工藝解析

固定污染源廢氣揮發性有機物監測技術

發布日期 : 2020-07-18 瀏覽量 :

揮發性有機物是一類重要的環境污染物,長時間攝入會有致癌、致畸、致突變的危害。此外,VOCs為臭氧和二次有機顆粒物(SOA)生成的主要前體物,具有較強的光化學反應活性,可引發城市光化學煙霧。據研究表明,中國的排放主要來源交通、工業和生物質燃燒三大部門,而未來中國工業固定污染源的VOCs排放總量將呈現大幅度增長的趨勢。為了控制固定污染源VOCs排放,保護環境,保障人體健康,我國逐步將VOCs控制納入大氣污染物控制體系,逐漸建立和不斷完善排放標準和相關管理辦法。

1 VOCs國內外定義

1.1國外VOCs的定義

揮發性有機化合物英文縮寫VOCs,其有許多定義,這些定義有相同點也有各自的側重點。EPA將VOCs定義為除CO、CO2、H2CO3、金屬碳化物、金屬碳酸鹽和碳酸銨外任何參與大氣光化學反應的碳化合物;世界衛生組織(WHO)對VOCs的定義為熔點低于室溫而沸點在50-260℃之間的揮發性有機物的總稱。澳大利亞國家污染物清單將VOCs定義為在25℃條件下蒸氣壓大于0.27kpa的所有有機物。在德國DIN55649-2000標準中的定義是:原則上在常溫常壓下,任何能自發揮發的有機液體和或固體。

1.2我國VOCs的定義

我國VOCs的定義可以分為國家層面和地方層面的。國家標準中對VOCs的定義有:《合成革與人造革工業污染物排放標準》(GB21902-2008)VOCs指常壓下沸點低于250℃,或者能夠以氣態分子的形態排放到空氣中的所有有機化合物(不包括甲烷),簡寫作VOCs。《城市大氣揮發性有機化合物(VOCs)監測技術指南》VOCs是指在常壓下沸點低于260℃或常溫下飽和蒸氣壓大于70.91Pa的有機化合物。地方標準中對VOCs的定義有:四川省《固定汚染源大氣揮發性有機物排放標準》(DB51/2377-2017)VOCs指在293.15K條件下蒸氣壓大于或等于10Pa,或者特定條件下具有相應揮發性的除CH4,CO,CO2,H2CO3,金屬碳化物,金屬碳酸鹽和碳酸銨外,任何參加光化學反應的碳化合物,主要包括非甲烷總烴(烷烴、烯烴、炔烴、芳香烴),含氧的有機化合物(醛、酮、醇、醚類等),含氮的有機化合物,含硫的有機化合物等。

江蘇省和河北省的工業企業揮發性有機物控制排放標準VOCs指的是參與光化學反應的有機化合物,或者根據規定的方法測量和核算確定的有機化合物。2VOCs監測工作的重要性自從《大氣污染防治行動計劃》實施到現在,全國空氣質量得到了顯著的改善,有關的二氧化硫、粉塵粉煤灰、氮氧化物等的排放也得到了控制,不過重點區域臭氧濃度仍呈上升趨勢,特別在夏秋季已成為部分城市首要的污染源。揮發性有機化合物是致使臭氧污染的前體物,其對于二次PM2.5生成有著很大的影響。所以嚴格控制揮發性有機化合物的排放,才能從根本上解決大氣中PM2.5和O3濃度的上升。而對于污染的治理,必須加強揮發性有機化合物的監測,嚴格控制有關揮發性有機化合物的排放,全面展開防治工作。

2國外現有固定污染源VOCs監測技術

2.1光譜法

光譜分析方法是基于與物質結構和組成相關的特征信息進行檢測的方法,只要能夠選擇適宜的波段范圍與方法,就能準確進行檢測。該方法有良好的選擇性及靈敏度,不需要樣品與實驗室配套設施,有著動態化、非破壞、快速、高效等特點,很適合進行現場快速檢測、實時在線分析。

2.2吸附劑富集采樣法

吸附劑富集采樣法是指使用固體吸附劑對揮發性有機化合物進行吸附濃縮,是一種將預留濃縮與采樣過程結合在一起的方法。吸附管采樣法有較多優點,如能夠獲得氣體污染物的時間加權平均濃度,而且容易運輸和清洗;能夠反復使用,具有明顯的價格優勢;適用范圍廣泛,對于絕大多數的化合物都可以使用,而且采集樣品的體積變化范圍大。但是此類方法也存在缺點,并不適合于采集揮發性極高的化合物。吸附劑富集采樣法常用的吸附劑一般有XAD-2、活性炭、TenaxTA、以及Carbotrap等。在采集污染源樣品時,含有高濃度顆粒物與水分的廢氣同樣會對后續測定產生影響。因此在采樣時,需要先用玻璃棉過濾頭、不銹鋼濾膜等去除顆粒物,然后再使用冷凝裝置、硅膠顆粒等去除水分。

2.3全量氣體采樣法

用容器直接采集一定體積空氣進行采樣的方法叫做全量氣體采樣法,使用的容器有玻璃容器、聚合物袋、聚四氟乙烯、不銹鋼采樣罐等,其中應用最廣泛的是不銹鋼罐和聚合物袋。罐式采樣法能避免采樣過程中出現穿透、分解、解析難等問題,保持樣品完整性,能夠多次使用分析。聚合物袋則具有物美價廉的優點,采樣體積大,能夠反復使用,但有容易受到污染物滲透的影響而造成樣品污染的缺點。

2.4在線自動監測

目前GC-FID/PID、GC-MS/FID、FTIR、PTR-MS可對VOCs進行在線自動多組分分析。催化氧化法、色譜法、非分散紅外法和干涉增幅反射法可對VOCs進行總量分析。VOCs在線分析儀器主要有在線氣相色譜儀、在線質譜儀、在線氣質聯用儀、在線PID和FID檢測器、在線紅外光譜儀、在線激光檢測儀和在線差分光學吸收光譜儀等。在線氣相色譜儀可用于已知揮發性有機物的濃度的監測;在線質譜儀可同時對揮發性有機物進行定性和定量分析,但無法區分異構體;在線PID和FID檢測器對低濃度氣體和有機蒸氣具有良好靈敏度的檢測器,優化配置可以檢測不同的氣體和有機蒸氣,這兩種技術可以檢測ppm水平的濃度。目前,VOCs在線監測儀器存在的主要問題在標氣缺失、標準不全和前處理技術無法滿足需求。

3污染源VOCs監測方法標準體系建議

目前污染源廢氣在線分析方法較少,還需要研究更適應于固定污染源監測的在線分析方法,并針對不同的類型設計不同的在線分析方法,如對GC、FID、PID、光譜技術等制定相應的方法標準。制定在線分析方法標準還需要關注樣品采集與前處理技術,以適應污染源廢氣高溫高濕等嚴苛的環境條件。在線方法是質量保證與質量控制的有效手段,在保證時效性與便捷性的同時,還能夠獲得高質量監測數據。

結語

總之,在檢測方法方面雖然實驗室分析方法有現行的標準方法,但是目前我國VOCs便攜式儀器監測方法標準和在線自動監測方法標準不完善,還需進行VOCs便攜式儀器監測方法和在線監測方法的研究,規范VOCs監測,為VOCs監測提供有力的技術支持。


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