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VOCs检测设备的发展趋势

2017年08月31日作者:周华来源:中宜环科环保产业研究

  近年来,VOCs已经成为环保行业内的一个新兴热点。不仅越来越多的产业和资本开始关注这个方向,越来越多的企业和机构也纷纷投身其中。从VOCs的治理到检测;从VOCs的控制到溯源;从VOCs的形成机理到环境评估。作为全球最大的仪器仪表厂商,赛默飞也不断地关注中国市场动向,及时调整自身的产品和技术来迎接这一波市场热浪的考验。本文仅从市场和技术方面浅谈对VOCs检测设备发展的感想。

 

  VOCs检测设备已经被推上了环保行业大潮的浪尖,相关的热词已经成为网红;原环保部长陈吉宁现场督查LDAR;污染企业要安装VOCs在线检测设备NMHC;臭氧前驱体PAMS检测仪或将成为空气质量监测站的下一个标配等等。一时间,大家有些眼花缭乱。要讨论VOCs检测设备的发展,就要把它放在VOCs整个产业链条和环境环保要求的大背景之中去考虑。VOCs检测设备的发展主要是由市场需求和技术发展两个主线决定的。市场的需求决定了VOCs要检测什么?检测应用场景是怎样的?产品如何定价?技术的发展决定了怎么样去检测?能测到什么精度?检测的成本和效率如何?身处互联网时代,市场高度透明、瞬息万变,技术层出不穷、一日千里。本文将基于我们对市场和技术的理解来展现和展望VOCs设备的发展趋势。

  VOCs检测的类别及仪器需求

  众所周知,VOCs就是在一定的温度和压力条件下可以挥发为气态的有机化合物。这个定义非常宽泛,涉及的有机化合物成千上万。要检测什么组分的VOCs就成为了检测设备要面对的第一个问题。在吸收了美国和欧洲等先进国家在VOCs监测和治理的应用基础上,我国目前VOCs检测组分可以分为以下3个大类:(如图1)

 

  第一类:能够造成环境污染,产生臭氧和霾相关的VOCs组份。这一类的VOCs组分可以和氮氧化物在光化学反应中产生臭氧以及PM2.5,直接造成环境污染,影响我们的空气质量。对这类组分,国际学术界已经研究多年。主流观点是采用美国EPA推出的PAMS臭氧前驱体,共有65种VOCs组分。(还有些扩充的TO14,TO-15等不再详述)

  第二类:对人体健康有毒、有害的VOCs气体,主要是指可以导致形成癌症(例如笨、二甲苯等苯系物)和对人体有毒性(如氯乙烯)的VOCs组分。这些组分是根据国际癌症研究以及毒理学研究来确定的。可以视为一类特征因子。

  第三类:异味强烈的VOCs组分(如:甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫醚)。这些组分逸散到空气中将造成人们强烈的不适,影响人民生活。这类组分在美国EPA和我国的恶臭污染物排放标准(GB14554-1993)中有所定义。可以视为另一类的特征因子。

  了解了VOCs检测设备要测什么,我们下一步就要看看不同的应用场景对于检测设备有什么样不同的需求。从大的方向上来看可以分成两个维度:

  污染源端:主要指VOCs的排放口和引起泄露的源头。这个场景的特点是排放的VOCs浓度较高(从几个ppm到几千ppm)、现场的工况比较恶劣(高温、高湿、高尘)。对于这类VOCs排放关键是要把总量降下来,对于检测组分的细分要求不高,检测设备关注的是测出的总量(如总碳氢、非甲烷VOCs)和重点组分(如苯系物)。在这个场景中,往往是污染企业需要自己付钱去安装检测设备,因此对于价格相当敏感。

  大气环境末端:这个应用场景的主要特点是VOCs的浓度较低(几个ppb甚至零点几个ppb到ppm级别)这个场景往往是环保部门关注的重点,对于组分的细分和检测精度要求更高。

  五类污染源的检测方式

  至此,我们已经看到了VOCs检测仪器要面对的组分和应用场景的复杂程度。从技术上看,如果要同时满足这些应用场景、组分、成本的要求几乎是不可能的。因此,VOCs检测设备发展的第一趋势就是要适应各种应用场景的需求,不断满足细分领域里的组分、精度、成本等方面的要求。本文结合组分和应用场景将检测设备分了5类(如表1所示)。我们从这5类来看看其发展的趋势。

 

  一、对于固定污染源VOCs检测设备发展而言,首先是要能适应污染源现场的恶劣工况,其次是要满足对于不同组分灵活性的要求,最后要能满足污染企业对于低成本的要求。从技术上来看GC-FID是目前最适合的,而且会成为趋势。该技术已经成熟,可以满足对于总量和各种组分的灵活性和精度要求。多年来在线色谱技术的发展结合CEMS采样系统的完善,让它能够长时间在污染源的工况下稳定工作,并且成本相较质谱等其他技术有一定的优势。未来GC-FID技术还会有很强的生命力。另外一个趋势是灵活的支持更多的特征因子检测。这个趋势的原动力在于当总量控制下来之后,对于特征因子(如毒害气体、恶臭气体)的检测要求会越来越高。2016年以来在浙江的“一厂一策VOCs监测”以及各地区和行业的VOCs特征因子规范的纷纷出台已经在给这个趋势做了背书。

  二、对于环境空气VOCs检测设备的发展,多组分的能力和精度的提高是可以预见的趋势。和污染源关心总量控制不同,环保部门就是要解析VOCs的组分,利用组分来做臭氧前驱体的分析和溯源。欧洲和美国的经验告诉我们PAMS或者说臭氧前驱体的光化学站可能是我国下一步要发展的方向。因此,此类仪器发展的重点会倾向于VOCs全组分分析,特别是臭氧前驱体的检测能力。技术上目前主要是基于预浓缩加GC-FID的系统和基于实验室GC/MS演进的系统在角逐。但对于这类会有法规明确检测组分的应用来看GC-FID的系统可以满足需求,而且成本和维护上的优势会更明显。因此,前者胜出的趋势会比较大。

  三、对于VOCs泄露检测主要是应对无组织排放的应用,就是大家熟悉的LDAR(泄漏检测和修复)。由于这类应用在过去20年内发展的非常完善,从法规建立、执行细则、检测设备、质量控制等方面都有成熟的经验。因此,此类检测设备将沿着手持、便携、FID/PID双检测器的方向继续发展。我国的LDAR未来的发展重点的不是设备而是如何更好贯彻和实施LDAR。

  四、应急和督查的应用已经成为今年的一个热点。从新年伊始原环保部部长陈吉宁在燕山石化的督查到各地常态化的VOCs督查工作,已经给这类检测设备指明了发展方向:一要现场快速定性,二要现场快速定量,从而达到督查的现场效果和震慑作用。目前手持的VOCs红外相机可以在1-2公里外查出泄露和偷排;手持的VOCs检漏仪可以在3分钟以内完成现场快速定量。这一组合已经成为督查组的黄搭档。二者的互联互通、双剑合璧将成为下一步发展的趋势。

  五、对于特种VOCs气体的检测,未来的发展可能会是另一个热点。在前面几个方面已经得到很好控制的基础上,有毒、有害、致癌以及异味的影响会越来越得到重视。这类气体的组分会比较复杂,有的组分检测的精度要求很高(例如恶臭),监测的技术也不是那么完善(例如有机硫就是个技术难题)。多种技术都在探索这个方向:色谱、质谱、光谱。目前看起来基于磁质谱的快速、多点、网格化方案可能会是解决特种气体溯源、控制的好方法。

  本文仅从市场和技术角度来分析VOCs检测仪器的发展趋势,难免有些局限。不过值得一提的还有法律法规对检测仪器发展的影响,因为VOCs的监测是一个需要法规来规范和管理的行业。目前我国VOCs的法规建设还在发展过程中,我们既要吸取欧美在多年发展中好的经验和教训,又要结合我国的国情,最终才能完善我国的VOCs法规。随着全社会对环保越来越重视,加之技术的进步和法规的完善,相信VOCs检测设备一定会有很好的发展。希望检测设备的不断创新能对监测市场的发展做出一定的贡献。


编辑:治废专家03

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