它本身具有较强毒性,还是PM2.5的重要前体物和参与物!

环保部发布

2017-08-27 15:48   来源:环保部发布 微博

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近日,环境保护部第七轮次“2+26”城市大气污染防治强化督查发现,挥发性有机化合物(VOCs)问题最突出,占本轮次检查发现问题总数的38.6%。大部分VOCs不仅本身具有较强毒性,而且还是影响我国区域大气复合污染的重要前体物和参与物。无论是民众关心热议的细颗粒物(PM2.5)还是臭氧(O3),都和VOCs有千丝万缕的联系。为此,特邀我院张新民研究员就VOCs污染的现状、来源以及控制对策进行系统介绍。

VOCs

挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds,VOCs)是指在常压下,任何沸点低于250℃的有机化合物,或在室温(25℃)下饱和蒸气压超过133.32Pa,以气态分子的形态排放到空气中的所有有机化合物的总称。VOCs不仅本身具有较强毒性,还是影响我国区域大气复合污染的重要前体物和参与物。因此,控制VOCs对改善我国大气环境质量具有重要意义。
VOCs污染的危害性和控制的必要性
VOCs共包括烷烃、芳香烃类、烯烃类、卤烃类、酯类、醛类、酮类和其它化合物8类。大约1/3的VOCs是有毒的,芳香烃类、酮类、酯类等可以引起皮肤、眼睛、呼吸系统、血液、肝肾脏、神经系统等中毒,如甲醛、苯等。VOCs不仅对人体有明显的毒性效应,还具有多重环境效应。VOCs可以和氮氧化物发生光化学反应,形成光化学烟雾;也能与大气中的•OH、NO3-、O3等氧化剂发生多途径反应,生成二次有机气溶胶,对环境空气的O3和PM2.5均有重要影响(图1)。

图1 VOCs多重环境效应(左)及近地面臭氧生成机制(右)(来源: US EPA)
在国际上,美国、欧盟等很早就认识到了VOCs 对环境空气质量的重要影响,制定和实施了一系列 VOCs 污染控制政策。当前,我国大气污染问题复杂,呈现高污染负荷、多污染物叠加等特征,已从传统的煤烟型污染逐渐过渡为以PM2.5和O3为特征的复合污染。2016年全国环境空气质量六项监测指标中O3是唯一一个不降反升的污染物。因此,必须加快推进O3和PM2.5的协同控制。VOCs作为PM2.5和O3共同的关键前体物,控制VOCs排放将有利于降低PM2.5和O3的浓度,减少灰霾和光化学烟雾污染事件。
我国VOCs排放特征
1:行业分布
我国VOCs排放来源非常复杂,工业门类齐全,产业规模庞大,且VOCs污染物种类繁多。根据《大气挥发性有机物源排放清单编制技术指南(试行)》(公告2014年第55号),排放源主要包括交通源、工业源、生活源和农业源四大类。其中交通源包括道路机动车、非道路移动源和油品储运销等;工业源包括化石燃料燃烧和工艺过程;生活源包括生活燃料燃烧、环境管理、居民生活消费、建筑装饰和餐饮油烟;农业源则包括生物质露天燃烧源、生物质燃料燃烧源和农药使用等。
基于上述技术指南和相关统计资料计算,2015年我国VOCs排放总量为2503万吨。其中工业源VOCs排放最多,占总量的43%,其次是交通源排放的VOCs,占总量的28%,生活源和农业源排放的VOCs量比较接近,分别占总量的15%和14%(图2)。按行业划分,工业源中排放较多的是化工、工业涂装、石化和印刷行业;交通源中,道路机动车油品储运销排放的VOCs较多;农业源中农药排放的VOCs最多;生活源中家居用品、餐饮油烟和化妆品排放的VOCs较多。

图2 2015年我国不同VOCs排放源构成
2:区域分布
从我国大气污染防治重点区域及省份角度看,2015年我国城市(群)VOCs排放量可依据其在全国总量的占比,分为>10%、5%~10%、3%~4%、1%~2%和<1%五个档位(图3)。其中介于3%~4%的城市数量最多,共13个;长三角地区VOCs排放量最大,占全国VOCs排放总量的19%;介于5%~10%之间的,从大到小依次为山东(9%)、京津冀地区(8%)、河南(7%)和珠三角地区(6%);介于3%~4%之间的,从大到小依次为四川、辽宁、湖北、湖南、黑龙江、福建、内蒙古、山西、吉林、云南、陕西、广西、江西和新疆;介于1%~2%的,从大到小的城市分别为甘肃、重庆、贵州、海南和宁夏;<1%的分别为青海和西藏。

图3 2015年我国重点区域及不同省份VOCs排放量占比

我国VOCs治理重点的确定
厘清VOCs对O3生成的贡献大小是分区、分类、有序开展O3污染防治工作的关键。臭氧生成潜势(Ozone Formation Potential,OFP)代表VOCs物种在最佳反应条件下对O3生成最大贡献,是综合衡量VOCs物种的反应活性对臭氧生成潜势的指标参数;OFP广泛应用于评估VOCs在某一地区O3生成中的作用;OFP大小决定于VOCs物种排放量及该物种的最大增量反应活性。通过估算不同区域、行业排放VOCs的OFP,确定生成O3的关键源和关键物种,可以有针对性地开展重点地区、重点行业VOCs污染控制。
1:重点控制区域
根据重点区域对全国OFP的贡献来看(图4),我国VOCs源排放的重点控制地区应包括长三角(15%)、京津冀(10%)、珠三角(7%)和成渝地区(6%),特别要重视山东(10%)和河南(6%),这两个省份对全国OFP的贡献与重点地区的贡献不相上下。

图4 2015年重点区域和不同省份对全国OFP的贡献
2:重点控制物种和行业
依据VOCs臭氧生成潜势研究结果,提出重点控制的VOCs排放物种和行业。

3:重点控制区域

我国主要的VOCs控制措施
国家政策
2010年5月,环境保护部等9部门联合制定了《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》,正式地从国家层面上提出了加强VOCs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。我国VOCs控制工作的政策体系已初步形成,并具有一定的可操作性。2012年10月,《重点区域大气污染防治“十二五”规划》出台,把VOCs污染控制作为建设项目环境影响评价的重要指标,从此VOCs的监测市场被打开,VOCs治理正式进入政府视野。随后环境保护部陆续发布了《挥发性有机物(VOCs)污染防治技术政策》《大气挥发性有机物源排放清单编制技术指南(试行)》,为开展我国VOCs排放清单提供技术支撑。2014年石化行业VOCs治理全面启动,主要控制技术为泄露检测与修复(Leak Detection and Repair,LDAR);2015年全面启动印刷行业VOCs治理,主要控制技术为浓缩转轮和蓄热式催化燃烧联用。其他它重点行业的VOCs治理正在逐步开展。
法律约束
2015年8月颁布的《中华人民共和国大气污染防治法》修订版自2016年1月1日起施行。第四章(大气污染防治措施)新增四个VOCs污染控制条款,包括含挥发性有机物的材料和产品、VOCs有机废气治理、建立工业涂装台账以及泄漏管理等,体现了源头削减、过程控制和终端治理的全过程控制理念。不仅如此,在新修订的大气污染防治法中关于罚则的规定大幅度提高。例如在第七章法律责任中多条涉及超标排放、不治理违规排放等规定。超标排放不仅要罚款、停业整顿,严重者还要追究法人责任。
标准管控
VOCs标准管控包括排放标准和监测标准两个方面。概括而言,2010-2015年期间,平均每年发布2-3个VOCs相关标准。涉及物种包括总烃、VOCs、SVOC、挥发性卤代烃、苯系物、醛、酮、酚8大类;采样方式包括罐采样、吸附法和采样袋等多种方法;分析方法包括气相色谱法(GC)、气相色谱-质谱联用方法(GC-MS)和高效液相色谱(HPLC)等方法。
建议
目前,我国已经具备开展VOCs污染控制的基本条件,但仍有许多技术细节需要研究:
依据O3污染的空间分布格局,划定O3污染联防联控区,开展区域联防联控。同时在重点区域探索制定活性VOCs总量减排目标,并完善相关排放系数。
建立互相匹配的高精度VOCs和NOx排放清单,以城市为单位识别O3敏感性,科学协同削减VOCs和NOx。
研究建立VOCs成分谱采样/分析标准和指南,加强典型行业VOCs排放成分谱研究,甄别VOCs活性物种及相关重点行业。

专家简介
张新民
研究员
中国环境科学研究院 大气环境研究所/国家重点实验室
研究方向:大气环境化学、VOCs污染排放与控制
邮箱:zhangxm@craes.org.cn
(来源:中国环境科学研究院 作者:张新民)
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