区域空气中VOCs监控系统的应用——以南京某钢铁厂为例

黄伟来

(上海市松江区环境监测站，上海 201600)

1 引言

大气挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds，VOCs)是大气中的重要微量成分，通常指在常温下，沸点在50～260 ℃之间各种易挥发的有机化合物。VOCs主要由非甲烷碳氢化合物、卤代烃、含氧、含氮、含硫、卤素的衍生物等有机化合物组成。由于甲烷的光化学性质较为稳定，在VOCs研究中通常不包括甲烷，VOCs在大气中分布广泛，组成复杂，虽然含量甚微，但由于大多数物种具有较活跃的光化学反应活性，是形成细颗粒物(PM2.5),臭氧(O3)等二次污染的主要前体物质，引起光化学烟雾，进而引发灰霾，还能够生成二次有机气溶胶(SOA)间接影响地球表面的辐射平衡，进而影响气候。

在我国，大气VOCs在现行环境空气质量标准中不是受控指标。但VOCs对人类、社会环境等的影响已经越来越明显。由于其具有毒性和致癌性，对生存在同一个大气环境的人类、动物、植物都造成不同程度危害。随着我国人民生活水平的不断提高，城市化进程的加快，大气中挥发性有机物的成份也越发复杂，含量日益增加，大气中挥发性有机污染问题己经在城市出现，其危害不可忽视。最初我国的一些VOCs研究和探讨的种类和方法已经不满足现行的日益从严的标准规范，也不能满足当前的大气环境管理要求。VOCs逐渐成为继颗粒物、二氧化硫、氮氧化物后的大气污染控制中的新生关注点。

现阶段，测量挥发性有机物的主要方法是气相色谱-质谱(gas chromatography- mass spectrometry，GC-MS )。该方法的特点是测量VOCs的精确度较高，基于涉及色谱和电子轰击电离特点，该方法一般在实验室操作，存在较大的局限性，分析时间滞后，样品采集、储存和运输过程增加样品交叉污染的几率和样品受损的可能性，从而影响结果的准确性和监测效率，采集样品的数目也受到限制。目前的生态环境监测管理要求快速准确得到多项污染因子的分析结果和数据信息，帮助管理部门尽快找出高风险污染隐患，优先制定相应的管控措施。综上所述，高效的大气挥发性有机物在线监测的技术研究与相关仪器的开发是非常必要的。

“十二五”国家战略规划以来，VOCs的管理控制被列为大气污染重点工作，特别是石油化工、包装印刷、汽车制造、家具制造、化学品制造等五大行业生产中排放出的大量挥发性有机物亟需重点管控。南京市是江苏省省会，也是东部沿海经济带与长江经济带交会的大城市，石化、钢铁等大型企业排放大量的VOCs，VOCs对大气的复合污染程度日趋严峻，但相关的监测研究和技术开发相对不足。本文选择某钢铁公司厂区内4个具有不同代表性的站点，建立高效、智能、三位一体的环境监测系统，以性能先进的现场端连续气体监测仪器系统为数据源，配合与特征因子大数据汇聚仿真分析模型，对区域(工业园区)环境质量进行监控，获得了不同站点的VOCs监测资料，并且建立该区域的无组织挥发性有机物数据库，从而及时判断出该区域空气中挥发性有机物特征污染因子并对它的变化趋势作出研究，以此促进无组织污染物的监管力度，有效治理区域大气环境，从而达到控制大气环境污染，改善区域环境质量的目的。

2 实验部分

本文建立的环境在线监测系统，注重“模块化”“一体化”的设计理念，达到最大程度的功能拓展，提升系统的先进性，可实现全区域VOCs监测及对今后生态环境的管理提供有力的数据支撑。本项目的技术路线如图1所示。

监测地点设在南京市某钢铁公司的厂区内，布点情况如图2。其中点1为能环部南楼、点2为资源危废仓库、点3为焦罐检修区、点4为12号门卫。

图1 技术路线

该厂各设备均为24 h运转，采样期间均运行正常，气体的排放也相对稳定。在研究中，视为稳定的污染源。

图2 监测布点示意

我国现行GB3095-2012《环境质量标准》中规定的是常规例行监测项目，而对于工业企业所排放的污染因子的特点，仅仅做常规因子的监测已不能满足经济与环境协调统一和经济可持续发展的要求。本课题主要侧重于苯、甲苯、二甲苯、酚类和非甲烷总烃等大气挥发性有机污染物的在线监测，同时兼顾烷烃、烯烃、卤代烃等67种挥发性有机物作为研究对象。本系统采用光离子检测技术(简称PID)，该方法操作简便、反映速度快等优势广泛用于多种挥发性有机物组分的检测。

通过该厂界无组织VOCs自动监测系统将各站点数据上传到服务器端，系统以数据及曲线实时显示各个站点的监测因子及气象因子等参数，对所采集的各种数据，按照站点、时间、参数等自动生成小时、日、周、月、季、年报表，并导出生成相应的文件，分析出该片区域的主要污染因子。针对该项目的行业特点，参照《石油化学工业污染物排放标准》(GB31571-2015)中企业边界苯、甲苯、二甲苯等相关因子的排放限值，查明各种污染物做出的贡献率。

3 结果与讨论

分别将厂区12号门卫、焦罐检修区、资源危废库以及能环部南楼4个区域作为监测点，进行为期半年(2017年6月-2017年12月)的VOCs有机物监测，所监测挥发性有机物类型主要包括非甲烷总烃、苯系物、酚类、总烃、甲烷、苯、甲苯、乙苯、对间二甲苯、邻二甲苯、苯酚、2/4二甲苯酚以及2/6二甲苯酚共13类污染物。半年内，所监测物质的浓度平均值如表1所示。

表1 VOCs平均浓度 mg/m3

由表1的数据可得出如下规律：

(1)总烃的浓度为非甲烷总烃浓度与甲烷浓度的和，苯系物浓度则是苯、甲苯、乙苯、邻二甲苯、对间二甲苯浓度的总和，酚类浓度为苯酚、2/4二甲苯酚和2/6二甲苯酚的浓度和。

(2)12号门卫监测点的总烃平均浓度为2.8470 mg/m3，酚类平均浓度为0.1732 mg/m3，苯系物平均浓度为0.0168 mg/m3。

(3)焦罐检修区监测点的总烃平均浓度为2.1395 mg/m3，酚类平均浓度为0.7126 mg/m3，苯系物平均浓度为2.8850 mg/m3。

(4)资源危废库监测点的总烃平均浓度为2.2705 mg/m3，酚类平均浓度为0.0266 mg/m3，苯系物平均浓度为0.0122 mg/m3。

(5)能环部南楼监测点的总烃平均浓度为3.0107 mg/m3，酚类平均浓度为0.0659 mg/m3，苯系物平均浓度为0.0163 mg/m3。

(6)除了能环部南楼监测点，其他3个监测点的总烃浓度的构成中，甲烷与非甲烷总烃的浓度水平差别不大，而能环部南楼监测点的总烃浓度构成中，非甲烷总烃占极大的一部分比重。

综合上述监测数据，可得结论如下：总烃平均浓度最高位置为12号门卫监测点，酚类平均浓度最高位置为焦罐检修区监测点，苯系物平均浓度最高位置为焦罐检修区监测点，相比之下，焦罐检修区的苯系物浓度水平、酚类平均浓度水平均高于其他3个监测点，需对焦罐检修区进行重点监测及治理。

以上结论是基于某钢铁厂厂界的较小区域VOCs在线监测4个布点的监测数据分析得出的，相对于一个工业园区或区县级的行政区域，排放源可能更多，大气污染成分更复杂，可以根据排放源的分布密度，布置更多的在线监测点位，监控更多的污染因子，并采用同样的数据系统平台，经过数据端的汇总、分析生成报告，应可得出该区域的重点污染因子、污染点位，从而进行重点监测及治理。