一文讀懂：揮發(fā)性有機物VOCs定義的誕生史

近年來，揮發(fā)性有機物(VOCs)日益受到社會的關(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)性是該類污染物大的特點，該特點不僅體現(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遠大于其他常規(guī)污染物，因而需要制定科學(xué)的、有針對性的管控政策，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)污染物之一進行管控。

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

根據(jù)等級不同，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，其實質(zhì)是美國對于VOCs環(huán)境影響和危害特性的認識不斷深入的過程。

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《固定源排放的碳氫化合物和有機溶劑的控制技術(shù)》(AP-68)，使用的名稱為“碳氫化合物和有機溶劑”。

揮發(fā)性定義階段

EPA認識到“碳氫化合物和有機溶劑”會帶來概念上的混淆。

“碳氫化合物”指的是所有有機化合物的集合，但是一些有機物不屬于“碳氫化合物”，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。

但是由于對大氣光化學(xué)反應(yīng)認識不足，在EPA成立之后很長一段時間內(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，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℃)時蒸汽壓大于0．5mmHg的有機化合物。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。

進一步的研究表明，常溫下，氣體中存在碳原子數(shù)遠遠大于12甚至直到18的有機物，部分碳原子數(shù)大于24的有機物在常溫下有時也可以存在于氣態(tài)中;高溫時，低揮發(fā)性的有機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的加熱方式和程度，但管理機構(gòu)對此并不能預(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)，其中可確定沸點大于250℃的有308種，小于250℃的有1011種，未能確定沸點的有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，因為這樣的定義豁免了低揮發(fā)性但在特定過程會揮發(fā)并參與光化學(xué)反應(yīng)的有機物。各州必須在SIPs中修改相關(guān)內(nèi)容。

反應(yīng)性定義確認階段

鑒于VOCs定義的復(fù)雜性，各地方執(zhí)行過程混亂，EPA認為應(yīng)該給出一個正式的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，對微反應(yīng)性物質(zhì)進行了豁免。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化合物，或者依據(jù)條款規(guī)定的特定程序確定的有機化合物。

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)定義則易于進行監(jiān)測和定量，國家和地方及行業(yè)定義之間實現(xiàn)互補;

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認為豁免低反應(yīng)性的物質(zhì)可以有效加強對于高反應(yīng)性物質(zhì)的管控，并且可以鼓勵企業(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?？傮w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性。

為關(guān)鍵的是，由于缺乏國家定義對于豁免物質(zhì)的規(guī)定，我國未對大量的微反應(yīng)性物質(zhì)進行豁免，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，一定要堅持科學(xué)性和嚴(yán)謹性，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)性是復(fù)雜也是需要投入大量精力進行研究的方面。

對于臭氧而言，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)。一種有機化合物的活性隨著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VOCs其他危害特性管控

在制定VOCs控制政策時，除首先應(yīng)確定哪種危害特性影響大，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。

對有毒有害空氣污染物的控制是對常規(guī)空氣污染物進行管控的補充，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。對此，我國應(yīng)早作準(zhǔn)備。

美國的HAPs管控體系設(shè)計較為科學(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，在美國HAPs清單的基礎(chǔ)上，有取舍、有補充地制定中國的有毒有害大氣污染物清單，進而完善有毒有害空氣污染物管控體系。