區域空氣中VOCs監控系統的應用
——以南京某鋼鐵廠為例

黃偉來

(上海市松江區環境監測站，上海 201600)

1 引言

大氣揮發性有機化合物(Volatile Organic Compounds，VOCs)是大氣中的重要微量成分，通常指在常溫下，沸點在50～260 ℃之間各種易揮發的有機化合物。VOCs主要由非甲烷碳氫化合物、鹵代烴、含氧、含氮、含硫、鹵素的衍生物等有機化合物組成。由于甲烷的光化學性質較為穩定，在VOCs研究中通常不包括甲烷，VOCs在大氣中分布廣泛，組成復雜，雖然含量甚微，但由于大多數物種具有較活躍的光化學反應活性，是形成細顆粒物(PM2.5),臭氧(O3)等二次污染的主要前體物質，引起光化學煙霧，進而引發灰霾，還能夠生成二次有機氣溶膠(SOA)間接影響地球表面的輻射平衡，進而影響氣候。

在我國，大氣VOCs在現行環境空氣質量標準中不是受控指標。但VOCs對人類、社會環境等的影響已經越來越明顯。由于其具有毒性和致癌性，對生存在同一個大氣環境的人類、動物、植物都造成不同程度危害。隨著我國人民生活水平的不斷提高，城市化進程的加快，大氣中揮發性有機物的成份也越發復雜，含量日益增加，大氣中揮發性有機污染問題己經在城市出現，其危害不可忽視。最初我國的一些VOCs研究和探討的種類和方法已經不滿足現行的日益從嚴的標準規范，也不能滿足當前的大氣環境管理要求。VOCs逐漸成為繼顆粒物、二氧化硫、氮氧化物后的大氣污染控制中的新生關注點。

現階段，測量揮發性有機物的主要方法是氣相色譜-質譜(gas chromatography- mass spectrometry，GC-MS )。該方法的特點是測量VOCs的精確度較高，基于涉及色譜和電子轟擊電離特點，該方法一般在實驗室操作，存在較大的局限性，分析時間滯后，樣品采集、儲存和運輸過程增加樣品交叉污染的幾率和樣品受損的可能性，從而影響結果的準確性和監測效率，采集樣品的數目也受到限制。目前的生態環境監測管理要求快速準確得到多項污染因子的分析結果和數據信息，幫助管理部門盡快找出高風險污染隱患，優先制定相應的管控措施。綜上所述，高效的大氣揮發性有機物在線監測的技術研究與相關儀器的開發是非常必要的。

“十二五”國家戰略規劃以來，VOCs的管理控制被列為大氣污染重點工作，特別是石油化工、包裝印刷、汽車制造、家具制造、化學品制造等五大行業生產中排放出的大量揮發性有機物亟需重點管控。南京市是江蘇省省會，也是東部沿海經濟帶與長江經濟帶交會的大城市，石化、鋼鐵等大型企業排放大量的VOCs，VOCs對大氣的復合污染程度日趨嚴峻，但相關的監測研究和技術開發相對不足。本文選擇某鋼鐵公司廠區內4個具有不同代表性的站點，建立高效、智能、三位一體的環境監測系統，以性能先進的現場端連續氣體監測儀器系統為數據源，配合與特征因子大數據匯聚仿真分析模型，對區域(工業園區)環境質量進行監控，獲得了不同站點的VOCs監測資料，并且建立該區域的無組織揮發性有機物數據庫，從而及時判斷出該區域空氣中揮發性有機物特征污染因子并對它的變化趨勢作出研究，以此促進無組織污染物的監管力度，有效治理區域大氣環境，從而達到控制大氣環境污染，改善區域環境質量的目的。

2 實驗部分

本文建立的環境在線監測系統，注重“模塊化”“一體化”的設計理念，達到最大程度的功能拓展，提升系統的先進性，可實現全區域VOCs監測及對今后生態環境的管理提供有力的數據支撐。本項目的技術路線如圖1所示。

監測地點設在南京市某鋼鐵公司的廠區內，布點情況如圖2。其中點1為能環部南樓、點2為資源危廢倉庫、點3為焦罐檢修區、點4為12號門衛。

圖1 技術路線

該廠各設備均為24 h運轉，采樣期間均運行正常，氣體的排放也相對穩定。在研究中，視為穩定的污染源。

圖2 監測布點示意

我國現行GB3095-2012《環境質量標準》中規定的是常規例行監測項目，而對于工業企業所排放的污染因子的特點，僅僅做常規因子的監測已不能滿足經濟與環境協調統一和經濟可持續發展的要求。本課題主要側重于苯、甲苯、二甲苯、酚類和非甲烷總烴等大氣揮發性有機污染物的在線監測，同時兼顧烷烴、烯烴、鹵代烴等67種揮發性有機物作為研究對象。本系統采用光離子檢測技術(簡稱PID)，該方法操作簡便、反映速度快等優勢廣泛用于多種揮發性有機物組分的檢測。

通過該廠界無組織VOCs自動監測系統將各站點數據上傳到服務器端，系統以數據及曲線實時顯示各個站點的監測因子及氣象因子等參數，對所采集的各種數據，按照站點、時間、參數等自動生成小時、日、周、月、季、年報表，并導出生成相應的文件，分析出該片區域的主要污染因子。針對該項目的行業特點，參照《石油化學工業污染物排放標準》(GB31571-2015)中企業邊界苯、甲苯、二甲苯等相關因子的排放限值，查明各種污染物做出的貢獻率。

3 結果與討論

分別將廠區12號門衛、焦罐檢修區、資源危廢庫以及能環部南樓4個區域作為監測點，進行為期半年(2017年6月-2017年12月)的VOCs有機物監測，所監測揮發性有機物類型主要包括非甲烷總烴、苯系物、酚類、總烴、甲烷、苯、甲苯、乙苯、對間二甲苯、鄰二甲苯、苯酚、2/4二甲苯酚以及2/6二甲苯酚共13類污染物。半年內，所監測物質的濃度平均值如表1所示。

表1 VOCs平均濃度 mg/m3

由表1的數據可得出如下規律：

(1)總烴的濃度為非甲烷總烴濃度與甲烷濃度的和，苯系物濃度則是苯、甲苯、乙苯、鄰二甲苯、對間二甲苯濃度的總和，酚類濃度為苯酚、2/4二甲苯酚和2/6二甲苯酚的濃度和。

(2)12號門衛監測點的總烴平均濃度為2.8470 mg/m3，酚類平均濃度為0.1732 mg/m3，苯系物平均濃度為0.0168 mg/m3。

(3)焦罐檢修區監測點的總烴平均濃度為2.1395 mg/m3，酚類平均濃度為0.7126 mg/m3，苯系物平均濃度為2.8850 mg/m3。

(4)資源危廢庫監測點的總烴平均濃度為2.2705 mg/m3，酚類平均濃度為0.0266 mg/m3，苯系物平均濃度為0.0122 mg/m3。

(5)能環部南樓監測點的總烴平均濃度為3.0107 mg/m3，酚類平均濃度為0.0659 mg/m3，苯系物平均濃度為0.0163 mg/m3。

(6)除了能環部南樓監測點，其他3個監測點的總烴濃度的構成中，甲烷與非甲烷總烴的濃度水平差別不大，而能環部南樓監測點的總烴濃度構成中，非甲烷總烴占極大的一部分比重。

綜合上述監測數據，可得結論如下：總烴平均濃度最高位置為12號門衛監測點，酚類平均濃度最高位置為焦罐檢修區監測點，苯系物平均濃度最高位置為焦罐檢修區監測點，相比之下，焦罐檢修區的苯系物濃度水平、酚類平均濃度水平均高于其他3個監測點，需對焦罐檢修區進行重點監測及治理。

以上結論是基于某鋼鐵廠廠界的較小區域VOCs在線監測4個布點的監測數據分析得出的，相對于一個工業園區或區縣級的行政區域，排放源可能更多，大氣污染成分更復雜，可以根據排放源的分布密度，布置更多的在線監測點位，監控更多的污染因子，并采用同樣的數據系統平臺，經過數據端的匯總、分析生成報告，應可得出該區域的重點污染因子、污染點位，從而進行重點監測及治理。