污染防治知识问答(基础篇)

浏览次数: 发布时间:2020-06-24 17:06 来源:大气科

什么是VOCs

VOCs是挥发性有机物英文名“Volatile Organic Compounds”的缩写。无论是中文的挥发性有机物还是英文的Volatile Organic Compounds均比较长,因此习惯上常用VOCs来简称。

  不同的机构和组织出于不同的管理、控制或研究需要,对VOCs的定义不尽相同,目前尚没有统一、公认的定义。美国ASTM d3960-98标准将VOC定义为任何能参加大气光化学反应的有机化合物。美国联邦环保署(EPA)的定义:挥发性有机化合物是除一氧化碳、二氧化碳、碳酸、金属碳化物、金属碳酸盐和碳酸铵外,任何参加大气光化学反应的碳化合物。世界卫生组织(WHO,1989)对总挥发性有机化合物(TVOC)的定义为,熔点低于室温而沸点在50-260℃之间的挥发性有机化合物的总称。《挥发性有机物无组织排放控制标准》(GB37822-2019)等标准将挥发性有机物定义为参与大气光化学反应的有机化合物,或者根据有关规定确定的有机化合物。

  

空气中存在的有机物不仅仅是VOCs。有些有机物在常温下可以在气态和颗粒物中同时存在,而且随着温度变化在两相中的比例会发生改变,这类有机物叫做半挥发性有机物,简称SVOCs。还有些有机物在常温下只存在于颗粒物中,它们属于不挥发性有机物,简称NVOCs。无论是VOCsSVOCs还是NVOCs,在大气中都参与大气化学和物理过程,一部分可直接危害人体健康,它们带来的环境效应包括影响空气质量、影响天气气候等。

 

VOCs主要包含哪些物质?

按挥发性有机化合物(VOCs)的化学结构可进一步分为8类:烷烃类、芳香烃类、烯烃类、卤代烃类、酯类、醛类、酮类和其他化合物。从环保意义上讲,主要指化学性质活泼的那一类挥发性有机物。常见的VOCs有苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、三氯乙烯、三氯甲烷、三氯乙烷、二异氰酸酯(TDI)、二异氰甲苯酯等。

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VOCs有哪些特征?

VOCs最典型的共有特性是具有挥发性。许多VOCs具有易于发生化学反应的特性(反应性)。目前知道的VOCs在空气中可发生很多种化学反应,最重要的几种反应类型包括:(1VOCs与羟基自由基的反应,被氧化成有机自由基,然后进一步分解、反应;(2)部分含双键的VOCs(如烯烃、二烯烃等)与臭氧发生反应形成双自由基,再进一步分解、反应;(3)少数含氧有机物,如甲醛、丙酮等醛酮类VOCs,可以直接被光分解,形成自由基,从而引发更多反应。此外,一部分VOCs还具有毒性,对人体健康有害,如苯、甲苯等。

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生活中常见的VOCs有哪些?

日常食用的食醋中包含醋酸(学名乙酸),可挥发进入空气,属于含氧的VOCs(简称OVOCs)。酒类饮品都含有酒精(学名乙醇),属于挥发性较强的醇类,当然也属于VOCs,是一种OVOCs。香水中含有各种各样的植物提炼或化学合成的芳香性化合物、精油类物质等,其中有许多属于VOCs,例如芳香醛、芳香酯等。此外香水中的助溶剂通常是乙醇等VOCs。一些水果(例如柠檬、橙子等)和日用清洗剂中含有苧烯,也是具有香味的VOCs。家庭装修和家具等释放的室内空气污染物,例如甲醛、苯、甲苯等都属于VOCs

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VOCs与近地面臭氧有什么关系?

空气中的VOCs和氮氧化物等气体在的紫外光照射和高温条件下,会发生快速的光化学链式反应,产生包括臭氧和过氧乙酰硝酸酯等具有刺激性和毒性的氧化剂、醛酮类含氧有机物以及细颗粒物。在一些污染的城市、工业区及乡村地区,由于VOCs及氮氧化物浓度均较高,在阳光充足的温暖季节,近地面臭氧浓度会在太阳升起后快速升高,在不利的情况下,午后臭氧浓度可能不同程度地超出空气质量标准限值。生成的臭氧浓度高低取决于VOCs和氮氧化物浓度及两者的比值,但在多数污染区域,由于氮氧化物比较充足,VOCs浓度越高臭氧达到的浓度也越高。

  在VOCs浓度不太高的地区,地面臭氧浓度也能达到一定的水平。这是因为,污染气团的水平输送可以将臭氧带到清洁地区。另外,对流层的臭氧还具有天然来源,也就是平流层臭氧的向下输送,在有一些下沉气流驱动下,向地表输送。根据VOCs等污染物的排放以及输送过程的变化,近地面臭氧浓度会呈现出一定的季节性变化特征。由于VOCs等人为污染物排放的增加,近一个多世纪以来近地面臭氧浓度在许多地区呈上升趋势。

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VOCs与霾有关系吗?

霾是指空气中的大量极细微的尘粒子均匀地浮游在空中,使空气浑浊,视野模糊并导致水平能见度小于10千米的自然天气现象。霾污染主要源于人为污染,罪魁祸首是细颗粒物(PM2.5)。这些细颗粒物的化学组成包括硫酸盐、硝酸盐、铵盐、黑碳、有机化合物等,少数来自污染源的直接排放,多数来自SO2NOxVOCs等的大气光化学转化。PM2.5中的有机物通常占相当高的比重,这些有机物一部分排放后直接形成颗粒或气溶胶,还有一部分是VOCs的大气化学转化产物。许多VOCs经过大气化学反应之后被转化为不挥发或半挥发的有机物,成为二次有机气溶胶(简称SOA)。此外,VOCs作为大气化学反应的“燃料”,通过形成臭氧等增加了大气氧化性,对于二氧化硫、氮氧化物等污染气体转化形成硫酸盐和硝酸盐气溶胶起重要作用,从而也促进了霾的形成。可见VOCs也是导致霾形成的重要原因,对霾污染形成具有直接和间接的作用。

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我国环境空气中VOCs含量高吗?

我国的空气污染总体比较严重,VOCs浓度水平也比较高,尤其是在我国中东部的城市地区。由于VOCs的数量众多,时间和空间变化均很大,测量本身的难度也大,因此目前尚没有全面、系统的研究结果能说明我国VOCs与其他国家和地区VOCs浓度水平的高低。20世纪初,广州的城市大气环境检查结果显示有21种挥发性有机物,尤其是甲醛,质量浓度高达12μg/m3,接近北美发达国家污染城市水平。近几年的全国范围的城市环境大气VOCs监测结果显示,甲醛的平均质量浓度在432μg/m3不等,一些大中型城市大气中苯系物含量较高,大多数苯系物的质量浓度在30μg/m3以上,大部分城市大气中苯的日均质量浓度水平高于欧盟制定的环境空气中苯浓度水平(5.0μg/m3)。其中,所有苯系物VOCs中甲苯浓度最高,多数城市的日均接触质量浓度值超过了世界卫生组织(WHO)规定水平。由于我国经济将长期向好发展,若控制不力,人为排放VOCs仍将增长,我国VOCs浓度水平将可能高于国外的污染城市。

不同地方的VOCs种类有什么不同?

空气中的VOCs受到排放、输送、化学反应等多种因素的影响。因此,不同地区可观测到的VOCs种类会有所不同。通常,城市地区较多地体现出机动车船排放、汽油和溶剂使用等特征,芳香烃等含量相对较高;温暖季节在植被覆盖较密的地区能检测到由植物类天然源排放的、浓度较高的蒎烯和萜烯类物种;在城市和污染区域的下游地区能检测到较多的烃类氧化之后的产物如醛、酮类等VOCs;在偏远地区主要能检测到一些反应活性较弱的烷烃、炔烃类VOCs及一些含氧VOCs等。

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在洁净的地区有VOCs吗?

大气中,VOCs几乎是到处存在的,不同地方的差别主要体现在VOCs物种的数量和浓度水平。在有人类活动和植物生长的地方就会有较多、较高浓度的VOCs。一些人为排放的VOCs可通过大气气团的运动,输送到清洁和偏远地区,虽然浓度水平已经大大下降,但是仍然可以测量到。甚至在南极地区和喜马拉雅山地区的空气中仍然能检测到一些VOCs。可以说大气中的VOCs几乎是无处不在。

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如何降低环境空气中VOCs的含量?

VOCs排入环境空气后,其在大气中的含量就由气象条件和大气化学转化条件所决定,不受人类控制。因此,人类要降低环境空气中VOCs的含量,只能通过减少其排放来实现。空气中的VOCs一部分来自人为排放源,另一部分来自植物等自然源排放。自然源排放难以被人类控制,因此我们所能做的是降低人为排放VOCs的强度。一是对各种含VOCs的废气进行治理,以减少排放;二是对生产过程中的VOCs泄漏进行封堵或回收, 以减少排放;三是减少化石燃料的使用,减少对各种含VOCs的物质的使用量,从源头控制VOCs污染物的产生。

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