污染源废气挥发性有机物在线监测技术探讨

污染源废气挥发性有机物在线监测技术探讨

刘士军

聚光科技（股份）有限公司 浙江杭州  310000

摘要：现阶段，中国已经构建了基本的挥发性有机物检测规范系统，针对固定污染源，主要使用的是实验室内测定的方法。因此，本文选取对固定污染源排放气体中的挥发性有机物质的检测为核心课题，同时加入了目前的重点检测技术和手段来进行深入的研究与探讨。

关键词：挥发性有机物；VOCs；手工分析；在线监测

引言：

现阶段中国正在推动其制造业和水力发电设施的发展与利用过程中也包含了对能量转换的研究；同时，这种转变过程正是导致大量易燃化学物质释放至空气中的主要原因之一，这些气体中有很大一部分会在短时间内被排出并进入大气的环境系统之中，这同样是大规模的环境破坏者。因此，结合当前的固定污染源废气挥发性有机物监测技术进行探讨，也是进一步强化当前固定污染源废气挥发有机物监测质量的关键。

一、挥发性有机物的定义

目前全球对VOCs一词有着广泛且统一的使用方式——它代表着那些能立即介入大气的氧化过程中的所有碳氢基团组成的有机分子；同时还包括一些被明确定义的具体成分或组件。根据这种分类方法可以把它们划归成含有含氧有机物、含氯有机物、含硫有机物、含氮有机物、非甲烷烃类等多种类型。此外 VOCs还会影响空气质量并成为造成 PM2.5 和臭氧形成的前置物质。而它的来源则主要是来自工厂制造系统、室内装饰材料还有车辆排放气体等方面，并且跟燃料消耗型产业有一定的关联度，存在于此背景下发展起来的各行各业都必须要有相应的检测手段才能有效的遏制住有害气体向外散播，以实现环保目标[1]。

二、挥发性有机物的监测意义

现阶段，中国已成功地实现了对固体污染源排放气体中挥发性有机物质的管理与控制，并能够开始管理粉尘、二氧化硫及一氧化碳等其他污染源。然而，伴随着整个社会的快速进步和工业的发展壮大，固体污染源种类和数量也持续增长。这就使得我们面对着更复杂的废气挥发性有机物质检测任务，并且必须应对日益严重的全球变暖问题及其带来的空气污染挑战。

三、国内外固定污染源废气中挥发性有机物监测技术分析

（一）国际化技术体系

在二十一世纪初期，国际标准机构已对挥发性有机物质检测系统的构建展开深入探讨并设立一系列的标准框架。美国环境保护局则根据大气类型的不同，对挥发性有机物质的监控方式做了细致划分。通过技术的深究与实践，确定了大多数欧美国家的主要检测方法。具体来说，对于固定排放源气体，主要使用在线分析仪器实时测量，例如：GC-MS/FID/PID/ECD在线分析技术、在线催化氧化的无散射红外分析技术等等。此外，为了方便实验室测试，还专门设计制造出专业的收集装置及工具[2]。

（二）国内常规监测技术分析

随着全球科技体系的持续进步，我国也开始对固定污染源挥发性有机化合物的监测方法进行研究和探索。传统的分析手段是在现场取样并进行实验室检测。

1、实验室手工监测

此种检测方法通常是在实地取样之后立即送入实验室内，对收集到的标本进行元素分析，并需按照既定的时间和限制条件执行。常用的分析手段是基于气相色谱仪与气相色谱/质谱仪，这类工具广泛用于各种场景中，具有高度精确性和简单的工作流程。另外，样本获取的方法有两种：一种是使用固体吸附管来提取；另一种则是采用特制的容器来捕捉。

第一，采用固相吸附管采样的方式依赖于特定的吸附物质来捕捉挥发性的有毒气体。此种技术被普遍运用，能实时测量出一定时间内空气中的有害气体的均值含量。此外，其微小的体积使得它能在长期储存与运送的过程中保持稳定。所以，通常情况下，我们会用这个方法去检测某种或几种挥发性有毒气体的收集及监控情况，并具备高度的可复用特性。然而，它的不足之处在于，我们必须考虑到目标污染气的浓度及其所占用的样本容量，整个过程相对繁琐，对于某些特殊的高浓度挥发性污染气体则需预先进行处理。

第二，采用特定的容器取样技术通过使用被惰性化的不锈钢罐或经过特殊化学处理的塑料袋来捕捉环境中的有害物质。只有当这些样本达到一定的量后才能开始试验。这种方法主要的优点包括低成本、高容量和可多次检验；然而，它的不足之处也显而易见：因为容器的尺寸比较大，清洗过程耗时且繁琐，而且有可能有少量的有机物质会粘附于容器内壁，这可能会影响样品质量并产生错误的结果，所以它并不适合大规模的环境监控任务。

2、在线监测体系

针对我国现阶段固定污染源挥发性有机物的监测需求，构建智能化的监测策略已经成为了各方关注的焦点。因此，利用信息技术和先进科技打造的在线自动监测系统已经开始运行，并且取得了良好的效果。

第一，气相色谱类在线监测类型。这种方法与传统的气相色谱分析技术有着一定的关联，例如，它允许工作人员根据VOCs的类别挑选出特定的技术方案用于检测。通常，在现行的现场测试中，大多数仪器都配备了FD系统。这些监测装置能够直接测量固定污染源排放气体中的有机物质，通过前期对有机物的特性识别可提高检测精度。另外，带质谱功能的GC-MS在线监测设备的使用领域更为广泛，它的定量精准程度较高，然而，由于其昂贵的售价，使得在考虑到经济效益的前提下，并未被全面采用，这成为了未来研究的主要方向。

第二，在线警报体系。该系统的核心部分在于其内置了PID传感器，尽管不能对特定污染物浓度的精确测量，却能迅速评估出空气中的所有挥发有机化合物的总体含量，无需分辨各类别，并在超过设定的阈值时产生声音与视觉警告。此种装置的价格相对便宜，运作速率也高，能在极短的时间内完成检测并作出反应，这使得它在现有的紧急监控网络中有很高的实用价值。另外，也可以搭配其他的专门用于挥发气体检测的仪器一起工作。

第三，红外遥感类监测体系。地对各种类型的有机挥发物质进行测定，具有较高的敏感度和迅速的数据生成能力，通常用于现场紧急检查。然而，相对于传统的气相色谱分析仪，它的缺点在于存在一定的不足之处，并且维修费用相对高昂，所以并未得到普及使用。

第四，合并式监测设备。这种类型的检测工具有能力把飞行时间质谱和质子转移反应的特性结合起来，形成一种专门用于综合检测的先进装备。它是最前沿且智能化的在线环境监控系统之一，能够快速识别出大气中的挥发性污染物种类并具备实时化学分析的能力，同时能精确地测定其浓度、组成及其影响因素。然而，因为成本过高，目前并没有被广泛运用到实际的环境监测机构，而主要是在实验室内进行测试使用。

（三）监测站房设置

为了实施对固定污染源中挥发性有机物的监控，我们必须根据实际情况的需求来设立监测站点并为其配置相应的硬件设备[3]。该站点需远离其它建筑，并在采样点的附近，其间距约为70米。若站点内安装有多台仪器或设备，则每个新增的一组设备会使总占地面积扩大四平方米。这有助于提高高效运行维护工作的可能性，而站点的室内高度至少应该达到2。8米。另外，站内的空调及供暖装置是必要的，它们能把室温设定在15-30摄氏度之间，相对湿度也应限制在百分之六十以内。此举可为各类设备创造良好的工作条件，同时也要求有完备的抽气扇和空气流通系统，以便让站内始终保持清新、畅通的环境。最后，站点内应当存放各种类型的标定气体及其浓度，这些标定的有效期都应符合规定的要求，从而满足每日的零点校对和范围调整所需。

四、结语

在当今社会进步的环境中，提升空气品质已经变成环保工作的主要目标，尤其是由固定排放源产生的有毒气体所导致的污染，是解决这一问题的核心难题。通过对现有技术手段的研究和运用，我们发现了两种有效的检测方法：手动测试与实时监控，这两种方式可以构建全面的检测策略并为其后的科技革新提供稳固的基础。

参考文献

[1]赵丽娟.固定污染源废气挥发性有机物监测分析技术[J].资源信息与工程,2019,34(01):172-173.DOI:10.19534/j.cnki.zyxxygc.2019.01.081.

[2]黄成浩.污染源废气挥发性有机物在线监测技术探讨[J].计量与测试技术,2020,47(11):64-65+68.DOI:10.15988/j.cnki.1004-6941.2020.11.020.

[3]李鹏.固定污染源废气挥发性有机物监测分析技术要素探索[J].皮革制作与环保科技,2021,2(08):31-32.