综述：焦化行业中挥发性有机化合物排放的特征分析及健康风险评估：以中国东部为例

《Journal of Environmental Sciences》：Characterization of Volatile Organic Compounds Emissions and Health Risk Assessment in Coking Industry: A Case Study in East China

焦化行业挥发性有机物（VOCs）排放特征及健康风险研究，基于山东8个焦化厂生产单元的现场采样，分析VOCs组分、排放因子及臭氧形成潜势，发现焦化区烷烃/烯烃为主，气净化区芳香烃/含氧VOCs占优，苯和丙烷分别主导致癌与非致癌风险及O3生成。研究为制定精准管控策略提供科学依据。

　　

赵星宇|王子健|霍思思|龚安宝|于阳春|关旭|张鑫|张庆柱|王文星

山东大学环境研究所，中国青岛市266237

摘要

挥发性有机化合物（VOCs）是一类重要的空气污染物，来自人为来源的排放对于理解和管理VOC污染及其导致的臭氧（O₃）污染至关重要。多项研究已经评估了中国主要工业源的VOC排放情况；然而，关于焦化行业VOC排放的知识仍然不足。本研究通过详细的现场采样，分析了焦化行业的VOC排放特征，构建了排放源谱型，识别了各省的VOC排放特点，并评估了对工人潜在的健康风险。实验结果表明，焦化环节的主要VOC排放物是烷烃和烯烃，而在气体净化和污水处理环节则以芳香烃和含氧VOC为主。这些环节中的主要VOC物种分别是正戊烷、苯和异丙醇。焦化炉单元的排放因子最高。臭氧形成潜力研究表明，焦化炉以及冷凝和爆破单元对O₃的形成有显著影响，其中丙烯是主要的贡献者。此外，还研究了不同体力劳动强度对职业工人的健康风险，发现重体力劳动可能对工人造成严重的致癌风险。苯是主要的致癌物质，而1,1,2-三氯乙烷是焦化行业中主要的非致癌VOC。本研究全面了解了焦化行业排放的VOC污染特征和环境风险，为制定VOC法规提供了依据，并促进了清洁生产的发展。

引言

挥发性有机化合物（VOCs）参与大气光化学反应，是一类重要的空气污染物，不包括一氧化碳、二氧化碳、碳酸、金属碳化物或碳酸盐以及碳酸铵等化合物（EPA, 2025a; He et al., 2019; Wang et al., 2023b; Zhang et al., 2022b）。VOCs会对人类的呼吸系统、神经系统和造血系统产生不良影响，长期暴露可能增加致癌风险（Cheng et al., 2022b; Liang et al., 2020a; Tong et al., 2019）。此外，VOCs可以引发对流层中臭氧（O₃）和二次有机气溶胶的形成（Chen et al., 2023; Zhan et al., 2021; Zhang et al., 2018），对人类健康、空气质量及农业生产力构成威胁（Cheng et al., 2022b; Tong et al., 2019; Yang et al., 2020a）。国际癌症研究机构（IARC, 2025）已将包括苯在内的多种VOCs列为1类人类致癌物。因此，VOCs已成为大气科学研究的热点。

在中国，工业源是VOCs的主要人为来源，占总人为VOC排放量的50%以上（Simayi et al., 2019; Wu et al., 2016）。焦化行业对工业排放的贡献显著，2012年和2018年分别占总人为VOC排放量的12.1%和15.8%（Wang et al., 2024; Wu et al., 2016）。作为最大的焦炭生产和贸易国，中国的焦化行业引发了人们对VOC排放及其环境影响的关注（Li et al., 2019; NBSC, 2022）。尽管一些研究通过测量焦化设施周围的VOC浓度来研究其排放特性，但大多数评估都是将整个焦化厂作为一个整体进行，而没有具体分析其各个生产单元（Liang et al., 2020a; Wang et al., 2021; Zhang et al., 2020a）。由于不同生产单元之间的VOC排放差异较大，仅凭整个焦化厂的汇总排放数据来制定有效的VOC控制策略具有挑战性，尤其是在生产规模较大的设施中。

通常会进行臭氧形成潜力（OFP）分析和暴露风险评估，以估算VOCs对O₃形成的贡献，并评估职业环境和公共环境中的健康风险（Cheng et al., 2022a; Liang et al., 2020b; Wang et al., 2022; Wang et al., 2021; Yang et al., 2020b; Zhan et al., 2021; Zhou et al., 2011）。然而，现有研究主要集中在华北地区焦化厂内个别废水处理设施的VOC排放上，而对华东地区整个生产链的多过程排放特征和健康风险的系统研究仍较为有限（Chen et al., 2025a; Cheng et al., 2024; Zhang et al., 2020b; Zhang et al., 2019）。作为经济最发达的地区之一，华东在中国工业进步和经济增长中发挥着关键作用。其中，山东省是工业核心，其工业体系涵盖39个主要经济领域，在化工和能源产业具有全国领先地位（NBSC, 2022）。这种独特的工业结构为研究焦化行业的VOC排放特征提供了典型背景。

因此，本研究的目的是全面调查焦化生产过程中VOC的排放源和暴露水平，并科学评估吸入VOC的健康风险。以山东省的八家典型焦化厂为目标，本研究分析了多个生产单元的VOC组成和排放因子，结合了OFP和暴露风险评估。我们的发现旨在填补区域研究空白，推进基于科学的工业区环境治理和健康保护策略，有助于了解焦化行业从业者的暴露水平和健康风险，为改进生产过程提供参考，并指导减排措施的发展。

章节摘录

采样点特征

图1a展示了2022年中国焦炭生产分布情况。作为华东地区的工业核心，山东省的焦炭产量在该地区最高，仅次于北部的山西（21.7%）、河北（13.6%）和内蒙古（10.9%）。因此，我们在2022年10月选取了山东省的八家焦化厂（A、B、C、D、E、F、G、H），从各个生产单元收集了49个空气样本。

结果与讨论

本研究讨论和分析了八家焦化厂三个生产环节（焦化、气体净化和污水处理）的VOC排放特征。“过程平均排放浓度”是指该特定生产单元中所有八家焦化厂测量浓度的算术平均值。VOC的排放因子和臭氧形成潜力是根据过程平均VOC浓度计算得出的。

结论

本研究首次全面分析了华东地区焦化生产过程中116种目标VOC，按生产单元进行了分类，填补了现有研究的空白。系统研究了焦化生产过程中VOC的排放特征、排放因子、臭氧形成潜力及健康风险。在焦化环节中识别出的主要VOC物种是烷烃和烯烃。

作者贡献声明

赵星宇：撰写初稿、验证、软件使用、调查、数据分析。王子健：数据可视化、验证。霍思思：验证。龚安宝：监督。于阳春：调查。关旭：项目管理。张鑫：撰写、审稿与编辑、方法学研究、资金筹集。张庆柱：撰写、审稿与编辑、监督、资金筹集、概念构思。王文星：撰写、审稿与编辑。