張金亮

（普識(shí)（廈門）檢測(cè)認(rèn)證有限公司，福建 廈門 361000）

現(xiàn)代化社會(huì)變革下我國(guó)經(jīng)濟(jì)爆發(fā)式增長(zhǎng)，人們生活質(zhì)量得到跨越式提升，使得人們對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染問題更加關(guān)注。大氣污染是威脅可持續(xù)發(fā)展及國(guó)民生活質(zhì)量的普遍問題，而揮發(fā)性有機(jī)物是一類有機(jī)化學(xué)物質(zhì)的統(tǒng)稱，其常見于大氣污染，對(duì)人體存在嚴(yán)重危害。隨著國(guó)內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物的增加，各地區(qū)霧霾污染、臭氧及酸雨等三種復(fù)合型污染逐漸增加，因此在國(guó)家十三五規(guī)劃中，大氣污染防治（揮發(fā)性有機(jī)物污染防治）是首要重點(diǎn)工程[1-2]。

1 VOCs 概述

1.1 VOCs 定義

根據(jù)WHO 定義分析，VOCs 指常溫下沸點(diǎn)50℃-260℃的有機(jī)化合物。根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)可將其進(jìn)一步劃分為八大類：烷類、芳烴類、烯類、鹵烴類、酯類、醛類、酮類和其他。VOCs主要成分有烴類、鹵代烴、氧烴氮烴，包括：苯系物、有機(jī)氯化物、氟里昂系列、有機(jī)酮、胺、醇、醚、酯、酸和石油烴化合物等。

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人們對(duì)于環(huán)保觀念不斷提高，且我國(guó)對(duì)于環(huán)境保護(hù)開展了一系列工作，其中，我國(guó)對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物定義主要指常溫下飽和蒸汽壓≧70Pa、常壓沸點(diǎn)小于260℃的有機(jī)化合物，或在20℃下，蒸汽壓≧10Pa 的揮發(fā)性有機(jī)化合物[3-4]。

1.2 VOCs 分類

揮發(fā)性有機(jī)物污染種類龐雜無法統(tǒng)一，常見分類方式都是基于污染源性質(zhì)進(jìn)行確定，具體如下：（1）有機(jī)溶液。由有機(jī)物組成介質(zhì)的溶劑，生活中的有機(jī)溶液為化妝品、洗發(fā)露、洗滌劑，此外還涵蓋了生活常用油氣、涂料以及黏合劑等工具性用品。（2）建筑材料。建筑工程中常使用到的一些具有揮發(fā)氣味材料，涵蓋了涂料、塑料、泡沫隔熱材料、人造板材等。（3）室內(nèi)裝飾材料。建筑物室內(nèi)涂料以及室內(nèi)裝飾中具有揮發(fā)氣味材料，涵蓋了壁紙以及具有揮發(fā)性氣味的壁畫等。（4）纖維材料。天然纖維以及合成纖維制備而成的材料，一般用于低碳、窗簾、掛毯等家具紡織用品。（5）辦公用品。具有揮發(fā)性的辦公用品，常見如油墨，其自身無揮發(fā)性，在應(yīng)用的過程中散發(fā)大量熱量。又如打印機(jī)、復(fù)印機(jī)，應(yīng)用過程中向空氣散發(fā)大量有害氣體。（6）室外工業(yè)氣體。工業(yè)生產(chǎn)以及工業(yè)加工過程中機(jī)械散發(fā)出的氣體。工業(yè)氣體較為廣泛，常見工業(yè)揮發(fā)氣體如光化學(xué)煙霧、汽車尾氣等。

1.3 VOCs 危害

VOCs 進(jìn)入大氣中造成二次氣溶膠形成，在大氣層中積留，對(duì)光的散射較強(qiáng)，易降低大氣能見度造成霧霾。而生活中常見甲醛有機(jī)物中就含有揮發(fā)性有機(jī)化合物，甲醛通常用于裝修類工藝及物品，如防腐劑、膠合劑，生活中房屋裝修以及修房維修中，裝修所需木質(zhì)材料就含有高濃度甲醛，甲醛具有較強(qiáng)刺激性氣味，可使人的眼、鼻造成很大刺激，容易導(dǎo)致吸入者流淚，甚至出現(xiàn)頭暈、惡心等癥狀，對(duì)人的身體健康造成了嚴(yán)重的危害。例如，大氣中的一些有害物質(zhì)，如苯、多環(huán)芳烴、芳香胺、樹脂化合物、醛類和亞硝胺等，會(huì)引起癌癥或腫瘤；一些芳香胺、醛類、鹵代烷烴及其衍生物、氯乙烯等會(huì)引起突變。大多數(shù)揮發(fā)性有機(jī)化合物是易燃、易爆和不安全的。揮發(fā)性有機(jī)化合物在陽光照射下與大氣中的氮氧化物、碳?xì)浠衔锖脱趸瘎┌l(fā)生反應(yīng)，形成光化學(xué)煙霧，對(duì)人體健康和農(nóng)作物生長(zhǎng)有害。光化學(xué)煙霧的主要成分是臭氧、聚苯胺、醛和酮。揮發(fā)性有機(jī)化合物能破壞臭氧層，如氟氯化碳。由于其自身危害較大，國(guó)內(nèi)外針對(duì)VOCs危害進(jìn)行了一系列研究，因此，VOCs 的防治是現(xiàn)代化、持續(xù)化發(fā)展下面臨的重要命題[5]。

2 VOCs 監(jiān)測(cè)技術(shù)

2.1 氣相色譜儀

氣相色譜儀主要依托色譜分離技術(shù)與檢測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)多組分復(fù)雜混合物定性、定量分析，氣相色譜儀適用于分析土壤中熱穩(wěn)定且沸點(diǎn)不超過500°C 的有機(jī)物。其工作原理主要依托氣體為流動(dòng)性載體即載氣，試驗(yàn)樣品進(jìn)入進(jìn)樣器后形成氣化，依托載氣攜帶，進(jìn)入填充柱、毛細(xì)管柱，此外，鑒于樣品各組分沸點(diǎn)、極性以及吸附系數(shù)的差異化，各組分在分離的過程中，通過連接柱后檢測(cè)器，根據(jù)各組分的理化特征，對(duì)其進(jìn)行依次檢查，進(jìn)而轉(zhuǎn)化電信號(hào)送入色譜工作站，通過對(duì)各組分色譜圖的記錄、分析，根據(jù)相應(yīng)導(dǎo)入檢測(cè)器次序，可經(jīng)過對(duì)比區(qū)分組分，并根據(jù)峰高及峰面積計(jì)算出組分含量，具體流程及過程如圖1 所示：

圖1 氣相色譜工作原理

氣象色譜法是一種以氣體為流動(dòng)相的色譜分析法，適用于分析揮發(fā)性化合物。且氣象色譜法現(xiàn)階段已成為較為關(guān)鍵的分離分析方法之一。由于自身靈敏度較高，且操作性、選擇性較強(qiáng)，加之分析速度加快，需要試樣量低，因此在國(guó)內(nèi)多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

2.2 氫火焰離子化檢測(cè)器（FID）

氫火焰離子化檢測(cè)器通常被簡(jiǎn)稱為氫焰檢測(cè)器，也被稱為火焰離子化檢測(cè)器（FID：flame ionization detector），設(shè)備具有良好的靈敏度以及范圍寬等特點(diǎn)，對(duì)操作條件要求不高，適用于微量常規(guī)性分析。因自身高響應(yīng)特點(diǎn)，常與毛細(xì)管分析技術(shù)結(jié)合應(yīng)用，快速分析監(jiān)測(cè)對(duì)象，是現(xiàn)階段我國(guó)氣相譜儀器中實(shí)用性、功能性較強(qiáng)的檢測(cè)器之一[6]。FID 檢測(cè)器結(jié)構(gòu)如圖2：

圖2 FID 檢測(cè)器結(jié)構(gòu)示意圖

氫焰檢測(cè)器需要N2、H2以及空氣，其中，N2為載氣攜帶試樣組分；H2為燃?xì)猓豢諝馄鸬街細(xì)庑Ч?，使用過程中，需將三者比例關(guān)系進(jìn)行調(diào)整，以此將靈敏度調(diào)至最佳。氫焰檢測(cè)器位于主機(jī)頂部與前部，底座安置導(dǎo)熱體，在導(dǎo)熱體上裝置了加熱元件與溫感元件，通過嵌入性功能實(shí)現(xiàn)與溫控系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制加熱溫度，極化與氫焰檢測(cè)器放大器高壓輸出相互作用。發(fā)射極和收集極之間加有直流電壓，構(gòu)成外加電場(chǎng)。采集器通過低噪聲電纜與FID 微電流放大器相連，氫氣和空氣通過不銹鋼管與主機(jī)側(cè)的氣路控制系統(tǒng)相連。

2.3 VOCs 檢測(cè)系統(tǒng)

建立VOCs 檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)監(jiān)測(cè)與分析VOCs 具有現(xiàn)實(shí)意義及深遠(yuǎn)影響。建立過程中，應(yīng)由監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、煙氣監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)組成。首先，子系統(tǒng)主要由氣體取樣、預(yù)處理分析、標(biāo)定氣體單元即污染分析儀組成，監(jiān)測(cè)非甲烷總烴含量；其次，煙氣監(jiān)測(cè)由溫度、壓力、流速組成，結(jié)合嵌入性系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)溫度、壓力及流速生成數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)捕捉獲取；最后，數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)。此系統(tǒng)主要涵蓋了數(shù)據(jù)建模后模塊轉(zhuǎn)移、工控機(jī)、采集與處理軟件、數(shù)據(jù)傳輸單元等功能，通過實(shí)施接收、處理堅(jiān)持模塊組分濃度信息、工作狀態(tài)信息，自動(dòng)化系統(tǒng)生成表格，進(jìn)而系統(tǒng)存檔數(shù)據(jù)，工作人員可通過對(duì)歷史數(shù)據(jù)記錄的查詢?nèi)姘盐?，也可通過信息化技術(shù)實(shí)時(shí)傳遞，與環(huán)保有關(guān)部門建立溝通平臺(tái)，系統(tǒng)生成數(shù)據(jù)定期、不定期傳遞給環(huán)保部門。

3 VOCs 的防治措施

3.1 光催化法

光催化法較為常見的為通過二氧化鈦、氧化鋅與CdS與VOCs 相互接觸的情況下，光催化劑在反應(yīng)過程中，由于光照作用，從而產(chǎn)生電子空位對(duì)，實(shí)現(xiàn)氧化反應(yīng)，繼而在催化劑表面生成水、二氧化碳等物質(zhì)污染物實(shí)現(xiàn)降解。隨著我國(guó)工業(yè)化發(fā)展，光催化法處理技術(shù)逐漸成熟，在處理揮發(fā)性有機(jī)污染物中，主要體現(xiàn)在依托光催化法處理醛類和苯系物。處理醛類等揮發(fā)性污染物的過程中，可在常溫常壓狀態(tài)下，通過可見光進(jìn)行照射，以此降解大氣中含有的甲醛，試驗(yàn)分析得出，通過此方式降解大氣中的甲醛可達(dá)到降解率98.3%。實(shí)驗(yàn)中，主要通過同軸三筒式流化床光催化反應(yīng)器，紫外光光子與光催化劑、氣體三者融合，以此提高催化劑吸附性與催化性。光催劑摻雜貴金屬，科學(xué)合理選擇吸附材料，協(xié)同O3工藝與流化床反應(yīng)器，以此實(shí)現(xiàn)光催化劑效能大幅度提升，而處理苯系物同樣如此，適當(dāng)摻雜貴金屬，增強(qiáng)光催劑處理效能。因此，依托光催化法處理過程中，可摻雜Pd、Cu+，提高催化劑吸附性，以此提高光催化劑處理苯系揮發(fā)有機(jī)物的效率，選擇合適吸附材料、TiO2等，對(duì)處理的苯系物催化性能能夠顯著提升，降解率可達(dá)到90%以上。

3.2 生物處理法

生物處理法其工作原理主要指，依托附在濾料介質(zhì)中的微生物在適宜環(huán)境下將廢氣轉(zhuǎn)化為碳源，使能源維持微生命活動(dòng)，將有機(jī)物分解為水、二氧化碳的全過程。其中，生物處理法主要將揮發(fā)性有機(jī)污染物以氣態(tài)的方式過渡到固液態(tài)，在固液態(tài)液相中進(jìn)行處理，最終微生物被分解。但生物處理法目前只適用于揮發(fā)性有機(jī)污染物含量較低的有機(jī)廢氣，無法處理高濃度廢氣。生物處理法中，主要填料尺寸、間隙和比表面積，在一定程度上直接影響反應(yīng)器生物量，這些都是用生物方法處理揮發(fā)性物質(zhì)時(shí)需要面對(duì)的重要問題。

3.3 吸附處理技術(shù)

吸附處理技術(shù)較為常見的處理方式就是將一種、多種組分有機(jī)物，通過高濃度吸附劑實(shí)現(xiàn)分離。目前吸附處理技術(shù)適用于處理濃度含量較低的揮發(fā)性有機(jī)物，但其具有較高的操作性，且凈化效率較高，操作簡(jiǎn)便，實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化處理，因此在我國(guó)使用較為廣泛。但處理濃度含量較高的有機(jī)廢氣過程中，存在著一定限制性，吸附劑無法進(jìn)行有效吸附，一方面造成吸附劑資源浪費(fèi)，另一方面也會(huì)造成整體處理效率的降低。據(jù)相關(guān)學(xué)者數(shù)據(jù)顯示，吸附處理技術(shù)可通過其他處理方式進(jìn)行融合使用，以此提高吸附處理技術(shù)的效率。我國(guó)較為常見的是采用液體、活性炭等合成吸附劑，對(duì)高濃度有機(jī)氣體進(jìn)行深化處理，完善了單一吸附方式，以此提高吸附效率。

3.4 沸石轉(zhuǎn)輪吸附——熱空氣吸附催化燃燒對(duì)VOCs 的治理技術(shù)

這種方法主要是通過催化分解技術(shù)。低溫下，有機(jī)廢氣經(jīng)風(fēng)機(jī)過濾箱過濾，從而過濾出大顆粒，經(jīng)沸石分子篩轉(zhuǎn)輪吸附，進(jìn)而通過轉(zhuǎn)輪將氣體排出。含有大量VOCs 的沸石，在經(jīng)過高溫附區(qū)過程中，沸石轉(zhuǎn)輪中的熱風(fēng)氣體，可將沸石轉(zhuǎn)輪上的VO 去除，CS 分子被脫附轉(zhuǎn)化為高濃度廢氣，進(jìn)而在解吸風(fēng)機(jī)工作下，被送入后端催化燃燒系統(tǒng)進(jìn)行催化燃燒處理。整個(gè)過程中，風(fēng)機(jī)產(chǎn)生熱量通過內(nèi)部熱交換在此催化燃燒系統(tǒng)，有效減少了能量的損失，分解后的氣體直接排入空氣中。操作過程中，電控系統(tǒng)嚴(yán)格控制催化過程中產(chǎn)生的熱量，如超過設(shè)定閥值，調(diào)節(jié)解吸管道自動(dòng)閥通過補(bǔ)充冷空氣降低廢氣濃度和產(chǎn)熱量，系統(tǒng)中兩個(gè)子系統(tǒng)相互結(jié)合，反復(fù)循環(huán)，直到不產(chǎn)生VOCs 時(shí)，設(shè)備才會(huì)停止運(yùn)行。此外，為了進(jìn)一步提高設(shè)備循環(huán)壽命，有關(guān)人員可增設(shè)冷卻系統(tǒng)，提高設(shè)備的使用壽命。

4 結(jié)束語

綜上所述，現(xiàn)代化社會(huì)發(fā)展趨勢(shì)下，國(guó)民經(jīng)濟(jì)爆發(fā)式增長(zhǎng)，人們生活質(zhì)量得以提高，使得人們對(duì)空氣污染問題關(guān)注度明顯提高。嚴(yán)格意義上來說，空氣污染防治工作是全人類面臨的共同課題，不僅威脅著社會(huì)環(huán)境的可持續(xù)化發(fā)展，更對(duì)國(guó)民生活質(zhì)量以及人類身體健康造成了不同程度的威脅。鑒于此，如何解決空氣中揮發(fā)性有機(jī)物，改善我國(guó)現(xiàn)狀是環(huán)境工作面臨的重要命題。一方面，應(yīng)加強(qiáng)揮發(fā)性有機(jī)物監(jiān)測(cè)工作，依托多元化監(jiān)測(cè)方式，全面把握揮發(fā)性有機(jī)物來源及嚴(yán)重性，另一方面提高防治措施，以此促進(jìn)我國(guó)環(huán)保事業(yè)可持續(xù)化發(fā)展。