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想要了解VOCs?先明白三個高階問題
—基于實測的揮發(fā)性有機物概念辨析
特約撰稿:本文由上海市環(huán)境監(jiān)測中心林長青 特約供稿
非甲烷總烴、苯系物和TVOCs的測定是各類揮發(fā)性有機物(VOCs)標準中的重要監(jiān)測項目。那它們是什么,有什么區(qū)別,在測定的過程中又有什么值得注意的問題呢?
小E為了解開上述的疑問,有幸邀請了上海市環(huán)境監(jiān)測中心林長青基于揮發(fā)性有機物實測法為我們辨析非甲烷總烴、苯系物和TVOCs的概念。
作者介紹:
林長青,上海市環(huán)境監(jiān)測中心有機分析特聘專家,認真、專業(yè)、活躍和樂于分享的VOCs監(jiān)測學者。
首先需要理清的是關于非甲烷總烴、苯系物和TVOCs的概念。
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非甲烷總烴
非甲烷總烴在HJ/T 38-1999《固定污染源排氣中非甲烷總烴的測定 氣相色譜法》(已廢止)中定義是“所有碳氫化合物(其中主要是C2~C8)中,除了甲烷的其他碳氫化合物的總稱”。
在監(jiān)測領域,對非甲烷總烴的認識在逐漸深入,所定義的物種范圍也在逐步擴大。在實際監(jiān)測中,非甲烷總烴除了含有碳氫化合物外,還包括醇、醛、酸、酯、酮以及含鹵素等雜原子碳氫化合物衍生物,C2~C8的范圍也無法覆蓋工業(yè)生產過程中的揮發(fā)性污染物種。因此,非甲烷總烴的定義在多年實踐中不斷發(fā)生變化。
DB 31/933-2015上海市《大氣污染物綜合排放標準》將非甲烷總烴定義為氫火焰離子化檢測器上有明顯響應的所測得的除甲烷以外的碳氫化合物及其衍生物的總量,濃度以碳計。這一標準不再限定碳原子數(shù)范圍,還打了個“補丁”,把衍生物納入非甲烷總烴范圍。
在HJ 38-2017、HJ 604-2017和HJ 1013-2018中,將總烴(THC)定義為在氣相色譜儀的氫火焰離子化檢測器上有響應的氣態(tài)有機化合物的總和。而非甲烷總烴是總烴扣除甲烷后其他氣態(tài)有機化合物的總和,DB 31/1090-2018與此類似。這幾項標準已不再限定“碳氫化合物”,將監(jiān)測污染物范圍進一步擴大。
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苯系物
苯系物是苯的衍生物的總稱,在排放標準和監(jiān)測標準中的定義基本統(tǒng)一。在HJ 583-2010、HJ 584-2010中指苯、甲苯、乙苯、鄰二甲苯、間二甲苯、對二甲苯、異丙苯和苯乙烯一共八種物質;在DB 31/933中指苯、甲苯、二甲苯(間,對二甲苯和鄰二甲苯)、三甲苯(1,2,3-三甲苯、1,2,4-三甲苯和1,3,5-三甲苯)、乙苯和苯乙烯。在不同的應用場景,需要注意區(qū)分不同標準界定的苯系物范圍。
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TVOCs
TVOCs是揮發(fā)性有機物的總和,目前屬于一種理論概念,沒有統(tǒng)一的國家監(jiān)測方法標準,只在部分行業(yè)存在行業(yè)特定的規(guī)范。以GB 37824-2019《涂料、油墨及膠粘劑工業(yè)大氣污染物排放標準》為例,要求“在實際工作中,對占總量90%以上的單項VOCs物質進行測量,加和得到。”因此,不同監(jiān)測方法對應的TVOCs范圍不一樣,很難有監(jiān)測方法覆蓋全部VOCs,甚至同樣的方法,由于分析水平、要求的不同,可監(jiān)測的TVOCs范圍也不一樣。這也是TVOCs定義在實際工作中帶來的最大困擾:不同TVOCs濃度實際上不可比。
雖然從這三者的理論定義上看,應該符合下圖這樣的關系,也就是:
接下來,以非甲烷總烴的角度看一下他們之間的區(qū)別。
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非甲烷總烴與TVOCs區(qū)別
TVOCs是根據(jù)各自化合物單峰的響應作為基準,進行定量。所以偏差是抵消的,不存在響應因子和有效碳數(shù)的問題。
綜上,非甲烷總烴與TVOCs在方法定義、樣品采集方式、定量方法和定量基準等方面存在差異,這就導致非甲烷總烴與TVOCs兩者的測定結果完全沒有可比性。
典型揮發(fā)性有機化合物對比
分別通入相同濃度的甲乙酮氣體和異丙醇氣體,以標準方法分別進行NMHC和TVOCs的實驗分析,實驗測定得到的TVOCs和非甲烷總烴的結果見下表[2]。
TVOCs和非甲烷總烴測定結果
同濃度下,理論上甲乙酮和異丙醇的非甲烷總烴濃度應該相同,但是因為三種物質的有效碳數(shù)不一樣,產生了很大的誤差。三種物質的非甲烷數(shù)值均明顯低于同濃度點TVOCs數(shù)值,當VOCs濃度越高,與非甲烷數(shù)值差別倍數(shù)越大。化合物種類不同,是否含有氧元素等雜原子等因素均可能成為影響實測數(shù)值差異的重要因素。
典型揮發(fā)性有機化合物企業(yè)治理設施出口排放測試
采用《固定污染源排氣中顆粒物測定與氣態(tài)污染物采樣方法》(GB/T 16157-1996)標準中規(guī)定的采樣方法于兩家典型凹印印刷企業(yè)(A企業(yè)和B企業(yè))進行現(xiàn)場采樣,分別采集兩家企業(yè)凹印和復合處理裝置出口排放廢氣。以標準方法分別進行NMHC和TVOCs的實驗分析,結果如下表所示[2]。
企業(yè)A和B廢氣中TVOCs
和非甲烷總烴測定結果(mg/m3)
可以看到,不同印刷企業(yè)排放口監(jiān)測數(shù)據(jù)中TVOCs數(shù)值均明顯大于NMHC數(shù)值。兩者之間差異的主要原因可能是:
① 化合物成分特異性,印刷行業(yè)排放的揮發(fā)性有機化合物主要為含氧類化合物。因為響應因子的原因,總烴響應相對偏低;
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非甲烷總烴與苯系物測定的區(qū)別
根據(jù)定義,非甲烷總烴濃度一定大于苯系物濃度。但是在實際測量過程中,兩者數(shù)值還會出現(xiàn)“倒大”現(xiàn)象,非甲烷總烴數(shù)值低于苯系物。這主要是以下幾個原因:
小
結
在物質種類的定義上,TVOCs包含非甲烷總烴化合物,非甲烷總烴化合物又包含苯系物。但實際三者的測定因為分析方法、樣品采集方式、分析過程、定量基準等方面存在差異,導致實際測量結果完全沒有可比性。
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