化工业园区环境监测中VOC在线监测系统的应用
更新时间：2020-08-03 10:04
来源：价值工程
作者: 朱广钦
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摘要：如今，由于社会经济在大力发展，所以污染源的类型也越来越多。尤其是化工业园区，更是污染负荷越来越重。为了改善环境，减少污染，必须加强环境监测网络的建设，合理利用 VOC 在线监测系统。为此，笔者结合辽宁省某化工业园区的实际情况，针对VOC在线监测系统的应用进行了分析，希望能为广大的技术工作者提供一些有用的参考依据。
0 引言
随着时代的不断进步，公众的环境意识也在逐渐增强。各种环境污染问题越来越突出，特别是化工业园区附近。为了督促化工园区内的企业改进生产工艺和治理设备，并减少排放，需通过 VOC 在线监测系统来建立网格化监控体系，从而提高环境监测的效果和效率。
1 辽宁省化工业园区 VOC 监测工作的现状
辽宁省的化工企业众多，其包括了石油化工公司、造船企业等。尽管辽宁省对化工厂、化工园进行了规划，但其造成的环境污染问题仍然未得到解决。为了促使辽宁省化工园区的环境 VOC 监测分析技术得到一定的提升，2018年 9 月 21 日在沈阳开展了全省环境 VOC 监测技术研讨会。会议内容包括了对大气中 VOC 的污染控制、减排，以及大气 VOC 监测方案和对策的制定，以及 VOC 在线监测系统的应用。而且在工作进展方面，辽宁大连在 2016 年时便进行了化工业园区企业的泄漏监测和技术改造。对石化废水和废气进行封闭收集，完成对化工业园区内数家企业的整治，其中包括了有机化工、医药、印刷、修理等领域。在2017 年时，已完成大连中石化公司、西太平洋等 5 家石化企业的排放整治，而且更是实现了对仓储业原油、成品油、码头油气的回收治理工作。
除此之外，在盘锦市也在 2016 年开展了石油化工企业的泄漏和检测工作，而且要求将这项工作纳入到盘锦环境审批与验收中去。营口市则开展了当地化工业园区的发挥性有机物整治会议，提出对发挥性有机物进行控制，并且针对相关问题进行探讨和交流 [1] 。
2 关于化工业园区 VOC 在线监测系统
VOC 在线监测系统能对发挥性有机物（VOCs）的排放进行监测、控制，减少环境的污染。通过在化工业园区利用VOCs 在线报警监测系统，可以准确的检测 VOC 气体浓度，而且展示出 VOC 气体实体浓度值，全天监控大气污染状况。同时也能覆盖污染监测因子，输出标准信号。一般情况下，VOC 在线检测系统一般被用在泄漏预警、环境监测、化工园区污染监测等不同的方面。
总挥发性有机物中，发挥性气体（VOCs）容易对人体健康造成极大的危害。按照不同的化学结构，其可以被分为芳烃、烷类、酯类、醛类，具体包括了三氯乙烯、甲苯、二异氰酸酯等等。而辽宁省则以臭氧（O3 ）和细颗粒物为代表的二次复合型大气污染问题非常突出，甚至成为了该省的主要污染因子。通过充分利用 VOC 在线监测系统，对化工业园区的 VOCs 排放总量进行控制，能改善辽宁省的大气环境质量。
3 VOC 在线监测系统在化工业园区环境监测中的应用
辽宁省大孤山化工园区位于辽宁省大连市金州新区，其内部有注册企业 40 多家，大部分以化工企业、船舶配套企业为重点。到 2018 年，入驻大孤山化工园区的石油化工类企业多达 20 家，其包括了凯飞化学、逸盛大化、太平洋石油化工，另外还有斗山船机、韩国浦项、大洋船舶等制造企业。该化工园区四周的人口非常密集，除了东南面是大海以外，金州老城区也产生了卫星城。一旦产生化学品泄漏、环境污染等事故，则会对整个城市产生不好的影响。所以必须要充分利用 VOC 在线监测系统，为治污减排奠定坚实的基础。笔者对此进行了分析，具体如下。
3.1 VOC 在线监测系统的技术参数
第一是样品采集，采样流量为：质子流量计控制（1 毫升），采样流速为 22 毫升每分钟。第二是样品浓缩富集，富集管降温：电子芯片 ﹣ 捕捉的最低温度为 44益，而脱附温度最高则是 450益，脱附效率最高超过了 44益每秒。第三是 GC-FID 样品检测，选择毛细管柱，按照实际情况对载气进行调整。测量的范围是 1-100PPb 之间，检出限约0.5ppb。柱箱温度在 45益到 210益之间，载气压力的准确度是0.001psi。线性是 R2 大于0.995，分析时间是一小时左右 [2] 。
3.2 系统性能分析
3.2.1 检出限
通过检出限，能分析一种技术和方案的灵敏程度。如果方法检验的检出限被用在置信水平达到 95%的情况下，那么样品测定值和零浓度样品的测定值会存在明显差异，测定次数超过 30 次。分析表 1 的内容，笔者发现在采用了VOC 在线监测系统之后，乙烯的检出限是 0.284（ppb），丙烯的检出限是 0.321 （ppb），正丁烷的检出限是 0.166（ppb），因此这也符合大孤山化工业园区的空气监测技术要求。
表 1 VOC 在线监测系统检测各种物质的数据
注：FID-1 代表了检测低碳组分的设备，FID-2 代表了高碳组分的检测设备.
3.2.2 线性
在构建校准曲线时，需要采用 0ppb、10ppb、25ppb、60ppb 等不同的校核点。在校准曲线 R2 的数据中，除了丁烯与三氯苯没有达到 0.995，其他的均达到了 0.995。所以也符合该化工业园区环境监测中应用 VOC 在线监测系统的技术要求，R2 准许有 5%的量不符合跃0.995 的准则。如果校准曲线线性没有达到要求，则可能和标准气体的纯度存在一定的关联。
3.2.3 精密度
在验证精密度的过程中，促使 10ppb 标气浓度进样10 次。全部数据成为标准偏差，其精密度在 0.2%-2.6%的范围内，具体如表 1 所示。精密度范围小于验收标准的10%，进行 10 次图谱做跌图，最后发现气相色谱的留存时间具有一定的稳定性，具体如图 1 所示。
图 1 ppb 标气 10 次的进样情况
3.3 系统稳定性分析
大孤山化工业园区在使用了 VOC 在线监测系统对化工园区进行环境监测之后，运行的稳定性非常高。而且全程使用自动化控制、远程控制等手段，减少了对人力资源的使用、因为不需要人工对数据进行采集和处理，仅仅需要定期观看系统运行情况即可。此外，该监测系统还会在次日凌晨使用单点标气校准曲线 [3] 。
而且在使用了 VOC 在线监测系统后，环境监测数据产生了一定的变化。图 2 展示出了大孤山工业园区在2017年12月6 -12月17日低碳物质的变化情况。而且从该图中可看出这个化工业园区的边界 VOCs 低碳组分变化性非常强，监测系统在高组分和低组分方面，都有着非常好的反馈。
图 2 大孤山化工业园区在 2017 年 12 月 6 日-12 月 17 日低碳物质的变化情况
在高碳组分方面，苯物质属于大孤山化工园区的重要污染物。通过 VOC 在线监测系统针对苯的变化状况进行分析，发现苯物质的波动性很大，最高浓度超过了 32ppb。而 2018年2月14日-24日是苯排放最低的一个时期，平均排放量低于1ppb。同时，甲苯和二甲苯在低于0.4ppb 的时候。也能展现出很强的波动性。所以可得出结论：VOC在线监测系统所出具的检出限和真实样品的检出限是一致的 [4] 。
3.4 布点方案
根据大孤山化工业园区内的有毒、有害气体分布情况、环境敏感区划分、主导风向等因素，再结合该化工业园区监测站点的实际情况，针对大气突发环境事件扩散途径进行识别，促使该园区内的 VOCs 监测站得以建立。同时也要综合考虑大孤山化工园区位于金州新区的特点，以及四周人群和企业密集的实际情况。针对园区工业发展水平、污染程度等因素，对四周进行网格划分。在网格的交点处和重点位置建立 VOC 在线监测的监测站房。借助分布式冗余节点计算方法，降低计算的难度，减少通讯的成本费用。再对监测数据的准确性、有效性进行分析，绘制出大孤山化工业园区内不同时段的污染物扩散情况图，所有的监测点位都包括甲烷、烃、苯等不同指标的实时监测，这样才能制定出更加科学合理的环境治理对策 [5] 。
综上所述，VOC 在线监测在技术硬件方面将 GRTracer 浓缩仪当做样品浓缩进样的设备。因此检测因子检出限低于 1ppb，采用热电 Tracel300 气相色谱仪和高碳色谱柱、低碳色谱柱，从而对多种高碳和低碳进行分离、VOC在线监测系统在精密度、检出限、精确度等方面的指标，能满足大孤山化工业园区的空气监测技术要求。不但设备运行的稳定性强，而且自动化程度也很高，因此其可以为辽宁省区域环境污染整治提供一些有用的参考数据。
4 总结与体会
辽宁省大孤山化工业园区在使用了 VOC 在线监测系统之后，发现其具有众多的优势，不但能满足美国环境保护署制定的规则和标准，而且速度快，自动化程度高。其还具有这样的特点：第一，可实现远程控制，促使大孤山化工业园区的环境监测站房 7 天 24 小时无需工作人员值守。第二，其具有先进的预浓缩仪设备，而且该设备可独立运行，和一般的检测仪、浓缩仪有极大的区别，校核标气用量不多。第三，可调整和设置脱附时间、补集时间、检出限。第四，所采用的定时切换模式、质量控制参数均能满足美国环境保护署的硬件要求和规则。第五，该系统的双柱双检测设备中，有气相色谱仪，其能促使高碳和低碳得到分离。第六，保留时间很长，稳定性强，不需要工作人员进行校验。而且迭图的绘制非常方便，可将其用在溯源中。
参考文献院
[1]李捷.在线 VOC 监测设备氢气发生器的选择与维护[J].科技与创新，2019（08）：26-27，29.
[2]李洋，陈强，崔旭冉，许广鹏.浅谈大型工业集中排放口VOC 在线监测设备安装规范[J].现代涂料与涂装，2018，21（12）：62-64.
[3]苏爱华.环境空气 VOC 在线监测系统在化工业园区环境监测中的应用研究[J].环境科学与管理，2018，43（11）：93-97.
[4]周绪申，王洪翠，王钊，王乙震，孟宪智，汪强，张世禄.一种在线 VOC 监测仪性能的验证及应用 [J]. 环境科学与技术，2016，39（S1）：174-178.
[5]孙焱婧，刘娟，伏晴艳，裴冰.环境空气中 VOC_S 在线监测法与 SUMMA 罐采样气相色谱-质色谱-质谱法比对研究[J].中国环境监测，2009，25（03）：23-28.
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