基于走航监测的某医化园区VOCs排放特征研究

王丹君

（长沙环境保护职业技术学院，湖南 长沙 410004）

引言

T市坐落于浙江中部沿海地区，作为一个制造业大城市，其主要涉及医药化工、汽车配件、厨房家电、模具等多个领域。随着行业规模不断扩大，其面临的环境问题也日益突出。随着工业转型、企业搬迁和各项治理措施的实施，T市的大气环境质量有所改善，但仍存在城区异味、雾霾等问题。特别是医化园区VOCs污染种类复杂[1]，采用“手工取样、仪器分析、数据分析”等传统取证方式效率低下并且缺乏针对性，难以监控。为解决这一问题，引入气质联用技术进行实时全谱分析，可以辅助快速准确地确定VOCs污染源，并为大气治理提供重要方向，尤其有利于夏季臭氧治理工作的开展。这种先进技术有助于全面了解污染状况，提升大气监测和治理工作的效率与精确度[2]。

1 走航监测系统

1.1 VOCs概述

VOCs是一种在室温下易于挥发的有机物。VOCs可以参与大气中的光化学反应，是产生臭氧层和微粒的必要先驱[3]。据调查，VOCs会对人的眼睛、呼吸道、皮肤等造成一定的刺激，也会对中枢神经系统造成一定的损伤，从而导致癌症。我国大气中VOCs的主要来源是人类活动，其中包括燃油、工业废气、汽车尾气、光化学污染等[3]。但是，由于工业VOCs浓度高，污染物种类多，给治理带来了很大的困难。本文采用SPIMS2000在线监测技术，对某医化园区VOCs进行了走航监测，并对其污染物的分布和成分特点进行了分析，为该地区VOCs的合理排放和环境监控提供了科学的参考。

1.2 走航监测原理

本次走航监测采用了广州禾信仪器有限公司的SPIMS-2000联机设备。该设备整合了膜富集、光电离技术和飞行时间质谱技术，提供了一种基于离子飞行速度与质荷比成反比的分析方法。通过测量离子到达探测器的时间和质荷比，得到的二维图谱可以帮助进行在线定性分析。同时，利用检测到的物质特性谱和相应数据库，进一步加强了对所监测样品的分析能力[4]。

2 走航监测系统应用的意义

通过对医化园区VOCs运行监测，实现“摸清现状-问题诊断-措施整改-动态评估”良性工作模式，准确地诊断企业存在的问题，分析工艺控制、管理制度、设备等问题，并针对问题类型提出针对性管控措施，建立专属的企业污染物排放管理档案。

3 监测方案

3.1 监测设备

SPIMS2000是一种高空间分辨率的大气VOCs走航监控系统，具备车辆大气采样装置、环境空气快速监测模块、溯源软件、飞行时间质谱仪软件和GPS记录器等功能。该系统具有无需样品前处理、高灵敏度和广泛检测范围的特点，能够实时展示空气污染的组分图谱，并提供实时超标警报，全面了解污染情况。通过结合企业的原辅料使用、生产过程和排放情况，系统能够精确定位VOCs污染源，为区域挥发性有机物的精细管理提供可靠的数据支持。

3.2 监测原理

通过将样品气体引入反应室，利用聚二甲基硅氧烷（PDMS）薄膜，在真空紫外线(10.6 eV)条件下采用单光子电离技术软电离气体。这个过程会产生各种分子离子，每种分子离子均会通过同一通道生成。质荷比较低的分子离子会较快地达到终点，而质荷比较高的则稍慢一些。根据不同分子离子到达终点的顺序，可以进行物质的定性和定量分析。

3.3 监测时间

为了进一步了解T市VOCs的排放特征，此次研究自2021年7月开始至2021年12月，监测中使用流动监测仪对T市城区和H医化园区进行了VOCs监测。在走航观测期间，选择白天或夜晚进行监测，白天监测时间段为10:00-12:00和14:00-15:00，夜晚监测时间段为20:00—22:00和23:00—24:00，每次持续3 h。在走航路线设计上，为了选出最优值，事先对园区内的分布情况以及每一个功能区的特点都进行了解，此次监测中重点关注的是医化园区和居民生活的区域，为了得到更详细的结果，此次监测纳入了不同区域内不同时间段VOCs浓度变化情况。一旦监测到浓度异常较高的区域还会重复进行监测，从而更快找到污染因子，了解该区域的污染源及排放规律。具体的航行监测时间和天气状况详见表1。

表1 走航监测时间安排

3.4 监测对象

T市主城区位于浙江省沿海地区，属典型亚热带季风气候，全年各有不同的温度和湿度变化。主要交通要道是以T市绿色大道控制站为中心的3公里范围内，包括加油站、客运站、市府大道、中心大道、开发大道和T市大道等。H医化园区坐落在T市的东北部，在这片区域内，聚集了十多个医药化工企业、污水处理厂、填埋场等非医药化工企业，其中化工行业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、四氢呋喃等。

根据企业的位置、恶臭状况、投诉情况等因素，结合使用的原材料、中间产物和生产工艺等情况，筛选可能产生挥发性有机物（VOCs）的企业。然后设计合理的走航监测路线，在园区内部和边界沿厂区进行有针对性的监测。

3.5 监测质量控制

每一次在进行走航监测之前都会对准确度及精密度进行检验，走航监测之后如是。流量测试检验频率是采用标准流量计1月检测1次。最终检测的结果显示，与标准的流量计示值对比采用的流量计示值与误差是在5%以内，符合《长三角生态绿色一体化发展示范区挥发性有机物走航监测技术规范》的质量保证和控制要求。

4 结果与讨论

4.1 走航总体情况

走航监测从2021年7月至2021年12月，共计走航180次，白天走航90次，夜间也走航90次。走航期间质谱仪每隔5秒就会发出一次监测，白天共获取2 160组数据，同样夜间共获取2 160组。

H医化园区走航情况：走航路线覆盖了T市十多家医药化工园区，巡逻车按照规定的路线行驶，全长大约30 km。经统计，在走航过程中，TVOC的平均浓度为286.8 μg/m3，日间的TVOC值为42～349 μg/m3，夜间的TVOC值在50～527 μg/m3。数值显示，夜间TVOC浓度普遍高于白天，这主要是因为夜间空气扩散不利，加上污染物排放量增加所致。这种趋势反映了夜间环境下TVOC污染程度可能更严重，需要重点关注夜间的环境质量管理和监测。

T市主城区走航情况：走航路线以T市绿色大道控制站周围3 km为主要的交通要道为主要路线，此次监测的地点主要涉及了T市大道、开发大道、市府大道，中心大道及客运站等地方。经统计，在走航过程中，TVOC的平均浓度为206.5 μg/m3，日间的TVOC值为30～15 975 μg/m3，在夜间，TVOC测定值为25～13 265 μg/m3。

4.2 VOCs高值点位物种分析

通过对走航监测资料的VOCs种类进行分析，发现存在以下几种物质：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。其实存在最多的是正庚烷，第三是正辛烷位。正庚烷作为非极性溶剂比较常见应用于工业中，正辛烷是溶剂和有机合成的常用原料，是工业汽油的主要成分之一。这些检测结果表明，走航监测期间可能存在使用这些化合物的企业或工厂，需进一步了解和监测其排放情况，以便采取适当的环境保护措施。

在2021年7月—2021年12月走航监测中，在H医化园区内测得两个高值点，分别位于位J制药南侧、Q化工厂南侧（如图1）。通过对2个异常高值点的追溯，并根据气象条件、风速、风向、湿度等气象条件及周围环境的影响，查明VOCs的主要成分，识别出污染物的来源。Q化工园区南部区域整体洁净，TVOCs浓度为3 349 μg/m3，以甲苯为主要成分。

图1 VOCs浓度最高值点简易图

据初步推断，该地点可能是由Q化工厂区排放导致的VOCs污染。在现场可以略微闻到异味，但没有明显的有组织排放现象。J制药在南岸，两次测量显示TVOCs浓度明显上升，最高达到527 μg/m3，以二甲苯为主。考虑到主导风向是西北风，猜测此类污染可能源自J医药厂房装修时油漆喷涂过程中挥发的溶剂，属于非组织性排放。总体而言，H医化园区对T市主城区的VOCs排放影响较小。

4.3 T市主城区和H医化园大气质量变化

此次针对T市环境空气自动监测站是从2020年4月开始运行的，在7月到12月期间，J市区和H医化园区的环境空气质量综合指数呈现波动下降的趋势，尤其是在10月至12月期间下降幅度更为显著。这一情况可以通过图2进行具体观察。

图2 T市主城区和H医化园7—12月大气质量变化

5 结论及建议

5.1 结论

2021年7—12月，T市主城区及H医化园区采用高时空分辨率大气VOCs走航监测系统，与H医化园区等区域相比，主城区TVOCs总体浓度较低，但是主城区部分街区TVOCs浓度升高，其由交通污染，机动车尾气等原因造成。主城区整体环境相对干净，无明显异常VOCs排放源；而H医化园区的浓度明显偏高，并且远超主城区。近半年来，主城区和H医化园区的VOCs浓度总体呈现改善趋势。通过监测发现，H医化园区这几家企业污染物的主要成分包括环已烷、甲苯、二氯苯和二甲苯。所以在进行监管的时候要强化对这些企业的监督管理，加强对VOCs污染特点的了解，这样也可以针对性的制定区域内的VOCs环境空气质量监测和控制方案。

5.2 建议

在此次走航监测巡检中发现H医化园区的Q化工公司存在不少的问题，相关企业负责人需要结合此次结果，严格执行生产工艺，企业的排气系统不能长时间开启，还要保持冷凝废液桶的密封，并在车间的密封程度上逐渐完善。另外，Q化工公司还需要加强原料存放过程中的废气收集，从而减少废气的无组织排放。该公司的环境主管部门可以安装固定污染源VOCs自动监测系统，结合VOCs的源信息和特征性原辅材料对其定期的监测及复查，加强对VOCs的变化趋势的掌握，针对存在的问题要及时的改进。对于城市道路沿线中容易出现的挥发性有机物超标的问题，T市主城区可以加强加油站及机动车尾气等VOCs排放的管控，尤其是关注戊烯等燃油主要成分和添加剂。虽然质谱仪可以快速量化分析VOCs，但是对同分异构体是没办法进行区分的。如果监测发现了高值区域的，为进一步明确VOCs的成分和浓度，准确识别污染源，可以结合苏玛罐取样化验，这样可以有效提高监测效果，提升环境保护效用。