TVOC、OU在线监测对餐饮源排放监测适用性初探_金泽川.pdf

2023NO3ISSN 1672-9064CN 35-1272/TK图12021年12月2022年11月4个点位TVOC月度变化情况收稿日期：2023-02-16作者简介：金泽川（1992），男，本科，助理工程师，从事污染源废气的现场监测工作。TVOC、OU 在线监测对餐饮源排放监测适用性初探金泽川洪佳慧（上海市黄浦区环境监测站上海200011）摘要分析某餐饮敏感区域全年的总挥发性有机物（Total Volatile Organic Compounds，TVOC）浓度和臭气浓度（Odor Unit，OU）在线监测数据，结果显示：（1）TVOC浓度变化与餐饮源相关性较小，呈季节性变化，主要随气温的升高而升高，其日变化特征曲线表现为夜间高、午间低；（2）OU值能一定程度上捕捉餐饮源的活跃时段，每日8001800 OU值高于其余时段，餐饮敏感区5F裙楼顶边界（B点）的OU值日变化特征曲线出现了午间、晚间“双高峰”现象；（3）对在线监测平台TVOC浓度和OU值变化规律的分析可为餐饮污染敏感区的后续边界排放监测提供经验。关键词TVOC浓度OU值餐饮排放在线监测中图分类号：X831文献标识码：A文章编号：1672-9064(2023)03078030引言食物烹饪、加工过程中会挥发油脂、有机质及其加热分解或裂解产物统称为油烟。油烟污染物中含有挥发性有机物（Volatile Organic Compounds，VOCs），同时也会产生特殊气味对周边环境敏感目标造成影响。随着社会的不断进步，人民生活水平日益提高，由餐饮油烟和恶臭引起的空气污染问题及对人体健康的影响也逐渐引起了人们的重视。人们对餐饮油烟和恶臭的抗拒程度也越来越强烈，近年来由此引起的投诉事件数量不断提高。因此，在一些容易发生餐饮油烟扰民或恶臭污染的敏感区域，对总挥发性有机物（TVOC）和臭气浓度（OU）进行监测就尤为重要，同时VOCs由于在光化学反应时会产生PM2.5、O3等前体物也备受关注1。本文使用光离子化（Photo Ionization Detector，PID）和恶臭电子鼻复合的TVOC、OU连续在线监测平台，对一餐饮敏感区域的餐饮源排放边界TVOC和OU进行监测。通过分析TVOC和OU的变化规律，探讨TVOC和OU对餐饮源排放边界连续监测的适用性。1实验部分（1）监测方法。PID原理为利用紫外光辐射电离气体分子形成电信号来检测待测气体的浓度；恶臭电子鼻是模拟人体嗅觉和神经系统并仿照传统三点比较式人工嗅辨方法，采样探头作为鼻子，将恶臭气体吸入，气体传感器作为神经。将两者复合，对吸入的恶臭污染物进行分析并以信号形式进行传输，中央处理器作为大脑，负责接收解析信号，获得臭味等级感知的TVOC、OU一体在线监测系统，能实时监测TVOC、OU和气象五参数。该平台还具备背景气扣除技术，不受企业厂界汽车尾气、绿植绿化等气味干扰，可满足餐饮油烟排放边界连续监测场合的使用。（2）仪器设备。Airodor413s型常规恶臭气体在线监测站和数据平台监控管理系统。技术参数如下。传感器阵列：1个PID光离子检测器+3个EC电化学传感器+4个MEMS-MOS微机电系统金属氧化物传感器。标定：零点与标准气体2点校正。采样流速：2001 500 mL/min。采样速率：1次/s。工作温度：-2060。（3）监测布点。在餐饮敏感区域布设3+1个点位，其中3个为餐饮敏感区2F楼顶（A）的东北、西北、西南3个边界点，此处也正位于一空气自动站周边；另1个为餐饮敏感区5F裙楼顶边界（B点），服务对象主要集中于工作日的上班族。A和B直线距离约500 m。（4）监测因子。TVOC、OU。（5）监测频次、时长。1 min获得1组监测数据，连续监测1 a。2结果与讨论2.1TVOC污染特征2.1.1TVOC月度变化特征分别对比了4个点位2021年12月2022年11月的TVOC月均浓度，见图1。可以看到：A西南角（A WS）变化幅度更大；A东北角（A EN）和B 2个点地理位置差异明显，但部分月份呈现了较为接近的TVOC月均浓度和相对一致的变化趋势；A西北角（A WN）较其余3个点位浓度值更低。污染防治技术782023NO3.ISSN 1672-9064CN 35-1272/TK图22021年12月2022年11月4个点位TVOC小时均值变化情况2.1.2TVOC日变化特征分别对比了4个点位的TVOC小时浓度均值，见图2。可以看到：TVOC浓度呈现夜间（2100次日600）高，午间（10001500）低的态势，总体夜间浓度高于白天，这种变化特征并不完全受餐饮源影响，更多受大气环境影响。VOCs在大气环境中与OH自由基、NO3自由基、臭氧等发生反应2，一方面夜间地面产生的热量向外辐射，接近地面的气层降温幅度大，地表冷却，而上层空气缓慢降温，暖而轻的空气位于冷而重的空气上层，低层气温反而低于高层气温，从而形成逆温层，阻碍空气作上升运动，加剧TVOC污染；另一方面，夜间VOCs主要与NO3自由基发生反应，而根据附近空气自动站监测数据，其最主要来源NOx和O3浓度在2100次日600浓度较低，因此夜间TVOC浓度较高。太阳照射后，气温整体升高，使地面温度上升，靠近地面的空气密度比上层空气的小，大气处于不稳定状态，上下空气容易对流扰动，逆温层逐渐消失，有利于大气环境中的污染物的稀释和扩散。同时，在太阳光（紫外线）的作用下，夜间较高浓度的VOCs与500700的NOx峰值发生一系列复杂的大气光化学反应生成O33，O3又在紫外光照射下光解与水蒸气反应、与烯烃类物质反应等生成OH自由基，与大气中的VOCs持续反应，使得日出后TVOC逐步快速降低，到午间（10001500）到达谷值。但B点在8001300并未像其余3个点位快速下降，而是呈现了较为缓慢的TVOC浓度下降，推测除了自然变化外可能是受周边餐饮源排放影响。2.1.3TVOC季节性变化特征12月次年2月为冬季，35月为春季，68月为夏季，911月为秋季，分别对比了4个点位的日均和小时TVOC浓度变化：TVOC浓度在4个不同点位有不同的变化，总体来看TVOC浓度排序：夏季春季秋季冬季。夏季，温度升高，一方面TVOC容易释放4，另一方面，自由基的反应往往与温度呈现负依赖性，其反应速率较其他季节更慢，同时68月降水较常年同期偏少50%，平均气温较常年高2 左右，故夏季浓度最高；春季，3、4月降水量较常年同期丰沛，更容易生成湿气溶胶，不利于污染物稀释和扩散，同时平均气温偏高，自由基的反应速率变慢，TVOC在春季浓度仅次于夏季；秋季，9、11月降水量较常年同期偏多，平均气温较春季与常年同期相比更低，扩散条件有利，TVOC在秋季浓度较春季更低；冬季，降水量减少，更由于气温下降，使得大气中的VOCs与自由基快速反应完成降解，所以冬季TVOC浓度最低。2.1.4TVOC周末效应变化特征按工作日（周一至周五）和周末（周六和周日）分类并取小时浓度均值。A处的3个点位TVOC工作日与周末浓度变化差别不大；B点在工作日从早5001300，晚18002300浓度明显高于周末，与图2中B点的曲线特征相似，在900和1100工作日浓度自然下降缓慢，其与周末浓度差值较大。2.1.5TVOC春节假期变化特征2022年春节为1月31日2月6日，将春节期间和春节前后各1个月的TVOC取均值，分析小时变化情况。A东北角和B点春节7 d的TVOC始终低于春节前后1个月，A西北角和西南角在日间600800和10001300浓度高于春节后1个月，但夜间1800次日500其浓度明显低于春节前后1个月。总体来看，TVOC春节假期前后浓度变化较小。2.2OU污染特征2.2.1OU值月度变化特征分别对比了4个点位2021年12月2022年11月的OU月均值，4个点位月均OU值大部分在911之间，2022年35月疫情期间4个点位浓度均出现了递减趋势。B点在平台安装初期，周边餐饮油烟净化设施运行状况较差，净化效率不足，烟道末端油污严重，由经营主体对净化设备更新，做好运行维护之后，OU值从2022年15月持续下降。2.2.2OU日变化特征分别对比了4个点位的OU小时均值，见图3。可以看到B点OU值的小时日变化曲线中午10001400和晚上17002000有明显的突然升高现象，而A处3个点位浓度曲线平稳。可能是B点仪器安装位置距油烟管道更近，背靠大楼，正处于油烟扩散方向上，对餐饮油烟阶段性活跃排放更易体现其变化。以A西北角为例，将2022年111月的OU小时均值曲线按月逐条画出，见图4。从2022年411月呈现了从早8001800较其他时段最高值高出约1左右的平缓弧线。观察45月因疫情封控的曲线未呈现与其余月份的明显不同，推测一方面可能是由附近居民居家生活产生，另一方面可能是该处有餐饮保供企业持续生产造成。2.2.3OU值周末效应变化特征按工作日（周一至周五）和周末（周六和周日）分类并取图32021年12月2022年11月4个点位OU值小时均值变化情况污染防治技术792023NO3ISSN 1672-9064CN 35-1272/TK（上接第58页）角和方位角进行调整时，每平米太阳能集热器每年可以减少217.45252.79 kgCO2。综上所述，在实际工程中，可以每季度调整一次集热器的安装倾角和方位角，这样不仅能有效提高太阳能集热器集热量，还能减少CO2排放量。3结论本文选取了江苏地区苏州、南京、扬州、淮安、徐州和连云港等6个典型城市，求解了各个城市的太阳能集热器最佳倾角和方位角，并对不同工况下的集热量和CO2减排量进行了计算分析。得出以下结论：（1）在江苏地区6个城市，集热器的年最佳倾角均比当地纬度低，而年最佳方位角与正南向相差不大。且集热器在年最佳倾角方位角安装条件下，其年集热量没有得到显著提高。因此，可以直接选用当地纬度作为倾角，正南向作为方位角。（2）选用季度最佳倾角方位角安装集热器，对应的每个季度集热量均能得到有效提高，第二、三季度集热量比第一、四季度提高得更多，并且全年得到的集热量比年最佳倾角方位角工况下得到的集热量大得多。因此，可以考虑每个季度按照季度最佳倾角方位角调整一次太阳能集热器安装角度。（3）江苏地区各典型城市采用太阳能集热器均能有效降低CO2排放量，为节能减排作出一定贡献。参考文献1詹凯，袁艳平，孙亮亮，等.太阳能热水系统集热器面积与倾角的组合优化J.太阳能学报，2015，36（11）：2651-2658.2巫朝敏，乔振勇，黄渝兰，等.西昌地区太阳能集热器安装最佳倾角探讨J.四川建筑，2019，39（02）：336-338.3赵静，王克振，韩喜莲.兰州太阳能集热器最佳倾角的计算与分析J.建筑节能，2019，47（01）：28-31.4武晓伟，李洁.石河子地区太阳能供暖系统集热器最佳倾角的计算及模拟分析 J.石河子大学学报（自然科学版），2018，36（01）：108-113.5曹兴，刘宇飞，于恒，等.青岛地区屋顶太阳能板最佳安装角度分析J.青岛科技大学学报（自然科学版），2020，41（01）：87-90.6杨亚帅，张明，杨宾，等.太阳能热水系统的模拟与实验研究J.能源与节能，2018（03）：61-62，78.7解秋红，刘保华，李西双，等.基于Hooke-Jeeves算法的渤海现今应力场优化反演J.工程力学，2012，29（06）：279-284，299.8中国人民共和国住房和城乡建设部.民用建筑太阳能热水系统应用技术规范：GB 503642018S.北京：中国建筑工业出版社，2018.9中国人民共和国住房和城乡建设部.建筑碳排放计算标准：GB/T513662019S.北京：中国建筑工业出版社，2019.图42022年111月A西北角OU值小时均值按月份变化情况OU小时浓度均值：A处3个点位的OU值在工作日1600次日200普遍高于周末，工作日600800也比周末高约0.3；B点OU值在7002200明显高出其余时段约2，其余时段OU值基本保持平稳，工作日10001300和17002000出现2个浓度为20和15的峰值，而周末则没有。2.2.4OU春节假期变化特征2022年春节为1月31日2月6日，将春节期间和春节前后各1个月的OU取均值，分析小时变化情况，4个点位春节7 d的OU值始终低于春节前后1个月。2.3OU报警数据分析平台的TVOC和OU值还分别设置有分钟报警，TVOC限值设为50 mg/m3，OU值设为20。由于TVOC在夜间数值较高，且夏季夜间数值普遍超过50 mg/m3，故对其不作统计。OU值普遍在911之间，除平台运行初期，分钟报警数为1 051个，平均超标倍数为2.17倍，从小时变化上看，分钟报警数主要集中于8002100。3结语（1）TVOC浓度变化与餐饮源相关性较小，其浓度随月份和季节变化幅度较大，总的来看主要随气温的升高而升高，按季节浓度高低顺序为：夏季春季秋季冬季。其日变化特征曲线呈现夜间（2100次日600）高，午间（10001500）低。（2）OU值能一定程度上捕捉餐饮源的活跃时段，其监测浓度主要在911之间，每日8001800 OU值高于其余时段，B点的OU日变化特征曲线还出现了午间、晚间“双高峰”现象。（3）TVOC浓度没有明显周末效应；OU值在商业楼宇的B点工作日明显高于周末。春节7 d假期对TVOC浓度和OU值影响较为显著，其均低于前后1个月的值。（4）监测平台的TVOC报警限值对餐饮排放浓度监测不敏感；OU值报警限值设置为20较合理，较低的报警密度能及时发现餐饮异常排放。参考文献1商宇扬，张国城，杨振琪，等.PID原理的TVOC在线监测系统的特征及其评价J.中国计量，2021（07）：94-98.2王庆良，李倩倩，童东革，等.光化学反应中自由基的作用及反应影响因素的研究进展J.环境化学，2020，39（02）：301-316.3李泱，常莉敏，吕沛诚，等.兰州市大气臭氧生成的敏感性分析及其前体物减排对策建议J.环境科学学报，2021，41（05）：1628-1639.4谭菊.长沙市大气环境中TVOC的污染状况调查、评价及控制措施研究D.湘潭：湘潭大学，2013.污染防治技术80