便攜氣相色譜在固定污染源廢氣監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用
摘要:介紹了便攜式氣相色譜儀在石化、汽車噴涂、焦化以及包裝印刷四種典型固定污染源現(xiàn)場(chǎng)的檢測(cè)應(yīng)用,并與在線式揮發(fā)性有機(jī)物的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)分析,討論便攜式氣相色譜儀在揮發(fā)性有機(jī)物現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的適用性。
關(guān)鍵詞:便攜式氣相色譜儀;非甲烷總烴;GC 4310
0 引言
由于國(guó)家對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物排放的日益重視,越來(lái)越多的生產(chǎn)企業(yè)需要安裝揮發(fā)性有機(jī)物在線監(jiān)測(cè)設(shè)備。但由于在線監(jiān)測(cè)設(shè)備與第三方實(shí)驗(yàn)室比對(duì)數(shù)據(jù)的差異,在線設(shè)備監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性備受質(zhì)疑。在環(huán)保督察、應(yīng)急檢查、數(shù)據(jù)比對(duì)的工作過(guò)程中,需要提供現(xiàn)場(chǎng)快速的檢測(cè)結(jié)果,因此對(duì)于環(huán)境部門而言,亟需一款滿足要求的便攜式揮發(fā)性有機(jī)物分析儀。2019年初發(fā)布的《環(huán)境空氣和廢氣 便攜式環(huán)境空氣和廢氣 總烴、甲烷和非甲烷總烴便攜式監(jiān)測(cè)儀技術(shù)要求及檢測(cè)方法》(HJ 1012-2018),為揮發(fā)性有機(jī)物便攜式監(jiān)測(cè)提供了標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)。本文采用華電智控(北京)技術(shù)有限公司生產(chǎn)的GC 4310便攜式氣相色譜儀,對(duì)石化、汽車噴涂、焦化以及包裝印刷四種典型固定源揮發(fā)性有機(jī)物排放現(xiàn)場(chǎng)的非甲烷總烴進(jìn)行檢測(cè)分析,并同在線監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行對(duì)比,并對(duì)便攜設(shè)備的應(yīng)用提出部分建議。
1 GC 4310便攜式氣相色譜儀簡(jiǎn)介
1.1儀器檢測(cè)原理
GC 4310 氣相色譜儀采用GC-FID原理,內(nèi)置采樣泵,使用定量環(huán)進(jìn)行定量。設(shè)備使用機(jī)械多通閥進(jìn)行采樣與進(jìn)樣切換,載氣將定量環(huán)中的樣氣送至檢測(cè)器進(jìn)行分析。在外置的操作平板上顯示分析結(jié)果。監(jiān)測(cè)因子為非甲烷總烴。
1.2 主要特點(diǎn)
3色譜柱雙多通閥設(shè)計(jì),自帶內(nèi)部反吹功能,可使非甲烷總烴的分析周期在2min以內(nèi);使用EPC流量控制技術(shù),分別控制載氣、助燃?xì)夂蜌錃獾牧髁浚哂休^高的控制精度;內(nèi)置電池,可滿足連續(xù)運(yùn)行4小時(shí)使用,內(nèi)置載氣瓶、氫氣瓶,氣瓶使用時(shí)間可滿足8小時(shí)的使用;內(nèi)置打印機(jī),可現(xiàn)場(chǎng)打印監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。
2 現(xiàn)場(chǎng)分析條件
①石化工藝廢氣
某石化企業(yè),主要生產(chǎn)石油樹(shù)脂。工藝廢氣經(jīng)催化焚燒爐處理后,經(jīng)30m排放口排放至大氣中。
②汽車噴涂烘干車間廢氣
某汽車生產(chǎn)企業(yè)的噴涂車間烘干室的工藝廢氣,經(jīng)收集管道收集后,進(jìn)入轉(zhuǎn)輪RTO處理工藝。處理后的廢氣經(jīng)30m煙囪排放至大氣中。
③焦化企業(yè)工藝廢氣
某焦化企業(yè),主要成產(chǎn)焦炭,瀝青。煉焦過(guò)程產(chǎn)生的工藝廢氣經(jīng)廢氣管道收集后,進(jìn)入催化焚燒爐處理。處理后的廢氣經(jīng)60m煙囪排放至大氣中。
④包裝印刷行業(yè)工藝廢氣
某包裝印刷企業(yè),主要生產(chǎn)食品包裝袋,印刷車間的廢氣經(jīng)收集管道收集后,進(jìn)入堿液噴淋+活性炭處理工藝處理。處理后的廢氣經(jīng)15m煙囪排放至大氣。
所有排口其它相關(guān)信息見(jiàn)表1。
表1 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試排口條件廢氣來(lái)源 | 石化工藝廢氣 | 汽車噴涂烘干廢氣 | 煉焦廢氣 | 包裝印刷工藝廢氣 |
排放口直徑/m | 1.2 | 1.6 | 6 | 1.5 |
排放口風(fēng)量/萬(wàn)方/小時(shí) | 3 | 23000 | 6000 | 5.2 |
排放口高度/m | 30 | 30 | 60 | 15 |
排放口溫度/℃ | >100℃ | 80℃左右 | 120℃左右 | 常溫 |
污染物治理工藝 | RCO | 轉(zhuǎn)輪濃縮+RTO | RCO | 堿洗+活性炭 |
3 便攜設(shè)備的校準(zhǔn)檢定
現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)前,需對(duì)便攜式設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)檢定。檢定的依據(jù)是《環(huán)境空氣和廢氣 總烴、甲烷和非甲烷總烴便攜式監(jiān)測(cè)儀技術(shù)要求及檢測(cè)方法》(HJ 1012-2018)II型儀器的性能指標(biāo)要求。分別對(duì)設(shè)備的檢出限、分析周期、定量重復(fù)性、線性誤差、氧氣的影響、溫度流量電壓對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響,響應(yīng)因子進(jìn)行檢定。由于條件限制,未能驗(yàn)證振動(dòng)的影響。由于使用的現(xiàn)場(chǎng)條件的監(jiān)測(cè)平臺(tái)振動(dòng)幅度非常小,因此忽略由于振動(dòng)帶來(lái)的測(cè)試結(jié)果的影響。具體試驗(yàn)分析結(jié)果見(jiàn)表2。
表2 GC 4310校準(zhǔn)檢定結(jié)果項(xiàng)目類別 | 測(cè)試結(jié)果 | 標(biāo)準(zhǔn)要求 |
檢出限 | 0.45 | 0.8 |
定量重復(fù)性 | 0.93 | 2% |
線性誤差 | 1.31 F.S. | 2%F.S. |
氧氣的影響 | 2.37 F.S. | 5%F.S. |
溫度的影響 | 1.78 F.S. | 5%F.S. |
壓力的影響 | 0.82 F.S. | 2%F.S. |
流量的影響 | 0 | 2%F.S. |
響應(yīng)因子 | 丙烷:0.93 脂肪烴:0.94 芳香烴:0.90 二氯甲烷:0.81 | 丙烷:0.9-1.2 脂肪烴:0.8-1.2 芳香烴:0.8-1.2 二氯甲烷:0.75-1.15 |
注:設(shè)備量程為200 mg/m³
4 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方案
因選取的四個(gè)排放口均已安裝在線監(jiān)測(cè)設(shè)備,安裝的在線監(jiān)測(cè)設(shè)備的品牌型號(hào)各不相同,均按照《固定污染源廢氣非甲烷總烴連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)要求及檢測(cè)方法》(HJ 1013-2018)的要求執(zhí)行,在線監(jiān)測(cè)設(shè)備監(jiān)測(cè)的因子與便攜設(shè)備相同,均為非甲烷總烴。測(cè)試選擇企業(yè)工況相對(duì)穩(wěn)定的條件下,對(duì)便攜式FID設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè),同時(shí)與同時(shí)段的在線監(jiān)測(cè)數(shù)值進(jìn)行比對(duì)。便攜設(shè)備與在線設(shè)備的測(cè)試條件見(jiàn)表3。
表3 GC 4310與在線設(shè)備的測(cè)試條件 | 采樣時(shí)間 | 進(jìn)樣時(shí)間 | 采樣探頭溫度 | 伴熱溫度 | 測(cè)量次數(shù) | 分析間隔 |
GC 4310 | 60 | 60 | 無(wú)加熱 | 120 | 10 | 3min |
在線監(jiān)測(cè)設(shè)備1 | 60 | 60 | 120 | 120 | 10 | 3min |
在線監(jiān)測(cè)設(shè)備2 | 60 | 60 | 120 | 120 | 10 | 3min |
在線監(jiān)測(cè)設(shè)備3 | 60 | 60 | 120 | 120 | 10 | 3min |
在線監(jiān)測(cè)設(shè)備4 | 60 | 60 | 120 | 120 | 10 | 3min |
注:因選取的四個(gè)排放口均已安裝在線監(jiān)測(cè),并已聯(lián)網(wǎng)。因此無(wú)法對(duì)在線設(shè)備進(jìn)行調(diào)整,無(wú)法對(duì)在線設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)檢定。
5 分析結(jié)果
便攜式氣相色譜儀現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的結(jié)果與在線設(shè)備的比對(duì)結(jié)果見(jiàn)表。
表4 GC4310便攜式氣相色譜儀與在線數(shù)據(jù)比對(duì)結(jié)果 單位mg/m³
注:①準(zhǔn)確度要求引自《固定污染源廢氣 非甲烷總烴排放連續(xù)監(jiān)測(cè)技術(shù)指南(試行)(征求意見(jiàn)稿)》的準(zhǔn)確度要求;②因?qū)Ρ銛y設(shè)備進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證,故示值誤差以在線監(jiān)測(cè)作為參比方法
由比對(duì)結(jié)果可知,GC4310便攜式色譜儀的測(cè)試結(jié)果比較穩(wěn)定,其測(cè)試結(jié)果反映的趨勢(shì)也與在線設(shè)備一致。在示值誤差方面,石化與包裝印刷的兩個(gè)排口的示值誤差相對(duì)較小,而噴涂與焦化車間的示值誤差相對(duì)較大。所有現(xiàn)場(chǎng)的甲烷濃度值都非常低,便攜設(shè)備和在線設(shè)備在甲烷的測(cè)試的誤差基本都小于1 mg/m³。因此試驗(yàn)誤差主要體現(xiàn)在總烴的誤差方面。
分析產(chǎn)生誤差原因可能主要有兩方面的原因:一方面,便攜設(shè)備是近端采樣,而在線設(shè)備要經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)的伴熱管線輸送,理論上非同一時(shí)刻的同一樣氣,雖然生產(chǎn)工況相對(duì)穩(wěn)定,但仍會(huì)產(chǎn)生些許波動(dòng);另一方面,在線設(shè)備比對(duì)前,沒(méi)有經(jīng)過(guò)檢定校準(zhǔn),無(wú)法驗(yàn)證在線設(shè)備是否滿足HJ 1013-2018中對(duì)響應(yīng)因子的要求。由于樣氣成分未知,對(duì)于不同樣氣組成,設(shè)備的響應(yīng)度/靈敏度將成為設(shè)備誤差的主要原因。
雖然GC 4310便攜式氣相色譜儀與現(xiàn)在設(shè)備的結(jié)果有一定的誤差,但都滿足根據(jù)《固定污染源廢氣 非甲烷總烴排放連續(xù)監(jiān)測(cè)技術(shù)指南(試行)(征求意見(jiàn)稿)》的準(zhǔn)確度要求。
6 結(jié)論與建議
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的結(jié)果可知,GC 4310便攜式氣相色譜儀在實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果比較穩(wěn)定,與在線設(shè)備的比對(duì)的誤差滿足標(biāo)準(zhǔn)要求,可以用來(lái)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)固定源排放口的非甲烷總烴的濃度數(shù)據(jù),也可用作參比方法與在線監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)比對(duì),作為應(yīng)急監(jiān)測(cè)、比對(duì)驗(yàn)收監(jiān)測(cè)的一種重要手段。但可明確的是,本文試驗(yàn)仍具有一定的局限性?,F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的4個(gè)排口的排放濃度均不高,試驗(yàn)并沒(méi)有驗(yàn)證在高濃度排放條件下的應(yīng)用與比對(duì)。此外,GC 4310便攜式氣相色譜儀沒(méi)有采用防爆設(shè)計(jì),暫時(shí)不能應(yīng)用于防爆場(chǎng)合。因此在后續(xù)的發(fā)展升級(jí)時(shí)應(yīng)用考慮防爆場(chǎng)合的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。
7 參考文獻(xiàn)
固定污染源廢氣 非甲烷總烴排放連續(xù)監(jiān)測(cè)技術(shù)指南(試行)(征求意見(jiàn)稿)
環(huán)境空氣和廢氣 總烴、甲烷和非甲烷總烴便攜式監(jiān)測(cè)儀技術(shù)要求及檢測(cè)方法(HJ 1012-2018)
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