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揮發(fā)性有機(jī)物VOCs定義的誕生史

分類:行業(yè)熱點(diǎn) > 大氣防治    發(fā)布時(shí)間:2017年6月9日 9:29    作者:來源:《環(huán)境影響評(píng)價(jià)》 作者:楊一鳴等    文章來源:北極星固廢網(wǎng)

近年來,揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)日益受到社會(huì)的關(guān)注,如何有效控制VOCs已成為現(xiàn)階段我國大氣環(huán)境治理領(lǐng)域中的熱點(diǎn)問題。

與其他污染物相比,VOCs較為特殊,反應(yīng)性是該類污染物最大的特點(diǎn),該特點(diǎn)不僅體現(xiàn)在VOCs自身的活性上,也體現(xiàn)在該類污染物與其他污染物的相互反應(yīng)上,其復(fù)雜性和管控難度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他常規(guī)污染物,因而需要制定科學(xué)的、有針對(duì)性的管控政策,而VOCs的定義是管控政策的集中體現(xiàn)。

美國是世界上最早開始立法管控VOCs的國家。自美國根據(jù)光化學(xué)反應(yīng)活性定義VOCs后,該定義便為世界各國廣泛接受,并將VOCs作為常規(guī)污染物之一進(jìn)行管控。

為清晰對(duì)比VOCs定義之間的差異,本文將各類定義從等級(jí)和類型進(jìn)行區(qū)分。

根據(jù)等級(jí)不同,將VOCs定義分為國家定義和地方或行業(yè)定義;

根據(jù)類型不同,將VOCs定義分為反應(yīng)性(是否參與光化學(xué)反應(yīng))和揮發(fā)性(沸點(diǎn)和蒸氣壓限值)定義。

1美國VOCs定義歷程

美國現(xiàn)行VOCs定義為反應(yīng)性定義,由美國EPA制定并于1992年寫入聯(lián)邦法典,但美國最初采用的也是揮發(fā)性定義。

美國VOCs定義經(jīng)歷了前VOCs階段、揮發(fā)性定義階段和反應(yīng)性定義階段。

其VOCs定義的變化過程既是揮發(fā)性定義轉(zhuǎn)變?yōu)榉磻?yīng)性定義的過程,也是美國VOCs管控政策的變化過程,其實(shí)質(zhì)是美國對(duì)于VOCs環(huán)境影響和危害特性的認(rèn)識(shí)不斷深入的過程。

前VOCs階段

美國EPA成立于1970年12月,之前尚未使用VOCs這一名詞。

例如1970年3月由國家空氣污染控制管理部門發(fā)布的《固定源排放的碳?xì)浠衔锖陀袡C(jī)溶劑的控制技術(shù)》(AP-68),使用的名稱為“碳?xì)浠衔锖陀袡C(jī)溶劑”。

揮發(fā)性定義階段

EPA認(rèn)識(shí)到“碳?xì)浠衔锖陀袡C(jī)溶劑”會(huì)帶來概念上的混淆。

“碳?xì)浠衔铩敝傅氖撬杏袡C(jī)化合物的集合,但是一些有機(jī)物不屬于“碳?xì)浠衔铩?,也不作為溶劑使用,卻是光化學(xué)氧化劑的前體物。因此,EPA開始使用“VOCs”這一名詞。

但是由于對(duì)大氣光化學(xué)反應(yīng)認(rèn)識(shí)不足,在EPA成立之后很長一段時(shí)間內(nèi),一直沒有給出明確的VOCs定義。

直至20世紀(jì)70年代末,EPA出版了《污染物控制技術(shù)指南》(CTG)系列,首次提出了VOCs的定義(以下簡稱“CTG定義”):除CO、CO2、H2CO3、金屬碳化物、金屬碳酸鹽、碳酸銨之外,標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下蒸汽壓大于0.1mmHg(1mmHg=0.133kPa)的碳化合物。

然而,在CTG給出VOCs定義之前,洛杉磯地區(qū)在1966年就已給出了類似定義(以下簡稱“66定義”):220℉(約104℃)時(shí)蒸汽壓大于0.5mmHg的有機(jī)化合物。如果只看蒸汽壓限值,CTG定義(0.1mmHg)比66定義(0.5mmHg)更為嚴(yán)格,管控的物質(zhì)也更多。然而,不同溫度對(duì)應(yīng)不同的蒸汽壓,考慮到溫度的不同,CTG定義反而更不嚴(yán)格。

進(jìn)一步的研究表明,常溫下,氣體中存在碳原子數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于12甚至直到18的有機(jī)物,部分碳原子數(shù)大于24的有機(jī)物在常溫下有時(shí)也可以存在于氣態(tài)中;高溫時(shí),低揮發(fā)性的有機(jī)物也能變成氣體并參與光化學(xué)反應(yīng)。因而化合物是否揮發(fā)很大程度上取決于使用時(shí)的加熱方式和程度,但管理機(jī)構(gòu)對(duì)此并不能預(yù)先確定,故難以規(guī)范。

根據(jù)2014年EPA頒布的數(shù)據(jù),目前美國發(fā)現(xiàn)的VOCs物質(zhì)共有1497種(類),其中可確定沸點(diǎn)大于250℃的有308種,小于250℃的有1011種,未能確定沸點(diǎn)的有178種。

也就是說,至少有308種美國管控的VOCs物質(zhì)是不包含在揮發(fā)性定義內(nèi)的,該數(shù)值約占已知VOCs種類的20.57%。

1987年11月,EPA發(fā)布了《新的臭氧和CO政策提案》。該提案附錄D中包含了一系列與當(dāng)時(shí)的SIPs及CAA不一致的內(nèi)容,并要求各州改正。EPA在聯(lián)邦法令通知中聲明,“很多法規(guī)不正確地包含了蒸汽壓限值(如0.1mmHg),導(dǎo)致了很多具備光化學(xué)活性的化合物被豁免而不受管控”,并且該通知提供了一個(gè)不包含蒸汽壓限值的VOCs的模型定義,該定義為:任何參與光化學(xué)反應(yīng)的有機(jī)化合物,但不包含甲烷、乙烷等11種化合物。

1988年5月,EPA發(fā)布了《與VOCs蒸汽壓限值不足和差異相關(guān)的問題》。

該文檔認(rèn)為,各州VOCs管理規(guī)定應(yīng)與EPA的反應(yīng)活性政策保持一致,VOCs定義不能使用0.1mmHg蒸汽壓作為限值,因?yàn)檫@樣的定義豁免了低揮發(fā)性但在特定過程會(huì)揮發(fā)并參與光化學(xué)反應(yīng)的有機(jī)物。各州必須在SIPs中修改相關(guān)內(nèi)容。

反應(yīng)性定義確認(rèn)階段

鑒于VOCs定義的復(fù)雜性,各地方執(zhí)行過程混亂,EPA認(rèn)為應(yīng)該給出一個(gè)正式的VOCs定義并列入聯(lián)邦法典[40CFR51.100(s)],以結(jié)束長期以來關(guān)于VOCs定義的爭議,以便今后有據(jù)可依。

1992年2月,EPA頒布了VOCs定義,隨后被編入法典。

該定義為:除CO、CO2、H2CO3、金屬碳化物、金屬碳酸鹽、碳酸銨之外,任何參加大氣光化學(xué)反應(yīng)的碳化合物。此外,還包括豁免名單及6項(xiàng)豁免條款。截至2014年12月30日,EPA在已有24種(類)豁免名單的基礎(chǔ)上,又陸續(xù)增加了36種(類)豁免物質(zhì)。

2美國VOCs國家定義及管控手段

美國VOCs國家定義為:除CO、CO2、H2CO3、金屬碳化物、金屬碳酸鹽、碳酸銨之外,任何參加大氣光化學(xué)反應(yīng)的碳化合物。在該定義中,對(duì)微反應(yīng)性物質(zhì)進(jìn)行了豁免。截至2014年12月30日,EPA總共豁免了60種(類)微反應(yīng)性物質(zhì)。

美國VOCs地方定義大多直接引用其國家定義,少數(shù)地區(qū)如加州在國家定義的基礎(chǔ)上加嚴(yán)了豁免物質(zhì)。

美國行業(yè)定義是在國家定義的基礎(chǔ)上,強(qiáng)調(diào)了可監(jiān)測、核算等可操作性相關(guān)內(nèi)容,如美國新污染源標(biāo)準(zhǔn)的通用條款定義為:VOCs是指任何參與大氣光化學(xué)反應(yīng)的有機(jī)化合物,或者依據(jù)法定方法、等效方法、替代方法測得的有機(jī)化合物,或者依據(jù)條款規(guī)定的特定程序確定的有機(jī)化合物。

可以看出:

1)美國的國家定義指明了VOCs的管控目的和方向,在其指導(dǎo)下,地方和行業(yè)定義都采用了反應(yīng)性定義,國家定義具有很強(qiáng)的指導(dǎo)作用;

2)國家和地方定義明確了哪些物質(zhì)不屬于VOCs,可免于管控,行業(yè)定義則易于進(jìn)行監(jiān)測和定量,國家和地方及行業(yè)定義之間實(shí)現(xiàn)互補(bǔ);

3)美國反應(yīng)性定義的核心在于豁免基準(zhǔn)和豁免物質(zhì),EPA認(rèn)為豁免低反應(yīng)性的物質(zhì)可以有效加強(qiáng)對(duì)于高反應(yīng)性物質(zhì)的管控,并且可以鼓勵(lì)企業(yè)采用豁免物質(zhì)替代VOCs物質(zhì)。

3中國VOCs定義及管控手段

很遺憾,我國目前缺乏VOCs國家定義。

在地方定義中,如香港引用了美國國家定義,而天津則采用了揮發(fā)性定義;在行業(yè)定義中,某些行業(yè)采用了反應(yīng)性定義,某些采用了揮發(fā)性定義。總體而言,我國各類VOCs定義并不統(tǒng)一,相互之間也缺乏一致性和互補(bǔ)性。

最為關(guān)鍵的是,由于缺乏國家定義對(duì)于豁免物質(zhì)的規(guī)定,我國未對(duì)大量的微反應(yīng)性物質(zhì)進(jìn)行豁免,這就使得微反應(yīng)性物質(zhì)也被管控,企業(yè)無法用微反應(yīng)性物質(zhì)替代高反應(yīng)性物質(zhì),將會(huì)增加管控成本,并影響管控效果。

4明確中國VOCs定義及管控對(duì)策的建議

盡早明確國家定義

與美國VOCs定義歷程類似,中國目前也出現(xiàn)了地方和行業(yè)定義先于國家定義出現(xiàn)的情況。

總體而言,我國的VOCs定義處于較為混亂和矛盾的局面,體現(xiàn)在反應(yīng)性定義和揮發(fā)性定義同時(shí)存在,揮發(fā)性定義中揮發(fā)性限值不統(tǒng)一,反應(yīng)性定義中缺乏豁免物質(zhì)等方面。

借鑒美國的VOCs定義歷程,我國應(yīng)盡快給出一個(gè)明確的VOCs國家定義,以結(jié)束長期以來關(guān)于定義的爭議。

作為國家定義,一定要堅(jiān)持科學(xué)性和嚴(yán)謹(jǐn)性,應(yīng)采用反應(yīng)性定義并明確豁免基準(zhǔn)。鑒于國內(nèi)VOCs反應(yīng)性研究起步較晚,可考慮暫時(shí)借鑒美國國家定義。

盡快統(tǒng)一地方和行業(yè)定義

國家定義指明了VOCs的管控方向,明確了VOCs的具體物質(zhì),起到指導(dǎo)和規(guī)范作用,而具體執(zhí)行還需要地方政府和行業(yè)部門的配合。

因此應(yīng)在國家定義的指導(dǎo)下,盡快統(tǒng)一和完善地方和行業(yè)定義。地方定義在與國家定義反應(yīng)性保持一致的前提下,可以對(duì)豁免物質(zhì)加嚴(yán)。

行業(yè)定義在不違背國家定義的前提下,可強(qiáng)調(diào)可監(jiān)測、核算等可操作性內(nèi)容。

建立VOCs反應(yīng)性管控體系

VOCs的反應(yīng)性是最復(fù)雜也是最需要投入大量精力進(jìn)行研究的方面。

對(duì)于臭氧而言,目前已知的大約有上千種VOCs物質(zhì)能夠反應(yīng)生成臭氧,但并不是所有的VOCs都具有相同的生成臭氧的能力。

反應(yīng)性不僅僅是化合物本身的性質(zhì),還與化合物所處的自然環(huán)境密切相關(guān)。一種有機(jī)化合物的絕對(duì)活性隨著VOCs與NOx的比值、氣象條件、空氣中其他VOCs的混合以及反應(yīng)時(shí)間的不同而存在差異。

因此,反應(yīng)性定義指明了VOCs的管控目的和方向,可引導(dǎo)國內(nèi)相關(guān)機(jī)構(gòu)開展一系列VOCs反應(yīng)性基礎(chǔ)研究,包括監(jiān)測方法、表征方法、基于具體物質(zhì)的排放量管理和光化學(xué)反應(yīng)機(jī)理研究等,以此為基礎(chǔ)逐步建立和完善我國VOCs反應(yīng)性管控體系。

加強(qiáng)VOCs其他危害特性管控

在制定VOCs控制政策時(shí),除首先應(yīng)確定哪種危害特性影響最大,需要優(yōu)先控制外,還需要全面考慮VOCs的其他各種危害特性。

美國針對(duì)VOCs的不同危害特性,建立了全面覆蓋VOCs其他危害特性的管控體系,包括有毒有害特性、破壞臭氧層和溫室氣體特性,值得我國借鑒。

對(duì)有毒有害空氣污染物的控制是對(duì)常規(guī)空氣污染物進(jìn)行管控的補(bǔ)充,是環(huán)境空氣質(zhì)量管控的下一階段,其管控難度不亞于常規(guī)污染物。對(duì)此,我國應(yīng)早作準(zhǔn)備。

美國的HAPs管控體系設(shè)計(jì)較為科學(xué),為我國提供了很好的參考。建議我國根據(jù)自身污染物排放的特點(diǎn),在美國HAPs清單的基礎(chǔ)上,有取舍、有補(bǔ)充地制定中國的有毒有害大氣污染物清單,進(jìn)而完善有毒有害空氣污染物管控體系。


來源:《環(huán)境影響評(píng)價(jià)》  作者:楊一鳴等

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