煙氣中VOCs在線監測及分析技術

摘要：結合我國大氣揮發性有機物(VOCs)污染防治要求，分析了不同行業VOCs主要檢測因子，對比了不同在線儀器監測和分析技術的特點，提出了符合我國VOCs排放在線監測技術的發展需求。

引言

VOCs（VolatileOrganicCompounds，揮發性有機化合物）廣泛存在于生活和工業生產環境中，其在大氣中形成的光化學煙霧，大多具有致癌、致畸、致突變性，對環境和人體健康危害很大[1]。許多發達國家都頒布了相應的法令限制VOCs排放，在監測項目中增加了VOCs。美國的光化學自動監測系統中有56種VOCs，歐洲也有30多種VOCs被列入。我國《大氣污染物綜合排放標準》（GB16297-2004）嚴格規定了33種大氣污染物的排放閾值，對苯、甲苯、二甲苯、酚類、苯胺類、硝基苯類物質的排放上限做出明確規定[2]。浙江省印發的《“十三五”節能減排綜合工作方案》和《大氣污染防治“十三五”規劃》要求大力推進VOCs重點減排工程實施，對重點企業開展VOCs監督性監測，加大監測頻次，嚴格VOCs有組織和無組織達標排放管理。

隨著社會的發展，人們對環境污染問題越來越重視，逐漸改變了之前的“先污染，后治理”的意識。特別是在當今的“互聯網+環保”大環境，環境監測的大數據為廢氣監測和治理提供了有力支持。然而，目前國內使用的VOCs廢氣在線監測設備和技術多種多樣，在實際操作中，不同行業的監測和分析系統也有較大差別，進而直接影響監測數據的準確性，導致監測效果不理想。認清我國不同行業主要監測的VOCs組分，了解在線監測和分析設備的精度與原理，對提高檢測數據質量提供了理論基礎和技術保障，對改善生態環境，促進中國環境友好的可持續發展具有重要的社會意義。

1、不同行業主要VOCs檢測因子

固定污染源VOCs主要來源于噴涂行業、皮革行業、石油化工廠、印刷行業、污水/垃圾處理廠、加油站泄露、生物質、燃煤、半導體工業、冶金工業等[2]，主要檢測指標為苯系物，非甲烷總烴以及部分揮發性有機溶劑。我國目前廢氣VOCS排放監測要求標準，詳見表1。經文獻調研[3-5]可知，集中工業園區工業有機廢氣的在線監控，監測因子主要是TVOC與硫化氫；餐飲業產生的油煙主要包含苯，甲苯，二甲苯和多環芳烴等有害物質，運營期廢氣污染物主要包括可沉降顆粒物、細顆粒物及烴類物質等；汽車尾氣中含有大量的烯烴和多環芳烴如丁烯、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。

表1我國目前廢氣VOCS排放監測要求標準

2、VOCs監測及分析方法

應用在污染源現場的固定污染源廢氣VOCs在線監測系統（VOCs-CEMS），按照采樣和測量方式劃分一般可分為：直接抽取測量方式、稀釋抽取測量方式和直接測量方式3種結構[4]。稀釋抽取法CEMS占據了主要地位，主要分布在美國，微量取樣，靈敏度高，系統較復雜，價格高，連續時間長；直接抽取CEMS市場占有率中等，主要在德國和日本，對分析儀器要求低，可實現多組分同時測量，維護量大；直測式CEMS市場份額小，主要分布在英國和德國，系統簡單，可實現多組分同時測量，然而在線校準難，維護量大。生產固定污染源廢氣VOCs在線監測系統的廠家有美國Durag、CICP、Phoenix，德國的SICKMAIHAK（西克麥哈克），法國OLDHAM，英國PROCAL，中國的天津藍宇、安徽銅陵藍盾、山東新澤等。

根據煙氣組分濃度測定原理，VOCs的分析方法可分氫火焰離子化檢測、光離子化監測、催化氧（下轉第106頁）（上接第138頁）化-非分散紅外吸收、氣相色譜/質譜、傅立葉變換紅外光譜、差分吸收光譜、離子遷移譜、調諧吸收光譜等[5]。其中，氣相色譜/質譜分析監測靈敏度高，選擇性強，可檢測TVOC和VOCs單個組分，也可同時分析多個組分。這一在線監測技術在歐美日韓等已有廣泛應用，并在我國部分經濟發達城市得到引進，取得了良好的效果；傅立葉變換紅外光譜，檢測技術成熟，監測VOCs種類較多，可同時分析多個組分。現場測量周期短，相應時間快；差分吸收光譜主要是對苯、甲苯、鄰（間、對）—二甲苯等苯系物進行檢測，可更好的對苯系物成分進行定量分析。同時，采用自動切換—連續監測技術可以實現多排口同時在線監測。一般現場采取非接觸式直接連續測量，無需預處理，保證氣體不失真，響應時間很快，可實現測量光路區域內的在線監測；離子遷移譜在應急監測、食品安全監測等領域有所應用。監測靈敏度高、相比質譜技術不需要真空系統，儀器結構簡單，成本較低。可測量濃度低、腐蝕性強的氣體。

3、我國VOCS在線監測技術的發展需求

隨著我國VOCs監測、分析、去除等研究的深入，盡快建立并完善VOCs的監測技術標準及指南，優化和統一VOCs監測系統，加強監測過程中監測頻次和數據質量誤差控制，勢在必行；其次，目前應用最廣泛的測量技術存在分辨率低、時間長、化合物共溢等現象，而高質量的分析儀、專用監測儀器和自動監測系統多是國外引進。努力加強污染源在線監測技術的創新，實現高靈敏度、高時間分辨率以及連續在線自動化儀器國產化和市場化，迫在眉睫。