VOCs在線連續監測系統解決方案

文/王繼付 熊巍 李天福

VOCs在線連續監測系統解決方案

文/王繼付 熊巍 李天福

如何實現VOCs的在線監測？——VOCs污染日趨嚴重，不僅影響環境空氣質量，也會直接損害人體健康。本文基于我國VOCs監測的環保法規要求及VOCs在線監測產品的規格和特點，給出了適用于工業固定污染源排放監測和廠界無組織排放監測的VOCs在線監測系統解決方案。

揮發性有機化合物（VOCs）是一類有機化合物的統稱，對人體健康有較大危害。VOCs可以和氮氧化合物發生光化學反應，形成光化學煙霧；也能與大氣中的OH、NO3、O3等氧化劑發生多途徑反應，生成二次有機氣溶膠（SOA）。

近年來，中國不斷加強對VOCs污染的管理控制：2010年5月，環保部等9部門聯合制定了《關于推進大氣污染聯防聯控工作改善區域空氣質量的指導意見》，把開展VOCs防治工作列為大氣污染聯防聯控的重要組成部分；2011年6月，《國家環境保護“十二五”科技發展規劃》正式發布，明確提出針對VOCs研發污染控制技術綜合評價指標體系和定量評估方法，篩選出最佳可行的大氣污染控制技術；2012年12月，《國家“十二五”重點區域大氣污染防治規劃》出臺，指出要開展重點行業治理，完善VOCs污染防治體系；2013年5月，環保部發布《揮發性有機物（VOCs）污染防治技術政策》，提出VOCs污染防治應遵循源頭和過程控制與末端治理相結合的綜合防治原則。

針對國內興起的VOCs監測市場，結合國家及地方環保局的環保監測需求和各個行業的監測標準，橫河電機推出了兩款VOCs在線監測設備（GC 8000和VOC 8000），從實驗室到工業現場，從防爆區域到安全區域，從固定污染源監測到廠界監測，橫河電機可以提供包括方案設計、系統建設、系統投運和維護保養等在內的全生命周期解決方案。

GC8000氣相色譜儀

GC8000是橫河電機的第六代色譜分析儀，通過氣相色譜的分析方法以及氫火焰離子法（FID）的檢測技術來實現對非甲烷總烴以及特征因子污染物組分的分析和檢測。檢測原理和流程如下：樣品經色譜采樣閥采集，由載氣將采集的樣品送到色譜柱分離，經色譜柱后混合組分被分離成單個組分，依次排隊進入檢測器檢測，分析出來的結果經信號放大處理后用于信號輸出和人機界面顯示。色譜法的分離原理就是利用待分離的各種物質在兩相中的吸附能力不同來進行分離的。使用外力即載氣使樣氣通過色譜柱，當載氣中攜帶樣氣中的混合物流經與載氣互不相溶的色譜柱中的固定相表面，混合物中的各組分與固定相發生相互作用。由于混合物中各組分在性質和結構上的差異，與固定相之間產生的作用力的大小不同，隨著載氣的移動，混合物在兩相間經過反復多次的分配平衡，使得各組分被固定相保留的時間不同，從而按一定次序由固定相中先后流出，有機物在氫火焰（FID）檢測器中被電離成碳陽離子和電子，在電場的作用下形成離子流，并于電極生成微電流，經放大輸出，形成輸出信號，實現VOC混合物中各組分的分離與檢測。GC8000氣相色譜儀應用在VOCs在線監測領域的主要技術指標如表1所示。

表1 GC8000氣相色譜儀應用在VOCs在線監測領域的主要技術指標

表2 VOC8000氣體分析儀應用在VOCs在線監測領域的主要技術指標

VOC8000 氣體分析儀

VOC 8000氣體分析儀采用FID氫火焰離子化檢測器和催化氧化技術來實現對甲烷、總烴和非甲烷總烴的檢測。檢測原理和流程如下：當有機化合物進入以氫氣和氧氣燃燒的火焰，在高溫下產生化學電離，氫氣火焰位于一對電極之間，當為這對電極上加一個電壓，這對電極之間就會產生一個強度與碳氫濃度成比例的微小的粒子電流，對該電流放大并進行測定，就可以獲得總烴的濃度。為了測得甲烷的濃度，需要將樣品氣體通過催化劑，理想狀態下，當加熱到一定溫度，在催化劑的作用下，可以將所有的非甲烷總烴氧化而甲烷保持不變，這種狀態下樣品測得的烴濃度實際上是樣品中的甲烷濃度。通過控制氣體的流路來實現甲烷模式和總烴模式的切換，在甲烷模式下氣體需要經過催化氧化劑，在總烴模式下氣體不經過催化氧化劑，而非甲烷總烴是通過差減法由總烴減去甲烷值來得到的。VOC 8000氣體分析儀應用在VOCs在線監測領域的主要技術指標如表2所示。

圖3 橫河電機VOCs解決方案

圖2 VOC8000在線監測設備

VOC系統解決方案

橫河電機（中國）有限公司基于GC 8000和VOC 8000兩款氣體分析儀產品，依托多年來的系統設計能力和項目管理能力，構建了滿足國內環保要求的VOC在線監測系統整體解決方案。如圖3所示，一個典型的VOCs在線監測系統由取樣探頭、溫壓流一體機、采樣伴熱管線、樣品預處理系統、分析儀主機（GC8000或VOC8000）、數據采集單元和數據遠傳模塊等幾部分組成，最終實現用戶本地化的數據顯示和地方環保監測平臺的數據上傳與對接。

本文作者供職于橫河電機（中國）有限公司。