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【環保科普】VOCs來源和危害

發布時間:2022-05-12 14:41:00
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  今天為(wei) 大家講解一下關(guan) 於(yu) VOCs的來源和危害VOCs的來源包括天然源和人為(wei) 源。天然源是指森林、草原、海洋等植物排放;人為(wei) 源則可分為(wei) 固定源和流動源兩(liang) 大類,其中固定源包括化石燃料和生物質(秸稈、木材)燃燒、溶劑使用、工業(ye) 過程(如石油化工、煉鋼煉焦)等。流動源指所有和機動車、船、飛機等交通工具相關(guan) 的排放。此外,這些VOCs排放到大氣中,在光照等條件下通過化學反應可生成新的VOCs,即所謂的VOCs二次來源。

VOCs天然來源

  VOCs天然來源


  植物排放的VOCs對大氣環境的影響


  沒有明顯的證據表明植物排放的VOCs會(hui) 對人體(ti) 健康產(chan) 生直接的危害。但是植物排放的VOCs非常活潑,可以與(yu) 氮氧化物發生一係列複雜的大氣化學反應,生成臭氧和有機氣溶膠。而環境空氣中的臭氧和有機氣溶膠達到一定濃度後,就會(hui) 對人體(ti) 健康產(chan) 生危害。所以,從(cong) 這個(ge) 角度說,植物排放的VOCs在一定的條件下會(hui) 對大氣環境產(chan) 生不利影響。


  植物排放的VOCs會(hui) 通過一係列複雜的大氣化學反應生成臭氧和有機氣溶膠,影響大氣環境。在全球而言,植物排放的VOCs的量比人為(wei) 排放的要大得多,約占了全球總VOCs排放量的90%。這部分VOCs對大氣環境、生態環境產(chan) 生重要的影響。對植物排放的VOCs進行研究,對了解全球和區域大氣環境、碳循環乃至氣候變化都是必不可少的。


  VOCs人為源於哪些行業

  機動車排放的VOCs

  機動車排放的VOCs中含有大量有毒物質,對空氣質量和人體(ti) 健康有著重要危害。機動車排放是我國城市地區大氣VOCs主要的人為(wei) 排放源。機動車排放的VOCs主要是燃料在發動機內(nei) 的不完全燃燒生成的,此外還包括燃料的揮發散逸導致的排放。


  機動車排放的 VOCs 主要成分包括:烷烴、烯烴、芳香烴、含氧/硫化合物和乙炔等。汽油車排放的主要VOC物種是乙烯、芳香烴、異戊烷等,芳香烴中甲苯和二甲苯含量較高。柴油車尾氣VOCs主要為(wei) 丙烯、丙烷等短鏈碳氫化合物,此外還含有C8以上的直鏈烷烴,如壬烷、葵烷、十一烷等。柴油車中的醛酮化學物顯著高於(yu) 其他類型的機動車。摩托車的VOCs組分主要為(wei) 乙炔和2-甲基己烷,以及二甲苯和乙烯為(wei) 主的芳香烴和烯烴類物質。LPG助動車排放的VOCs主要以低於(yu) 4碳的烷烴、烯烴為(wei) 主,其中丙烷、異丁烯、正丁烷3種化合物占了總量的很大一部分比重。

機動車排放的VOCs


  飛機、輪船排放的VOCs


  現代飛機使用的燃料為(wei) 航空燃油,飛機在起飛、降落和巡航過程中,會(hui) 向大氣環境排放VOCs,主要包括不飽和烴類(如乙烯、丙烯等烯烴,苯、甲苯等芳香烴)和醛類物質(如甲醛、乙醛),乙烯和甲醛是最主要的兩(liang) 種VOCs。


  目前我國輪船的發動機主要以柴油機為(wei) 主,且普遍以“重油”為(wei) 燃料,輪船在裝卸及巡航過程中會(hui) 通過發動機燃料的揮發和燃燒向大氣環境排放VOCs,主要包括烷烴類(如丙烷)和芳香烴類物質(如苯、甲苯、二甲苯)。


  對於(yu) 運載石油及其產(chan) 品的貨運輪船,在油品的裝卸運輸及壓艙水的回收處理過程中會(hui) 因油品的泄漏或揮發而向大氣環境排放VOCs,其組成與(yu) 油品揮發排放的VOCs相同。


  近年迅速發展起來的“綠色船舶”——LNG船(LiquefiedNaturalGas,液化天然氣),其尾氣排放的VOCs相對較少。

飛機、輪船排放的VOCs


  油品揮發排放的VOCs

  汽油揮發排放的VOCs主要是C3-C5的烯烴和烷烴(如丁烷、戊烷),另外還會(hui) 有少量的芳香烴(如甲苯)和醚類(如甲基叔丁基醚,簡稱MTBE,一種常用汽油添加劑。


  原油揮發排放的VOCs主要是C1-C6的烷烴,即:甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷,其中丙烷和丁烷占有較大的比例。


  柴油揮發排放的VOCs主要是C6-C19的直鏈烷烴(如環己烷、正庚烷),另外還會(hui) 有少量的芳香烴(如三甲苯、萘。


  煤油揮發排放的VOCs主要是雙環及單環環烷烴,潤滑油揮發排放的VOCs主要是多環芳香烴。

石油化工行業(ye) 排放的VOCs


  石油化工行業排放的VOCs

  石油煉製廢氣主要來自燃燒煙氣和工藝尾氣,主要為(wei) 固定排放源,如:加熱爐煙氣、鍋爐煙氣、催化劑再生煙氣、焦化放空氣、氧化瀝青尾氣、硫回收尾氣等。其中,VOCs的特征汙染物為(wei) :苯並(a)芘、苯、甲苯、二甲苯、乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯、酚、硫醇等。


  石油化工行業(ye) 廢氣主要有燃燒煙氣、工藝尾氣、裝置設備泄漏的烴類氣體(ti) ,堿渣處理裝置、汙水處理廠等散發的惡臭氣體(ti) 等。此外,輕質油品及揮發性化學藥劑和溶劑貯存過程中的逸散、泄漏、廢水及廢棄物處理和運輸過程中也會(hui) 產(chan) 生發散的惡臭和有害氣體(ti) ,對大氣造成汙染。特征汙染物為(wei) :烷烴、烯烴、環烷烴、醇、芳香烴、醚酮、醛、酚、酯、鹵代烴、鹵化物等。

石油化工行業(ye) 排放的VOCs

  建築行業產生VOCs汙染物


  幾乎所有的建築工程都會(hui) 使用到柴油機等動力強勁的機械,在使用過程中,發動機內(nei) 油品的揮發和不完全燃燒會(hui) 產(chan) 生VOCs汙染物,主要包括烷烴類(如丙烷)和芳香烴類物質(如甲苯、乙苯、二甲苯、三甲苯、萘、菲)。另外,在建築工程機械的工作過程中,較為(wei) 廣泛使用的潤滑油、液壓油等亦會(hui) 因揮發而產(chan) 生少量VOCs,以多環芳香烴類物質為(wei) 主。


  其他行業排放的VOCs


  煉焦行業(ye) 是重要的VOC排放源之一。焦化生產(chan) 過程釋放大量的汙染物,其中排放的VOCs以苯係物為(wei) 主,其他的依次為(wei) 烷烴(如正庚烷)、鹵代烴(如溴苯、二氯乙烷)和萜烯類。


  化學醫藥製造行業(ye) 經常使用溶劑,對藥物進行萃取、浸析、洗滌等過程的分離純化和精製;其VOC排放主要源於(yu) 溶劑的揮發。化學組分以醇類化合物、酮類化合物和醚類化合物為(wei) 主。


  食品工業(ye) 過程中,植物油提煉工藝的溶劑揮發和各類酒品製造過程的發酵揮發是VOCs排放的主要來源。前者所用溶劑多為(wei) 120#汽油,而後者發酵產(chan) 物以乙醇為(wei) 主。該工業(ye) 過程排放VOC的化學組分以烷烴和醇類化合物為(wei) 主。


  幹洗行業(ye) 主要的幹洗劑是四氯乙烯,因此會(hui) 向大氣環境排放含有四氯乙烯的有機廢氣。


  合成革工業(ye) 在生產(chan) 加工過程存在很多的潛在排放源,廢氣組成與(yu) 具體(ti) 工藝、配方組成有關(guan) 。如聚氨酯合成革工業(ye) 排放量最大的VOCs物質為(wei) 乙酸乙酯,其他主要成分包括甲苯和酮類(如2-丁酮)等物質。


  輪胎製造業(ye) 是傳(chuan) 統的高加工產(chan) 業(ye) ,VOCs 廢氣來自於(yu) 三個(ge) 方麵:生膠解離、有機溶劑的揮發和熱反應生產(chan) ,排放的VOCs主要包括烷烴和烯烴衍生物,以及甲苯、二甲苯、丙酮等物質。


  其他行業(ye) 如:煙草行業(ye) 、紡織品行業(ye) 、玩具行業(ye) 、家具裝飾材料、汽車配件材料、電子電氣行業(ye) 以及洗滌劑、清潔劑、衣物柔順劑、化妝品、辦公用品、壁紙及其他裝飾品、農(nong) 藥、橡膠、精細化工等行業(ye) 均會(hui) 產(chan) 生VOCs。

農(nong) 村燃燒秸稈會(hui) 產(chan) 生VOCs

  農村燃燒秸稈會產生VOCs


  農(nong) 作物光合作用的產(chan) 物有一半以上存在於(yu) 收獲籽實後的秸稈中,秸稈在燃燒時會(hui) 產(chan) 生多種VOCs,除一部分直接進入大氣環境外,其他主要附著在燃燒顆粒物及未燃盡的飛灰中。


  秸稈的種類和燃燒方式不同,其燃燒時產(chan) 生VOCs的量和種類會(hui) 有所差別,露天焚燒秸稈產(chan) 生的VOCs數量更多。總體(ti) 而言,糧食類(如小麥、水稻、玉米、高粱)和油料類農(nong) 作物(如油菜、花生、芝麻)的秸稈在燃燒時產(chan) 生的VOCs較多,主要包括芳香烴類(如苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、萘、菲)和醛類物質(如甲醛、乙醛、丙醛),另外還會(hui) 產(chan) 生少量烯烴類(如丁烯、1,3-丁二烯)、烷烴類(如丁烷、庚烷)、鹵代烴類(如氯甲烷)、腈類(乙腈)、酮類(如丙酮)、酯類(如乙酸甲酯)以及其他類物質(如苯並呋喃)。氯甲烷和乙腈是生物質燃燒排放的標識性VOCs物種。

生活垃圾產(chan) 生的VOCs


  生活垃圾產生的VOCs

  由於(yu) 我國生活垃圾的含水率和易生物降解有機組分的含量較高,生活垃圾產(chan) 生後的0-3天時間內(nei) ,垃圾中的有機物會(hui) 在微生物的降解作用下產(chan) 生少量的VOCs釋放至大氣中,主要包括酮類(如丙酮、丁酮)和硫醚類物質(如二甲基二硫醚、二甲基硫醚)。另外,少量來自生活垃圾自身含有或吸附-溶解的VOCs會(hui) 揮發至大氣中,主要是芳香烴類物質,如苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯等。硫醚類物質具有令人不愉快的惡臭氣味。

煤炭燃燒會(hui) 排放VOCs汙染物


  煤炭燃燒會排放VOCs汙染物


  在我國,煤炭資源較為(wei) 豐(feng) 富,在整個(ge) 能源結構中占據重要地位。尤其在北方,大多數采用燃煤燃燒進行供暖,而在煤炭燃燒過程中,除排放常規汙染物如SO2、NOx、CO2及粉塵等外,還會(hui) 排放特殊有機汙染物包括烷烴、烯烴、苯係物等。這些VOCs成分隨著燃燒煤的種類不同而有所差異。


  無煙煤燃燒排放的主要成分是苯係物(如苯和甲苯)、烯烴(如乙烯、丙烯)等。煙煤排放的VOCs主要是乙炔、烯烴(如乙烯、丙烯)、丙烷以及苯、甲苯等苯係物。蜂窩煤也是家庭生火、取暖的重要燃燒源,燃燒蜂窩煤排放的VOCs與(yu) 無煙煤基本一致,因為(wei) 它的主要成分就是無煙煤。

室內(nei) 環境中VOCs汙染物來源

  室內環境中VOCs汙染物來源

  室內(nei) 環境中VOCs汙染物的來源多種多樣。其中,建築材料是最主要的來源,除了地板之外,還包括敷設材料、顏料、油漆、粘結劑、木材防護劑、牆體(ti) 和屋頂護層、密封劑、塗牆灰泥、磚塊和混凝土等。此外,清潔劑、除臭劑、殺蟲劑、化妝品的使用,廚房內(nei) 家用燃料的燃燒(例如天然氣爐灶)、烹飪油煙,吸煙,打印機、複印機的使用,人的呼吸與(yu) 代謝均會(hui) 產(chan) 生VOCs。總的來說,室內(nei) 有關(guan) 溶劑使用的物品,均可能是VOCs的來源。

餐飲油煙含有的VOCs及危害

  餐飲油煙含有的VOCs及危害


  從(cong) 微觀上看,餐飲油煙具有氣態、液態、固態三種形態。其中的氣態汙染物(VOCs)排入大氣後與(yu) 空氣形成混合氣體(ti) ;大顆粒的液態汙染物、固態汙染物分布在空氣中形成可自然沉降的懸浮顆粒物;細顆粒液態、固態汙染物分布在空氣中形成相對穩定的氣溶膠。餐飲油煙中的VOCs包括烷烴、烯烴、醛酮類、酯類、脂肪酸、芳香化合物和雜環化合物。


  餐飲油煙的危害是多方麵的,首先它是PM2.5的直接排放源之一,其次油煙中含有多種揮發性有機物,可以與(yu) 環境中的氮氧化物發生反應,增強大氣的氧化性,加速二次顆粒物的形成。此外,餐飲油煙中含有多種化學物質,如苯並(a)芘(BaP)、二苯並(ah)蒽(DbahA)等已知致癌致突變物,長期吸入這類物質,將引起機體(ti) 免疫功能下降,導致疾病的發生,從(cong) 而直接影響人體(ti) 的健康。

人體(ti) 也能釋放VOCs

  人體也能釋放VOCs

  人的呼吸、汗腺代謝等釋放甲醇、乙醇、醚類等揮發性有機物。此外,不同生理狀態的人呼出的氣體(ti) 成為(wei) 也不盡相同。目前,通過監測病人呼吸氣體(ti) 中的揮發性有機氣體(ti) 成分來進行病情診斷作為(wei) 一種無創診斷技術甚至成為(wei) 了生物醫學工程領域研究的一個(ge) 熱點。例如己醛、庚醛、苯乙烯和癸烷等被作為(wei) 肺癌呼吸氣體(ti) 監測的標誌性氣體(ti) 成分。


   以上關(guan) 於(yu) VOCs來源和危害的相關(guan) 介紹,VOCs的來源包括天然源和人為(wei) 源,以人為(wei) 源為(wei) 主,嚴(yan) 重威脅著人類健康。為(wei) 形成顆粒物和臭氧的重要前體(ti) 物,在大氣治理領域,揮發性有機物(VOCs)已成為(wei) 從(cong) 國家到地方降低汙染物濃度、改善空氣質量的主要控製對象之一。

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