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VOCs治理关键是什么?VOCs排放政策应综合考虑控制效果

点击次数:802 发布时间:2017-07-18

  工信部和财政部近日发布了《重点行业挥发性有机物削减行动计划(2016-2018)》,目标是到2018年工业行业VOCs排放量比2015年削减330万吨以上。VOC同时是PM2.5和臭氧污染的前体物,控制VOC对于控制这两种污染具有重要意义。我们想知道,VOC对大气污染的贡献究竟有多大?控制VOC的关键是什么?如何对PM2.5和臭氧进行协同控制?记者特采访了美国德州农工大学大气科学系和化学系教授张人一

 

美国德州农工大学大气科学系和化学系教授张人一

 

张人一,毕业于美国麻省理工学院(MIT)大气化学专业,师从于1995年诺贝尔化学奖得主Mario J. Molina博士,并曾在加州理工学院和美国国家航空航天局从事博士后工作。早期的工作对平流层臭氧减少机理和南极臭氧空洞的形成做出了贡献,近的研究工作包括大气碳氢化合物的光化学氧化,气溶胶的生成、生长和理化特性、城市和地区性的空气污染等方面。同时担任美国德州农工大学大气化学和环境研究中心主任、美国气象学会大气化学委员会主席等职务。

 

VOC排放会造成什么样的污染?

 

不同种类的VOC会导致不同类型的污染。

 

记者当前中国PM2.5和臭氧污染并存,而VOC(挥发性有机物)同时是PM2.5和臭氧污染的前体物,因此积极防控VOC对于防治大气污染来说是非常重要的。那么,VOC的来源是什么?对大气污染的贡献究竟有多大?

张人一VOC的来源一部分是自然排放,比如植物排放。美国有一个地方叫Smoky mountain,那里没有任何的工业,但是森林排放了很多VOC导致了蓝霾(Blue Haze)的形成。另一部分是人为排放,包括机动车、工业等。

VOC导致PM2.5和臭氧的形成过程是完全不一样的。臭氧的形成简单一点,主要是VOC和氮氧化物(NOx)在太阳光下发生的氧化反应。城市中VOC的排放主要来源于机动车,其次还有炼油与化工厂等工业源,植物排放对VOC的贡献也不能忽视 。VOC对PM2.5的贡献主要涉及二次有机气溶胶的形成,这是一个非常复杂的大气化学过程。VOC可能成千上万种,其形成二次有机气溶胶的机理,包括物理与化学过程,学术界还不是完全清楚。不仅是在中国,在世界范围内都是如此。有的城市主要污染物是PM2.5,有的城市是臭氧,这与大气化学过程有关,不同种类的VOC会导致不同类型的污染。

 

记者:工信部和财政部近日发布了《重点行业挥发性有机物削减行动计划(2016-2018)》,从重点行业的角度控制VOC排放。一些地方如北京、上海也在积极探索开展VOC研究和控制。您对这些举措如何评价?

张人一:中国政府对大气污染治理非常重视,投入也特别大,这是非常正面的,值得称赞。对于重点行业控制VOC,应该是有一定的效果,因为各种行业排放量的减少对控制PM2.5和臭氧污染总体应该是有用的。但是制定排放策略要建立在科学的基础上,综合考虑控制效果应该更好。

另外,中国大气污染问题很严重,污染物的浓度非常高,这本身也能促进大气化学的研究。我认为中国在大气化学与污染科学研究方面会取得突破性的成果,对此我很乐观。

 

对控制VOC有哪些建议?

 

不同的VOC反应速率不同,应分类控制。

 

记者:您对VOC控制有哪些建议?

张人一对于防治,我的建议是分类控制。VOC的主要成分是有机碳,它只有两个走向:一部分形成二氧化碳,可以长期存在大气中;另一部分会形成二次有机气溶胶,终被从空气中清除。不同的VOC反应速率非常不一样,对大气污染的贡献也不同。比如甲烷,可以变成二氧化碳,也可以变成二次有机气溶胶,但它的转化过程可能要几年。还有一些VOC,它的气溶胶转化需要几个月。对于这些反应较慢的VOC来说,随着空气的流动,会被输送到其他区域,对全球性空气质量与气候会有影响。而大气中一些反应速度快的VOC,会造成局地的二次有机气溶胶快速形成。

比如机动车排放的芳香烃,反应速度就很快。大量的实验与观测已经证明,机动车排放对城市二次有机气溶胶的贡献是非常大的。而炼油厂产生的VOC主要是由比较小的碳双链组成的烯烃物,它的反应速度快,形成臭氧也很快,但局地对二次有机气溶胶的贡献不是很大。当前,急需控制的是在大气中转化成气溶胶速度较快的VOC。因此,VOC研究要更加精细化,分类进行控制。如果不分种类,搞不清楚不同VOC的污染贡献,治理起来就很具有盲目性。

 

比如,美国休斯敦地区的炼油厂比北京多,其PM2.5污染并不严重。虽然炼油厂排放的VOC对臭氧形成有很大的贡献,但对二次有机气溶胶贡献很小。

记者:对于机动车数量较大的大城市来说,当前防控重点是什么?

张人一:对于北京等大城市来说,当务之急还是要控制机动车污染排放。一方面,要控制机动车数量。汽车行业是经济发展的一个支柱,这是不可否认的。但是总体上来说,中国这些年机动车发展的速度太快了。且由于规划等问题,拥堵特别严重,造成非常大的排放量。当前机动车太多了,这对造成空气污染应是一个重要的方面。

另一方面,要加强对油品的控制。油品质量对硫、VOC排放等都有一定的影响,要综合考虑改善油品成分,以降低大气污染。对于控制VOC来说,汽车的催化式排气净化器应该是有效的。美国汽车都安装有这种装置,来控制VOC排气。国内也在开展相关汽车VOC与NOx减排研究,希望在这方面有所进展。

 

为什么需要协同控制?

 

VOC和NOx不是线性关系,应协同控制。

 

记者:无论是PM2.5还是臭氧治理,都应该以科学为依据。您曾提到,不同的学者采取不同的方法进行的源解析,结果往往差异很大。您认为怎样的源解析才是科学、正确的?

张人一不管是PM2.5还是臭氧污染治理,首先这是一个科学问题,需要研究各种污染物反应的物理与化学机理。而当前一些地方所做的源解析,没有建立在完全了解这些污染物反应原理的基础上。各种源解析方法都是经验性的,为了方便政府采取措施,而把污染物归到不同的来源。这就是为什么不同的源解析结果差异会特别大的原因。如果单纯依靠源解析开展大气污染治理工作,比如按照源解析结果哪块对污染的贡献大就着重治理哪一块,就可能会产生误差,不确定性非常大。治理效果不一定好。总之,治理大气污染首先需要对大气化学、环境学有更好的了解,先把科学问题搞清楚。

 

记者:我们现在采取很多措施应对大气污染,但是有时候发现已经采取了非常严格的治理手段,仍然会出现重污染天气。排除气象因素,对此如何理解?是不是应该有一个协同控制机制?比如控制臭氧发生就不能只控制VOC?

张人一: 我先举一个例子。我在华盛顿特区主持举办了2011国际化学年的一个科学研讨会,在纪念美国《清洁空气法修正案》签署20周年活动中,与会者谈及了当时签署此法案的过程,包括对臭氧控制的考虑。其中一个科学家提了一个问题:我们科学家的研究对政府制定的政策到底有没有作用?当时参会的老布什时期的白宫主管对此充分肯定,他表示,科学研究对制定政策很有帮助。比如臭氧的形成过程中,VOC和NOx并不是一个线性关系,而与两者的比例有关。如果只控制VOC,或者只控制NOx,或者比例没有调好的话,其效果就没办法保障。美国政府会根据科学家提出的这些结论,来制定政策。

 

从常理来说,如果污染过程是线性的,我们对某个污染因子进行了控制,其浓度就应该降低,但是结果有时候并不如此。现在很多地方采取了多种减排手段,仍然会出现特别严重的重污染天气。这可能就与大气化学的非线性有关,也许有些关键污染物种还没考虑到,或许不同的手段之间具有不协同性,甚至有相反的作用。因此,大气污染控制必须注重协同性。

 

 

 

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