有組織廢氣非甲烷總烴監測的“干”“濕”問題研究——以氣袋采樣-氣相色譜法為例

謝家楠

（上海市松江區環境監測站，上海 201600）

0 引言

隨著社會經濟的發展和生態環境保護意識的日益提高，中國政府不斷加強生態環境改善和污染治理工作，大氣環境的改善和污染物排放的治理就是其中之一。根據危害方式，可將大氣污染物大致分為一次大氣污染物、二次大氣污染物等，在眾多的二次大氣污染物中，揮發性有機物（VOCs）因對目前環境影響較大的大氣光化學反應、細顆粒物（pM2.5）形成具有較大作用不斷受到重視。

1 研究背景

2019年，國家發布了《揮發性有機物無組織排放控制標準》（GB 37822-2019），同年發布《制藥工業大氣污染物排放標準》（GB 37823—2019）、《涂料、油墨及膠粘劑工業大氣污染物排放標準》（GB 37824—2019）等行業標準中也明確揮發性有機物的監測要求。

具體手工監測中，非甲烷總烴（non-met ha ne hydrocarbons ,NMHC）項目常作為揮發性有機物總體排放情況的重要表征之一[2]。非甲烷總烴是指采用規定的監測方法，氫火焰離子化檢測器有響應的除甲烷外的氣態有機化合物的總和[1]；或者在《固定污染源廢氣 總烴、甲烷和非甲烷總烴的測定 氣相色譜法》（HJ 38-2017）、《環境空氣 總烴、甲烷和非甲烷總烴的測定 直接進樣-氣相色譜法》（HJ 604-2017）的標準測定條件下，從總烴中扣除甲烷以后其他氣態有機化合物的總和。

本文從樣品氣袋采集、實驗室氣相法分析、實驗數據分析等環節開展非甲烷總烴污染物項目手工監測研究，討論在固定污染源有組織排氣非甲烷總烴氣袋采樣-氣相色譜法監測、達標分析中“干”“濕”換算特點，明確非甲烷總烴氣袋采樣-氣相色譜法監測結果應正確開展“干”“濕”換算，保證監測數據“真、準、全”及污染物排放是否達標的評價有效性。

2 非甲烷總烴監測的“干”“濕”

“干”、“濕”在氣態污染物監測中指有組織排放廢氣中水分含量問題，不含水分的排氣被稱為干排氣。一般情況下，廢氣中含有一定量的水分，而非污染成分的水在不同壓力和溫度下自身狀態不同，會對監測污染物項目的濃度數值產生影響。為增加污染物監測數據間的統一性及可比性，相應監測技術規范要求廢氣排氣參數中開展水分含量（含濕量）的測定，相應大氣污染物排放標準做出排放限值基于“干”的要求。

2.1 排放標準中的“干”“濕”要求

非甲烷總烴污染物項目排放標準較多，在國家、地方大氣污染綜合排放標準、相關行業標準都有限值規定，規定中都要求固定污染源有組織排放非甲烷總烴限值應滿足的“干”或“濕”條件。國家綜合標準《大氣污染物綜合排放標準》（GB16297-1996）中3.1“標準狀態指溫度為273K，壓力為101325Pa時的狀態。本標準規定的各項標準值，均以標準狀態下的干空氣為基準”；國家行業標準《涂料、油墨及膠黏劑工業大氣污染物排放標準》（GB37824-2019）中3.21“標準狀態溫度273.15K，壓力為101.325kPa時的狀態。本標準規定的大氣污染物排放濃度限值均以標準狀態下的干氣體為基準”[3]；上海市地方綜合標準《大氣污染物綜合排放標準》（DB31/933-2015）中3.14“標準狀態溫度為273.15K，壓力為101325Pa時的狀態。本標準規定的大氣污染物排放濃度限值均以標準狀態下的干氣體為基準”。固定源廢氣監測的結果表示及計算應根據相關排放標準的要求來確定。因此，在污染物排放濃度是否滿足排放限值分析時，固定污染源有組織排放非甲烷總烴監測應以獲得標準狀態下干氣體為基準的濃度值為最終目標，且非甲烷總烴污染物項目排放標準中，沒有明確說明干氣體為基準的換算方式。

2.2 采樣、分析過程的“干”“濕”狀態

污染物排放標準對污染物項目的分析方法進行具體規定，固定污染源有組織排放廢氣中非甲烷總烴手工監測執行《固定污染源廢氣 總烴、甲烷和非甲烷總烴的測定 氣相色譜法》（HJ 38-2017）標準，上述分析標準中要求執行《固定污染源廢氣 揮發性有機物的采樣 氣袋法》（HJ732-2014）和玻璃注射器采集開展樣品采集，兩者主要差異為樣品容器不同，實際中因氣袋具有便捷、安全等優點多被采用[4]。

氣袋法采樣原理是使用真空箱、抽氣泵等設備將經固定污染源排氣筒排放的廢氣直接采集并保存到化學惰性優良的氟聚合物薄膜氣袋中，采樣系統如圖1所示，其中廢氣流經的管路未含有能夠吸收水分作用的結構。采樣使用加熱采樣管，在排氣筒廢氣溫度高于環境溫度時，則開啟加熱采樣管電源，將采樣管加熱并保持在120℃±5℃進行采樣。加熱采集避免因廢氣由較高溫度的排氣筒進入較低溫度的采樣管時，廢氣中水分發生冷凝，保證進入氣袋的廢氣樣品成分與排氣筒中的一致。廢氣中的水分與其他組分一起進入氣袋，采集在氣袋中的廢氣樣品與排氣管中廢氣樣品一致，含有水分，且量相同，如圖1所示。

圖1 固定污染源有組織廢氣排放非甲烷總烴氣袋采樣系統

固定污染源有組織排放廢氣中非甲烷總烴手工監測執行《固定污染源廢氣 總烴、甲烷和非甲烷總烴的測定 氣相色譜法》（HJ 38-2017），其原理是氣體樣品直接注入有氫火焰離子化檢測器的氣相色譜儀，分別在總烴柱和甲烷柱上測定總烴和甲烷含量，兩者之差即為非甲烷總烴的含量。分析方法進樣是通過帶定量環的進樣閥或氣密玻璃注射器或自動氣袋進樣儀由樣品氣袋直接向氣相色譜儀進1mL廢氣樣品，進樣結構未含有能夠吸收水分作用的組成。同時，進樣品前還需觀察保存有廢氣樣品的氣袋內壁，如有液滴凝結現象，則應放入能夠加熱樣品至不低于120℃的樣品加熱裝置中至液滴凝結現象消除，然后迅速分析。表明，氣袋中定量進入氣相色譜進行分析的廢氣樣品包含有水分，水分是進入氣相色譜開展分析的定量樣品的組分之一，進入氣相色譜被分析的樣品與氣袋中廢氣樣品兩者的水分體積濃度相等。分析方法的結果計算是使用濃度梯度的標準氣體繪制以濃度（μmoL/moL）為橫坐標，以色譜響應峰面積為縱坐標建立校準曲線，將樣品產生的相應色譜響應峰面積與校準曲線對應換算獲得甲烷和總烴在所有樣品組分的所占濃度（μmoL/moL），所有組分依然包括樣品中的水分。后續甲烷、總烴的濃度（μmoL/moL）根據物質的摩爾質量，最終獲得以碳計的廢氣樣品中非甲烷總烴質量濃度，至此分析方法規定的結果計算結束[5]。上述計算過程，沒有排除樣品中水分存在的因素，水分含量被包含在最終計算結果。表明，此分析方法的結果計算結束后獲得的非甲烷總烴質量濃度是建立在濕氣體樣品的濃度。

2.3 監測項目的“干”“濕”結論

固定污染源廢氣監測的結果表示及計算應根據相關排放標準的要求來確定，有組織排放非甲烷總烴監測應以獲得標準狀態下干氣體為基準的濃度值為最終目標。在監測過程中，非甲烷總烴的氣袋采集-氣相色譜法分析將排氣筒中濕廢氣直接采集至氣袋獲得廢氣樣品，廢氣樣品中水分參與了氣相色譜定量進氣的過程，最終獲得非甲烷總烴是基于“濕”廢氣樣品的質量濃度，代表的是排氣管中“濕”廢氣中非甲烷總烴的質量濃度。結論：環境保護固定污染源有組織廢氣排放中非甲烷總烴的氣袋采集-氣相色譜法分析結果與相關排放標準的最終目標間并不一致，缺少質量濃度的“干”“濕”換算過程，執行的氣袋采集-氣相色譜法分析與相關排放標準中未有具體換算方法的明確說明。

2.4 實踐中非甲烷總烴的“干”“濕”換算

監測中，可根據不同的測量對象選用冷凝法、干濕球法或重量法中的一種方法測定，獲得排氣中水分含量，即排氣中水分含量體積百分比。根據《固定污染源廢氣總烴、甲烷和非甲烷總烴的測定 氣相色譜法》（HJ 38-2017）進行體積濃度向標準狀態質量濃度計算時，通過除以廢氣干氣體體積百分比獲得最終以干氣體為基準的標準狀態下總烴、甲烷、非甲烷總烴的質量濃度。

3 實際監測中易產生“干”“濕”問題的原因

非甲烷氣袋采集-氣相色譜法分析結果在數值上基于干氣體的質量濃度值大于等于濕狀態的質量濃度，未正確的開展“干”“濕”換算，既無法正確適用相關排放標準，在質量濃度數值上也有偏小、假達標的錯覺。因此，非甲烷氣袋采集-氣相色譜法正確的開展“干”“濕”換算十分重要。實際監測過程中存在一些情況容易造成“干”“濕”問題。

3.1 對相關標準的理解不足

監測過程包含樣品采集、實驗分析和結果分析等環節，涉及采樣標準、分析標準、排放標準等較多標準和技術規范。固定污染源有組織手工監測非甲烷總烴的氣袋采樣原理是使用真空箱、抽氣泵等設備直接采集，與常用的化學法采樣原理不同，應重視直接采樣對樣品“干”“濕”狀態的影響。實驗室分析采用的直接進樣氣相色譜法，定量是基于體積濃度標準氣體繪制工作曲線。應正確理解氣相色譜儀顯示數據僅是基于實驗室環境下進入氣相色譜的1mL含水分廢氣中甲烷和總烴體積濃度值，代表了氣袋中含水分廢氣的監測因子濃度，而非樣品中監測因子的以干氣為基體的標準狀態下質量濃度。排放標準中注明排放限值為標準狀態下干氣體濃度值，且明確執行為《固定污染源排氣中非甲烷總烴的測定氣相色譜法》（HJ/T 38）的有效版本方法，容易產生該方法的檢測結果即是標準中要求的結果。

3.2 分析設備的復雜化

非甲烷氣袋采集-氣相色譜法分析方法使用的分析設備是氣相色譜，實驗室常配備氣袋進樣儀，構成進樣、分析、數據處理工作系統。實驗人員將氣袋連接進樣儀后，發出分析指令，由工作系統自動開始分析。儀器設備的自動化，解放了分析人力，卻增加分析設備的復雜程度，對實驗人員的技術能力提出了更高要求，充分掌握設備的原理、分析過程及存在的質量風險點，才能擺脫過度依賴、相信機器的可能，對結果數據的準確性、有效性作出正確判斷。

3.3 采測分離后的項目銜接

環境監測過程中樣品的采集和分析進行有效分離是目前保證監測數據公正性的方法之一，采樣人員對樣品采集和運輸的質量負責，實驗人員對接受的樣品開展的分析數據負責。但樣品采集和分析是監測的兩個部分，是統一整體，采測分離后樣品信息的有效傳遞是保證監測有效的前提。采樣人員應按照樣品采集規范和技術標準正確開展采樣，完整記錄現場信息。實驗人員按照分析標準和質量要求開展分析，完整記錄分析條件、分析結果。項目人員根據現場記錄信息和實驗分析結果，依據項目標準、要求整理數據，形成監測結果報告。三者有效溝通、合作是采測分工后數據質量保障的前提。

4 結語

牢記監測使命，嚴把數據質量關。加強監測人員思想建設，落實質量責任，不斷提升對新標準、新技術、新設備的掌握；強化監測項目把控，以項目為單位，整體研究項目相關方法標準、技術規范，統籌樣品采集、實驗分析、數據匯總各環節。明確監測結果數據用途導向，監測前制定基于環境管理、污染物排放標準為最終目標的監測方案并有效執行。