車載飛行時間質譜VOCs走航監(jiān)測系統關鍵技術與應用

周振

（廣州禾信儀器股份有限公司，廣州 215311）

本項目在國家863 計劃、國家重點領域研發(fā)計劃等專項支持下，突破質譜移動在線監(jiān)測與系統集成、可視化決策平臺、業(yè)務標準化等難題，實現VOCs 在線監(jiān)測、預警、溯源，并可實時可視化展示，相關成果授權取得發(fā)明專利20 余件，發(fā)表論文近30 篇。為打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)和環(huán)境應急監(jiān)測提供精準科學的技術指導和管控支撐。

1 項目取得的創(chuàng)新突破

1.1 大氣VOCs 秒級多組分走航監(jiān)測系統

針對傳統的VOCs 檢測技術存在的采樣及樣品前處理復雜、檢測周期長的問題，突破選擇特異性膜進樣、補償式真空紫外光電離技術以及離子篩選式“長壽命”離子探測器技術，研制出基于在線質譜技術的在線VOCs 高時空分辨率走航監(jiān)測系統，通過多設備集成、多參數數據融合，可對300 多種VOCs 成分在線進樣、移動式原位檢測、高穩(wěn)定性長周期連續(xù)高時空分辨率在線精準監(jiān)測，解決了傳統檢測方案時效性差、污染源排查難以及污染溯源難等問題。

1.2 監(jiān)測結果智能可視化展示與決策支持平臺

針對海量數據利用率低、業(yè)務開展效率低、決策研判能力不足等問題，本項目團隊研發(fā)了VOCs 走航監(jiān)測系統的溯源模型算法，建立了本地化特異性污染物譜圖指紋庫，融合物聯網技術、大數據算法、工作流引擎、地圖可視化組件、數據可視化圖表庫等計算機高新技術，整合外部環(huán)境本底信息、環(huán)境技術標準、空氣質量監(jiān)測數據等多源環(huán)境數據，開發(fā)出監(jiān)測可視化數據展示與決策支持平臺，該平臺可實現自動預警溯源、任務工單作戰(zhàn)、異常點空間查詢、自動化報告等創(chuàng)新功能，提升信息傳達效率、挖掘更多數據價值、增強業(yè)務監(jiān)管能力，實現管理決策“早、高、省、準”，支撐大氣VOCs 的精準化、精細化管控。

1.3 走航監(jiān)測規(guī)范化、業(yè)務化

項目團隊制定了《環(huán)境空氣 揮發(fā)性有機物測定 車載式單光子電離-飛行時間質譜法（試行）》《移動污染源揮發(fā)性有機物（VOCs）測量方法》，輻射帶動多項政策法規(guī)出臺，實現了以高時空分辨率飛行時間質譜走航為基礎的揮發(fā)性有機物測定方式有法可依，并持續(xù)拓展應用場景，確定了六大工作模式，滿足保障、排查、應急三大環(huán)境管理需求，實現了大氣VOCs 走航監(jiān)測場景全覆蓋，保障國家級重大活動空氣質量，為打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)和環(huán)境應急監(jiān)測提供精準、科學的管理支撐，取得了較好的應用效果。

2 技術及應用水平

本項目入選《國家鼓勵發(fā)展的重大環(huán)保技術裝備目錄》，項目團隊先后制定了《環(huán)境空氣 揮發(fā)性有機物的測定 車載式單光子電離-飛行時間質譜法（試行）》《長三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)揮發(fā)性有機物走航監(jiān)測技術規(guī)范》《移動污染源揮發(fā)性有機物（VOCs）測量方法》等標準，推動了《重點行業(yè)揮發(fā)性有機物綜合治理方案》《關于開展夏季揮發(fā)性有機物走航監(jiān)測的通知》《關于組織開展夏季臭氧污染防治強化監(jiān)督幫扶工作的通知》《2020年揮發(fā)性有機物治理攻堅方案》中將VOCs 走航監(jiān)測列入重點推薦手段，助力成果市場化推廣。

項目成果應用于北京冬奧會等50 多場重大體育賽事活動期間的空氣質量保障工作，參與了多場突發(fā)事件的應急監(jiān)測，并作為“雪龍?zhí)枴鄙衔ㄒ坏膰a高端質譜儀器參與極地科考。本項目的成功應用實現了國產質譜儀器完全自主研發(fā)，打破了國外高端質譜環(huán)境監(jiān)測類產品壟斷，培養(yǎng)了一批高端環(huán)保裝備研發(fā)及應用人才。

3 意義及作用

本項目通過產學研用緊密結合的方式，深挖市場“痛點”，由終端用戶提出需求及總體方案設想，企業(yè)、高校負責具體技術。通過解決差異化需求實現項目成果在環(huán)境監(jiān)測領域的廣泛應用，打破了我國高端質譜儀器、環(huán)境監(jiān)測領域核心技術匱乏，高端產品嚴重依賴進口的尷尬局面，實現了國產質譜儀器研發(fā)、應用，并根據用戶反饋意見不斷改進的良性循環(huán)，對于促進國產質譜儀器升級迭代，促進國內質譜技術進步具有重要作用。

4 經濟和環(huán)境效益

4.1 打破國外壟斷，實現進口替代，解決質譜“卡脖子”問題

我國高端環(huán)境監(jiān)測設備市場，大多被外資企業(yè)占領。本項目成果的成功產業(yè)化，打破我國高端質譜儀器在環(huán)境監(jiān)測領域核心技術匱乏、產品嚴重依賴進口的尷尬局面，實現進口替代。本項目團隊編制了《移動污染源揮發(fā)性有機物（VOCs）測量方法》團體標準，為我國移動污染源排放環(huán)境監(jiān)管提供了有力的技術支撐。

4.2 助力打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)，服務經濟高質量發(fā)展

本項目成果已在300 多個城市進行推廣和應用，助力VOCs、臭氧污染明顯改善，幫助100 多個園區(qū)追溯到惡臭異味來源。本項目成果結合應用在線單顆粒質譜儀，可實現臭氧與細顆粒物協調防控，實現精準管控，創(chuàng)造的間接經濟效益近百億元，支撐了區(qū)域污染因子、特征分布、成因及影響分析研究，促進了多項政策指導文件的發(fā)布，完善了全國VOCs 走航監(jiān)測技術和能力建設。

本項目的實施，對提高PM2.5和臭氧污染協同防控精細化管理水平、區(qū)域污染排放預警溯源和突發(fā)環(huán)境事件應變能力，提升重大活動賽事空氣質量保障能力，具有重要意義。