环境空气中挥发性有机物监测技术细化研究

环境空气中挥发性有机物监测技术细化研究

张云峰

河北省保定市生态环境局定兴县分局    072650

摘要：空气污染是制约城市发展的重要问题。空气污染物主要包括挥发性污染物和半挥发性污染物。需积极进行有机物监测，建立合理的VOCs监测体系。

关键词：环境监测；挥发性；有机物

大气污染防治是生态文明建设的重要组成部分。随着经济的快速发展和能源消耗的不断增长，大气环境形势依然严峻，以细颗粒物（PM2.5）和臭氧（O3）为特征污染物的区域性大气环境问题较为突出。《2019中国生态环境状况公报》显示，京津冀及周边地区以O3和PM2.5为首要污染物的超标天数分别占总超标天数的48.2%、42.9%，长三角地区为49.5%、44.3%，汾渭平原为37.6%、51.6%。挥发性有机物（VOCs）参与大气环境中臭氧和二次气溶胶的形成，导致大气中PM2.5和O3浓度升高，污染加剧。近年来，全国VOCs排放量仍呈增长趋势，对大气环境影响日益突出。多数VOCs有令人不适的特殊气味，特别是苯、甲苯及甲醛等对人体健康会造成很大的伤害。为进一步改善环境空气质量，作为掌握VOCs排放及治理情况的基础工作，加强VOCs监测意义重大。

世界各国对VOCs的定义不统一，基于对环境的影响，美国EPA将VOC定义为，除CO、CO2、H2CO3、金属碳化物、金属碳酸盐和碳酸铵外，任何参加大气光化学反应的有机化合物[3]；基于物理性质，国际标准化组织ISO 4618/1-1998和德国DIN 55649-2000对VOC的定义是，在常温常压下，任何能自发挥发的有机液体和/或固体（沸点或初馏点≤250℃的有机化合物）。我国在《合成革与人造革工业污染物排放标准》(GB 21902—2008）规定，VOCs指常压下沸点低于250℃，或者能够以气态分子的形态排放到空气中的所有有机化合物；《环境空气臭氧前体物手工监测技术要求》（试行）中臭氧前体有机物主要指在光照条件下能与氮氧化物等发生光化学反应生成臭氧的挥发性有机物，包括烷烃、烯烃、芳香烃、炔烃等非甲烷碳氢化合物及醛、酮等含氧有机物等。

一、城市环境挥发性有机物采样方法

为了保证监测的有效性，对三个阶段进行采样。

第一阶段，直接采样。选取污染浓度较高的城市区域，利用玻璃器皿进行采样，因此将该方法称为罐取样法。为了保证采样的准确性，选取经过抛光处理的Sum-ma罐进行采样，采样过程中，使用冷凝增浓法增加样品浓度，提升样品的完整性，该阶段主要采集浓度较高的小范围城区。

第二阶段，动力性采样。确定此时中心范围城市区域的挥发性有机物的浓度，动力性采样主要选取活性炭吸附法，吸附空气中的挥发性有机物，便于后续的污染物检测。

第三阶段，被动式采样。也称为补充采样，该阶段主要根据分子扩散原理，补充采集污染物，避免由于外界条件变化产生的采集误差，保证采样的精确度。

二、城市环境挥发性污染物检测方法

使用气相色谱法对采集到的污染物样本进行定量分析，确保此时的检出限在10 μg/kg左右，检测时，将样本放置在检测台中，输入到气化室，使用色谱柱进行初次检测，检测过程中需要使用压力阀控制气体流向方向，避免出现回流状况，通过双向循环检测来判断样本中的部分挥发有机物组成。

使用热脱附法分解样本中剩余的挥发性有机物，选取指定的质谱仪，进行热脱附分解，在一定的时间内分解出挥发性有机物，为了避免挥发性有机物分解造成的毒气泄漏，要预先合成稳定的衍生化合物，再进行检测。使用傅里叶变换红外检测法，检测残余的有机物成分，实现完整的挥发性有机物成分检测。

三、监测概况

选取某个人口数量密集的地区进行监测，经过调查，采样地与两所医院、一所小学及一所大型商场连接，是典型的人口密集区域，可以代表锦州市进行环境空气有机物监测，设计的监测采样方案如表1所示。

表1 监测采样方案

由表1可知，本次采样主要以月为单位，如果采样时遇见特殊天气，可以进行采样延期，避免出现采样误差。

四、 监测结果

经监测，2018年监测到的VOCs平均浓度约为76.55 μg/m3,2019年监测到的VOCs平均浓度约为119.7 μg/m3,2020年监测到的VOCs平均浓度约为94.78 μg/m3,使用上述城市环境挥发性污染物检测方法，检测出三年中城市空气中的挥发性有机物占比。2018年，城市挥发性有机物检测中，烷烃占比约为58%,OVOCs占比为21%,芳香烃占比约为13%,炔烃占比约为2%,烯烃占比约为6%。在2019年的城市挥发性有机物检测中，烷烃占比约为69%,OVOCs占比为11%,芳香烃占比约为17%,炔烃占比约为1%,烯烃占比约为2%,OVOCs、炔烃、烯烃的比重有所下降，而芳香烃、烷烃的比重有所增加。在2020年的城市挥发性有机物检测中，烷烃占比约为51%,OVOCs占比为33%,芳香烃占比约为6%,炔烃占比约为3%,烯烃占比约为7%,OVOCs的比重大大增加。由此可知，城市空气中的挥发性污染物组成成分主要为烷烃、OVOCs、芳香烃。

为了确定季节对城市空气挥发性有机物的影响，进行了季节调查，连续三年监测季节对空气中挥发性污染物的影响。2019年春夏季时，空气中的平均VOC含量最高，为192 μg/m3,2018年夏秋季时，空气中的平均VOC含量最低，为47.3 μg/m3。为了调查空气中VOCs对臭氧的破坏影响，还监测了几种不同的挥发性有机物对臭氧的生成贡献。调查结果表明，OVOCs、烷烃、芳香烃对臭氧层的生成贡献最大，而炔烃对臭氧层的贡献最小。

五、结论

锦州市连续三年中城市空气污染物含量最高的为烷烃，且该挥发污染物对臭氧层的贡献率较大。除此之外，连续几年OVOCs的含量明显增加，且OVOCs对臭氧层的贡献最大，因此需要及时对其进行处理，避免空气污染加剧。监测城市污染物对城市环境保护具有重要意义。烷烃和OVOCs对臭氧层的贡献大，需要设计一定的解决方案，减少这两种污染物的排放总量。

参考文献

[1] 石仁德，马立科，焦国嵩.环境空气中挥发性有机物的监测分析[J].化学工程与装备，2021,(07):218-219,210.

[2] 吴晓凤，杨嘉伟，米方卓，等.中国环境空气苯系物类挥发性有机物监测能力现状分析[J].中国环境监测，2021,37(03):28-34.

[3] 宋良刚.环境空气挥发性有机物监测方法的对比探讨[J].新型工业化，2021,11(02):30-31.