浅谈烟气中VOCs在线监测

滕人壮

摘要：随着社会的发展，人们对环境污染问题越来越重视，逐渐改变了之前的“先污染，后治理”的意识。特别是在当今的“互联网+环保”大环境，环境监测的大数据为废气监测和治理提供了有力支持。基于此，文章结合我国大气挥发性有机物（VOCS）污染防治要求，分析了不同行业VOCs主要检测因子，对比了不同在线仪器监测和分析技术的特点，提出了符合我国VOCS排放在线监测技术的发展需求。

关键词：监测因子；监测方法；组分

VOCs（VolatileOrganicCompounds，挥发性有机化合物）广泛存在于生活和工业生产环境中，其在大气中形成的光化学烟雾，大多具有致癌、致畸、致突变性，对环境和人体健康危害很大。许多发达国家都颁布了相应的法令限制VOCs排放，在监测项目中增加了VOCs。美国的光化学自动监测系统中有56种VOCs，欧洲也有30多种VOCs被列入。我国《大气污染物综合排放标准》（GB16297-2004）严格规定了33种大气污染物的排放阈值，对苯、甲苯、二甲苯、酚类、苯胺类、硝基苯类物质的排放上限做出明确规定。浙江省印发的《“十三五”节能减排综合工作方案》和《大气污染防治“十三五”规划》要求大力推进VOCs重点减排工程实施，对重点企业开展VOCs监督性监测，加大监测频次，严格VOCs有组织和无组织达标排放管理。

随着社会的发展，人们对环境污染问题越来越重视，逐渐改变了之前的“先污染，后治理”的意识。特别是在当今的“互联网+环保”大环境，环境监测的大数据为废气监测和治理提供了有力支持。然而，目前国内使用的VOCs废气在线监测设备和技术多种多样，在实际操作中，不同行业的监测和分析系统也有较大差别，进而直接影响监测数据的准确性，导致监测效果不理想。认清我国不同行业主要监测的VOCs组分，了解在线监测和分析设备的精度与原理，对提高检测数据质量提供了理论基础和技术保障，对改善生态环境，促进中国环境友好的可持续发展具有重要的社会意义。

一、烟气VOC研究现状

1.概述。《大气污染物综合排放标准GB16297-1996》中定义污染源是指排放大气污染物的设施或指排放大气污染物的建筑构造（如车间等）。污染源按照排放方式不同可分为固定污染源和流动污染源。固定污染源指烟道、烟囱及排气筒等具有固定位置，排放稳定的排放源。固定污染源VOCs主要来源于喷涂行业、皮革行业、石油化工厂、印刷行业、污水/垃圾处理厂、加油站泄露、生物质、燃煤、半导体工业，冶金工业等。其主要特点是排放强度大、浓度高、污染物种类多、持续时间长，对局部环境影响较大，属于有组织排放监控点。对固定污染源进行在线监测能够检查污染源排放到废气中的有害物质是否符合排放标准的要求；评价企业净化装置的性能和运行情况，以及污染防止措施的效果，为大气质量管理与评价提供依据。

2.固定污染源监测因子。结合国标、美国CTM-028标准以及国内各行业标准检测要求，总结的固定污染源监测因子，主要包括常用有机溶剂及各行业生产原料，共计78种物质，包括酯类、酮类、醇、苯系物、烷烃和烯烃类组分。其中苯、甲苯、二甲苯三种物质的检测频率最高。

3.分析标准。目前我国国家和地方（主要为北京、上海和广州）均制定了相应的排放标准，对污染源排放限值进行要求和限定，其中国标6个，地级标准5个，行业标准一个。标准主要检测指标为苯系物、非甲烷总烃以及部分挥发性有机溶剂。

二、不同行业主要VOCs检测因子

固定污染源VOCs主要来源于喷涂行业、皮革行业、石油化工厂、印刷行业、污水/垃圾处理厂、加油站泄露、生物质、燃煤、半导体工业、冶金工业等，主要检测指标为苯系物，非甲烷总烃以及部分挥发性有机溶剂。经文献调研可知，集中工业园区工业有机废气的在线监控，监测因子主要是TVOC与硫化氢；餐饮业产生的油烟主要包含苯，甲苯，二甲苯和多环芳烃等有害物质，运营期废气污染物主要包括可沉降颗粒物、细颗粒物及烃类物质等；汽车尾气中含有大量的烯烃和多环芳烃如丁烯、甲苯和二甲苯等，其中含量最高的是C8H10，可能是二甲苯或乙基苯。

三、VOC在线监测技术

1.系统硬件方案。整个FID分析仪由气相分离单元、控制单元、驱动单元和FID检测单元组成。

2.烟气取样系统设计。烟气采样系统包括高温采样探头，用于实现高温采样，具有反吹功能，采样管采用180℃全程伴热，低温除湿器用于进行汽水分离，将烟气中的水除去，高温裂解和低温富集装置用于进行样品富集和裂解分析，多通阀用于进行样品切换，送入分析仪。

四、VOCs监测及分析方法的应用

VOCs监测及分析方一般应用在污染源现场的固定污染源废气VOCs在线监测系统（VOCs-CEMS），按照采样和测量方式划分一般可分为：直接抽取测量方式、稀释抽取测量方式和直接测量方式3种结构。稀释抽取法CEMS占据了主要地位，主要分布在美国，微量取样，灵敏度高，系统较复杂，价格高，连续时间长；直接抽取CEMS市场占有率中等，主要在德国和日本，对分析仪器要求低，可实现多组分同时测量，维护量大；直测式CEMS市场份额小，主要分布在英国和德国，系统简单，可实现多组分同时测量，然而在线校准难，维护量大。生产固定污染源废气VOCs在线监测系统的厂家有美国Durag、CICP、Phoenix，德国的SICKMAIHAK（西克麦哈克），法国OLDHAM，英国PROCAL，中国的天津蓝宇、安徽铜陵蓝盾、杭州聚光等。

根据烟气组分浓度测定原理，VOCs的分析方法可分氢火焰离子化检测、光离子化监测、催化氧化-非分散红外吸收、气相色谱/质谱、傅立叶变换红外光谱、差分吸收光谱、离子迁移谱、调谐吸收光谱等。其中，气相色谱/质谱分析监测灵敏度高，选择性强，可检测TVOC和VOCs单个组分，也可同时分析多个组分。这一在线监测技术在欧美日韩等已有广泛应用，并在我国部分经济发达城市得到引进，取得了良好的效果；傅立叶变换红外光谱，检测技术成熟，监测VOCs种类较多，可同时分析多个组分。现场测量周期短，相应时间快；差分吸收光谱主要是对苯、甲苯、邻（间、对）—二甲苯等苯系物进行检测，可更好的对苯系物成分进行定量分析。同时，采用自动切换—连续监测技术可以实现多排口同时在线监测。一般现场采取非接触式直接连续测量，无需预处理，保证气体不失真，响应时间很快，可实现测量光路区域内的在线监测；离子迁移谱在应急监测、食品安全监测等领域有所应用。监测灵敏度高、相比质谱技术不需要真空系统，仪器结构简单，成本较低。可测量浓度低、腐蚀性强的气体。

五、结束语：

综上所述，随着我国VOCs监测、分析、去除等研究的深入，尽快建立并完善VOCs的监测技术标准及指南，优化和统一VOCs监测系统，加强监测过程中监测频次和数据质量误差控制，势在必行；其次，目前应用最广泛的测量技术存在分辨率低、时间长、化合物共溢等现象，而高质量的分析仪、专用监测仪器和自动监测系统多是国外引进。努力加强污染源在线监测技术的创新，实现高灵敏度、高时间分辨率以及连续在线自动化仪器国产化和市场化，迫在眉睫。

参考文献：

[1]李悦，邵敏，陆思华.城市大气中挥发性有机化合物监测技术进展[J].中国环境监测，2015，31（4）

[2]孙涛，蔡昱，张云.餐饮废气颗粒物排放特征及环境影响研究[J].安徽农业科学，2015，43（11）

[3]陈烽.污染源在线监测技术的发展与创新[J].资源节约与环保，2016，1