摘要：VOCs污染防治是目前我國大氣污染治理的重點工作之一。本研究通過收集、整理、分析我國重點行業(yè)建設(shè)項目環(huán)評報告書，并與美國VOCs模擬研究現(xiàn)狀進行對比，從模擬因子、評價標準、模擬程度等方面出發(fā)，分析建設(shè)項目環(huán)評VOCs模擬工作中存在問題，提出建議對策，旨在規(guī)范我國環(huán)境影響評價領(lǐng)域VOCs模擬。

揮發(fā)性有機化合物（VolatileOrganicCompounds）簡稱VOCs，我國對其定義為“在標準狀態(tài)下飽和蒸氣壓較高（標準狀態(tài)下大于13.33Pa）、沸點較低、分子量小、常溫狀態(tài)下易揮發(fā)的有機化合物”[1]。VOCs對人體健康、大氣環(huán)境等影響如下：（1）VOCs易與其他大氣污染物發(fā)生光化學反應(yīng)，產(chǎn)生臭氧（O3）等二次污染物[2,3]。（2）VOCs是大氣細顆粒物（PM2.5）及二次有機氣溶膠（SOA）主要前驅(qū)體[2,4,5]。（3）部分VOCs如鹵代烴類，會與O3發(fā)生循環(huán)鏈式反應(yīng)，破壞臭氧層[6]。（4）多環(huán)芳烴、鹵代烴等VOCs具有一定致癌、致畸、致突變性[2,7,8]。

已有研究表明VOCs對人體呼吸、視覺等系統(tǒng)有刺激和毒害作用，也可通過食物鏈累積進入人體，誘發(fā)神經(jīng)系統(tǒng)疾病[9]。如氯乙烯可誘發(fā)呼吸系統(tǒng)疾病，對二氯苯對人體具有致癌作用[10-11]。一些研究者開展了VOCs排放清單、模擬、成分譜等研究工作[12-14]，例如余宇帆等建立了2006年珠江三角洲地區(qū)重點行業(yè)和分城市的VOCs排放清單[6]；莫梓偉等綜述了我國典型排放源VOCs成分譜組分特征，認為工業(yè)排放成分譜研究仍有所欠缺[12]；謝旻等利用Calgrid模擬了中國NOx和VOCs自然源排放排放在不同季節(jié)對對流層化學的影響，發(fā)現(xiàn)自然源排放模擬存在較大的不確定性[13]；李浩等研究結(jié)果表明，工業(yè)燃燒排放、生產(chǎn)工藝過程中的VOCs排放，是造成2013年夏季長三角區(qū)域高濃度O3的主要原因[14]。VOCs重點行業(yè)環(huán)境影響評價工作中，一般采用數(shù)學模型預(yù)測項目排放大氣污染物對環(huán)境的影響，通過建模來模擬污染物在大氣中輸送、擴散、轉(zhuǎn)化和清除等物理、化學機制[15]。2016年，全國地市級以上環(huán)評審批建設(shè)項目約5萬多個，其中石化、化工、醫(yī)藥等VOCs排放項目約占8%，但較少有研究者分析我國環(huán)境影響評價VOCs模擬情況。

本研究介紹了環(huán)評項目中常用數(shù)值模型，收集石化、汽車制造、鋼鐵等重點行業(yè)建設(shè)項目環(huán)評報告書，分析其中VOCs模擬存在的問題，并結(jié)合當前環(huán)境管理要求提出對策建議。

1環(huán)評VOCs模擬相關(guān)模型

《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則大氣環(huán)境》推薦了AERMOD、ADMS、CALPUFF等作為進一步預(yù)測模型，可模擬點源、面源、體源等，3種模型均可模擬VOCs一次污染情況，但僅有CALPUFF可模擬VOCs生成的SOA（表1），具體介紹如下。

1.1AERMOD

AERMOD（AMS/EPARegulatoryModel）是穩(wěn)態(tài)煙羽模型，分為AERMOD(擴散模塊)、AERMET(氣象預(yù)處理模塊)、AERMAP(地形預(yù)處理模塊)等三大模塊，可模擬大氣污染物空間濃度分布，適用于模擬一次污染物（二氧化硫、二氧化氮、VOCs等一次污染物）[16]。

1.2ADMS

ADMS（AtmosphericDispersionModellingSystem）是三維高斯模式，基于Monin-Obukhov長度、邊界層高度來定義邊界層結(jié)構(gòu)參數(shù)，在非穩(wěn)定條件下垂直擴散使用了傾斜式的高斯模式，ADMS目前有多個版本（城市、環(huán)評、工業(yè)等），適用于模擬一次污染物[17]。

1.3CALPUFF

CALPUFF模式系統(tǒng)主要包括CALMET氣象模式、CALPUFF擴散模式等，CALPUFF是拉格朗日煙團擴散模式，利用CALMET輸出的氣象場，模擬污染源排放污染物輸送、擴散、沉降等過程，適用于從幾公里到幾百公里模擬。CALPUFF模式包含線性化學機制，可模擬二次硫酸鹽和硝酸鹽以及SOA的生成，當考慮VOCs二次化學反應(yīng)時，可以選擇以下三種組合情況：（1）甲苯、二甲苯、SOA；（2）α-蒎烯、β-蒎烯、SOA；（3）甲苯、二甲苯、α-蒎烯、β-蒎烯、SOA[18~20]。

2美國VOCs模擬研究進展

2.1美國VOCs定義

美國VOCs定義：“參與大氣光化學反應(yīng)的任何碳化合物，不包括一氧化碳、二氧化碳、碳酸、金屬碳化物、金屬碳酸鹽、碳酸銨、微光化學反應(yīng)物質(zhì)（美國環(huán)保署認為其光化學反應(yīng)可忽略不計）”，美國環(huán)保署共指定了60種（類）微反應(yīng)物質(zhì)（截至2014年12月30日）。一些VOCs組分以及微反應(yīng)物質(zhì)，由于其有毒有害的特性，被歸入HAPs（有害大氣污染物）。美國未建立VOCs相關(guān)的環(huán)境質(zhì)量標準，對其時空濃度分布也沒有直接模擬要求，但構(gòu)建了囊括VOCs危害特性管理的體系。

2.2VOCs光化學反應(yīng)模擬

美國較為關(guān)注VOCs光化學過程（尤其是臭氧生成）的模擬，常用的光化學模型有CMAQ、CAMx，均屬于第三代空氣質(zhì)量模型，在污染模擬中可考慮各種污染現(xiàn)象。

2.3HAPs模擬及健康風險評估

美國重點關(guān)注有毒有害揮發(fā)性有機物在大氣中的濃度時空分布、環(huán)境健康風險。大氣濃度分布通常采用AERMOD、CALPUFF等模型模擬，模擬考慮干沉降、濕沉降參數(shù)，模擬結(jié)果用于環(huán)境健康風險評估，美國人體健康風險評價導(dǎo)則（HHRAP）中根據(jù)AERMOD、CALPUFF模擬的大氣中污染物濃度、干濕沉降結(jié)果，考慮多種途徑進入人體，進行全面健康風險評估。

3我國重點行業(yè)環(huán)評VOCs模擬研究進展

本研究收集了27本石化行業(yè)、汽車制造、鋼鐵等建設(shè)項目報告書，對評價等級、評價標準、數(shù)值模型、模型參數(shù)等內(nèi)容進行研究，并重點分析環(huán)評中VOCs模擬存在的一些問題。

3.1石化行業(yè)環(huán)評VOCs模擬剖析

石化行業(yè)涉及的有機物質(zhì)種類繁多，在開采、煉制、生產(chǎn)和運輸?shù)拳h(huán)節(jié)均有VOCs產(chǎn)生。石化企業(yè)管閥件和接口的跑冒滴漏、石化產(chǎn)品儲罐運輸、有機廢水冷卻呼吸等過程均會形成無組織VOCs排放[21-22]。本研究對11本石化項目環(huán)評報告進行分析，發(fā)現(xiàn)該類項目大氣影響以二級評價為主，VOCs模擬因子主要選取非甲烷總烴（NMHC）和甲醇，常用模型為AERMOD，石化項目環(huán)評均對VOCs進行了一次模擬，但均未分析VOCs二次反應(yīng)生成SOA的情況。

3.2汽車制造行業(yè)環(huán)評VOCs模擬剖析

汽車生產(chǎn)主要包括沖壓、焊裝、涂裝、總裝4個環(huán)節(jié)，VOCs污染主要產(chǎn)生于涂裝環(huán)節(jié)。常用涂裝工藝為“前處理+電泳+密封+中涂+面涂+烘干”，其中前處理工序是對車身表面進行徹底清潔。電泳工序用于在車身內(nèi)外涂裝底漆，所用的油漆量最大，但多采用水性環(huán)保漆，VOCs產(chǎn)生量很小。中途、面涂工序中一般采用傳統(tǒng)溶劑型漆，在噴漆和烘干過程中會造成大量溶劑揮發(fā)，VOCs產(chǎn)生嚴重[23]。

本研究針對11本汽車制造環(huán)評報告進行分析，發(fā)現(xiàn)大部分汽車制造環(huán)評對大氣環(huán)境進行三級評價，使用最多的模型為ADMS、AERMOD；二甲苯、NMHC是常用VOCs模擬因子，很多項目中未模擬苯、酮類等污染因子（模擬因子漏項）；不同報告書中選用的空氣質(zhì)量標準存在較大差異，其中《工業(yè)企業(yè)設(shè)計衛(wèi)生標準》（TJ36-79）是使用最多的環(huán)境質(zhì)量標準，但該標準制定時間過于久遠（1979年）、限值過松（例如二甲苯限值過高、缺少NMHC限值），導(dǎo)致對標價值不大，且不少報告書在評價過程中使用了以色列、前蘇聯(lián)等地區(qū)的標準；汽車制造項目環(huán)評均對VOCs進行了一次模擬，但均未分析VOCs二次反應(yīng)生成SOA的情況。

3.3鋼鐵行業(yè)環(huán)評VOCs模擬剖析

長流程鋼鐵企業(yè)工序較多，焦化、燒結(jié)、熱軋、冷軋等工序均排放VOCs，成分譜有所不同[24]，焦化VOCs以乙烷、乙烯、苯等為主，燒結(jié)VOCs以甲苯、苯、二甲苯、乙苯等為主[25]，熱軋VOCs以甲苯、二甲苯、苯、乙苯等為主，冷軋VOCs以甲苯、二甲苯、苯、乙苯等為主[26]。

本研究對5本鋼鐵行業(yè)環(huán)評報告書（均為長流程鋼鐵項目）分析，發(fā)現(xiàn)我國鋼鐵環(huán)評較少模擬VOCs一次污染情況，也未對VOCs二次反應(yīng)產(chǎn)生SOA情況進行分析。

4環(huán)境影響評價VOCs模擬研究的不足及展望

4.1本研究發(fā)現(xiàn)同類行業(yè)環(huán)評選用的VOCs模擬因子、環(huán)境質(zhì)量標準均存在一定差異，鋼鐵項目較少模擬VOCs一次污染物，所分析27本石化、汽車、鋼鐵項目環(huán)評均未模擬VOCs二次反應(yīng)生成SOA情景，此外一些VOCs屬于惡臭物質(zhì)，相關(guān)環(huán)評報告書也未考慮模擬企業(yè)排放惡臭對周圍環(huán)境影響。

4.2建議對建設(shè)項目環(huán)評VOCs的排放因子、成分譜、環(huán)境質(zhì)量標準進行規(guī)范，開展VOCs模擬方法標準化應(yīng)用研究，特別是加強VOCs在環(huán)評工作二次污染模擬研究，進一步推進VOCs環(huán)境人體健康工作。

參考文獻:

[1]江梅,鄒蘭,李曉倩,等.我國揮發(fā)性有機物定義和控制指標的探討[J].環(huán)境科學,2015,36(9):3522-3531.

[2]鄧睿,周飛,唐江,等.VOC的排放以及控制措施和建議[J].材料導(dǎo)報,2014(S2):378-384.

[3]XueLK,WangT,GaoJ,etal.OzoneproductioninfourmajorcitiesofChina:sensitivitytoozoneprecursorsandheterogeneousprocesses[J].AtmosphericChemistry&PhysicsDiscussions,2013,13(10):27243-27285.

[4]HuangRJ,ZhangY,BozzettiC,etal.HighsecondaryaerosolcontributiontoparticulatepollutionduringhazeeventsinChina[J].Nature,2014,7521(514):218-222.

[5]YuanB,HuWW,ShaoM,etal.VOCemissions,evolutionsandcontributionstoSOAformationatareceptorsiteineasternChina[J].AtmosphericChemistryandPhysics,2013,17(13):8815-8832.

[6]余宇帆,盧清,鄭君瑜,等.珠江三角洲地區(qū)重點VOC排放行業(yè)的排放清單[J].中國環(huán)境科學,2011(02):195-201.

[7]黃薇薇.我國工業(yè)源揮發(fā)性有機化合物排放特征及其控制技術(shù)評估研究[D].浙江大學,2016.

[8]ZhouJ,YouY,BaiZ,etal.HealthriskassessmentofpersonalinhalationexposuretovolatileorganiccompoundsinTianjin,China[J].ScienceoftheTotalEnvironment,2011,409(3):452-459.

[9]柳領(lǐng)君.室內(nèi)總揮發(fā)性有機化合物污染與人體健康[A].河北省環(huán)境科學學會.環(huán)境與健康：河北省環(huán)境科學學會環(huán)境與健康論壇暨2008年學術(shù)年會論文集[C].河北省環(huán)境科學學會,2008:5.

[10]郝守進,崔九思.環(huán)境中揮發(fā)性有機化合物對人體健康影響的研究進展[J].醫(yī)學研究通訊,2000,(02):20-23.

[11]楊新興,李世蓮,尉鵬,馮麗華.環(huán)境中的VOCs及其危害[J].前沿科學,2013,(04):21-35.

[12]莫梓偉,邵敏,陸思華,等.中國揮發(fā)性有機物(VOCs)排放源成分譜研究進展[J].環(huán)境科學學報,2014,34(09):2179-2189.

[13]謝旻,王體健,江飛,等.NOx和VOC自然源排放及其對中國地區(qū)對流層光化學特性影響的數(shù)值模擬研究[J].環(huán)境科學,2007,28(01):32-40.

[14]李浩,李莉,黃安,等.2013年夏季典型光化學污染過程中長三角典型城市O3來源識別[J].環(huán)境科學,2015,36(01):1-10.

[15]環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則大氣環(huán)境HJ2.2-2008.

[16]伯鑫,張玲,劉夢,等.復(fù)雜地形下確定鋼鐵聯(lián)合企業(yè)防護距離研究[J].環(huán)境工程,2011,29:298-302.

[17]孫大偉.新一代大氣擴散模型（ADMS）應(yīng)用研究[J].環(huán)境保護科學,2004,121:67-69.

[18]伯鑫,丁峰,徐鶴,等.大氣擴散CALPUFF模型技術(shù)綜述[J].環(huán)境監(jiān)測管理與技術(shù),2009,21(3):9-13.

[19]伯鑫.CALPUFF模型技術(shù)方法與應(yīng)用[M].北京:中國環(huán)境出版社,2016:1-6.

[20]伯鑫,王剛,溫柔,等.京津冀地區(qū)火電企業(yè)的大氣污染影響[J].中國環(huán)境科學,2015,35(02):364-373.

[21]郭兵兵,劉忠生,王新,等.石化企業(yè)VOCs治理技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用[J].石油化工安全環(huán)保技術(shù),2015,31(04):1-7.

[22]葉建平,趙建國,楊麗嫻,等.石化行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及VOCs控制技術(shù)研究[J].廣州化工,2011,39(24):11-13.

[23]巫丹,李雪輝.關(guān)于非甲烷總烴、VOCs在汽車表面涂裝項目環(huán)境影響評價中的選擇[J].江西化工,2015,5:61-63.

[24]伯鑫,杜娟,丁峰,等.鋼鐵行業(yè)大氣環(huán)境影響評價方法與建議[J].環(huán)境工程,2011,29:264-268.

[25]李國昊,魏巍,程水源,等.煉焦過程VOCs排放特征及臭氧生成潛勢[J].北京工業(yè)大學學報,2014,40(1):91-99.

[26]JiunT,KuoL,ChihC,etal.Volatileorganiccompoundconstituentsfromanintegratedironandsteelfacility[J].JournalofHazarousMaterials,2008,157(2):569-578.

第一作者：陳金勝(1993-)，男，安徽安慶人，碩士，主要研究方向為工業(yè)源VOCs治理。

通信作者：伯鑫，高工。boxinet@gmail.com

致謝：本課題得到環(huán)境模擬與污染控制國家重點聯(lián)合實驗室專項經(jīng)費的資助。