监控溶剂排放以确保合规性

作者 Stephane Canadas，营销经理，Signal Group有限公司，英国，Surrey

世界各国政府已经实施了环境法规，以减少工业过程中挥发性有机化合物（VOCs）的排放。例如，根据欧洲溶剂行业集团的数据，自1990年以来，欧盟的VOC排放总量已减少了60%以上。

背景

挥发性有机化合物是从使用有机化学品（如溶剂）的工业活动，以及燃烧有机材料和燃料的发动机和焚烧炉中释放出来的。这两种类型的应用都需要类似的监测设备，但本文将重点介绍涉及到溶剂使用的应用领域。

溶剂广泛应用于化学工业，以及清洁和产品和机械的去油污，或溶解、稀释和分散涂料、粘合剂、油漆和油墨等。溶剂在室温下很容易蒸发，在工作场所会造成严重的安全隐患，因此通常会将其排放到远离工人的地方，而且这些气体在排放之前往往需要进行减排处理。

必须尽量减少溶剂的排放，因为它们会对环境造成影响，其中包括臭氧的形成，臭氧是光化学烟雾的组成部分。在地面上，当VOCs与氮氧化物（NOx）在阳光下发生反应时，就会产生臭氧。臭氧对人类既有急性影响，也有慢性影响；会对呼吸、心血管和中枢神经系统，以及生殖健康造成危害。地面臭氧也会对植被和敏感的生态系统产生有害影响。

在大多数国家，对有可能释放VOCs的监管工艺的排放发放了包括总有机碳（TOC）排放限值在内的许可证。TOC测量的标准参考方法是使用火焰离子化检测器（FID）。在某些情况下，监测活动可能需要区分有毒VOCs或区分甲烷和非甲烷VOCs。

欧洲VOC溶剂排放指令（SED）

根据SED，如果减排后的平均总有机碳排放量超过10kg/小时，监管机构就需要持续监测。如果监管机构认为有必要证明其符合VOC排放限值，也需要进行连续监测。如果不需要连续监测，法规则要求进行定期测量。对于VOC的定期测量，每次测量过程中必须至少获得三个读数。在符合排放限值的情况下，监管机构可以考虑降低监测频率要求。然而，例如在作为新的或实质性改变活动的一部分，或在排放水平接近排放浓度限值的情况下，监测频率应该增加。

显然，VOC监测，无论是连续的还是定期的，都在证明合规性方面发挥着关键作用。Signal公司的客户也使用FID来衡量缓解措施的效果、检查减碳设备的性能、用于过程控制，并调查扩散排放情况。

减少美国的VOC排放

在美国，《清洁空气法》是一项联邦法律，用于管理固定和移动污染源的空气排放。该法案授权美国环境保护署（EPA）制定国家环境空气质量标（NAAQS），以保护公众健康并规范有害空气污染物的排放。因此，美国环保署公布了一份有害空气污染物清单，其中许多都是VOCs。

VOCs可能导致NAAQS不达标，或可能对某一个地区的达标状况产生不利影响。环境保护署通过执法解决了严重的违法行为，实现了可测量的污染物减少，并改善了空气质量。通过与州和部落当局的合作，EPA进行了多次联合检查和联合执法行动，显著减少了VOC的排放，特别是在石油和天然气行业。

在美国，方法25适用于测定固定排放源中的VOCs（以气态非甲烷有机物（TGNMO）为总量计量，报告为碳）的测定。该方法称：如果事先了解气体流动的特性，并知道检测器对气流中的有机化合物有可预测的反应，那么用火焰离子化检测器（FID）分析仪直接测量流出物可能是合适的。如果存在甲烷（CH4），当然也会被测量。

FID可在以下任何限制条件下使用：

· 已知只存在一种化合物；
· 当有机化合物仅由氢和碳组成时；
· 已知或可确定化合物的相对百分比，且已知化合物的FID响应；
· 排放控制前后存在一致的化合物混合物，且仅需评估相对浓度；或
· FID可以根据排放的化合物的质量标准进行校准(例如，溶剂排放)。

直接使用FID的另一个例子是作为筛选方法。如果有足够的信息可提供对分析仪准确度的粗略估计，那么FID分析仪可用于测定非特征气流中的VOC含量。由于有足够的缓冲区对可能的不准确度进行解释，直接使用FID可以成为获得所需结果的一种有用的工具，而无需昂贵的精确测定。”

或者，方法25A适用于主要由烷烃、烯烃和/或芳烃组成的气态有机物总浓度的测定。浓度以丙烷（或其他适当的有机标定气体）或碳表示。同样，该方法规定采集加热的气体样品，并将其传至火焰电离分析仪。

VOC监测

如上所述，监管机构要求的监测水平取决于经营商VOC排放的规模，排放较大的企业需要持续监测，排放较低的则需要不连续监测。因此，Signal Group开发了一种VOC分析仪以满足这两个要求：用于定期测量的便携式加热FID（Sig-nal MiniFID 3010）和用于永久性安装的连续加热FID（太阳能）。

连续加热FID太阳能分析仪可以很容易地安装在一个19英寸的机架柜中，用于室内或室外安装。分析仪有一个嵌入式微处理器，当接收到来自可拆卸平板电脑的指令时，或从带有Signal S4i软件的远程安装中收到命令时，该微处理器就会自动启动分析仪。该命令设置了一系列的分析仪操作，可使分析仪准备取样，并向仪器内部数据记录器报告校准读数。

使用可拆卸的平板电脑，用户可以在离分析仪50米远的地方无线管理分析仪。此外，通过网络远程连接S4i软件，分析仪可以随时随地进行操作。这种可远程访问还意味着Signal售后团队可以监控警报，进行远程校准，甚至在必要时进行故障排除。

便携式加热型FID MiniFID 3010适用于多种应用：

· 在许可证要求不连续测量时进行合规性监测;
· CEMS校准；
· CEMS的临时备份；
· 检查减排表现；· 逃逸气体排放调查；
· 流程优化。

与市场上大多数其他“便携式”FID相比，MiniFID3010是一种坚固耐用的便携式现场使用仪器。MiniFID 3010配有一个可选的内部数据记录器（和记忆棒）、样品泵、入口过滤器、加热管路控制器和可拆卸的气瓶固定架，非常适合在难以接近的管道和烟囱上使用。分析仪的可拆卸瓶架可容纳燃烧器气体和校准气体，零级空气发生器配有一个背景碳氢化合物净化器。

框架由轻质铝制成，仪器配有吊耳和舒适的肩带。便携式FID通常需要使用扩展的电源线，因此MiniFID能够在没有耗电的微处理器的情况下运行（购买时指定110VAC或220VAC）。加热线（可选5米或10米）由分析仪侧面的插座供电，这有助于减少所需的布线量。加热管线配有不锈钢烧结过滤器探头，用于插入烟囱或管道。

仪器操作简单：

· 接通电源，等待温度联锁装置达到设定温度。
· 打开气体，按下“点火”开关。
· 等待读数稳定，选择“零”气体并调整刻度盘，使分析仪显示屏上的读数为零。
· 选择“量距”并调整量距刻度盘以读取标定气体的值。
· 选择“样品”，分析仪将开始通过加热管路绘制样品气体。
· 等待几分钟，让样品气体到达分析仪，仪器将开始显示读数，这些读数可能会记录到记忆棒中，以便以后检查和报告。

许多MiniFID 3010用户是工艺操作人员，但更多的用户是提供监测服务的环境顾问或测试机构。这是因为测试仪需要坚固、可靠且可用于现场操作。

总结

FID分析仪是各种溶剂排放监测应用的理想选择，方法25中给出的清单列表提供了有用的指南。重要的是要记住，虽然火焰离子化是监测VOC的参考方法，但分析仪的响应将根据样品中存在的VOC或VOCs而变化。

了解更多信息，请访问www.signal-group.com。

本文收录在《PCI中文版》杂志2021年7月刊中