【原】减排前沿丨PID检测技术在工业园区VOCs网格化监测的适用性研究

本文取材自期刊《环境科学研究》

原文标题：工业园区VOCs光离子化气体检测技术适用性研究

作者：蔡云飞，段玉森，党亚婷，陈斐，伏晴艳，徐薇，林长青，高松。

在我国，在线VOCs的监测通常使用气相色谱质谱(GC-MS)或气相色谱火焰离子化检测器(GC-FID)等设备，其具有灵敏度高、线性范围宽、稳定性好等优点，特别是能够分析单个VOCs物种。但此类设备相对昂贵，分析时间较长，时间代表性不够，对工作环境有较高要求，且维护成本较高。

光离子化气体检测器(Photo Ionization Detector，简称“PID”，传感器的一种)是检测VOCs的手段之一，其使用紫外灯(UV)作为光源，将物质打成可被检测器检测到的正负离子(离子化)。检测器测量离子化气体的电荷并将其转化为电流信号，电流被放大并显示为传感器的电压输出，在被检测后离子重新复合成为原来的气体。受其原理限制，PID检测器无法检测单个VOCs物种的浓度，只能检测到VOCs的总和。PID是一种用途广泛的检测器，目前已有近20年的发展历史，最早应用于污染源监测，近年来因低量程(10^-9级)PID的出现，其开始被用于环境空气监测。

文章研究团队为综合评估PID设备在工业园区开展VOCs网格化监测的适用性，选取了市售4个品牌的8套PID监测设备，在工业园区进行实地测试，对其适用性进行研究，得出以下研究结论。

一

环境湿度对结果的影响，增加除湿装置可提高PID设备监测数据的准确性

通过试验设计，对4个不同品牌的8台安装了除湿装置的PID设备进行了比对测试，在整个比对测试过程中，未发现因高湿引起的监测数据异常，对设备加装除湿装置后可有效消除湿度给PID传感器带来的测量误差。因此，在高湿度地区，采用半导体冷凝的方式对设备进行除湿，将冷凝温度设置在合适范围，既可起到冷凝效果，又可避免因低温冷凝产生结霜而导致测量管路堵塞。同时通过试验证明，除湿装置的开启可有效去除标准气体的湿度，但并未对异丁烯标准气体产生显著性差异。

图1  PID设备干湿标准气体测试结果

二

PID设备与GC-FID设备的相关性较好

参考美国环境保护局(US EPA)的气体传感器评价方法，以及国内相关PM_2.5传感器监测性能评估的研究结果，对PID设备与GC-FID设备的比对结果进行评价，各PID设备与GC-FID设备比对结果的相关系数均在0.82以上，最高可达0.96；但在GC-FID设备监测浓度<50×10^-9时，各PID设备监测差异较明显，相关系数大幅下降。

表1  设备测试期间的性能评估结果

表2  设备比对期间的性能评估结果

(GC-FID设备体积分数<50×10^-9的数据)

三

PID设备之间的需要保持一致性

以目前PID检测器的量程以及整体设备的性能而言，PID网格化设备发挥了其在时间分辨率上的优势，在网格内进行区域范围的浓度报警，因此设备间的一致性显得格外重要。

将设备A与设备S的数据进行平行性分析，趋势如图下图所示. 通过计算得出，3台设备A数据之间的平行性为23.8%，3台设备S数据之间的平行性为19.6%. 总体而言，2个品牌设备的浓度波动趋于一致，PID设备可达到较好的监测效果。

图2  设备A、S数据之间平行性分析

四

PID设备可以起到较好的报警效果

网格化监测设备的主要目的之一是报警，通过其快速测量的特点帮助管理部门及时发现区域内浓度的异常升高。从GC-FID设备和PID设备的玫瑰风向图(见图3)可以看出，在GC-FID设备红色高值(体积分数大于100×10^-9)的不同风向区域，8台PID设备的浓度趋势与GC-FID设备较为一致，可以起到较好的报警效果。

图3  GC-FID设备与PID设备的玫瑰风向图

该报警时段作为中心点，加上报警前、后2h的体积分数绘成污染趋势过程如图4所示。由图4可见，PID设备的浓度趋势与GC-FID设备几乎完全一致。同时，通过对GC-FID设备报警数据的分析发现，PID设备能以更小的分钟级时间分辨率，以及能及时发现异常的排放情况，更适合于工业园区高浓度污染的快速报警。

图4 报警时段，PID设备和GC-FID设备浓度趋势图

因此，PID设备在工业园区的VOCs网格化监测中，因其价格便宜可大量布点，测量快速可及时溯源，作为常用设备的补充，已在我国部分工业园区进行了应用。研究显示，可通过规定PID设备在工业园区进行报警的浓度、明确与常用设备比对计算的内容以及增加冷凝装置等方式，来找准PID设备在工业园区的应用定位，提高PID设备在工业园区的适用性，从而推动PID网格化监测技术的发展，为工业园区O₃前体物的管控奠定基础。