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VOCs的自述:我是促进霾形成的“燃料”

文章导读: 目前,我国在大气污染治理中,除尘、脱硫、脱硝等工作已经有很成效,但为何雾霾还频频来袭?这和控制VOCs排放量的工作密切相关。

文 | 中国经济周刊记者 贾璇

大家好!我叫VOCs,全称为Volatile Organic Compounds。在我国,我们被称为挥发性有机物。根据WHO(世界卫生组织)的定义,挥发性有机化合物是指在常温下,沸点50℃—260℃的各种有机化合物。我们按化学结构,可以进一步分为:烷烃类、烯炔烃类、芳烃类、卤代烃类、含氧有机化合物和其他等。目前已鉴定出的有300多种。最常见的有苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、丙烯酸丁酯、乙酸乙酯、三氯乙烯、三氯甲烷、三氯乙烷、苯甲醛、丙烯腈等。

在我们的日常生活中,也有很多VOCs。家中厨房中必备的食醋中包含醋酸(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OVOC。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VOC。

家庭装修和家具等释放的室内空气污染物,例如大家熟悉的甲醛也是挥发性有机化合物,但甲醛易溶于水,与其他挥发性有机化合物有所不同,室内来源广泛,释放浓度也高。因此,常把甲醛与其他挥发性有机化合物分别阐述。除甲醛以外,绝大多数挥发性有机化合物一般都不溶于水而易溶于有机溶剂。在室内它们各自的浓度往往不是很高,但是VOCs共同存在于室内空气中时,其联合作用是不可忽视的。

可能你对我很陌生,但是提到我的另外2个“小伙伴”:PM2.5(细颗粒物)和臭氧,你肯定特别熟悉。那我们之间又有什么关系呢?

VOCs:PM2.5里二次颗粒物有机部分最主要的来源

通过PM2.5源解析可以发现,里面有很大一部分是二次生成的细颗粒物,他们来自人为排放的二氧化硫、氮氧化物、VOCs、氨和PM小颗粒,这些物质在大气中通过光化学反应,或者纯粹大气的化学反应,便生成二次细颗粒物。这种情况在珠三角、京津冀等地区的大气污染物中占比非常高。

二次颗粒物含有机物比例非常高,有的高达70%,现在关注度超高的雾霾天气里的细颗粒物,有相当一部分是VOCs经过大气化学生成转化过来的。也就是说,VOCs是PM2.5里二次颗粒物有机部分最主要的来源。

臭氧是VOCs和氮氧化物在光化学反应下产生的物质

臭氧是二次污染物的指标,想要产生二次臭氧就一定要有光照。夏秋温度较高时,同时氮氧化物和VOCs排放量比较高时,臭氧浓度也会比较高。一天里,中午和下午臭氧浓度指数也相对最高。

臭氧主要是VOCs和氮氧化物在光化学反应下产生的物质。

一般在北方,秋冬季气温比较低时,光照不是很强烈,臭氧污染不是很突出。但是在南方有些气温比较高的地方,从5月份一直到10月份,都可能受臭氧污染的困扰。很多城市、区域,臭氧已经超过PM2.5,成为更主要的一个污染指标。

我国空气质量标准里面有六项指标:PM2.5、PM10、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、臭氧,过去我们经常说PM2.5是最主要的污染物,现在全国很多城市臭氧代替PM2.5,成为一个主要的污染物。

目前,我国在大气污染治理中,除尘、脱硫、脱硝等工作已经有很成效,但为何雾霾还频频来袭?这和控制VOCs排放量的工作密切相关。

VOCs浓度越高臭氧浓度也越高

空气中的VOCs和氮氧化物等微量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浓度不算高的清洁地区,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,在由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。

VOCs作为“燃料”促进霾的形成

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10千米的天气现象。霾天气的罪魁祸首是细颗粒气溶胶(PM2.5)。这些细颗粒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SO2、NOx和VOCs等的光化学转化。霾粒子中的有机物通常占相当高的比重,这些有机物一部分在排放后直接形成颗粒,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促进作用。

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(网络编辑:崔晓萌)
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