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中國環(huán)科院專家為你解讀VOCs 它不僅本身具有較強(qiáng)毒性,還是PM2.5的重要前體物和參與物!無論是民眾關(guān)心熱議的細(xì)顆粒物(PM2.5)還是臭氧(O3),都和VOCs有千絲萬縷的聯(lián)系。
近日,環(huán)境保護(hù)部第七輪次“2+26”城市大氣污染防治強(qiáng)化督查發(fā)現(xiàn),揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)問題最突出,占本輪次檢查發(fā)現(xiàn)問題總數(shù)的38.6%。大部分VOCs不僅本身具有較強(qiáng)毒性,而且還是影響我國區(qū)域大氣復(fù)合污染的重要前體物和參與物。無論是民眾關(guān)心熱議的細(xì)顆粒物(PM2.5)還是臭氧(O3),都和VOCs有千絲萬縷的聯(lián)系。為此,特邀我院張新民研究員就VOCs污染的現(xiàn)狀、來源以及控制對策進(jìn)行系統(tǒng)介紹。
揮發(fā)性有機(jī)化合物(Volatile Organic Compounds,VOCs)是指在常壓下,任何沸點(diǎn)低于250℃的有機(jī)化合物,或在室溫(25℃)下飽和蒸氣壓超過133.32Pa,以氣態(tài)分子的形態(tài)排放到空氣中的所有有機(jī)化合物的總稱。VOCs不僅本身具有較強(qiáng)毒性,還是影響我國區(qū)域大氣復(fù)合污染的重要前體物和參與物。因此,控制VOCs對改善我國大氣環(huán)境質(zhì)量具有重要意義。
VOCs污染的危害性和控制的必要性
VOCs共包括烷烴、芳香烴類、烯烴類、鹵烴類、酯類、醛類、酮類和其它化合物8類。大約1/3的VOCs是有毒的,芳香烴類、酮類、酯類等可以引起皮膚、眼睛、呼吸系統(tǒng)、血液、肝腎臟、神經(jīng)系統(tǒng)等中毒,如甲醛、苯等。VOCs不僅對人體有明顯的毒性效應(yīng),還具有多重環(huán)境效應(yīng)。VOCs可以和氮氧化物發(fā)生光化學(xué)反應(yīng),形成光化學(xué)煙霧;也能與大氣中的·OH、NO3-、O3等氧化劑發(fā)生多途徑反應(yīng),生成二次有機(jī)氣溶膠,對環(huán)境空氣的O3和PM2.5均有重要影響(圖1)。
圖1 VOCs多重環(huán)境效應(yīng)(左)及近地面臭氧生成機(jī)制(右)(來源: US EPA)
在國際上,美國、歐盟等很早就認(rèn)識到了VOCs 對環(huán)境空氣質(zhì)量的重要影響,制定和實(shí)施了一系列 VOCs 污染控制政策。當(dāng)前,我國大氣污染問題復(fù)雜,呈現(xiàn)高污染負(fù)荷、多污染物疊加等特征,已從傳統(tǒng)的煤煙型污染逐漸過渡為以PM2.5和O3為特征的復(fù)合污染。2016年全國環(huán)境空氣質(zhì)量六項(xiàng)監(jiān)測指標(biāo)中O3是唯一一個不降反升的污染物。因此,必須加快推進(jìn)O3和PM2.5的協(xié)同控制。VOCs作為PM2.5和O3共同的關(guān)鍵前體物,控制VOCs排放將有利于降低PM2.5和O3的濃度,減少灰霾和光化學(xué)煙霧污染事件。
我國VOCs排放特征
1:行業(yè)分布
我國VOCs排放來源非常復(fù)雜,工業(yè)門類齊全,產(chǎn)業(yè)規(guī)模龐大,且VOCs污染物種類繁多。根據(jù)《大氣揮發(fā)性有機(jī)物源排放清單編制技術(shù)指南(試行)》(公告2014年第55號),排放源主要包括交通源、工業(yè)源、生活源和農(nóng)業(yè)源四大類。其中交通源包括道路機(jī)動車、非道路移動源和油品儲運(yùn)銷等;工業(yè)源包括化石燃料燃燒和工藝過程;生活源包括生活燃料燃燒、環(huán)境管理、居民生活消費(fèi)、建筑裝飾和餐飲油煙;農(nóng)業(yè)源則包括生物質(zhì)露天燃燒源、生物質(zhì)燃料燃燒源和農(nóng)藥使用等。
基于上述技術(shù)指南和相關(guān)統(tǒng)計資料計算,2015年我國VOCs排放總量為2503萬噸。其中工業(yè)源VOCs排放最多,占總量的43%,其次是交通源排放的VOCs,占總量的28%,生活源和農(nóng)業(yè)源排放的VOCs量比較接近,分別占總量的15%和14%(圖2)。按行業(yè)劃分,工業(yè)源中排放較多的是化工、工業(yè)涂裝、石化和印刷行業(yè);交通源中,道路機(jī)動車油品儲運(yùn)銷排放的VOCs較多;農(nóng)業(yè)源中農(nóng)藥排放的VOCs最多;生活源中家居用品、餐飲油煙和化妝品排放的VOCs較多。
圖2 2015年我國不同VOCs排放源構(gòu)成
2:區(qū)域分布
從我國大氣污染防治重點(diǎn)區(qū)域及省份角度看,2015年我國城市(群)VOCs排放量可依據(jù)其在全國總量的占比,分為>10%、5%~10%、3%~4%、1%~2%和<1%五個檔位(圖3)。其中介于3%~4%的城市數(shù)量最多,共13個;長三角地區(qū)VOCs排放量最大,占全國VOCs排放總量的19%;介于5%~10%之間的,從大到小依次為山東(9%)、京津冀地區(qū)(8%)、河南(7%)和珠三角地區(qū)(6%);介于3%~4%之間的,從大到小依次為四川、遼寧、湖北、湖南、黑龍江、福建、內(nèi)蒙古、山西、吉林、云南、陜西、廣西、江西和新疆;介于1%~2%的,從大到小的城市分別為甘肅、重慶、貴州、海南和寧夏;<1%的分別為青海和西藏。
圖3 2015年我國重點(diǎn)區(qū)域及不同省份VOCs排放量占比
我國VOCs治理重點(diǎn)的確定
厘清VOCs對O3生成的貢獻(xiàn)大小是分區(qū)、分類、有序開展O3污染防治工作的關(guān)鍵。臭氧生成潛勢(Ozone Formation Potential,OFP)代表VOCs物種在最佳反應(yīng)條件下對O3生成最大貢獻(xiàn),是綜合衡量VOCs物種的反應(yīng)活性對臭氧生成潛勢的指標(biāo)參數(shù);OFP廣泛應(yīng)用于評估VOCs在某一地區(qū)O3生成中的作用;OFP大小決定于VOCs物種排放量及該物種的最大增量反應(yīng)活性。通過估算不同區(qū)域、行業(yè)排放VOCs的OFP,確定生成O3的關(guān)鍵源和關(guān)鍵物種,可以有針對性地開展重點(diǎn)地區(qū)、重點(diǎn)行業(yè)VOCs污染控制。
1:重點(diǎn)控制區(qū)域
根據(jù)重點(diǎn)區(qū)域?qū)θ珖鳲FP的貢獻(xiàn)來看(圖4),我國VOCs源排放的重點(diǎn)控制地區(qū)應(yīng)包括長三角(15%)、京津冀(10%)、珠三角(7%)和成渝地區(qū)(6%),特別要重視山東(10%)和河南(6%),這兩個省份對全國OFP的貢獻(xiàn)與重點(diǎn)地區(qū)的貢獻(xiàn)不相上下。
圖4 2015年重點(diǎn)區(qū)域和不同省份對全國OFP的貢獻(xiàn)
2:重點(diǎn)控制物種和行業(yè)
依據(jù)VOCs臭氧生成潛勢研究結(jié)果,提出重點(diǎn)控制的VOCs排放物種和行業(yè)。
3:重點(diǎn)控制區(qū)域
我國主要的VOCs控制措施
國家政策
2010年5月,環(huán)境保護(hù)部等9部門聯(lián)合制定了《關(guān)于推進(jìn)大氣污染聯(lián)防聯(lián)控工作 改善區(qū)域空氣質(zhì)量的指導(dǎo)意見》,正式地從國家層面上提出了加強(qiáng)VOCs染防治工作的要求,并將VOCs和顆粒物等一起列為防控重點(diǎn)污染物。我國VOCs控制工作的政策體系已初步形成,并具有一定的可操作性。2012年10月,《重點(diǎn)區(qū)域大氣污染防治“十二五”規(guī)劃》出臺,把VOCs污染控制作為建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評價的重要指標(biāo),從此VOCs的監(jiān)測市場被打開,VOCs治理正式進(jìn)入政府視野。隨后環(huán)境保護(hù)部陸續(xù)發(fā)布了《揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)污染防治技術(shù)政策》《大氣揮發(fā)性有機(jī)物源排放清單編制技術(shù)指南(試行)》,為開展我國VOCs排放清單提供技術(shù)支撐。2014年石化行業(yè)VOCs治理全面啟動,主要控制技術(shù)為泄露檢測與修復(fù)(Leak Detection and Repair,LDAR);2015年全面啟動印刷行業(yè)VOCs治理,主要控制技術(shù)為濃縮轉(zhuǎn)輪和蓄熱式催化燃燒聯(lián)用。其他它重點(diǎn)行業(yè)的VOCs治理正在逐步開展。
法律約束
2015年8月頒布的《中華人民共和國大氣污染防治法》修訂版自2016年1月1日起施行。第四章(大氣污染防治措施)新增四個VOCs污染控制條款,包括含揮發(fā)性有機(jī)物的材料和產(chǎn)品、VOCs有機(jī)廢氣治理、建立工業(yè)涂裝臺賬以及泄漏管理等,體現(xiàn)了源頭削減、過程控制和終端治理的全過程控制理念。不僅如此,在新修訂的大氣污染防治法中關(guān)于罰則的規(guī)定大幅度提高。例如在第七章法律責(zé)任中多條涉及超標(biāo)排放、不治理違規(guī)排放等規(guī)定。超標(biāo)排放不僅要罰款、停業(yè)整頓,嚴(yán)重者還要追究法人責(zé)任。
標(biāo)準(zhǔn)管控
VOCs標(biāo)準(zhǔn)管控包括排放標(biāo)準(zhǔn)和監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)兩個方面。概括而言,2010-2015年期間,平均每年發(fā)布2-3個VOCs相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。涉及物種包括總烴、VOCs、SVOC、揮發(fā)性鹵代烴、苯系物、醛、酮、酚8大類;采樣方式包括罐采樣、吸附法和采樣袋等多種方法;分析方法包括氣相色譜法(GC)、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用方法(GC-MS)和高效液相色譜(HPLC)等方法。
建議
目前,我國已經(jīng)具備開展VOCs污染控制的基本條件,但仍有許多技術(shù)細(xì)節(jié)需要研究:
依據(jù)O3污染的空間分布格局,劃定O3污染聯(lián)防聯(lián)控區(qū),開展區(qū)域聯(lián)防聯(lián)控。同時在重點(diǎn)區(qū)域探索制定活性VOCs總量減排目標(biāo),并完善相關(guān)排放系數(shù)。
建立互相匹配的高精度VOCs和NOx排放清單,以城市為單位識別O3敏感性,科學(xué)協(xié)同削減VOCs和NOx。
研究建立VOCs成分譜采樣/分析標(biāo)準(zhǔn)和指南,加強(qiáng)典型行業(yè)VOCs排放成分譜研究,甄別VOCs活性物種及相關(guān)重點(diǎn)行業(yè)。
專家簡介
張新民
研究員
中國環(huán)境科學(xué)研究院 大氣環(huán)境研究所/國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室
研究方向:大氣環(huán)境化學(xué)、VOCs污染排放與控制
(來源:中國環(huán)境科學(xué)研究院 作者:張新民)