基于走航監測的某醫化園區VOCs排放特征研究

王丹君

（長沙環境保護職業技術學院，湖南 長沙 410004）

引言

T市坐落于浙江中部沿海地區，作為一個制造業大城市，其主要涉及醫藥化工、汽車配件、廚房家電、模具等多個領域。隨著行業規模不斷擴大，其面臨的環境問題也日益突出。隨著工業轉型、企業搬遷和各項治理措施的實施，T市的大氣環境質量有所改善，但仍存在城區異味、霧霾等問題。特別是醫化園區VOCs污染種類復雜[1]，采用“手工取樣、儀器分析、數據分析”等傳統取證方式效率低下并且缺乏針對性，難以監控。為解決這一問題，引入氣質聯用技術進行實時全譜分析，可以輔助快速準確地確定VOCs污染源，并為大氣治理提供重要方向，尤其有利于夏季臭氧治理工作的開展。這種先進技術有助于全面了解污染狀況，提升大氣監測和治理工作的效率與精確度[2]。

1 走航監測系統

1.1 VOCs概述

VOCs是一種在室溫下易于揮發的有機物。VOCs可以參與大氣中的光化學反應，是產生臭氧層和微粒的必要先驅[3]。據調查，VOCs會對人的眼睛、呼吸道、皮膚等造成一定的刺激，也會對中樞神經系統造成一定的損傷，從而導致癌癥。我國大氣中VOCs的主要來源是人類活動，其中包括燃油、工業廢氣、汽車尾氣、光化學污染等[3]。但是，由于工業VOCs濃度高，污染物種類多，給治理帶來了很大的困難。本文采用SPIMS2000在線監測技術，對某醫化園區VOCs進行了走航監測，并對其污染物的分布和成分特點進行了分析，為該地區VOCs的合理排放和環境監控提供了科學的參考。

1.2 走航監測原理

本次走航監測采用了廣州禾信儀器有限公司的SPIMS-2000聯機設備。該設備整合了膜富集、光電離技術和飛行時間質譜技術，提供了一種基于離子飛行速度與質荷比成反比的分析方法。通過測量離子到達探測器的時間和質荷比，得到的二維圖譜可以幫助進行在線定性分析。同時，利用檢測到的物質特性譜和相應數據庫，進一步加強了對所監測樣品的分析能力[4]。

2 走航監測系統應用的意義

通過對醫化園區VOCs運行監測，實現“摸清現狀-問題診斷-措施整改-動態評估”良性工作模式，準確地診斷企業存在的問題，分析工藝控制、管理制度、設備等問題，并針對問題類型提出針對性管控措施，建立專屬的企業污染物排放管理檔案。

3 監測方案

3.1 監測設備

SPIMS2000是一種高空間分辨率的大氣VOCs走航監控系統，具備車輛大氣采樣裝置、環境空氣快速監測模塊、溯源軟件、飛行時間質譜儀軟件和GPS記錄器等功能。該系統具有無需樣品前處理、高靈敏度和廣泛檢測范圍的特點，能夠實時展示空氣污染的組分圖譜，并提供實時超標警報，全面了解污染情況。通過結合企業的原輔料使用、生產過程和排放情況，系統能夠精確定位VOCs污染源，為區域揮發性有機物的精細管理提供可靠的數據支持。

3.2 監測原理

通過將樣品氣體引入反應室，利用聚二甲基硅氧烷（PDMS）薄膜，在真空紫外線(10.6 eV)條件下采用單光子電離技術軟電離氣體。這個過程會產生各種分子離子，每種分子離子均會通過同一通道生成。質荷比較低的分子離子會較快地達到終點，而質荷比較高的則稍慢一些。根據不同分子離子到達終點的順序，可以進行物質的定性和定量分析。

3.3 監測時間

為了進一步了解T市VOCs的排放特征，此次研究自2021年7月開始至2021年12月，監測中使用流動監測儀對T市城區和H醫化園區進行了VOCs監測。在走航觀測期間，選擇白天或夜晚進行監測，白天監測時間段為10:00-12:00和14:00-15:00，夜晚監測時間段為20:00—22:00和23:00—24:00，每次持續3 h。在走航路線設計上，為了選出最優值，事先對園區內的分布情況以及每一個功能區的特點都進行了解，此次監測中重點關注的是醫化園區和居民生活的區域，為了得到更詳細的結果，此次監測納入了不同區域內不同時間段VOCs濃度變化情況。一旦監測到濃度異常較高的區域還會重復進行監測，從而更快找到污染因子，了解該區域的污染源及排放規律。具體的航行監測時間和天氣狀況詳見表1。

表1 走航監測時間安排

3.4 監測對象

T市主城區位于浙江省沿海地區，屬典型亞熱帶季風氣候，全年各有不同的溫度和濕度變化。主要交通要道是以T市綠色大道控制站為中心的3公里范圍內，包括加油站、客運站、市府大道、中心大道、開發大道和T市大道等。H醫化園區坐落在T市的東北部，在這片區域內，聚集了十多個醫藥化工企業、污水處理廠、填埋場等非醫藥化工企業，其中化工行業所用的原料有乙酸乙酯、二氯甲烷、乙醇、乙酸丁酯、二甲基硝基苯、甲醇甲苯、四氫呋喃等。

根據企業的位置、惡臭狀況、投訴情況等因素，結合使用的原材料、中間產物和生產工藝等情況，篩選可能產生揮發性有機物（VOCs）的企業。然后設計合理的走航監測路線，在園區內部和邊界沿廠區進行有針對性的監測。

3.5 監測質量控制

每一次在進行走航監測之前都會對準確度及精密度進行檢驗，走航監測之后如是。流量測試檢驗頻率是采用標準流量計1月檢測1次。最終檢測的結果顯示，與標準的流量計示值對比采用的流量計示值與誤差是在5%以內，符合《長三角生態綠色一體化發展示范區揮發性有機物走航監測技術規范》的質量保證和控制要求。

4 結果與討論

4.1 走航總體情況

走航監測從2021年7月至2021年12月，共計走航180次，白天走航90次，夜間也走航90次。走航期間質譜儀每隔5秒就會發出一次監測，白天共獲取2 160組數據，同樣夜間共獲取2 160組。

H醫化園區走航情況：走航路線覆蓋了T市十多家醫藥化工園區，巡邏車按照規定的路線行駛，全長大約30 km。經統計，在走航過程中，TVOC的平均濃度為286.8 μg/m3，日間的TVOC值為42～349 μg/m3，夜間的TVOC值在50～527 μg/m3。數值顯示，夜間TVOC濃度普遍高于白天，這主要是因為夜間空氣擴散不利，加上污染物排放量增加所致。這種趨勢反映了夜間環境下TVOC污染程度可能更嚴重，需要重點關注夜間的環境質量管理和監測。

T市主城區走航情況：走航路線以T市綠色大道控制站周圍3 km為主要的交通要道為主要路線，此次監測的地點主要涉及了T市大道、開發大道、市府大道，中心大道及客運站等地方。經統計，在走航過程中，TVOC的平均濃度為206.5 μg/m3，日間的TVOC值為30～15 975 μg/m3，在夜間，TVOC測定值為25～13 265 μg/m3。

4.2 VOCs高值點位物種分析

通過對走航監測資料的VOCs種類進行分析，發現存在以下幾種物質：正庚烷、甲苯、正辛烷、萘、丁烯、二甲苯、氯苯、三氯乙烷、二乙基苯和戊烯等。其實存在最多的是正庚烷，第三是正辛烷位。正庚烷作為非極性溶劑比較常見應用于工業中，正辛烷是溶劑和有機合成的常用原料，是工業汽油的主要成分之一。這些檢測結果表明，走航監測期間可能存在使用這些化合物的企業或工廠，需進一步了解和監測其排放情況，以便采取適當的環境保護措施。

在2021年7月—2021年12月走航監測中，在H醫化園區內測得兩個高值點，分別位于位J制藥南側、Q化工廠南側（如圖1）。通過對2個異常高值點的追溯，并根據氣象條件、風速、風向、濕度等氣象條件及周圍環境的影響，查明VOCs的主要成分，識別出污染物的來源。Q化工園區南部區域整體潔凈，TVOCs濃度為3 349 μg/m3，以甲苯為主要成分。

圖1 VOCs濃度最高值點簡易圖

據初步推斷，該地點可能是由Q化工廠區排放導致的VOCs污染。在現場可以略微聞到異味，但沒有明顯的有組織排放現象。J制藥在南岸，兩次測量顯示TVOCs濃度明顯上升，最高達到527 μg/m3，以二甲苯為主。考慮到主導風向是西北風，猜測此類污染可能源自J醫藥廠房裝修時油漆噴涂過程中揮發的溶劑，屬于非組織性排放。總體而言，H醫化園區對T市主城區的VOCs排放影響較小。

4.3 T市主城區和H醫化園大氣質量變化

此次針對T市環境空氣自動監測站是從2020年4月開始運行的，在7月到12月期間，J市區和H醫化園區的環境空氣質量綜合指數呈現波動下降的趨勢，尤其是在10月至12月期間下降幅度更為顯著。這一情況可以通過圖2進行具體觀察。

圖2 T市主城區和H醫化園7—12月大氣質量變化

5 結論及建議

5.1 結論

2021年7—12月，T市主城區及H醫化園區采用高時空分辨率大氣VOCs走航監測系統，與H醫化園區等區域相比，主城區TVOCs總體濃度較低，但是主城區部分街區TVOCs濃度升高，其由交通污染，機動車尾氣等原因造成。主城區整體環境相對干凈，無明顯異常VOCs排放源；而H醫化園區的濃度明顯偏高，并且遠超主城區。近半年來，主城區和H醫化園區的VOCs濃度總體呈現改善趨勢。通過監測發現，H醫化園區這幾家企業污染物的主要成分包括環已烷、甲苯、二氯苯和二甲苯。所以在進行監管的時候要強化對這些企業的監督管理，加強對VOCs污染特點的了解，這樣也可以針對性的制定區域內的VOCs環境空氣質量監測和控制方案。

5.2 建議

在此次走航監測巡檢中發現H醫化園區的Q化工公司存在不少的問題，相關企業負責人需要結合此次結果，嚴格執行生產工藝，企業的排氣系統不能長時間開啟，還要保持冷凝廢液桶的密封，并在車間的密封程度上逐漸完善。另外，Q化工公司還需要加強原料存放過程中的廢氣收集，從而減少廢氣的無組織排放。該公司的環境主管部門可以安裝固定污染源VOCs自動監測系統，結合VOCs的源信息和特征性原輔材料對其定期的監測及復查，加強對VOCs的變化趨勢的掌握，針對存在的問題要及時的改進。對于城市道路沿線中容易出現的揮發性有機物超標的問題，T市主城區可以加強加油站及機動車尾氣等VOCs排放的管控，尤其是關注戊烯等燃油主要成分和添加劑。雖然質譜儀可以快速量化分析VOCs，但是對同分異構體是沒辦法進行區分的。如果監測發現了高值區域的，為進一步明確VOCs的成分和濃度，準確識別污染源，可以結合蘇瑪罐取樣化驗，這樣可以有效提高監測效果，提升環境保護效用。