【專家視點】我國大氣揮發性有機物(VOCs)污染狀況與控制對策

         編者按:近日,環境保護部第七輪次“2+26”城市大氣污染防治強化督查發現,揮發性有機化合物(VOCs)問題最突出,占本輪次檢查發現問題總數的38.6%。大部分VOCs不僅本身具有較強毒性,而且還是影響我國區域大氣複合污染的重要前體物和參與物。無論是民衆關心熱議的細顆粒物(PM2.5)還是臭氧(O3),都和VOCs有千絲萬縷的聯系。為此,特邀我院張新民研究員就VOCs污染的現狀、來源以及控制對策進行系統介紹。

VOCs

        揮發性有機化合物(Volatile Organic Compounds,VOCs)是指在常壓下,任何沸點低于250℃的有機化合物,或在室溫(25℃)下飽和蒸氣壓超過133.32Pa,以氣态分子的形态排放到空氣中的所有有機化合物的總稱。VOCs不僅本身具有較強毒性,還是影響我國區域大氣複合污染的重要前體物和參與物。因此,控制VOCs對改善我國大氣環境質量具有重要意義。

【专家视点】我国大气挥发性有机物(VOCs)污染状况与控制对策

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、血液、肝腎髒、神經系統等中毒,如甲醛、苯等。VOCs不僅對人體有明顯的毒性效應,還具有多重環境效應。VOCs可以和氮氧化物發生光化學反應,形成光化學煙霧;也能與大氣中的·OH、NO3-、O3等氧化劑發生多途徑反應,生成二次有機氣溶膠,對環境空氣的O3和PM2.5均有重要影響(圖1)。

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圖1 VOCs多重環境效應(左)及近地面臭氧生成機制(右)(來源: US EPA)

        在國際上,美國、歐盟等很早就認識到了VOCs 對環境空氣質量的重要影響,制定和實施了一系列 VOCs 污染控制政策。當前,我國大氣污染問題複雜,呈現高污染負荷、多污染物疊加等特征,已從傳統的煤煙型污染逐漸過渡為以PM2.5和O3為特征的複合污染。2016年全國環境空氣質量六項監測指标中O3是唯一一個不降反升的污染物。因此,必須加快推進O3和PM2.5的協同控制。VOCs作為PM2.5和O3共同的關鍵前體物,控制VOCs排放将有利于降低PM2.5和O3的濃度,減少灰霾和光化學煙霧污染事件。

我國VOCs排放特征

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行業分布

        我國VOCs排放來源非常複雜,工業門類齊全,産業規模龐大,且VOCs污染物種類繁多。根據《大氣揮發性有機物源排放清單編制技術指南(試行)》(公告2014年第55号),排放源主要包括交通源、工業源、生活源和農業源四大類。其中交通源包括道路機動車、非道路移動源和油品儲運銷等;工業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、環境管理、居民生活消費、建築裝飾和餐飲油煙;農業源則包括生物質露天燃燒源、生物質燃料燃燒源和農藥使用等。

        基于上述技術指南和相關統計資料計算,2015年我國VOCs排放總量為2503萬噸。其中工業源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%,生活源和農業源排放的VOCs量比較接近,分别占總量的15%和14%(圖2)。按行業劃分,工業源中排放較多的是化工、工業塗裝、石化和印刷行業;交通源中,道路機動車油品儲運銷排放的VOCs較多;農業源中農藥排放的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。

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圖2 2015年我國不同VOCs排放源構成

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區域分布

        從我國大氣污染防治重點區域及省份角度看,2015年我國城市(群)VOCs排放量可依據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%的城市數量最多,共13個;長三角地區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(8%)、河南(7%)和珠三角地區(6%);介于3%~4%之間的,從大到小依次為四川、遼甯、湖北、湖南、黑龍江、福建、内蒙古、山西、吉林、雲南、陝西、廣西、江西和新疆;介于1%~2%的,從大到小的城市分别為甘肅、重慶、貴州、海南和甯夏;<1%的分别為青海和西藏。

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圖3 2015年我國重點區域及不同省份VOCs排放量占比

我國VOCs治理重點的确定

        厘清VOCs對O3生成的貢獻大小是分區、分類、有序開展O3污染防治工作的關鍵。臭氧生成潛勢(Ozone Formation Potential,OFP)代表VOCs物種在最佳反應條件下對O3生成最大貢獻,是綜合衡量VOCs物種的反應活性對臭氧生成潛勢的指标參數;OFP廣泛應用于評估VOCs在某一地區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活性。通過估算不同區域、行業排放VOCs的OFP,确定生成O3的關鍵源和關鍵物種,可以有針對性地開展重點地區、重點行業VOCs污染控制。

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重點控制區域

        根據重點區域對全國OFP的貢獻來看(圖4),我國VOCs源排放的重點控制地區應包括長三角(15%)、京津冀(10%)、珠三角(7%)和成渝地區(6%),特别要重視山東(10%)和河南(6%),這兩個省份對全國OFP的貢獻與重點地區的貢獻不相上下。

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圖4 2015年重點區域和不同省份對全國OFP的貢獻

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重點控制物種和行業

依據VOCs臭氧生成潛勢研究結果,提出重點控制的VOCs排放物種和行業。

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重點控制區域

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我國主要的VOCs控制措施

國家政策

        2010年5月,環境保護部等9部門聯合制定了《關于推進大氣污染聯防聯控工作 改善區域空氣質量的指導意見》,正式地從國家層面上提出了加強VOCs染防治工作的要求,并将VOCs和顆粒物等一起列為防控重點污染物。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,《重點區域大氣污染防治“十二五”規劃》出台,把VOCs污染控制作為建設項目環境影響評價的重要指标,從此VOCs的監測市場被打開,VOCs治理正式進入政府視野。随後環境保護部陸續發布了《揮發性有機物(VOCs)污染防治技術政策》《大氣揮發性有機物源排放清單編制技術指南(試行)》,為開展我國VOCs排放清單提供技術支撐。2014年石化行業VOCs治理全面啟動,主要控制技術為洩露檢測與修複(Leak Detection and Repair,LDAR);2015年全面啟動印刷行業VOCs治理,主要控制技術為濃縮轉輪和蓄熱式催化燃燒聯用。其他它重點行業的VOCs治理正在逐步開展。

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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,包括含揮發性有機物的材料和産品、VOCs有機廢氣治理、建立工業塗裝台賬以及洩漏管理等,體現了源頭削減、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于罰則的規定大幅度提高。例如在第七章法律責任中多條涉及超标排放、不治理違規排放等規定。超标排放不僅要罰款、停業整頓,嚴重者還要追究法人責任。

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标準管控

        VOCs标準管控包括排放标準和監測标準兩個方面。概括而言,2010-2015年期間,平均每年發布2-3個VOCs相關标準。涉及物種包括總烴、VOCs、SVOC、揮發性鹵代烴、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-質譜聯用方法(GC-MS)和高效液相色譜(HPLC)等方法。

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建議

        目前,我國已經具備開展VOCs污染控制的基本條件,但仍有許多技術細節需要研究:

        依據O3污染的空間分布格局,劃定O3污染聯防聯控區,開展區域聯防聯控。同時在重點區域探索制定活性VOCs總量減排目标,并完善相關排放系數。

        建立互相匹配的高精度VOCs和NOx排放清單,以城市為單位識别O3敏感性,科學協同削減VOCs和NOx

        研究建立VOCs成分譜采樣/分析标準和指南,加強典型行業VOCs排放成分譜研究,甄别VOCs活性物種及相關重點行業。

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