固定污染源廢氣VOCs在線監(jiān)測技術(shù)探究

趙菲

摘 要 據(jù)相關(guān)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，VOCs（揮發(fā)性有機物）主要源自于固定污染源的超標(biāo)排放，其最為顯著的特點便是對環(huán)境污染嚴(yán)重、污染種類多且濃度高、對人體危害極大，一旦控制不當(dāng)排放超標(biāo)便會致使大氣污染嚴(yán)重。對此，本文結(jié)合筆者既往固定污染源VOCs監(jiān)測實踐經(jīng)驗，對固定污染源廢氣VOCs在線監(jiān)測技術(shù)進行了細(xì)致探討，以饗同仁。

關(guān)鍵詞 固定污染源;VOCs;在線監(jiān)測

1 固定污染源VOCs在線監(jiān)測采樣技術(shù)

在VOCs廢氣的排放過程中通常含有大量氣態(tài)水，而水分的存在不僅會導(dǎo)致采樣及運輸時樣品出現(xiàn)損失，而且還會對最終的監(jiān)測結(jié)果造成影響。然而，普通的冷凝脫水在脫水的同時也會相應(yīng)濾除部分VOCs組分，從而導(dǎo)致待測樣品失真。因此，對于固定污染源VOCs在線監(jiān)測，通常采取如下三種方式進行采樣：

1.1 氣態(tài)脫水采樣

氣態(tài)脫水技術(shù)能夠?qū)鈶B(tài)水分從所采集VOCs氣體的待測樣品中進行有效分離，并能在分離去除水分的同時將待測樣品的成分予以最大程度的保留。通常，該脫水設(shè)備的材料由于呈現(xiàn)酸性，因此VOCs廢氣的待測樣品中所含有的堿性氣體（NH3）成分會對設(shè)備造成一定的損壞，且該設(shè)備的脫水、抗高溫以及使用壽命等情況，也會由于排放廢氣污染源的情況而有所不同。

1.2 全程高溫伴熱

為防止VOCs廢氣中氣態(tài)水分在運輸?shù)倪^程中出現(xiàn)冷凝，通常會采取加熱、伴熱的方式來減少因冷凝而導(dǎo)致的待測樣品損失失真。而通過采取120～180℃伴熱的形式，使樣品自采樣探頭經(jīng)輸送管，再傳輸至監(jiān)測儀器的進樣流路、切換閥、采樣泵以及監(jiān)測器等整個過程中不發(fā)生冷凝。在石化行業(yè)所排放的VOCs廢氣中，采用該技術(shù)能夠有效防止廢氣中的高沸點成分在降溫后因吸附于管道出現(xiàn)損失，而影響樣品監(jiān)測結(jié)果的真實性、準(zhǔn)確性。同時，全程高溫伴熱進行采樣時對于伴熱管線的材質(zhì)、加熱穩(wěn)定性以及各結(jié)構(gòu)部件的腐蝕性等均有著十分嚴(yán)格的要求。

1.3 稀釋采樣

對于廢氣排放中VOCs濃度較高的企業(yè)，可先使用干態(tài)零氣對所采集的待測樣品進行稀釋，其一方面能夠減少樣品中水分含量從而降低水分對監(jiān)測精度的影響，另一方面經(jīng)過稀釋后的VOCs氣體濃度會相應(yīng)的減少，從而有效避免了待測樣品中VOCs濃度過高而超出監(jiān)測儀器的測量量程。該技術(shù)對于稀釋所用零氣的質(zhì)量要求較高，且對于稀釋比精度的把控要求也極為嚴(yán)格，通常須采用計算機控制在50∶1～200∶1，因而往往對分析儀器靈敏度也有十分高的要求。

需要注意的是，固定污染源VOCs氣體中除氣態(tài)水分外，還有較高濃度的顆粒污染物，長期運作后往往會導(dǎo)致采樣系統(tǒng)的探頭、管線等出現(xiàn)一定的磨損或堵塞而影響在線監(jiān)測儀器的正常運作與測量質(zhì)量。因此，通常須采用慣性分離、高頻反吹以及濾芯加熱等技術(shù)定期對顆粒污染物予以處理，以減少顆粒污染物附著而影響監(jiān)測結(jié)果的精確性。同時，為防止采集與輸送VOCs氣體時吸附或黏附接觸材料，采樣系統(tǒng)的探頭、管線、過濾部件以及各類接頭、閥門構(gòu)件等均應(yīng)使用惰性材料，如此不僅能夠確保采樣氣體的穩(wěn)定性，而且能夠使采集的VOCs廢氣快速通過，從而大大減少了廢氣因停留時間過久而出現(xiàn)吸附的情況[1]。

2 固定污染源VOCs在線監(jiān)測分析技術(shù)

VOCs廢氣排放主要呈現(xiàn)濃度跨度大、成分復(fù)雜多變等特點，因此，針對不同固定污染源VOCs在線監(jiān)測的不同要求，使得靈敏度高、多成分監(jiān)測的GC-FID/PID分析技術(shù)以及快速響應(yīng)、多成分監(jiān)測的FTIR分析技術(shù)成為VOCs較為常用的在線監(jiān)測分析技術(shù)。

2.1 FID分析技術(shù)

被監(jiān)測VOCs氣體流經(jīng)H2與空氣燃燒的高溫火焰時發(fā)生化學(xué)電離，并通過處理與待測樣品VOCs形成正比電信號，從而對排放的VOCs進行判斷。該技術(shù)對于各類組分的VOCs氣體都能響應(yīng)，尤其對碳?xì)浠蛱紦]發(fā)性有機物具有極高的靈敏度，因而多用于此類VOCs廢氣的監(jiān)測中。但FID體積及重量通常較大且須H2作為輔助而危險性高，因此，現(xiàn)場監(jiān)測應(yīng)用不多，且VOCs廢氣中的氣態(tài)水、O2以及N、O以及鹵素原子等的存在往往會使監(jiān)測結(jié)果出現(xiàn)誤差。

2.2 PID分析技術(shù)

VOCs廢氣經(jīng)檢測儀紫外燈后被離子化，所形成的正負(fù)離子通過氣體電荷測量而轉(zhuǎn)化為電流信號，然后根據(jù)待測氣體濃度與電流信號的線性關(guān)系計算得出待測氣體濃度。該監(jiān)測儀器響應(yīng)快、靈敏度高且無須H2、空氣做輔助，同時攜帶較為方便，因而在現(xiàn)場應(yīng)急監(jiān)測、室內(nèi)監(jiān)測以及危險氣體預(yù)警等方面十分適用。但受紫外燈能量的限制，使得部分種類的VOCs氣體的響應(yīng)不高。例如，針對短鏈烷烴類VOCs氣體響應(yīng)慢，甚至檢測不到。

2.3 GC-FID/PID分析技術(shù)

根據(jù)VOCs組分的不同，采用色譜柱分離方法并選擇不同檢測器系統(tǒng)，以實現(xiàn)對多個組分的監(jiān)測與分析。待測VOCs氣體經(jīng)過FID/PID后所產(chǎn)生的電信號輸出到記錄儀器，并得到峰面積與有機化合物質(zhì)量呈正比的色譜圖，然后通過色譜圖對待測VOCs廢氣開展定性與定量分析。該技術(shù)采用超過120℃的高溫全程伴熱進行樣品的采集與傳輸，并采用抗腐蝕性能強和惰性材料，從而大大減少了樣品傳輸過程中的吸附現(xiàn)象，其對于揮發(fā)性有機物廢氣檢測的可選擇性強、靈敏度高，且操作起來較為便捷，測量結(jié)果較為穩(wěn)定、可靠，并能實現(xiàn)對多個組分的同時測量，因而得到了廣泛的應(yīng)用。

2.4 FTIR分析技術(shù)

通過VOCs廢氣中大氣痕量氣體組分中的紅外輻射“指紋”特征吸收光譜測量與分析，從而實現(xiàn)對待測樣品中多種揮發(fā)性有機物組分的定性與定量檢測分析。該技術(shù)由于光譜范圍廣，可檢測VOCs種類多且可同時分析多個組分，且監(jiān)測周期短、響應(yīng)快、操作簡便、靈敏度高，但相比氣象色譜技術(shù)的維護作業(yè)量大且維護成本較高[2]。

3 結(jié)束語

為真正響應(yīng)我國“綠色發(fā)展”號召，加大重點行業(yè)VOCs的專項整治成為當(dāng)前環(huán)保及相應(yīng)部門的工作核心。對此，相應(yīng)環(huán)境監(jiān)測人員務(wù)須全面加強VOCs在線監(jiān)測的質(zhì)量把控，多措并舉切實提升VOCs廢氣處治成效，進而為還百姓于“藍天白云”竭盡己力。

參考文獻

[1] 王強，周剛，鐘琪，等.固定源廢氣VOCs排放在線監(jiān)測技術(shù)現(xiàn)狀與需求研究[J].環(huán)境科學(xué)，2013，34（12）：4764-4770.

[2] 楊怡明，于丹丹，郭英麗，等.固定污染源VOCs在線監(jiān)測技術(shù)探析[J].漯河職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2018，17（5）：23-26.