现阶段,我国大气环境问题十分突出,尤其是雾霾天气已经严重影响了人们的正常生活。文章针对大气挥发性有机物 (VOCs) 污染防治的相关要求,对我国现阶段固定污染源VOCs 在线监测系统的技术特征进行分析,依据实际情况及发展需求提出了一些建议,以期达到良好的监测效果,促进固定污染源 VOCs 在线监测技术的发展。
常规情况下,挥发性有机化合物(VOCs)沸点在 50 ~ 260℃之间,室温状态下饱和蒸气压在 133.32Pa 以上,常温下以蒸汽形式存在。该物质具有毒性和刺激性,也会引发光化学烟雾污染,对臭氧层产生破坏,引发温室效应等。借助在线自动监测技术对固定污染源废气中的 VOCs进行连续实时监测,通过在线监测数据反映企业生产管理及污染治理情况,能够一定程度上避免企业超标排放,减少环境污染。
1 固定污染源 VOCs 在线监测系统技术特征
1.1 主要监测仪器及原理
氢火焰离子化检测器(FID):该类检测器原理为氢火焰对被测气体中有机物分子产生化学电离,生成的正负离子在电场作用下,被收集极收集产生微弱电流,根据电流的大小测量被测气体的浓度。光离子化检测器(PID):该类检测器是在紫外灯光源作用下,被测气体中有机物分子被电离成正负离子,在外加电场的作用下离子偏移形成微弱电流,由于被测气体浓度与光离子化电流呈线性关系,通过检测电流值测量被测气体的浓度。气相色谱—质谱检测器(CG-MS):该类检测器是借助高速电子对气态分子、原子等进行撞击,使电离后的正离子处于加速状态,进入质量分析器,该过程中,处于离子状态的样品,需要借助不同离子在各异电场及磁场环境下的不同行为,依据质荷比,分解成各自相对应的质谱,从而对样品定性和定量检测[1] 。
1.2 系统结构特征
文章以 CEMS-2000 B VOC 型固定污染源 VOCs 在线监测系统为例分析。如图 1 为系统构成,该系统中主要包含采样 / 预处理子系统、VOCs 气态污染物监测子系统、烟气参数子系统、数据采集与处理子系统四部分内容。采样预处理子系统包含采样探头、预处理单元、伴热管线、电控单元,依托机柜中的真空泵抽取烟气,经过采样探头和高温伴热管线,进入 VOCs 分析仪中完成测量工作。本系统采样结构是从取样口中将样品抽取出来,使用高温采样探头除尘之后,借助高温伴热管进入在线气相色谱。将加热箱设置在色谱仪中,管路状态下,样品保持高温。经过色谱分离之后,样品进入高灵敏度氢火焰离子化检测器中,开展检测分析工作[2] 。
图 1 固定污染源 VOCs 在线监测系统
1.3 系统性能参数
在系统测试过程中,采用标气和动态校准仪。该背景下,对系统检出限、重复性、线性偏差、稳定性等各类技术指标进行检测,确保实测参数满足国际同类产品指标要求。
什么是VOCs?
危害大,VOCs:不容小觑:VOCs成分复杂,目前已经监测出的VOCs有300多种,主要来自建筑装饰、有机化工、石油石化、包装印刷、表面涂装等行业。VOCs四大大气污染物之一,属于形成PM2.5和光化学烟雾的重要因素,能够损害人体神经系统、血液成分和心血管系统,对人体健康和社会环境影响极大。
空气中VOCs的排放源主要有自然源和人为源两类。自然源主要来自植被排放、森林火灾、野生动物排放和湿地厌氧过程等,对人类健康的影响一般在可控范围之内。
人为源包括移动源和固定源。移动源包括汽车、轮船、飞机等消耗化石燃料的各种交通工具;固定源分为生活源和工业源,生活源主要指来自建筑装饰、油烟排放、垃圾焚烧、秸秆焚烧、服装干洗等;工业源设计行业众多,包括有机化工、石油石化、包装印刷、表面涂装等。
来自工业源的VOCs排放强度大、浓度高、污染物种类多,属于造成污染的大户。工业源的VOCs产生主要来自含VOCs产品的使用、以VOCs为原料的工艺过程、VOCs的生产、有机物的储存和运输等四大环节。
A、离线监测:气相色谱-质谱(GC/MS)法为主流
离线监测方面,空气中VOCs的采样方式可分为直接采样、有动力采样和被动式采样。样品预处理方法有溶剂解析法、固相微萃取法、低温预浓缩-热解析法等。分析VOCs的方法有气相色谱法、高效液相色谱法、气相色谱-质谱法以及最新发展的质子转移反应质谱法技术等。
B、在线监测:气相色谱-氢火焰离子化监测法(GC-FID)
相比于离线监测的分析时间长、分析数据结果较为滞后的特点,在线监测具有效率高、预处理时间短、数据连续等优势,可以有效的减少人为操作失误给数据带来的误差。