VOCs治理關鍵是什么？VOCs排放政策應綜合考慮控制效果

中國大氣網

    工信部和財政部近日發布了《重點行業揮發性有機物削減行動計劃(2016-2018)》，目標是到2018年工業行業VOCs排放量比2015年削減330萬噸以上。VOC同時是PM2.5和臭氧污染的前體物，控制VOC對于控制這兩種污染具有重要意義。我們想知道，VOC對大氣污染的貢獻究竟有多大?控制VOC的關鍵是什么?如何對PM2.5和臭氧進行協同控制?記者特采訪了美國德州農工大學大氣科學系和化學系教授張人一

美國德州農工大學大氣科學系和化學系教授張人一

張人一，畢業于美國麻省理工學院(MIT)大氣化學專業，師從于1995年諾貝爾化學獎得主Mario J. Molina博士，并曾在加州理工學院和美國國家航空航天局從事博士后工作。早期的工作對平流層臭氧減少機理和南極臭氧空洞的形成做出了貢獻，最近的研究工作包括大氣碳氫化合物的光化學氧化，氣溶膠的生成、生長和理化特性、城市和地區性的空氣污染等方面。同時擔任美國德州農工大學大氣化學和環境研究中心主任、美國氣象學會大氣化學委員會主席等職務。

VOC排放會造成什么樣的污染?

不同種類的VOC會導致不同類型的污染。

記者：當前中國PM2.5和臭氧污染并存，而VOC(揮發性有機物)同時是PM2.5和臭氧污染的前體物，因此積極防控VOC對于防治大氣污染來說是非常重要的。那么，VOC的來源是什么?對大氣污染的貢獻究竟有多大?

張人一：VOC的來源一部分是自然排放，比如植物排放。美國有一個地方叫Smoky mountain，那里沒有任何的工業，但是森林排放了很多VOC導致了藍霾(Blue Haze)的形成。另一部分是人為排放，包括機動車、工業等。

VOC導致PM2.5和臭氧的形成過程是完全不一樣的。臭氧的形成簡單一點，主要是VOC和氮氧化物(NOx)在太陽光下發生的氧化反應。城市中VOC的排放主要來源于機動車，其次還有煉油與化工廠等工業源，植物排放對VOC的貢獻也不能忽視 。VOC對PM2.5的貢獻主要涉及二次有機氣溶膠的形成，這是一個非常復雜的大氣化學過程。VOC可能成千上萬種，其形成二次有機氣溶膠的機理，包括物理與化學過程，學術界還不是完全清楚。不僅是在中國，在世界范圍內都是如此。有的城市主要污染物是PM2.5，有的城市是臭氧，這與大氣化學過程有關，不同種類的VOC會導致不同類型的污染。

記者：工信部和財政部近日發布了《重點行業揮發性有機物削減行動計劃(2016-2018)》，從重點行業的角度控制VOC排放。一些地方如北京、上海也在積極探索開展VOC研究和控制。您對這些舉措如何評價?

張人一：中國政府對大氣污染治理非常重視，投入也特別大，這是非常正面的，值得稱贊。對于重點行業控制VOC，應該是有一定的效果，因為各種行業排放量的減少對控制PM2.5和臭氧污染總體應該是有用的。但是制定排放策略要建立在科學的基礎上，綜合考慮控制效果應該更好。

另外，中國大氣污染問題很嚴重，污染物的濃度非常高，這本身也能促進大氣化學的研究。我認為中國在大氣化學與污染科學研究方面會取得突破性的成果，對此我很樂觀。

對控制VOC有哪些建議?

不同的VOC反應速率不同，應分類控制。

記者：您對VOC控制有哪些建議?

張人一：對于防治，我的建議是分類控制。VOC的主要成分是有機碳，它只有兩個走向：一部分形成二氧化碳，可以長期存在大氣中;另一部分會形成二次有機氣溶膠，最終被從空氣中清除。不同的VOC反應速率非常不一樣，對大氣污染的貢獻也不同。比如甲烷，可以變成二氧化碳，也可以變成二次有機氣溶膠，但它的轉化過程可能要幾年。還有一些VOC，它的氣溶膠轉化需要幾個月。對于這些反應較慢的VOC來說，隨著空氣的流動，會被輸送到其他區域，對全球性空氣質量與氣候會有影響。而大氣中一些反應速度快的VOC，會造成局地的二次有機氣溶膠快速形成。

比如機動車排放的芳香烴，反應速度就很快。大量的實驗與觀測已經證明，機動車排放對城市二次有機氣溶膠的貢獻是非常大的。而煉油廠產生的VOC主要是由比較小的碳雙鏈組成的烯烴物，它的反應速度快，形成臭氧也很快，但局地對二次有機氣溶膠的貢獻不是很大。當前，急需控制的是在大氣中轉化成氣溶膠速度較快的VOC。因此，VOC研究要更加精細化，分類進行控制。如果不分種類，搞不清楚不同VOC的污染貢獻，治理起來就很具有盲目性。

比如，美國休斯敦地區的煉油廠比北京多，其PM2.5污染并不嚴重。雖然煉油廠排放的VOC對臭氧形成有很大的貢獻，但對二次有機氣溶膠貢獻很小。

記者：對于機動車數量較大的大城市來說，當前防控重點是什么?

張人一：對于北京等大城市來說，當務之急還是要控制機動車污染排放。一方面，要控制機動車數量。汽車行業是經濟發展的一個支柱，這是不可否認的。但是總體上來說，中國這些年機動車發展的速度太快了。且由于規劃等問題，擁堵特別嚴重，造成非常大的排放量。當前機動車太多了，這對造成空氣污染應是一個重要的方面。

另一方面，要加強對油品的控制。油品質量對硫、VOC排放等都有一定的影響，要綜合考慮改善油品成分，以降低大氣污染。對于控制VOC來說，汽車的催化式排氣凈化器應該是有效的。美國汽車都安裝有這種裝置，來控制VOC排氣。國內也在開展相關汽車VOC與NOx減排研究，希望在這方面有所進展。

為什么需要協同控制?

VOC和NOx不是線性關系，應協同控制。

記者：無論是PM2.5還是臭氧治理，都應該以科學為依據。您曾提到，不同的學者采取不同的方法進行的源解析，結果往往差異很大。您認為怎樣的源解析才是科學、正確的?

張人一：不管是PM2.5還是臭氧污染治理，首先這是一個科學問題，需要研究各種污染物反應的物理與化學機理。而當前一些地方所做的源解析，沒有建立在完全了解這些污染物反應原理的基礎上。各種源解析方法都是經驗性的，為了方便政府采取措施，而把污染物歸到不同的來源。這就是為什么不同的源解析結果差異會特別大的原因。如果單純依靠源解析開展大氣污染治理工作，比如按照源解析結果哪塊對污染的貢獻大就著重治理哪一塊，就可能會產生誤差，不確定性非常大。治理效果不一定好。總之，治理大氣污染首先需要對大氣化學、環境學有更好的了解，先把科學問題搞清楚。

記者：我們現在采取很多措施應對大氣污染，但是有時候發現已經采取了非常嚴格的治理手段，仍然會出現重污染天氣。排除氣象因素，對此如何理解?是不是應該有一個協同控制機制?比如控制臭氧發生就不能只控制VOC?

張人一： 我先舉一個例子。我在華盛頓特區主持舉辦了2011國際化學年的一個科學研討會，在紀念美國《清潔空氣法修正案》簽署20周年活動中，與會者談及了當時簽署此法案的過程，包括對臭氧控制的考慮。其中一個科學家提了一個問題：我們科學家的研究對政府制定的政策到底有沒有作用?當時參會的老布什時期的白宮主管對此充分肯定，他表示，科學研究對制定政策很有幫助。比如臭氧的形成過程中，VOC和NOx并不是一個線性關系，而與兩者的比例有關。如果只控制VOC，或者只控制NOx，或者比例沒有調好的話，其效果就沒辦法保障。美國政府會根據科學家提出的這些結論，來制定政策。

從常理來說，如果污染過程是線性的，我們對某個污染因子進行了控制，其濃度就應該降低，但是結果有時候并不如此。現在很多地方采取了多種減排手段，仍然會出現特別嚴重的重污染天氣。這可能就與大氣化學的非線性有關，也許有些關鍵污染物種還沒考慮到，或許不同的手段之間具有不協同性，甚至有相反的作用。因此，大氣污染控制必須注重協同性

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