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傅立叶红外分析仪在化工区空气异味监测中的应用

1 仪器与监测方法

  1. 1 仪器
    GASMET - 4020 型便携式傅立叶红外气体分析仪, 芬兰GASMET 公司。
  2. 1. 1 基本原理
    由光源发出的红外光经过固定平面反射镜后, 由分光器分成二束, 其中 50% 的光透射到可调凹面镜, 另外 50% 的光反射到固定平面镜。 可调凹面镜移动至二束光的光程差是半波长的偶数倍的时候, 这二束光发生相长干涉, 干涉图由红外检测器捕获, 经傅立叶变换处理后得到红外光谱图 [1] 。 该谱图与特征标准光谱图通过 Camlet 软件进行匹配, 可对样品进行定性定量分析 [2] 。
  3. 1. 2 性能特点
    仪器内置抽气泵, 直接进样, 分析速度快 (小于 1 min) ,可现场连续分析, 结果直读。 测量范围广, 可分析大多数有机、 无机气体。 仪器出 厂标定了 50 种化合物, 实际测量时,可对这已知的 50 种化合物进行定量分析。 同时仪器工作站中储存 300 种化合物标准光谱图库, 可用于定性分析。
  4. 2 监测方法
    实际测量前, 使用高纯氮钢瓶气对仪器气室进行清洗并制作空白背景谱图。 实际测量时, 选择出厂标定50 种化合物标准谱库, 对样品进行定性定量分析。 监测点位的选取按照《大气污染物无组织排放监测技则》 [2] 规定, 在目 标企业的上下风向布点监测。
    2 现场排查与监测
    根据该化工园区近期异味投诉案例以及相关专家对各企业生产工艺、 原物料、 产品及废气排放情况综合分析的基础上,最终确定 4 家企业为重点监测对象。 分别为: 化工厂 A、 化工厂 B、 化工厂 C 以及距离该化工园区西南方向 5 公里的垃圾填埋场。在适合的风向风速条件下, 笔者使用便携式傅立叶红外气体分析仪, 对这 4 家企业的厂界上下风向进行了 现场连续监测。
    3 监测结果与讨论
  5. 1 化工厂 A 监测情况
    化工厂 A 位于该化工园区的东北角, 在主导风向为东北风时, 整个化工园区处于该厂下风向。 首先对该厂厂界上风向布第 40 卷第 18 期 关胜等: 傅立叶红外分析仪在化工区空气异味监测中的应用 103设 1 点、 下风向环形布设 3 点进行现场监测, 主要污染因子监测结果见表 1。 再沿着下风向点位按照东北风的走向逐步向化工园区内部进行布点监测, 监测结果见表 2。 监测气象条件:晴, 东北风, 风速 2. 0 m/s。表 1 化工厂 A 上下风向厂界布点监测结果 (mL/m 3)
    主要污染因子 上风向 下风向 1 下风向 2 下风向 3
    氯乙烯 未检出 1. 20 1. 61 1. 58
    二氯乙烷 未检出 1. 71 1. 01 1. 57
    丙烯晴 未检出 1. 51 2. 27 1. 30
    表 2 化工厂 A 厂界下风向不同距离布点监测结果 (mL/m 3 )
    主要
    污染因子距 A 厂界1 公里处
    距 A 厂界2 公里处
    距 A 厂界3 公里处
    距 A 厂界4 公里处
    氯乙烯 0. 57 1. 06 1. 26 0. 89
    二氯乙烷 1. 17 0. 60 1. 31 1. 13
    丙烯晴 1. 47 1. 62 1. 12 1. 02
    监测结果显示主要异味污染因子为氯乙烯、 丙烯腈、 二氯乙烷。 化工厂 A 作为氯碱型化工企业, 其聚氯乙烯生产过程会排放氯乙烯废气; 腈纶 (聚丙烯腈) 生产会排放丙烯腈废气,而且该厂厂区内部分离出很多包租性质的小化工企业, 生产烧碱的上下游产品, 这些小化工厂排放的废气很庞杂。 而化工园区的其他企业在原料使用及生产过程中, 均不产生丙烯腈和聚氯乙烯类的污染因子。 因此可判定化工厂 A 的异味排放, 在东风、 北风和东北风情况下会对整个化工园区造成影响。
  6. 2 化工厂 B 监测情况
    化工厂 B 位于化工园区中心地带, 监测期间, 正处于化工厂 A 的下风向。 对该厂厂界上风向布设 1 点、 下风向环形布设3 点进行现场监测, 主要污染因子监测结果见表 3。 监测气象条件: 晴, 东北风, 风速2. 0 m/s。表 3 化工厂 B 上下风向厂界布点监测结果 (mL/m 3)
    主要污染因子 上风向 下风向 1 下风向 2 下风向 3
    二氯乙烷 0. 88 2. 34 1. 27 1. 14
    丙烯晴 2. 05 1. 89 1. 82 2. 01
    氯乙烯 1. 47 1. 34 1. 32 1. 87
    苯乙烯 未检出 2. 50 1. 38 2. 89
    监测结果显示, 该厂厂界检出了丙烯晴、 氯乙烯、 二氯乙烷, 说明化工厂 A 的异味排放已经扩散到了此处。 除此之外,发现了新的特征污染因子苯乙烯, 最高浓度达到 2. 89 mL/m 3 。经现场核实, 该苯乙异味主要是由于苯乙烯原料在厂院露天装卸造成的。 而且该厂厂院西南角紧靠厂界的原料储存区和下水道中都遗留有未清理净的苯乙烯原料, 造成异味排放。
  7. 3 化工厂 C 监测情况
    化工厂 C 紧邻化工厂 A, 对其厂界上下风向进行监测, 监测结果与表 3 基本类似, 未发现苯乙烯和其它新的特征污染因子。 但该厂下风向有明显恶臭异味。 经现场核查, 是由于该厂污水处理站曝气池及污泥压滤间产生的异味。
  8. 4 垃圾填埋场监测情况
    该垃圾填埋场位于化工园区外西南方向 5 公里处。 该垃圾场恶臭异味明显。 对垃圾填埋场厂界上风向布设 1 点、 下风向环形布设 3 点进行现场监测, 主要污染因子监测结果见表 4。监测气象条件: 晴, 东北风, 风速 2. 0 m/s。
    表 4 垃圾填埋场上下风向厂界布点监测结果 (mL/m 3 )
    主要污染因子 上风向 下风向 下风向 2 下风向 3
    二氯甲烷 0. 56 0. 52 0. 64 0. 78
    丙烯晴 0. 96 0. 83 0. 51 0. 97
    氯乙烯 0. 63 0. 95 0. 40 0. 40
    甲烷 1. 53 11. 00 15. 13 18. 12
    监测结果显示, 检测出 了 “丙烯腈、 氯乙烯、 二氯乙烷、甲烷” 四项特征因子, 其中甲烷最高浓度为 18. 12 mL/m 3 , 其余三项均小于 1 mL/m 3 。 其中 “丙烯腈、 氯乙烯、 二氯乙烷”三项特征因子, 应为监场所上风向 (监测时段内刮东北风,垃圾填埋场处在化工园区的下风向) 的化工企业扩散过来的。甲烷为埋场内堆放的垃圾发酵产生的气体, 甲 烷虽然无味,但仍可以作为垃圾填埋场异味的特征因子。 因此, 可以推测,当主导风向为西南风时, 垃圾填埋场会对化工园区异味造成影响。
    4 结 论
    (1) 化工厂 A 是化工园区异味来源的主要原因。 “丙烯腈、 氯乙烯、 二氯乙烷” 三项污染因子, 可作为该厂的目 标污染因子。 化工园区内 (包括垃圾填埋场厂界) 各测点, 均检出此三项污染因子, 说明整个化工园区及周边区域受该厂异味排放影响十分明显。
    (2) 垃圾填埋场是化工园区异味来源的另一原因。 垃圾填埋场周边空气恶臭气味很大, 甲烷可作为目 标污染因子。 当主导风向为西南风时, 势必会对化工园区异味造成影响。
    (3) 化工厂 B 由于该厂在原料装卸过程中处置不当, 造成苯乙烯异味排放。 苯乙烯因子可作为该厂异味指示因子。
    (4) 总体上讲, 便携式傅立叶红外气体分析仪较出色的完成了此次异味排查监测工作, 但由于该仪器标准谱库中只有 50种可定性定量分析的物质, 一些未在标准谱库中的污染物无法检出, 使此次异味监测工作受到了一定的局限。
    参考文献
    [1] 吴征铠, 唐敖庆. 分子光谱学专论[M] . 济南: 山东科学技术出版
    社,1999:150 - 163.
    [2] 马战宇, 庞晓露, 高亮, 等. 便携式傅立叶红外快速检测环境中气
    态污染物[J] . 中国环境监测, 2007,23(4) :44 - 46.
    [3] 国家环保总局. HJ/T 55 - 2000 大气污染物无组织排放监测技术
    导则无组织[S] . 北京: 中国标准出版社,2000.

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