VOCs單光子電離飛行時間質譜走航監測及應用探討

劉夢杰 趙敬 索乾善

摘 要：揮發性有機物（VOCs）來源廣泛，組成復雜，且與低空大氣層中臭氧的生成直接相關，是造成大氣環境質量下降及影響人體健康的重要因子。傳統的VOCs監測方法時效低、周期長、指向性差、耗費人力物力。而VOCs走航監測的連續自動監測，能較準確地推測大氣中VOCs污染物的來源以及預測污染物可能遷移的方向。VOCs走航監測技術不僅為環境管理部門提供了可靠的數據支持，也為VOCs污染的預防奠定了基礎。

關鍵詞：VOCs;走航監測;應用探討

中圖分類號：TH843 ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? 文章編號：1003-5168（2021）27-0009-03

Abstract： Volatile organic compounds （ VOCs ） have a wide range of sources and complex composition， and are directly related to the formation of ozone in the lower atmosphere， which is an important factor causing the decline of atmospheric environmental quality and affecting human health. The traditional VOCs monitoring method has low time efficiency， long cycle，poor directivity，and consume human and material resources. Continuous automatic monitoring of VOCs can accurately predict the source of VOCs pollutants in the atmosphere and predict the possible migration direction of pollutants. VOCs navigation monitoring technology not only provides reliable data support for environmental management departments， but also lays a foundation for the prevention of VOCs pollution.

Keywords： VOCs;navigation monitoring;application discussion

VOCs（揮發性有機物）來源廣泛，組成復雜，是參與大氣光化學反應的有機化合物，是形成臭氧和細顆粒物污染的重要前體物，對城市大氣光化學煙霧的形成具有重要的作用，其中一些組分對人體健康存在潛在威脅[1-3]。近幾年全國VOCs排放總量持續上升，臭氧污染呈加重趨勢[4-6]。2018年6月，國務院印發的《打贏藍天保衛戰三年行動計劃》指出控制VOCs和氮氧化物排放是部署PM2.5和臭氧防控的重點[7]。2019年2月27日生態環境部印發的《2019年全國大氣污染防治工作要點》明確提出要加快推進重點行業揮發性有機物（VOCs）治理[8]。生態環境部于2020年6月24日印發《2020年揮發性有機物治理攻堅方案》[9]，VOCs監測及污染防治已經成為當前污染治理管控需求最強烈內容之一，目前我國眾多專家學者對VOCs進行了系統性研究，各級政府已將VOCs的污染防治工作作為臭氧和細顆粒物污染防治工作的重點內容[10-12]。

VOCs排放來源廣、排放情況復雜，無組織排放和有組織排放并存，無組織排放比有組織排放更多且更具有隱蔽性[13]，如何快速發現揮發性有機物排放源，摸清VOCs排放底數，確定排放重點區域及重點企業，為環境管理部門實現精細化管理、制定針對性管控措施和措施效果后評估等提供技術支撐，及時地選擇合適的揮發性有機物監測設備，實現揮發性有機物排放的快速管控顯得尤為重要，同時《“十三五”揮發性有機物污染防治工作方案》[14]《揮發性有機物無組織排放控制標準》[15]等文件的發布，對VOCs監測提出了更高的要求。2017年國內首次推出VOCs走航系統，薛蓮、郭雪琪等學者對VOCs走航監測應用進行了探索研究[16-17]，利用VOCs走航系統對重點工業園區和企業集群開展走航監測，快速監測出區域內VOCs污染水平，進而鎖定污染源，找出問題企業，針對問題區域與企業制定有效的VOCs管控措施，極大地提升了執法能力和效率，為打贏藍天保衛戰打下堅定基礎。

1 VOCs單光子電離飛行時間質譜走航監測技術原理

VOCs走航監測系統使用移動載具，搭載揮發性有機物監測設備，其工作方式是利用走航新技術，對揮發性有機物排放源進行快速檢測，掌握VOCs污染全貌，鎖定重點污染源，并開展定性定量分析，是一種較理想的監測設備。全在線VOCs走航監測車可實現環境空氣VOCs全天候移動式監測，以及突發性環境污染事故發生時快速應急監測和VOCs數據調查。其應用范圍非常廣，具有在線和離線VOCs監測功能。

VOCs單光子電離飛行時間質譜走航監測車即單光子電離飛行時間質譜儀進行VOCs走航監測，其系統包含膜進樣系統、電離系統、質譜分析系統和數據分析系統4個部分，如圖1所示。

VOCs單光子電離飛行時間質譜走航監測車通過膜進樣系統采集環境空氣中的VOCs，利用真空紫外燈電離得到物種分子離子，利用各分子離子飛行時間不同實現多物種同時檢測。儀器使用分子量進行定性，并通過標準樣品進行定量，可實時獲取不同物種的濃度分布和變化規律。

2 應用探討

“實時、快速、直觀”是走航監測的最大特點，不僅能提供VOCs濃度數據，還有VOCs組分數據，在高排放區域或企業篩查、超標或異常排放識別和治理效果評估等方面具有非常突出的優勢，在政府VOCs監測與管控中具有以下五大應用。

2.1 VOCs常態化監測應用

常態化走航是以“動態快篩、聚焦源頭、精準監管、協助執法、效果評估、持續改進”正向循環的工作路徑，弄清污染物的濃度、種類、來源及其空間分布、排放規律等，從而實現從區域全貌到污染區域，再到污染企業甚至企業工段的精細化管理。

2.2 摸底畫像，鎖定問題區域，實現精準管控

系統精準、科學地對污染源開展排查，做到時間精準、區域精準、對象精準、措施精準，幫助環保部門對問題區域采取針對性措施，推動環境空氣質量穩步提升。

2.3 建立工業區域企業畫像，明確管控重點

系統對重點區域、重點企業、重點園區排放源進行采集，建立重點區域排放清單，為污染判別、排放管理提供數據。通過對不同區域開展科學、系統的網格化走航，全面、快速掌握污染的整體分布情況，鎖定污染區域。

2.4 協助執法部門排查污染源

利用走航監測開展精準溯源，找源頭、精準施策。走航監測車的投入使用推動了依法治污、科技治污、精準治污，有利于促進行業轉型升級，實現了污染減排與行業高質量發展的雙贏。

2.5 參與環境應急監測建設

開展環境污染突發事件、環境問題投訴等應急監測，實時掌握附近特征及污染物濃度變化。

3 結論與不足

3.1 結論

通過VOCs走航監測，可以了解走航區域內污染物的組分，及時掌握區域及企業污染物排放情況，從而可以全面、快速地鎖定重點污染區域。通過對重點污染區域、重點企業、重點產業集群開展定點分析，準確掌握排放情況，快速鎖定疑似污染排放源頭企業，有利于開展精準執法和整治行動，可避免傳統的VOCs監測方法周期長、時效短的缺點。走航監測完成后，形成“一市一策”的大氣污染形勢分析報告，針對問題提出切實可行的整治建議，協助當地政府實施精準管控，助力打贏藍天保衛戰。

3.2 不足

VOCs走航監測技術仍存在一些不足之處。

①VOCs走航車通常行駛在道路上，離污染源存在一定距離，監測濃度會受氣象條件及污染物自然擴散影響。

②VOCs走航車設置的采樣裝置位于走航車上，采樣高度有限且行走路線位于機動車道路上，采集過程中可能受到機動車尾氣的影響。

③VOCs走航監測結果與傳統離線采樣實驗室分析結果須進行進一步對比驗證和改進完善。

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