挥发性有机物

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挥发性有机物(英文名:VolatileOrganicCompound)是指在标准状态下饱和蒸气压较高(标准状态下大于13.33Pa)、沸点较低、分子量小、常温状态下易挥发的有机化合物。是大气的主要污染物之一,常用VOC或VOCs表示,总挥发性有机物用TVOC表示。VOCs不是一种单一的污染物,而是某些理化性质相近的有机化合物的统称,主要成分有烃类(卤代烃、氧烃、氮烃)、苯系物、有机氯化物、氟里昂系...

挥发性有机物(英文名: Volatile Organic Compound)是指在标准状态下饱和蒸气压较高(标准状态下大于13.33 Pa)、沸点较低、分子量小、常温状态下易挥发的有机化合物。是大气的主要污染物之一,常用VOC或VOCs表示,总挥发性有机物用TVOC表示。VOCs不是一种单一的污染物,而是某些理化性质相近的有机化合物的统称,主要成分有烃类(卤代烃、氧烃、氮烃)、苯系物、有机氯化物、氟里昂系列、有机酮、胺、醇、醚、酯、酸和石油烃化合物等,按照化学结构的不同可将VOCs分为八类,即烷烃、芳烃、烯烃、卤代烃、酯、醛、酮以及含杂原子的其他有机化合物。

定义

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1989年,WHO(世界卫生组织)将VOCs定义为:熔点低于室温、沸点范围在50-260 ℃之间的挥发性有机化合物。

2000年,美国国家环保局(EPA)将VOCs定义为:除CO、CO₂、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。

2002年,中国《室内空气质量标准》(GB/T 18883-2002)将VOCs定义为:气相色谱分析中从正己烷峰到正十六烷峰之间的所有化合物。

欧共体将VOCs定义为:在标准压力下(101.3 kPa)下,始沸点≤250 ℃的任何有机化合物(含有至少一个碳和一个或多个氢、氧、硫、磷、硅、氮或卤素的任何化合物),不包括二氧化碳、无机碳酸盐和碳酸氢盐。

分类与组成

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VOCs不是一种单一的污染物,而是某些理化性质相近的有机化合物的统称,主要成分有烃类(卤代烃、氧烃、氮烃)、苯系物、有机氯化物、氟里昂系列、有机酮、胺、醇、醚、酯、酸和石油烃化合物等,最具代表性的VOCs为甲醛和苯系物,常见的VOCs如下图所示。按照化学结构的不同可将VOCs分为八类,即烷烃、芳烃、烯烃、卤代烃、酯、醛、酮以及含杂原子的其他有机化合物。

挥发性有机物

常见的VOCs

来源

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VOCs广泛存在于空气、水和食物中,甚至存在于南极的水和雪的表面,其来源可分为天然源与人为源,天然源排放的VOCs量大于人为源,全球每年人为造成的VOCs排放总量仅为植物排放的不到10%。天然源主要为植物释放、火山喷发、森林和草原火灾等;人为源分为工业源、交通源及生活源,其中交通运输是VOCs最大的人为排放源,溶剂的使用是第二大排放源。

天然源

VOCs的天然源包括植物释放、火山喷发、森林草原火灾等。植物释放的VOCs称为BVOCs(Biogenic Volatile Organic Compounds),由植物营养器官(叶片等)合成,包含烃类、醇类、酯类、醛类、酮类、有机酸和一些含氮化物。如柏木、尾松、柳杉和香樟可释放单萜烯和倍半萜烯,油松可释放右旋萜二烯、β-蒎烯、α-蒎烯、莰烯,合欢花可释放乙酸乙酯,乌桕可释放乙酸叶醇酯,桂花可释放己醛、天然壬醛和癸醛等。

人为源

工业源

在工业中,VOCs来源于:①石油开采与加工、炼焦与煤焦油加工、天然气开采与利用;②化工生产中油漆、染料、涂料、医药、农药、炸药、有机合成、溶剂、试剂、洗涤剂、粘合剂和塑料等生产工艺中有机溶剂的挥发;③化工生产中各种内燃机、燃煤、燃油、燃气锅炉与工业炉中燃料的燃烧。

交通源

在交通中,VOCs来源于机动车、飞机和轮船等交通工具中汽油的不完全燃烧引起的尾气排放,产生的VOCs主要有乙烯、丙烯、乙烷、异戊烷、苯、甲苯、乙苯、四氯化碳、三氯乙烯和正丁烷等,且随着无铅汽油的使用,芳香烃的排放量也有较大程度的增长。交通运输是全球最大的挥发性有机物人为排放源。

生活源

在生活中,VOCs来源于:①有机溶液。由有机物组成介质的溶剂,生活中的有机溶液为化妆品、洗发露、洗涤剂,此外还涵盖了生活常用油气、涂料以及黏合剂等工具性用品。②建筑材料。建筑工程中常使用到的一些具有挥发气味材料,涵盖了涂料、塑料、泡沫隔热材料、人造板材等。③室内装饰材料。建筑物室内涂料以及室内装饰中具有挥发气味材料,涵盖了壁纸以及具有挥发性气味的壁画等。④纤维材料。天然纤维以及合成纤维制备而成的材料,一般用于低碳、窗帘、挂毯等家具纺织用品。⑤办公用品。具有挥发性的办公用品,常见如油墨,其自身无挥发性,在应用的过程中散发大量热量。又如打印机、复印机,应用过程中向空气散发大量有害气体。⑥吸烟。包括香烟与电子烟电子烟。⑦粪便池、沼气池、发酵池及垃圾处理站。⑧人自身的新陈代谢

理化性质

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VOCs大多不溶于水,混溶于苯、醇、醚等多数有机溶剂,具有特殊气味,部分具有臭味。VOCs性质稳定,不易分解,具有较强的活性。

环境危害

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VOCs可对环境造成危害。其能参与控制大气中臭氧的形成,是大气氧化性增强的关键因素。在大气中,VOCs可与OH自由基发生氧化反应,产生二氧化氢、过氧烷基等自由基中间体,自由基中间体促使一氧化氮向二氧化氮转变,二氧化氮光解形成臭氧,进而形成光化学烟雾,带来极大危害。VOCs还会在一定条件下会转化生成二次有机气溶胶(SOA),即细颗粒物(PM 2.5)中的重要组分,是灰霾天的主要诱因之一。VOCs在大气中既可以一次挥发物的气态存在,又可在紫外线照射下,在PM 10颗粒物中发生无穷无尽的变化,再次生成为固态、液态或二者并存的二次颗粒物存在,且参与反应的这些化合物寿命相对较长,可以随着风吹雨淋等天气变化,或者飘移扩散,或者进入水和土壤,污染环境。

健康影响

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VOCs可通过饮食或吸入进入人体,对人体的肝、肾、呼吸道、神经系统、心血管系统、血液成分、免疫系统、生殖系统等具有毒性,还具有致癌、致突变性。当TVOC<0.2 mg/m³时不会影响人体健康,在0.2-3.0 mg/m³范围内会产生刺激等不适应症状,在3.0-25 mg/m³范围内会产生刺激、头痛及其他症状,而当其浓度>25 mg/m³时对人体的毒性效应则非常明显。

呼吸道毒性

VOCs具有呼吸道毒性。如甲醛对鼻、咽喉黏膜有明显刺激作用,可引起过敏性鼻炎、哮喘及急性过敏性紫癜,接触高浓度甲醛蒸气可引起眼和呼吸道急性损害,严重者喉头水肿、窒息或肺水肿、昏迷或休克。吸入高浓度烷烃可因麻醉作用而出现心脏骤停或呼吸麻痹致死,高碳烷烃麻醉作用小而刺激症状明显,可引起肺炎及肺水肿。儿童暴露于苯、甲苯、苯乙烯、间/对-二甲苯中,随着暴露浓度的增加,阻塞性支气管炎的发生率也相应增加。

神经毒性和心血管毒性

VOCs具有神经毒性和心血管毒性。VOCs作为神经毒素可作用于外周和中枢神经系统,对中枢神经系统引起的症状有认知能力、记忆、反应时间、手眼、足眼协调能力的减弱及步态紊乱,外周的神经毒性通常可引起感觉异常、震颤等症状。如乙苯、甲苯和二甲苯超过一定浓度时可引起疲乏无力、头痛、意识模糊和中枢神经抑制,高浓度的乙苯、甲苯和二甲苯可造成脑病和大脑萎缩,致使共济失调。此外,VOCs对心血管系统也有不良影响,暴露于有机溶剂可增加心血管病的病死率。暴露于较低浓度的乙醛中可使心血管系统出现心动过速、心肌收缩力增强和高血压等。

血液成分和免疫系统毒性

VOCs对血液成分和免疫系统具有毒性。如暴露于烷烃(C6、C9、C10)和芳香族化合物(甲苯、氯苯、 mlp-二甲苯等)中可增加人对食物过敏源如牛奶、鸡蛋等的过敏反应。暴露于烷烃、卫生球、氯苯中的婴儿,其体内外周血中CD3+/CD8+T细胞会明显减少。暴露于三氯乙烯中可引起急性的血清胰岛素水平升高。

遗传和生殖系统毒性

VOCs具有遗传毒性。如香烟烟雾中的颗粒物和VOCs对DNA具有氧化能力,具有直接遗传毒性效应、随着VOCs重量的增加,8-OhdG(DNA和蛋白质损伤的通用型生物学标志物)含量也随之上升。甲醛能引起豚鼠肺巨噬细胞DNA蛋白质交链和DNA单链断裂。VOCs还具有生殖系统毒性。如甲醛、乙醛、丙甲醛等可对生殖系统造成危害。

致癌性

VOCs具有致癌性。如苯已被IARC、EPA、WHO 确定为人类致癌物。1,3﹣丁二烯可诱发小鼠多部位出现肿瘤,可增加心脏血管肉瘤、恶性淋巴瘤的发生率,在腹膜腔、皮下组织、肝脏也出现了血管肉瘤,胃的鳞状上皮细胞癌变,雌鼠乳腺的腺细胞和粒层细胞癌变,同时在卵巢出现粒层细胞瘤,在雄鼠体内发现神经胶质瘤、肝细胞腺瘤。乙醛可诱发大鼠鼻癌,并伴有鼻上皮细胞变性增生。甲醛是引起胃癌发病的危险因素之一。

治理措施

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首端防控

工业源

减少有机溶剂用量

减少有机溶剂用量可减少VOCs的排放。涂料施工、喷漆、电缆、印刷、黏接和金属清洗等行业都需利用有机溶剂作为稀释剂或清洗剂,在使用过程中,这些有机溶剂绝大部分经挥发进入大气环境中。因此采用无毒或低毒溶剂代替或部分代替有机溶剂,做到不排或少排有害的VOCs是防治这类污染的有效途径。可采用以水为溶剂的油漆、涂料和油墨,从油基油漆、涂料和油墨到水基油漆、涂料和油墨的转变可显著减少VOCs的排放。

改进发动机燃料

改进发动机燃烧可减少VOCs排放。如引进压缩天然气、液化石油气或丙烷代替汽油作为发动机燃料,因为压缩气体燃料在生产、压缩、计量、燃烧过程中产生的VOCs排比汽油少,所以可有效减少VOCs的排放。此外,还应改善油品质量,取消低辛烷值汽油的使用,改进汽油的燃烧性能。

改进生产设备和工艺

改进生产设备和工艺可减少VOCs排放。许多借助挥发性溶剂运行的生产设备和工艺可以由非挥发性溶剂生产设备和工艺取代,例如用流化床粉剂喷涂或水溶性电泳涂装工艺替代挥发性有机溶剂涂装工艺、将紫外光技术工艺引入平版印刷等。此外,VOCs可以从任何开口和缝隙泄漏到空气环境之中,因此通过生产设备和工艺的改进包括尽可能采用不留或少留开口和缝隙的设备和管道,提高设备和管道接缝的密闭程度。还需严密监测法兰、阀门、观察孔等管道与管件、设备与接口、设备部件之间的接缝,及时发现泄漏问题并采取有效控制措施。

针对具体行业的防控措施

石油炼制与石油化工行业

对于石油炼制与石油化工行业,可采用先进的清洁生产技术,提高原油的转化和利用效率。对于设备与管线组件、工艺排气、废气燃烧塔(火炬)、废水处理等过程产生的含VOCs废气污染防治技术措施包括:①对泵、压缩机、阀门、法兰等易发生泄漏的设备与管线组件,制定泄漏检测与修复(LDAR)计划,定期检测、及时修复,防止或减少跑、冒、滴、漏现象。②对生产装置排放的含VOCs工艺排气宜优先回收利用,不能(或不能完全)回收利用的经处理后达标排放;应急情况下的泄放气可导入燃烧塔,经过充分燃烧后排放。③废水收集和处理过程产生的含 VOCs 废气经收集处理后达标排放。

煤炭加工与转化行业

对于煤炭加工与转化行业,可采用先进的清洁生产技术,实现煤炭高效、清洁转化,并点识别、排查工艺装置和管线组件中VOCs泄漏的易发位置,制定预防VOCs泄漏和处置紧急事件的措施。

涂料、油墨、胶黏剂、农药生产行业

对于涂料、油墨、胶黏剂、农药等以VOCs为原料的生产行业的污染防治技术措施包括:①采用符合环境标志产品技术要求的水基形、无有机溶剂形、低有机溶剂形的涂料、油墨和胶黏剂等的生产和销售。②采用密闭一体化生产技术,并对生产过程中产生的废气分类收集后处理。

涂装、印刷、黏合、工业清洗行业

对于涂装、印刷、黏合、工业清洗等含VOCs产品的使用过程中的污染防治技术措施包括:①使用通过环境标志产品认证的环保型涂料、油墨、胶黏剂和清洗剂。②根据涂装工艺的不同,使用水性涂料、高固分涂料、粉末涂料、紫外光固化(UV)涂料等环保型涂料;采用静电喷涂、淋涂、辊涂、浸涂等效率较高的涂装工艺;尽量避免无VOCs净化、回收措施的露天喷涂作业。③在印刷工艺中推广使用水性油墨,印铁制罐行业使用紫外光固化(UV)油墨,书刊印刷行业使用预涂膜技术。④在人造板、制鞋、皮革制品、包装材料等黏合过程中使用水基型、热熔型等环保型胶黏剂,在复合膜的生产中推广无溶剂复合及共挤出复合技术。⑤淘汰以三氟三氯乙烷、甲基氯仿和四氯化碳为清洗剂或溶剂的生产工艺。清洗过程中产生的废溶剂宜密闭收集,有回收价值的废溶剂经处理后回用,其他废溶剂应妥善处置。⑥含VOCs产品的使用过程中,应采取废气收集措施,提高废气收集效率,减少废气的无组织排放与逸散,并对收集后的废气进行回收或处理后达标排放。

交通源

对于交通源的VOCs污染防治技术措施包括:①在尾气排放控制方面,改进发动机燃烧技术,提高三元催化转化效率;淘汰老旧汽车和摩托车。②在蒸发排放控制方面,推广燃油蒸发检测,确保在用车储油箱、油路、活性碳罐密闭;降低夏季蒸汽压,控制夏季燃油蒸发。③推广新能源和清洁能源汽车,倡导绿色出行和环保驾驶,加强城市路网合理设计,减少机动车使用频率和怠速时间。④全面提升燃油品质,显著降低烯烃、芳烃含量。⑤加强汽油储存、运输、销售过程中油气排放控制,减少油品周转次数,建设油气回收自动监测系统平台。⑥新建的原油、汽油、石脑油等装船作业码头应全部安装油气回收设施,已建原油成品油装船码头分区域分阶段实施油气回收系统改造。

生活源

对于生活源的VOCs污染防治技术措施包括:①在建筑装饰装修行业推广使用符合环境标志产品技术要求的建筑涂料、低有机溶剂型木器漆和胶黏剂,逐步减少有机溶剂型涂料的使用。②在服装干洗行业淘汰开启式干洗机的生产和使用,使用配备压缩机制冷溶剂回收系统的封闭式干洗机,使用配备活性炭吸附装置的干洗机。③在餐饮服务行业使用管道煤气、天然气、电等清洁能源;倡导低油烟、低污染、低能耗的饮食方式。④在农村农业源中推进秸秆的综合运用,减少秸秆的焚烧。

末端治理

挥发性有机物的末端治理方法可以分为物理控制方法、化学控制方法以及生物控制方法。物理控制方法主要分为吸附法、冷凝法(浓缩法)、膜分离法、吸收法;化学控制方法主要分为催化法、燃烧法、等离子体催化氧化法;生物控制方法主要分为生物洗涤塔、生物过滤池、生物滴滤塔。可单独使用上述方法,也可进行组合联用,如冷凝-吸附、吸收-冷凝、吸附-催化燃烧、生物滴滤-活性炭吸附等。

物理控制

物理控制方法通常是指不改变挥发性有机物的分子结构而对其进行回收的方法。主要有吸附法、冷凝法、膜分离法和吸收法。

吸附法

吸附法是利用具有吸附能力的吸附剂去吸附有机污染物而达到污染控制的目的,具有工艺成熟、易于操作、能耗低、成本低廉、去除率高等优点,是低浓度、大风量VOCs处理的最主要技术。活性炭是最常用的VOCs净化吸附剂,有颗粒状活性炭和蜂窝状活性炭,其吸附能力与亲合系数成正比,因此活性炭对苯系物等大分子VOCs的净化效果显著,对甲醛等小分子VOCs的吸附性能较差。活性炭纤维也是常用的吸附剂之一,其是将某些含碳纤维(如酚醛基纤维、PAN基纤维、黏胶基纤维等)经过高温活化而制成的一种特殊活性炭,具有表面开口、比表面积大、孔道短等特点,因此活性炭纤维吸附VOCs的容量大、吸附效率高而且吸附或脱附速度快。此外,也可采用沸石分子筛、改性膨润土和微孔二氧化硅等吸附剂。

冷凝法

冷凝法是利用物质的饱和蒸气压取决于温度和压力这一性质,通过降低温度、提高压力,或既降低温度又提高压力的方法,使处于蒸气状态的VOCs凝结,继而从气相分离,主要应用于高浓度VOCs气体的处理,常作为吸附、膜分离等其他VOCs深度净化方法的前处理措施。最常用的冷凝方法为表面冷凝和接触冷凝。表面冷凝为间接冷却,采用壳管式换热方式,冷却介质通过管流动,而待处理气体在管外壳冷凝,被冷凝的VOCs物质在冷却管上形成液层后被排到收集系统进行储存或处理。常用的设备有列管冷凝器、翅管空冷冷凝器、淋洒式冷凝器以及螺旋板冷凝器等。接触冷凝是指待处理气体与冷却介质直接接触,从而使气体中的VOCs组分冷凝出来,冷凝液与冷却介质以废液的形式排出冷却器。常用的设备有喷射器、喷淋塔、填料塔和筛板塔。其工艺流程图如下:

挥发性有机物

冷凝法处理VOCs工艺流程图

膜分离法

膜分离法是借助真空泵,在纳米级的气体分离膜两侧形成压力差,当不同气体分子通过膜时,由于其扩散渗透速率不同,渗透速率高的气体在渗透侧富集,而渗透速率低的气体则在原料侧富集,因此在膜两侧施加推动力时,混合物中的组分会选择性地透过膜,从而达到分离混合气体中目标组分的目的。膜分离法的核心部分为膜分离器,常见的膜分离器有中空纤维膜和卷式膜。膜分离法适合用于较高浓度VOCs气体的分离与回收, 可用于处理很多类型的污染物,包括苯、甲苯、二甲苯、甲基乙基酮、二氯甲烷、三氯甲烷、三氯乙烯、溴代甲烷、氯乙烯等。其工艺流程图如下:

挥发性有机物

膜分离法处理VOCs工艺流程图

吸收法

吸收法处理VOCs主要利用其能与大部分油类物质互溶的特点,用高沸点、低蒸气压的油类作为吸收剂来吸收废气中的VOCs,常见的吸收器是填料洗涤吸收塔。吸收效果主要取决于吸收剂的吸收性能和吸收设备的结构特征。吸收剂的选择应满足如下要求:吸收剂对被去除的VOCs须有较大的溶解性、吸收剂的蒸气压和排放量低、被吸收的VOCs容易分离出来、吸收剂在吸收塔和汽提塔的运行条件下必须具有较好的化学稳定性及无毒无害性、吸收剂分子量要尽可能低。对于疏水性VOCs可采用有机溶剂作为吸收剂;对于亲水性VOCs可采用水性溶剂作为吸收剂。其工艺流程图如下:

挥发性有机物

吸收法法处理VOCs工艺流程图

化学控制

化学控制方法是指在光、热或催化剂等作用下改变挥发性有机物的分子结构,将其转化为H₂O和CO₂等无害组分。主要有燃烧法、低温等离子体法和光催化氧化法等。

燃烧法

燃烧法又称热氧化法或焚烧法,是利用VOCs的易燃性质进行处理的一种方法,经过充分的燃烧后,最后的产物是为H₂O和CO₂,由于燃烧时放出大量的热,排气的温度很高,所以可进行热量回收。燃烧法处理VOCs已广泛应用于石油化工、喷涂、绝缘材料制造等行业产生的有机废气,也作为吸附、吸收富集后解吸出来的VOCs气体的最终处理技术,还可用于消除恶臭。燃烧法分为直接燃烧法、热力燃烧法和催化燃烧法。直接燃烧法也称直接火焰燃烧法,是将废气中VOCs组分直接当作燃料的处理方式,只适用于VOCs浓度或热值较高的废气;热力燃烧法是将VOCs当做助燃气体,通过外加燃料(如煤气、天然气、油等),使温度提高到VOCs气体足以完全氧化为CO₂、H₂O、N₂等无害组分对应的温度,主要用于处理VOCs浓度或热值较低的废气;催化燃烧法是在催化剂(如贵金属、过渡金属氧化物、稀土金属氧化物等)作用下,使废气中的VOCs组分氧化为CO₂和H₂O,为无火焰燃烧,安全性好,要求的燃烧温度低,故辅助燃料消耗少,对废气中可燃组分浓度和热值限制较小,且燃烧过程几乎不生成NOx污染物。

低温等离子体法

低温等离子体法又称非平衡等离子体法,其基本去除原理是利用高压电场产生等离子体,通过等离子体中的电子、活性粒子与气态污染物分子碰撞并发生一系列的化学反应,从而达到降解挥发性有机物的目的。低温等离子体技术与其他技术相比有价格便宜、操作简单等优点。根据反应器结构和电源类型,低温等离子体技术可分为介质阻挡放电(DBD)、滑动弧放电、电晕放电等。使用最多的放电方式为介质阻挡放电(DBD),典型的DBD低温等离子体反应器如下图所示。

挥发性有机物

DBD低温等离子体反应器

光催化氧化法

光催化氧化法是利用光催化剂的光催化氧化性,光催化剂在反应过程中,由于光照作用,从而产生电子空位对,实现氧化反应,继而在催化剂表面将VOCs转化为水、二氧化碳等物质污染物实现降解。常用的光催化剂为二氧化钛、氧化锌和硫化镉等,也可在光催化剂中掺杂贵金属,提高其催化性能及吸附性能。

生物控制

生物控制方法是利用微生物的新陈代谢过程降解VOCs,使其生成CO₂和H₂O进而有效地去除废气中的VOCs组分。根据生物处理系统的运转情况和微生物的存在形式不同,可将废气生物处理工艺分为悬浮生长工艺和附着生长工艺两类。悬浮生长是指微生物及其营养物存在于液体中,气相中的有机物通过与悬浮液接触后转移到液相,从而被微生物降解;附着生长是指微生物附着生长于固体介质表面,废气通过由滤料介质构成的固定塔层时,被吸附、吸收,最终被微生物降解。生物洗涤塔属悬浮生长系统,生物过滤塔属附着生长系统,生物滴滤塔则同时具有悬浮生长和附着生长的特性。

生物洗涤塔

生物洗涤塔的处理过程由吸收和生物降解两部分组成。经有机物驯化的循环液由洗涤塔顶部布液装置喷淋而下,与沿塔而上的气相主体逆流接触,使气相中的VOCs和O₂转入液相,进入再生器(活性污泥池)被微生物降解。此法适用于气相传质速率大于生化反应速率的VOCs降解。其工艺流程图如下:

挥发性有机物

生物洗涤塔处理VOCs工艺流程

生物过滤塔

生物过滤塔是通过附着在填料床上微生物的新陈代谢,将废气中的有害成分氧化分解成H₂O、CO₂、NO和SO₂等无害物质,VOCs气体进入过滤塔后,在流动过程中与已接种挂膜的生物滤料接触而被净化,净化后的气体由塔底(或塔顶)排出。需定期在塔顶喷淋营养液,为滤料微生物提供养分、水分并调整其pH值。其工艺流程图如下:

挥发性有机物

生物过滤塔处理VOCs工艺流程

生物滴滤塔

生物滴滤塔通常由不含生物质的惰性填料床组成,其顶部设有喷淋装置,用以控制滤床的温度,而且还能在喷淋液中加入营养液和缓冲物质创造适宜微生物生长繁殖的环境。VOCs进入滴滤塔后,在流动过程中与已接种挂膜的生物滤料接触而被净化,净化后的气体由塔底(或塔顶)排出。滴滤塔集废气的吸收与液相再生于一体,塔内增设了附着微生物的填料,为微生物的生长和有机物的降解提供了条件。其工艺流程图如下:

挥发性有机物

生物滴滤塔处理VOCs工艺流程

政策环境

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1972年,日本将含有乙酸乙酯、甲苯和甲醇等VOCs的稀释剂和胶黏剂列入修订后的《毒品及剧毒物质取缔法》中,把它们和具有兴奋、致幻觉和麻醉作用的药物同样加以管理,禁止以摄入、吸嗅为目的的非法持有和使用。

1984年,美国环保署把“有毒化学物质污染与公众健康问题”列为各种环境污染问题之首,公布了21种工业污染点源和65种有毒污染物名单。前者有化学品制造、油漆、油墨及胶黏剂制造等工业,后者包括苯、四氯化碳等30多种VOCs。

1990年,德国科学家赛菲尔特(Seifert)推荐了一套室内挥发性有机物的浓度指导限值。同年,美国颁布的《清洁空气修正法》(CAAA 1990)提出要重点控制的有毒、有害污染物有189种,其中有机物污染物167种,并提出分两步控制大气污染物,其一是控制汽车排放的VOCs,其二是控制工业区的VOCs,要求O₃浓度不合格的地区递交VOCs削减15%的计划。

1996年,欧盟公布了《关于完整的防治和控制污染的指令》(1996/61/EC),对包括石油炼制、有机化学品、精细化工、储存、涂装、皮革加工等6大类33个行业制定了VOC的排放标准。

1999年,《歌德堡议定书》关于限制特定活动及设备使用有机溶剂产生排放的理事会指令中提出,2010年VOCs在1990年基准上减排60%。《欧洲战略环境影响评价指令》( European Directive 2001/42/EC)对建筑和汽车等特定用途的涂料设定VOCs的排放限制。此外,欧盟还根据挥发性有机物的毒性实行了分级管理,高毒性VOCs排放不超过5 mg/m²,中毒性VOCs排放不超过20 mg/m²,低毒性VOCs排放不超过100mg/m²。

2000年,WHO(世界卫生组织)公布了甲醛、二甲苯和β-二氯苯3种VOCs的指导限值。2004年,WHO公布的《饮用水水质准则》中的148项化学指标中,VOCs和SVOCs的指标超过了60项。

2006年,美国国家环保局(USEPA)颁发的《国家饮用水水质标准》规定了65种VOCs和SVOCs为必检项目。中国2006年7月1日实施的《生活饮用水卫生标准》中有机化合物的项目由原来的5项大幅度增加到了53项,其中VOCs比原标准增加了21项。日本2006年实施的《大气污染防治法》提出2010年VOCs在2000年基准上固定源减排30%。

2010年5月,中国发布了《关于推进大气污染联防联控工作改善区域空气质量的指导意见》,提出了加强VOCs污染防治工作的要求,并将VOCs和颗粒物等一起列为防控重点污染物。2013年9月,中国国务院发布《大气污染防治行动计划》,首次提出将VOCs纳入排污费征收范围。

检测方法

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VOCs的检测方法主要为仪器检测,有气相色谱法(GC)、气相色谱-质谱联用法(GC-MS)、高效液相色谱法(HPLC)、荧光分光光度法、比色管检测法等。其中最常用的是气相色谱法、高效液相色谱法和气相色谱﹣质谱联用法。VOCs样品在进样前需进行预处理,空气中VOCs的预处理方法主要有溶剂解吸法、热解析法和三级冷阱预浓缩法等;水中VOCs的预处理方法主要有顶空法(液上空间法)、液液萃取法、超临界流体萃取法、吹扫﹣捕集法、固相萃取法、固相微萃取法和膜技术法等;土壤或底质中VOCs的预处理方法主要是吹扫捕集法和顶空法。

相关标准

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国家

标准号

标准名称

中国

GB 5085.3-2007

附录O《固体废物 挥发性有机化合物的测定 气相色谱/质谱法》

中国

GB 5085.3-2007

附录Q《固体废物 挥发性有机物的测定 平衡顶空法》

中国

HJ/T 400-2007

《车内挥发性有机物和醛酮类物质采样测定方法》

中国

GB/T 25225-2010

《动植物油脂 挥发性有机污染物的测定 气相色谱﹣质谱法》

中国

HJ 643-2013

《固体废物 挥发性有机物的测定 顶空/气相色谱﹣质谱法》

中国

HJ 686-2014

《水质挥发性有机物的测定 吹扫捕集/气相色谱法》

中国

GB/T 32367-2015

《胶鞋 整鞋挥发性有机物(VOC)含量的测定》

中国

GB/T 32443-2015

《家具中挥发性有机物释放量的测定 小型散发罩法》

中国

GB/T 35457-2017

《弹性、纺织及层压铺地物挥发性有机化合物(VOC)释放量的试验》

中国

GB/T 37185-2018

《气体分析 室内挥发性有害有机物的测定 “SUMMA罐-硅烷化管”》

中国

GB/T 37757-2019

《电子电气产品用材料和零部件中挥发性有机物释放速率的测定 释放测试舱-气相色谱质谱法》

中国

GB/T 39107-2020

《消费品中可挥发性有机物含量的测定 静态顶空进样法》

中国

GB/T 39897-2021

《车内非金属部件挥发性有机物和醛酮类物质检测方法》

美国

EPA 5030B

《水环境样品中的挥发性有机物进行富集处理》

美国

EPA 524.2

《色谱/质谱仪检测水环境中的挥发性有机物》

美国

EPA 8260B

《用气相色谱/质谱仪检测水环境中的挥发性有机物》

参考资料

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词条目录
  1. 定义
  2. 分类与组成
  3. 来源
  4. 天然源
  5. 人为源
  6. 工业源
  7. 交通源
  8. 生活源
  9. 理化性质
  10. 环境危害
  11. 健康影响
  12. 呼吸道毒性
  13. 神经毒性和心血管毒性
  14. 血液成分和免疫系统毒性
  15. 遗传和生殖系统毒性
  16. 致癌性
  17. 治理措施
  18. 首端防控
  19. 工业源
  20. 减少有机溶剂用量
  21. 改进发动机燃料
  22. 改进生产设备和工艺
  23. 针对具体行业的防控措施
  24. 石油炼制与石油化工行业
  25. 煤炭加工与转化行业
  26. 涂料、油墨、胶黏剂、农药生产行业
  27. 涂装、印刷、黏合、工业清洗行业
  28. 交通源
  29. 生活源
  30. 末端治理
  31. 物理控制
  32. 吸附法
  33. 冷凝法
  34. 膜分离法
  35. 吸收法
  36. 化学控制
  37. 燃烧法
  38. 低温等离子体法
  39. 光催化氧化法
  40. 生物控制
  41. 生物洗涤塔
  42. 生物过滤塔
  43. 生物滴滤塔
  44. 政策环境
  45. 检测方法
  46. 相关标准
  47. 参考资料

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