淺析VOCs走航監測系統在實際中的應用

侯張明，鄭 昱，黃陽曉，葉小磊

（廣東省韶關生態環境監測中心站，廣東 韶關 512000）

揮發性有機物（VOCs）不但能參與光化學反應，產生臭氧（O3）等，導致空氣質量變差，造成光化學煙霧，還能破壞臭氧層，產生溫室效應等從而危害環境，同時，VOCs具有毒性，引發疾病，還能致畸、致癌，對人體健康產生危害[1]。

各地工業園區企業眾多，排放節點多，且排放隱蔽，因此，通過傳統手工監測分析方法排查污染來源耗時長、工作量大、難度大，而VOCs走航監測能夠快速掌握VOCs的時空分布及污染特征，為環保部門實施VOCs污染防控精細化管理提供有力的技術支撐[2]。

VOCs走航監測利用車載快速質譜技術，調查一定區域范圍VOCs時空分布及趨勢，同步識別潛在排放源方位、污染物質種類，并進行及時執法采樣。相比固定站點在線監測，走航監測機動性強，能夠快速掌握VOCs的動態空間分布及其污染特征，是對排放源的環境空氣影響進行跟蹤溯源的重要技術手段，也是對環境空氣固定站自動監測技術和污染源在線監測技術在管理需求數據支持上不足的一種技術手段補充，彌補了固定站自動監測數據空間局限性的問題，應用于排放源異常排放或者突發環境事件的應急監測中，在時間上和空間上顯示了技術方法的快速、靈活的特點。

1 VOCs走航監測儀器概述

1.1 儀器原理

VOCs走航監測系統區別于一般移動監測車或移動實驗室的最重要的特點在于實時連續并基于地理位置信息連續顯示污染空間分布。在實際工作中，為確認污染特征和來源，VOCs走航監測系統行進時連續監測和定點監測結合開展，是通過高值點定點監測確認污染點位，取得精確的定性、定量數據的必要手段。

以HAPLINE移動式多功能氣質聯用儀走航監測系統為例，其工作原理有三：（1）走航模式：樣品氣體直接進入四級桿質量分析器進行分析，得出實時TVOC濃度，實現每秒讀取一個濃度值的分析速度；（2）全組分分析模式：樣品氣體首先經過電離產生各特征的離子，然后各特征離子進入四極桿質量分析器進行定性半定量分析，從而得出相應組分濃度；（3）在線模式：通過編輯任務序列進行連續24小時內等時間間隔全組分分析，從而可以反映某點位24小時VOCs的濃度變化。

1.2 技術特點

HAPLINE移動式多功能氣質聯用儀具有可控的質控手段（內標把控每次結果的偏差范圍，外標把控數據與標準物質偏差）、監測分析速度快、工作模式多樣、儀器續航時間長、發熱量小、噪聲低等優點，且理論上可對300多種VOCs氣體進行秒級實時走航監測，實時獲取不同物種濃度時間和空間分布規律，能夠快速幫助相關人員深入了解區域污染物的分布情況，鎖定關鍵物種，實時追溯污染物來源，精確判定污染源（區域）。

該氣質聯用儀的亮點是通過內標法進行樣品定量偏差比對，通過外標法進行曲線校準。內標法是一種間接或相對的校準方法，在分析測定樣品中某組分含量時，加入一種內標物質以校準和消除出于操作條件的波動而對分析結果產生的影響，以提高分析結果的準確度；外標法用待測組分的純品作對照物質，以對照物質和樣品中待測組分的響應信號相比較進行定量的方法。

2 VOCs走航監測質控手段及結果分析

2.1 質控手段

環境監測數據作為行政決策的依據，必須具有較高的準確性與真實性，所以VOCs走航監測需要具有相對可控的質控手段，這樣才能更準確、更真實地反映當前環境VOCs濃度水平。以HAPLINE移動式多功能氣質聯用儀為例。首先，在儀器調試階段，需要使用美國環境保護署指定的空氣分析標準氣體對儀器進行標準曲線校準，根據生態環境部《關于印發2019年地級及以上城市環境空氣揮發性有機物監測方案的通知》（監測函[2019]11號）的要求，需要對57種非甲烷烴（PAMS物質）、13種醛酮類和TO15系列氣體進行標準曲線校準。圖1為TO15（10、20、40、60 ppb）校準曲線、圖2為醛酮（10、20、40、60 ppb）校準曲線、圖3為PAMS（10、20、40、60 ppb）校準曲線。然后，在每次分析樣品時，均需對內標氣體物質進行同步測試，從結果可以分析、掌握樣品偏差范圍和可信度。最后，可以根據需求，質控人員將外標氣體物質進行稀釋后得到的樣品，當作未知濃度的盲樣讓分析人員進行濃度分析測試，得到的測值與真值進行數據比對以掌握分析儀器的準確度。

圖1 TO15(10、20、40、60 ppb)標準曲線校準圖

圖2 醛酮(10、20、40、60 ppb)標準曲線校準圖

圖3 PAMS(10、20、40、60 ppb)標準曲線校準圖

在進行標準曲線校準后，需要進行內標氣及盲樣（實驗室根據測試需要自行配制）測試，圖4為自帶內標氣測試（內標氣1、2分別是廠家特制的自然界不正常存在的氣體，而且內標氣濃度是已知的），可以根據測值與真值的差異確定當次分析偏差大小，從而確定分析數據的可信度，當內標偏差<15%時，可判定數據可信、定性結果準確。

圖4 自帶內標氣測試

全組分分析模式下，進行盲樣測試，定量絕大部分組分偏差在30%以內，可判定半定量結果準確，圖5為盲樣測試（PAMS標氣）譜圖，表1為盲樣測試（PAMS標氣）結果。

圖5 盲樣測試（PAMS標氣）譜圖

2.2 走航、定點監測結果分析

2021年07月24日,晴，30 ℃，西南風2級，AQI指數54，走航區域為某市某工業園區集群區域。此次走航顯示本區域VOCs整體濃度集中在135～3 837 μg/m3，均值濃度294 μg/m3，發現2個數據異常點，數據異常點1位于某五金制品有限公司排風口旁不銹鋼廢料堆放處，峰值VOCs濃度為3 837 μg/ m3，數據異常點2位于某電子有限公司大門左側道路旁，峰值VOCs濃度為1 824 μg/ m3，在數據異常點處，進行GCMS全組分分析。圖6為走航區域VOCs空間濃度分布圖，圖7為走航區域VOCs主要成分種類，表2為數據異常點位1分析，表3為數據異常點位2分析。

表2 數據異常點位1分析

表3 數據異常點位2分析

圖6 走航區域VOCs空間濃度分布圖

圖7 走航區域VOCs主要成分種類

3 VOCs污染防治建議

3.1 系統排查VOCs來源

VOCs的產生與排放遍布人類生產和生活的各個領域，其來源復雜，既包括自然源，又包括更為復雜的人為源，如工業源、移動源、生活源等。建議針對涉VOCs重點行業和重點管控對象建立本地化排放因子，同時建立信息動態更新機制，在大量環境監測數據和排放清單的基礎上，通過VOCs來源解析，定性識別和判定各類VOCs排放源，定量解析各類VOCs污染源的貢獻大小，特別是VOCs重點排放源和重點關注對象，從而有針對性地采取措施，實現科學、有效治理[2]。

3.2 針對性開展VOCs治理

對產生VOCs的人為污染源進行治理，是VOCs治理技術體系的重要內容和主要環節。不同類型的人為源產生VOCs的環節和特點各異，因此，VOCs污染治理工作應有區別、有針對性地進行。對于具體企業而言，建議根據企業無組織排放工藝廢氣的排放特性、種類等實際情況進行分類監督，實施源頭控制、過程監管、末端治理的全過程污染防治策略[3]。

4 VOCs走航監測系統的應用

近年來，長三角多個城市已開展了VOCs走航監測，并取得顯著的成績。以上海為例，上海市環境監測中心已連續三年開展VOCs走航監測，積累了豐富的實戰經驗。2019年至今，長三角區域共50多個工業園區進行走航監測，發現問題點位100余個，開展監測執法聯動13次，并在金山-平湖開展了兩地聯合監測執法，有效實現對VOCs排放的精準管控。在重大活動空氣質量保障、臭氧污染治理工作中，走航監測服務管理及時提供了數據支持，發揮了走航方法自身的檢測技術優勢。2019年至今，江蘇13個地級市，50多個工業園區參與監測執法聯動50余次，開展異味調查溯源20余次，共計發現問題點位400余個。眾多實際案例證明了新型走航監測技術具有快速、準確發現環境空氣中污染物質的作用。

一般來說，進行VOCs走航監測的業主單位一般為當地政府相關部門或科研院校，所進行的大多為本底數據調查監測、執法部門的執法監測和科研院校的研究監測。走航監測技術具有分辨率高、監測能力強等優勢，為環保部門高效管理提供了科學依據，但該技術也存在一定的局限性，走航監測方法為非標準方法，監測結果僅能作為參考，不能作為執法依據對企業進行處罰，需結合人工采樣實驗室分析等檢測手段[4]。

綜合分析定點監測和走航監測的數據，快速鎖定污染來源[5]；VOCs走航監測技術還可以在行駛的監測過程中，監測環境空氣中特殊有機物組分，配合企業生產的源清單，能更及時、更準確地發現問題，解決問題。

5 結語

本研究是利用VOCs走航監測系統在具備良好的質量控制技術的條件下，對城市功能區或工業園區及周邊區域進行VOCs走航監測，綜合分析大氣的組分及各組分質量濃度，得出該區域空氣中VOCs的空間分布特征，為區域VOCs的精細化管控提供技術支撐。