工业化产能，努力实现化工和其他工业产物和流程的集中化和密闭化的处理。同时加大化工和其他工业行业等相关产业的创新力度，努力实现处理过程的创新，实现从根源上减少化工挥发物和工业废气所导致的VOCs 排放。

对于上述的防控政策的开展和实施，应该因地制宜，根据不同的地域、时间和产业特点开展细化的对应措施。如在工业产业较少，但是汽车保有量巨大的城市，应该着重加大在汽车上路量的高峰期时刻的限行力度、减少堵车等情况。对于工业产业较为集中的城市，要重点实现工业产业的过剩产能的化解，提升工业处理工艺，减少VOCs 的排放。由于空气的对流和扩散效应，为了实现整体的城市群间的VOCs 的有效防控，应该实现城市和城市群间关于空气污染防控措施的联动效应。

4 结论

由于城市化和工业化进程在时间上的累积和不断推进，所导致的大气可挥发性产物的空气污染问题日益严重，越来越引起学者们的关注。开展VOCs 的排放的防控治理，不仅要进行各源头的精细化的防控措施，还要进行不同源头的防控措施的协调联动，同时进行不同城市和城市群的防控措施的协调配合，以实现VOCs 的有效防治。