一文讀懂：揮發(fā)性有機(jī)物VOCs定義的誕生史

近年來(lái)，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(guó)大氣環(huán)境治理領(lǐng)域中的熱點(diǎn)問(wèn)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(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(guó)是世界上早開(kāi)始立法管控VOCs的國(guó)家。自美國(guó)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(guó)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(guó)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(guó)VOCs定義歷程

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

美國(guó)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(guò)程既是揮發(fā)性定義轉(zhuǎn)變?yōu)榉磻?yīng)性定義的過(guò)程，也是美國(guó)VOCs管控政策的變化過(guò)程，其實(shí)質(zhì)是美國(guó)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(guò)程。

前VOCs階段

美國(guó)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(guó)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(lái)概念上的混淆。

“碳?xì)浠衔?rdquo;指的是所有有機(jī)化合物的集合，但是一些有機(jī)物不屬于“碳?xì)浠衔?rdquo;，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(kāi)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(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，一直沒(méi)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(jiǎn)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(jiǎn)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(guó)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(shuō)，至少有308種美國(guó)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(wèn)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(guò)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(guò)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(zhǎng)期以來(lái)關(guān)于VOCs定義的爭(zhēng)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(guó)VOCs國(guó)家定義及管控手段

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

美國(guó)行業(yè)定義是在國(guó)家定義的基礎(chǔ)上，強(qiáng)調(diào)了可監(jiān)測(cè)、核算等可操作性相關(guān)內(nèi)容，如美國(guó)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(cè)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(guó)的國(guó)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(guó)家定義具有很強(qiáng)的指導(dǎo)作用;

2)國(guó)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(cè)和定量，國(guó)家和地方及行業(yè)定義之間實(shí)現(xiàn)互補(bǔ);

3)美國(guó)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(guó)VOCs定義及管控手段

很遺憾，我國(guó)目前缺乏VOCs國(guó)家定義。

在地方定義中，如香港引用了美國(guó)國(guó)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(guó)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。

為關(guān)鍵的是，由于缺乏國(guó)家定義對(duì)于豁免物質(zhì)的規(guī)定，我國(guó)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(wú)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(guó)VOCs定義及管控對(duì)策的建議

盡早明確國(guó)家定義

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

總體而言，我國(guó)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(guó)的VOCs定義歷程，我國(guó)應(yīng)盡快給出一個(gè)明確的VOCs國(guó)家定義，以結(jié)束長(zhǎng)期以來(lái)關(guān)于定義的爭(zhēng)議。

作為國(guó)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(guó)內(nèi)VOCs反應(yīng)性研究起步較晚，可考慮暫時(shí)借鑒美國(guó)國(guó)家定義。

盡快統(tǒng)一地方和行業(yè)定義

國(guó)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(guó)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(guó)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(guó)家定義的前提下，可強(qiáng)調(diào)可監(jiān)測(cè)、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(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(guó)內(nèi)相關(guān)機(jī)構(gòu)開(kāi)展一系列VOCs反應(yīng)性基礎(chǔ)研究，包括監(jiān)測(cè)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(guó)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(guó)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(guó)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(guó)應(yīng)早作準(zhǔn)備。

美國(guó)的HAPs管控體系設(shè)計(jì)較為科學(xué)，為我國(guó)提供了很好的參考。建議我國(guó)根據(jù)自身污染物排放的特點(diǎn)，在美國(guó)HAPs清單的基礎(chǔ)上，有取舍、有補(bǔ)充地制定中國(guó)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。