化工業(yè)園區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)中VOC在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用

摘要: 如今，由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)在大力發(fā)展，所以污染源的類型也越來(lái)越多。尤其是化工業(yè)園區(qū)，更是污染負(fù)荷越來(lái)越重。為了改善環(huán)境，減少污染，必須加強(qiáng)環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，合理利用 VOC 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。為此，筆者結(jié)合遼寧省某化工業(yè)園區(qū)的實(shí)際情況，針對(duì)VOC 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行了分析，希望能為廣大的技術(shù)工作者提供一些有用的參考依據(jù)。

摘要：如今，由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)在大力發(fā)展，所以污染源的類型也越來(lái)越多。尤其是化工業(yè)園區(qū)，更是污染負(fù)荷越來(lái)越重。為了改善環(huán)境，減少污染，必須加強(qiáng)環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，合理利用 VOC 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。為此，筆者結(jié)合遼寧省某化工業(yè)園區(qū)的實(shí)際情況，針對(duì)VOC在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行了分析，希望能為廣大的技術(shù)工作者提供一些有用的參考依據(jù)。

 

0 引言

 

隨著時(shí)代的不斷進(jìn)步，公眾的環(huán)境意識(shí)也在逐漸增強(qiáng)。各種環(huán)境污染問(wèn)題越來(lái)越突出，特別是化工業(yè)園區(qū)附近。為了督促化工園區(qū)內(nèi)的企業(yè)改進(jìn)生產(chǎn)工藝和治理設(shè)備，并減少排放，需通過(guò) VOC 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來(lái)建立網(wǎng)格化監(jiān)控體系，從而提高環(huán)境監(jiān)測(cè)的效果和效率。

 

1 遼寧省化工業(yè)園區(qū) VOC 監(jiān)測(cè)工作的現(xiàn)狀

 

遼寧省的化工企業(yè)眾多，其包括了石油化工公司、造船企業(yè)等。盡管遼寧省對(duì)化工廠、化工園進(jìn)行了規(guī)劃，但其造成的環(huán)境污染問(wèn)題仍然未得到解決。為了促使遼寧省化工園區(qū)的環(huán)境 VOC 監(jiān)測(cè)分析技術(shù)得到一定的提升，2018年 9 月 21 日在沈陽(yáng)開(kāi)展了全省環(huán)境 VOC 監(jiān)測(cè)技術(shù)研討會(huì)。會(huì)議內(nèi)容包括了對(duì)大氣中 VOC 的污染控制、減排，以及大氣 VOC 監(jiān)測(cè)方案和對(duì)策的制定，以及 VOC 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用。而且在工作進(jìn)展方面，遼寧大連在 2016 年時(shí)便進(jìn)行了化工業(yè)園區(qū)企業(yè)的泄漏監(jiān)測(cè)和技術(shù)改造。對(duì)石化廢水和廢氣進(jìn)行封閉收集，完成對(duì)化工業(yè)園區(qū)內(nèi)數(shù)家企業(yè)的整治，其中包括了有機(jī)化工、醫(yī)藥、印刷、修理等領(lǐng)域。在2017 年時(shí)，已完成大連中石化公司、西太平洋等 5 家石化企業(yè)的排放整治，而且更是實(shí)現(xiàn)了對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)業(yè)原油、成品油、碼頭油氣的回收治理工作。

 

除此之外，在盤(pán)錦市也在 2016 年開(kāi)展了石油化工企業(yè)的泄漏和檢測(cè)工作，而且要求將這項(xiàng)工作納入到盤(pán)錦環(huán)境審批與驗(yàn)收中去。營(yíng)口市則開(kāi)展了當(dāng)?shù)鼗I(yè)園區(qū)的發(fā)揮性有機(jī)物整治會(huì)議，提出對(duì)發(fā)揮性有機(jī)物進(jìn)行控制，并且針對(duì)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行探討和交流 ^[1] 。

 

2 關(guān)于化工業(yè)園區(qū) VOC 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

 

VOC 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能對(duì)發(fā)揮性有機(jī)物（VOCs）的排放進(jìn)行監(jiān)測(cè)、控制，減少環(huán)境的污染。通過(guò)在化工業(yè)園區(qū)利用VOCs 在線報(bào)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以準(zhǔn)確的檢測(cè) VOC 氣體濃度，而且展示出 VOC 氣體實(shí)體濃度值，全天監(jiān)控大氣污染狀況。同時(shí)也能覆蓋污染監(jiān)測(cè)因子，輸出標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。一般情況下，VOC 在線檢測(cè)系統(tǒng)一般被用在泄漏預(yù)警、環(huán)境監(jiān)測(cè)、化工園區(qū)污染監(jiān)測(cè)等不同的方面。

 

總揮發(fā)性有機(jī)物中，發(fā)揮性氣體（VOCs）容易對(duì)人體健康造成極大的危害。按照不同的化學(xué)結(jié)構(gòu)，其可以被分為芳烴、烷類、酯類、醛類，具體包括了三氯乙烯、甲苯、二異氰酸酯等等。而遼寧省則以臭氧（O₃ ）和細(xì)顆粒物為代表的二次復(fù)合型大氣污染問(wèn)題非常突出，甚至成為了該省的主要污染因子。通過(guò)充分利用 VOC 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)化工業(yè)園區(qū)的 VOCs 排放總量進(jìn)行控制，能改善遼寧省的大氣環(huán)境質(zhì)量。

 

3 VOC 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在化工業(yè)園區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

 

遼寧省大孤山化工園區(qū)位于遼寧省大連市金州新區(qū)，其內(nèi)部有注冊(cè)企業(yè) 40 多家，大部分以化工企業(yè)、船舶配套企業(yè)為重點(diǎn)。到 2018 年，入駐大孤山化工園區(qū)的石油化工類企業(yè)多達(dá) 20 家，其包括了凱飛化學(xué)、逸盛大化、太平洋石油化工，另外還有斗山船機(jī)、韓國(guó)浦項(xiàng)、大洋船舶等制造企業(yè)。該化工園區(qū)四周的人口非常密集，除了東南面是大海以外，金州老城區(qū)也產(chǎn)生了衛(wèi)星城。一旦產(chǎn)生化學(xué)品泄漏、環(huán)境污染等事故，則會(huì)對(duì)整個(gè)城市產(chǎn)生不好的影響。所以必須要充分利用 VOC 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為治污減排奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。筆者對(duì)此進(jìn)行了分析，具體如下。

 

3.1 VOC 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)

 

第一是樣品采集，采樣流量為：質(zhì)子流量計(jì)控制（1 毫升），采樣流速為 22 毫升每分鐘。第二是樣品濃縮富集，富集管降溫：電子芯片 ﹣ 捕捉的最低溫度為 44益，而脫附溫度最高則是 450益，脫附效率最高超過(guò)了 44益每秒。第三是 GC-FID 樣品檢測(cè)，選擇毛細(xì)管柱，按照實(shí)際情況對(duì)載氣進(jìn)行調(diào)整。測(cè)量的范圍是 1-100PPb 之間，檢出限約0.5ppb。柱箱溫度在 45益到 210益之間，載氣壓力的準(zhǔn)確度是0.001psi。線性是 R2 大于0.995，分析時(shí)間是一小時(shí)左右 ^[2] 。

 

3.2 系統(tǒng)性能分析

 

3.2.1 檢出限

 

通過(guò)檢出限，能分析一種技術(shù)和方案的靈敏程度。如果方法檢驗(yàn)的檢出限被用在置信水平達(dá)到 95%的情況下，那么樣品測(cè)定值和零濃度樣品的測(cè)定值會(huì)存在明顯差異，測(cè)定次數(shù)超過(guò) 30 次。分析表 1 的內(nèi)容，筆者發(fā)現(xiàn)在采用了VOC 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)之后，乙烯的檢出限是 0.284（ppb），丙烯的檢出限是 0.321 （ppb），正丁烷的檢出限是 0.166（ppb），因此這也符合大孤山化工業(yè)園區(qū)的空氣監(jiān)測(cè)技術(shù)要求。

 

表 1 VOC 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)各種物質(zhì)的數(shù)據(jù)

注：FID-1 代表了檢測(cè)低碳組分的設(shè)備，F(xiàn)ID-2 代表了高碳組分的檢測(cè)設(shè)備.

 

3.2.2 線性

在構(gòu)建校準(zhǔn)曲線時(shí)，需要采用 0ppb、10ppb、25ppb、60ppb 等不同的校核點(diǎn)。在校準(zhǔn)曲線 R2 的數(shù)據(jù)中，除了丁烯與三氯苯?jīng)]有達(dá)到 0.995，其他的均達(dá)到了 0.995。所以也符合該化工業(yè)園區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)中應(yīng)用 VOC 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)要求，R2 準(zhǔn)許有 5%的量不符合躍0.995 的準(zhǔn)則。如果校準(zhǔn)曲線線性沒(méi)有達(dá)到要求，則可能和標(biāo)準(zhǔn)氣體的純度存在一定的關(guān)聯(lián)。

 

3.2.3 精密度

 

在驗(yàn)證精密度的過(guò)程中，促使 10ppb 標(biāo)氣濃度進(jìn)樣10 次。全部數(shù)據(jù)成為標(biāo)準(zhǔn)偏差，其精密度在 0.2%-2.6%的范圍內(nèi)，具體如表 1 所示。精密度范圍小于驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的10%，進(jìn)行 10 次圖譜做跌圖，最后發(fā)現(xiàn)氣相色譜的留存時(shí)間具有一定的穩(wěn)定性，具體如圖 1 所示。

圖 1 ppb 標(biāo)氣 10 次的進(jìn)樣情況

 

3.3 系統(tǒng)穩(wěn)定性分析

 

大孤山化工業(yè)園區(qū)在使用了 VOC 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)化工園區(qū)進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)之后，運(yùn)行的穩(wěn)定性非常高。而且全程使用自動(dòng)化控制、遠(yuǎn)程控制等手段，減少了對(duì)人力資源的使用、因?yàn)椴恍枰斯?duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和處理，僅僅需要定期觀看系統(tǒng)運(yùn)行情況即可。此外，該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還會(huì)在次日凌晨使用單點(diǎn)標(biāo)氣校準(zhǔn)曲線 ^[3] 。

 

而且在使用了 VOC 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)后，環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)生了一定的變化。圖 2 展示出了大孤山工業(yè)園區(qū)在2017年12月6 -12月17日低碳物質(zhì)的變化情況。而且從該圖中可看出這個(gè)化工業(yè)園區(qū)的邊界 VOCs 低碳組分變化性非常強(qiáng)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在高組分和低組分方面，都有著非常好的反饋。

圖 2 大孤山化工業(yè)園區(qū)在 2017 年 12 月 6 日-12 月 17 日低碳物質(zhì)的變化情況

 

在高碳組分方面，苯物質(zhì)屬于大孤山化工園區(qū)的重要污染物。通過(guò) VOC 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)針對(duì)苯的變化狀況進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)苯物質(zhì)的波動(dòng)性很大，最高濃度超過(guò)了 32ppb。而 2018年2月14日-24日是苯排放最低的一個(gè)時(shí)期，平均排放量低于1ppb。同時(shí)，甲苯和二甲苯在低于0.4ppb 的時(shí)候。也能展現(xiàn)出很強(qiáng)的波動(dòng)性。所以可得出結(jié)論：VOC在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所出具的檢出限和真實(shí)樣品的檢出限是一致的 ^[4] 。

 

3.4 布點(diǎn)方案

 

根據(jù)大孤山化工業(yè)園區(qū)內(nèi)的有毒、有害氣體分布情況、環(huán)境敏感區(qū)劃分、主導(dǎo)風(fēng)向等因素，再結(jié)合該化工業(yè)園區(qū)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的實(shí)際情況，針對(duì)大氣突發(fā)環(huán)境事件擴(kuò)散途徑進(jìn)行識(shí)別，促使該園區(qū)內(nèi)的 VOCs 監(jiān)測(cè)站得以建立。同時(shí)也要綜合考慮大孤山化工園區(qū)位于金州新區(qū)的特點(diǎn)，以及四周人群和企業(yè)密集的實(shí)際情況。針對(duì)園區(qū)工業(yè)發(fā)展水平、污染程度等因素，對(duì)四周進(jìn)行網(wǎng)格劃分。在網(wǎng)格的交點(diǎn)處和重點(diǎn)位置建立 VOC 在線監(jiān)測(cè)的監(jiān)測(cè)站房。借助分布式冗余節(jié)點(diǎn)計(jì)算方法，降低計(jì)算的難度，減少通訊的成本費(fèi)用。再對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、有效性進(jìn)行分析，繪制出大孤山化工業(yè)園區(qū)內(nèi)不同時(shí)段的污染物擴(kuò)散情況圖，所有的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位都包括甲烷、烴、苯等不同指標(biāo)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，這樣才能制定出更加科學(xué)合理的環(huán)境治理對(duì)策 ^[5] 。

 

綜上所述，VOC 在線監(jiān)測(cè)在技術(shù)硬件方面將 GRTracer 濃縮儀當(dāng)做樣品濃縮進(jìn)樣的設(shè)備。因此檢測(cè)因子檢出限低于 1ppb，采用熱電 Tracel300 氣相色譜儀和高碳色譜柱、低碳色譜柱，從而對(duì)多種高碳和低碳進(jìn)行分離、VOC在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在精密度、檢出限、精確度等方面的指標(biāo)，能滿足大孤山化工業(yè)園區(qū)的空氣監(jiān)測(cè)技術(shù)要求。不但設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性強(qiáng)，而且自動(dòng)化程度也很高，因此其可以為遼寧省區(qū)域環(huán)境污染整治提供一些有用的參考數(shù)據(jù)。

 

4 總結(jié)與體會(huì)

 

遼寧省大孤山化工業(yè)園區(qū)在使用了 VOC 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)之后，發(fā)現(xiàn)其具有眾多的優(yōu)勢(shì)，不但能滿足美國(guó)環(huán)境保護(hù)署制定的規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)，而且速度快，自動(dòng)化程度高。其還具有這樣的特點(diǎn)：第一，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，促使大孤山化工業(yè)園區(qū)的環(huán)境監(jiān)測(cè)站房 7 天 24 小時(shí)無(wú)需工作人員值守。第二，其具有先進(jìn)的預(yù)濃縮儀設(shè)備，而且該設(shè)備可獨(dú)立運(yùn)行，和一般的檢測(cè)儀、濃縮儀有極大的區(qū)別，校核標(biāo)氣用量不多。第三，可調(diào)整和設(shè)置脫附時(shí)間、補(bǔ)集時(shí)間、檢出限。第四，所采用的定時(shí)切換模式、質(zhì)量控制參數(shù)均能滿足美國(guó)環(huán)境保護(hù)署的硬件要求和規(guī)則。第五，該系統(tǒng)的雙柱雙檢測(cè)設(shè)備中，有氣相色譜儀，其能促使高碳和低碳得到分離。第六，保留時(shí)間很長(zhǎng)，穩(wěn)定性強(qiáng)，不需要工作人員進(jìn)行校驗(yàn)。而且迭圖的繪制非常方便，可將其用在溯源中。

 

 

參考文獻(xiàn)院

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