VOCs单光子电离飞行时间质谱走航监测及应用探讨

刘梦杰 赵敬 索乾善

摘 要：挥发性有机物（VOCs）来源广泛，组成复杂，且与低空大气层中臭氧的生成直接相关，是造成大气环境质量下降及影响人体健康的重要因子。传统的VOCs监测方法时效低、周期长、指向性差、耗费人力物力。而VOCs走航监测的连续自动监测，能较准确地推测大气中VOCs污染物的来源以及预测污染物可能迁移的方向。VOCs走航监测技术不仅为环境管理部门提供了可靠的数据支持，也为VOCs污染的预防奠定了基础。

关键词：VOCs;走航监测;应用探讨

中图分类号：TH843     文献标识码：A       文章编号：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（揮发性有机物）来源广泛，组成复杂，是参与大气光化学反应的有机化合物，是形成臭氧和细颗粒物污染的重要前体物，对城市大气光化学烟雾的形成具有重要的作用，其中一些组分对人体健康存在潜在威胁[1-3]。近几年全国VOCs排放总量持续上升，臭氧污染呈加重趋势[4-6]。2018年6月，国务院印发的《打赢蓝天保卫战三年行动计划》指出控制VOCs和氮氧化物排放是部署PM2.5和臭氧防控的重点[7]。2019年2月27日生态环境部印发的《2019年全国大气污染防治工作要点》明确提出要加快推进重点行业挥发性有机物（VOCs）治理[8]。生态环境部于2020年6月24日印发《2020年挥发性有机物治理攻坚方案》[9]，VOCs监测及污染防治已经成为当前污染治理管控需求最强烈内容之一，目前我国众多专家学者对VOCs进行了系统性研究，各级政府已将VOCs的污染防治工作作为臭氧和细颗粒物污染防治工作的重点内容[10-12]。

VOCs排放来源广、排放情况复杂，无组织排放和有组织排放并存，无组织排放比有组织排放更多且更具有隐蔽性[13]，如何快速发现挥发性有机物排放源，摸清VOCs排放底数，确定排放重点区域及重点企业，为环境管理部门实现精细化管理、制定针对性管控措施和措施效果后评估等提供技术支撑，及时地选择合适的挥发性有机物监测设备，实现挥发性有机物排放的快速管控显得尤为重要，同时《“十三五”挥发性有机物污染防治工作方案》[14]《挥发性有机物无组织排放控制标准》[15]等文件的发布，对VOCs监测提出了更高的要求。2017年国内首次推出VOCs走航系统，薛莲、郭雪琪等学者对VOCs走航监测应用进行了探索研究[16-17]，利用VOCs走航系统对重点工业园区和企业集群开展走航监测，快速监测出区域内VOCs污染水平，进而锁定污染源，找出问题企业，针对问题区域与企业制定有效的VOCs管控措施，极大地提升了执法能力和效率，为打赢蓝天保卫战打下坚定基础。

1 VOCs单光子电离飞行时间质谱走航监测技术原理

VOCs走航监测系统使用移动载具，搭载挥发性有机物监测设备，其工作方式是利用走航新技术，对挥发性有机物排放源进行快速检测，掌握VOCs污染全貌，锁定重点污染源，并开展定性定量分析，是一种较理想的监测设备。全在线VOCs走航监测车可实现环境空气VOCs全天候移动式监测，以及突发性环境污染事故发生时快速应急监测和VOCs数据调查。其应用范围非常广，具有在线和离线VOCs监测功能。

VOCs单光子电离飞行时间质谱走航监测车即单光子电离飞行时间质谱仪进行VOCs走航监测，其系统包含膜进样系统、电离系统、质谱分析系统和数据分析系统4个部分，如图1所示。

VOCs单光子电离飞行时间质谱走航监测车通过膜进样系统采集环境空气中的VOCs，利用真空紫外灯电离得到物种分子离子，利用各分子离子飞行时间不同实现多物种同时检测。仪器使用分子量进行定性，并通过标准样品进行定量，可实时获取不同物种的浓度分布和变化规律。

2 应用探讨

“实时、快速、直观”是走航监测的最大特点，不仅能提供VOCs浓度数据，还有VOCs组分数据，在高排放区域或企业筛查、超标或异常排放识别和治理效果评估等方面具有非常突出的优势，在政府VOCs监测与管控中具有以下五大应用。

2.1 VOCs常态化监测应用

常态化走航是以“动态快筛、聚焦源头、精准监管、协助执法、效果评估、持续改进”正向循环的工作路径，弄清污染物的浓度、种类、来源及其空间分布、排放规律等，从而实现从区域全貌到污染区域，再到污染企业甚至企业工段的精细化管理。

2.2 摸底画像，锁定问题区域，实现精准管控

系统精准、科学地对污染源开展排查，做到时间精准、区域精准、对象精准、措施精准，帮助环保部门对问题区域采取针对性措施，推动环境空气质量稳步提升。

2.3 建立工业区域企业画像，明确管控重点

系统对重点区域、重点企业、重点园区排放源进行采集，建立重点区域排放清单，为污染判别、排放管理提供数据。通过对不同区域开展科学、系统的网格化走航，全面、快速掌握污染的整体分布情况，锁定污染区域。

2.4 协助执法部门排查污染源

利用走航监测开展精准溯源，找源头、精准施策。走航监测车的投入使用推动了依法治污、科技治污、精准治污，有利于促进行业转型升级，实现了污染减排与行业高质量发展的双赢。

2.5 参与环境应急监测建设

开展环境污染突发事件、环境问题投诉等应急监测，实时掌握附近特征及污染物浓度变化。

3 结论与不足

3.1 结论

通过VOCs走航监测，可以了解走航区域内污染物的组分，及时掌握区域及企业污染物排放情况，从而可以全面、快速地锁定重点污染区域。通过对重点污染区域、重点企业、重点产业集群开展定点分析，准确掌握排放情况，快速锁定疑似污染排放源头企业，有利于开展精准执法和整治行动，可避免传统的VOCs监测方法周期长、时效短的缺点。走航监测完成后，形成“一市一策”的大气污染形势分析报告，针对问题提出切实可行的整治建议，协助当地政府实施精准管控，助力打赢蓝天保卫战。

3.2 不足

VOCs走航监测技术仍存在一些不足之处。

①VOCs走航车通常行驶在道路上，离污染源存在一定距离，监测浓度会受气象条件及污染物自然扩散影响。

②VOCs走航车设置的采样装置位于走航车上，采样高度有限且行走路线位于机动车道路上，采集过程中可能受到机动车尾气的影响。

③VOCs走航监测结果与传统离线采样实验室分析结果须进行进一步对比验证和改进完善。

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