史綿紅，鄭召，余晶京，褚天高，張敏

(安徽省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，安徽 合肥 230071)

可伸縮延長(zhǎng)氣體采樣裝置在應(yīng)急監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

史綿紅，鄭召，余晶京，褚天高，張敏

(安徽省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，安徽 合肥 230071)

提出了一種可伸縮延長(zhǎng)氣體采樣裝置，并將其與現(xiàn)場(chǎng)氣體監(jiān)測(cè)儀器配套使用。初步考察了延長(zhǎng)采樣裝置中Teflon采樣管長(zhǎng)度對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果可能產(chǎn)生的影響，并對(duì)監(jiān)測(cè)站實(shí)驗(yàn)室樓頂廢氣排出筒氣體進(jìn)行了實(shí)際樣品監(jiān)測(cè)。結(jié)果表明，該裝置可有效提高現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急監(jiān)測(cè)的安全防護(hù)保障效果，增加可監(jiān)測(cè)區(qū)域范圍，使現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急監(jiān)測(cè)工作能夠?yàn)橥话l(fā)性環(huán)境污染事件的處置提供更多技術(shù)支持。

可伸縮延長(zhǎng)氣體采樣裝置；應(yīng)急監(jiān)測(cè)；突發(fā)性環(huán)境污染事件

應(yīng)急監(jiān)測(cè)是突發(fā)性環(huán)境污染事件處置中的重要環(huán)節(jié)，為污染事件的應(yīng)急處理、減輕事件危害和制定恢復(fù)措施等提供根本依據(jù)。因此在突發(fā)環(huán)境污染事件發(fā)生后，需盡可能快地利用便攜式應(yīng)急監(jiān)測(cè)儀器給出污染物定性及半定量監(jiān)測(cè)結(jié)果[1-2]。其中，突發(fā)性無(wú)機(jī)及有機(jī)氣體污染事件由于污染物質(zhì)的揮發(fā)性，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急監(jiān)測(cè)時(shí)效性則要求更高[3]。

突發(fā)性無(wú)機(jī)及有機(jī)氣體污染事件中，監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)大多存在具有易燃易爆、高毒性或窒息性等風(fēng)險(xiǎn)，并且監(jiān)測(cè)空間范圍也存在帶電、空間狹窄等可能性[4]。例如，張璘等[5]在介紹現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急監(jiān)測(cè)應(yīng)用實(shí)例時(shí)提及，2006年9月南京市某液苯駁船輸出閥開(kāi)裂，造成數(shù)人死亡，船艙內(nèi)液苯揮發(fā)出高濃度苯蒸氣，已超過(guò)爆燃限，使救援工作難以開(kāi)展。分析人員使用傅立葉紅外光譜儀只能夠在安全掩體后對(duì)船艙進(jìn)行氣體采樣分析，監(jiān)測(cè)范圍受到一定的限制。汪玉花等[6]利用便攜式氣質(zhì)聯(lián)用儀對(duì)廢舊不明來(lái)源鋼瓶漏氣口約5 cm處的空氣進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，結(jié)合上風(fēng)向?qū)φ拯c(diǎn)空氣監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)鋼瓶?jī)?nèi)的氣體主要成分為光氣。該氣體特別危害之處在于被人體吸收后不會(huì)立即發(fā)作，具有一定的遲發(fā)性。

存在高毒性或窒息性等風(fēng)險(xiǎn)的特殊現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)環(huán)境部分可以通過(guò)強(qiáng)化安全防護(hù)措施來(lái)達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急監(jiān)測(cè)的目的，但是對(duì)于易燃易爆[5]、帶電[7-9]、空間過(guò)度狹窄[9-10]等情況，利用便攜式儀器開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急監(jiān)測(cè)則會(huì)存在一定的近距離監(jiān)測(cè)困難。為解決這一問(wèn)題，朱建明等[8]在西二線錢塘江盾構(gòu)工程中采用固定式氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和便攜式氣體監(jiān)測(cè)儀相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)小段面長(zhǎng)距離掘進(jìn)隧道的全程監(jiān)控，監(jiān)測(cè)成本較高；部分儀器供應(yīng)商對(duì)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急監(jiān)測(cè)儀器提供了可延長(zhǎng)采樣軟管或類似附件來(lái)達(dá)到遠(yuǎn)距離監(jiān)測(cè)的目的，但遠(yuǎn)端采樣頭只能通過(guò)投擲或人工來(lái)放置，且不能隨意改變采樣位置，具有很大的局限性。

為有效解決這種近距離監(jiān)測(cè)困局，提出了一種可伸縮延長(zhǎng)式氣體采樣裝置，并將其與現(xiàn)場(chǎng)氣體監(jiān)測(cè)儀器配套使用，希望能夠有效提高現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急監(jiān)測(cè)的安全防護(hù)保障效果，增加可監(jiān)測(cè)區(qū)域范圍，使現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急監(jiān)測(cè)工作能夠?yàn)橥话l(fā)性環(huán)境污染事件處置提供更多的技術(shù)支持。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器設(shè)備與材料

DX 4035便攜式傅立葉紅外氣體分析儀(芬蘭Gasmet公司)；可伸縮延長(zhǎng)空心分節(jié)式魚(yú)竿(9.8 m)；Teflon采樣管(15 m，外徑與 DX 4035便攜式傅立葉紅外氣體分析儀進(jìn)樣口匹配)；高純氮?dú)?99.999%)；NO標(biāo)氣(48.7×10-6mol/mol，氮?dú)馄胶鈿?；SO2標(biāo)氣(50.3×10-6mol/mol，氮?dú)馄胶鈿?。

1.2 可伸縮延長(zhǎng)氣體采樣竿的準(zhǔn)備

可伸縮延長(zhǎng)氣體采樣竿利用可伸縮魚(yú)竿改裝。抽去魚(yú)竿最前端較細(xì)的數(shù)節(jié)空心管，使得所保留最前端的魚(yú)竿空心管內(nèi)徑與Teflon氣體采樣管外徑相匹配，魚(yú)竿空心管內(nèi)部插入Teflon氣體采樣管并使頂端露出，利用卡套固定，并接上防塵過(guò)濾裝置；魚(yú)竿底部后蓋預(yù)先打孔，使Teflon氣體采樣管可以通過(guò)并防止魚(yú)竿內(nèi)節(jié)滑出。安裝后的可伸縮延長(zhǎng)氣體采樣竿結(jié)構(gòu)示意如圖1。

1-氣體分析儀;2-氣體采樣管;3-中空管;4-固定裝置;5-過(guò)濾裝置;6-后蓋。

2 結(jié)果與討論

2.1 氣體采樣管長(zhǎng)度影響

利用儀器自帶氣體采樣管(長(zhǎng)度1.5 m)和15 m Teflon氣體采樣管分別對(duì)48.7×10-6mol/mol NO標(biāo)氣和50.3×10-6mol/mol SO2標(biāo)氣進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)。其中，采樣前氣體采樣管均利用99.999%高純氮?dú)膺M(jìn)行了充分沖洗。圖2給出了不同采樣管長(zhǎng)度下NO和SO2監(jiān)測(cè)濃度隨時(shí)間的變化情況。

圖2 NO和SO2監(jiān)測(cè)濃度隨時(shí)間變化情況

由圖2可見(jiàn)，15 m Teflon氣體采樣管NO和SO2的初始信號(hào)響應(yīng)均滯后于1.5 m儀器自帶氣體采樣管。15 mTeflon氣體采樣管NO準(zhǔn)確濃度的獲得滯后1.5 m采樣管14 s；SO2則不同，2種采樣管長(zhǎng)度均在采樣30 s后達(dá)到標(biāo)氣的標(biāo)示值。由此可見(jiàn)，初始響應(yīng)信號(hào)的獲取主要與儀器采樣泵的采樣流速有關(guān)。而在儀器采樣泵采樣流速、樣品與采樣管中殘余氮?dú)?空氣的混合以及氣體采樣管可能的吸附效應(yīng)等的共同影響下，NO和SO2的響應(yīng)值均逐漸增大直至穩(wěn)定，但由于采樣管壁對(duì)SO2的吸附大于NO，相對(duì)于1.5 m采樣管，15 m采樣管對(duì)SO2準(zhǔn)確濃度的獲取并沒(méi)有產(chǎn)生時(shí)間滯后效應(yīng)。

即使是使用較短的儀器自帶氣體采樣管，由于受儀器采樣流速、樣品與采樣管中殘余氮?dú)?空氣的混合以及采樣管可能的吸附效應(yīng)等的共同影響，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急監(jiān)測(cè)時(shí)，也應(yīng)確保儀器采樣泵處于連續(xù)采樣狀態(tài)，當(dāng)樣品吸收峰處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)方能確保獲取準(zhǔn)確的氣體污染物濃度信息。綜合而言，由于整個(gè)采樣、監(jiān)測(cè)結(jié)果的獲取時(shí)間相對(duì)較短，延長(zhǎng)氣體采樣管長(zhǎng)度不僅不會(huì)影響現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急監(jiān)測(cè)工作的推進(jìn)進(jìn)度，反而因?yàn)榭梢苑奖愕乇O(jiān)測(cè)一定距離外環(huán)境空氣的污染情況，還可以為現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境應(yīng)急處置等工作提供更多的信息。

2.2 實(shí)驗(yàn)室排氣筒廢氣監(jiān)測(cè)

為進(jìn)一步考察所構(gòu)建可伸縮延長(zhǎng)氣體采樣裝置的工作性能及其在易燃易爆等不宜近距離監(jiān)測(cè)情況下開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急監(jiān)測(cè)的可行性，利用本裝置對(duì)監(jiān)測(cè)站實(shí)驗(yàn)室樓頂廢氣排出筒氣體進(jìn)行了實(shí)際樣品監(jiān)測(cè)。圖3給出了上風(fēng)向?qū)φ拯c(diǎn)及廢氣排出筒氣體等樣品的吸收光譜對(duì)比。

圖3 傅立葉紅外氣體分析儀實(shí)際樣品吸收光譜

由圖3可見(jiàn)，利用1.5 m儀器自帶氣體采樣管監(jiān)測(cè)的高純氮?dú)馕展庾V圖最為平滑，而利用帶過(guò)濾頭的15 m Teflon氣體采樣管監(jiān)測(cè)的高純氮?dú)馕展庾V圖中則出現(xiàn)了微弱的CO2與H2O的吸收峰，表明整個(gè)管路系統(tǒng)有輕微的漏氣現(xiàn)象。從對(duì)照點(diǎn)環(huán)境空氣與排氣筒廢氣的吸收光譜圖中可以看出非常明顯的CO2和H2O的吸收峰，二者的峰強(qiáng)度間有極輕微的差異，這表明該實(shí)驗(yàn)室實(shí)際排出廢氣中的污染物濃度極低，實(shí)驗(yàn)室通過(guò)通風(fēng)櫥管路系統(tǒng)外排的廢氣與周圍環(huán)境空氣無(wú)明顯差異。

3 結(jié)語(yǔ)

提出一種可伸縮延長(zhǎng)氣體采樣裝置，并將其與現(xiàn)場(chǎng)氣體監(jiān)測(cè)儀器配套使用，初步考察了延長(zhǎng)氣體采樣裝置中氣體采樣管長(zhǎng)度對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果可能產(chǎn)生的影響，并對(duì)監(jiān)測(cè)站實(shí)驗(yàn)室樓頂廢氣排出筒氣體進(jìn)行了實(shí)際樣品監(jiān)測(cè)。結(jié)果表明，延長(zhǎng)氣體采樣管長(zhǎng)度對(duì)準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)結(jié)果的獲取時(shí)間不會(huì)產(chǎn)生明顯影響，并且可以方便地監(jiān)測(cè)一定距離外大氣采樣點(diǎn)的污染情況，可以有效解決突發(fā)性氣體污染事件中可能存在的近距離監(jiān)測(cè)困局。本裝置的廣泛采用將可有效提高現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急監(jiān)測(cè)的安全防護(hù)保障效果，增加可監(jiān)測(cè)區(qū)域范圍，使現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急監(jiān)測(cè)工作能夠?yàn)橥话l(fā)性環(huán)境污染事件提供更多的技術(shù)支持。

[1] 李國(guó)剛. 環(huán)境化學(xué)污染事故應(yīng)急監(jiān)測(cè)技術(shù)與裝備[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005：1-12.

[2] 鄭麗菡，吳盛斌.上海市環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測(cè)體系建設(shè)的思考[J].環(huán)境監(jiān)控與預(yù)警，2013，5(1)：54-56.

[3] 史綿紅，余晶京，劉靜思，等.我國(guó)突發(fā)環(huán)境事件現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急監(jiān)測(cè)儀器技術(shù)現(xiàn)狀及展望[J].化學(xué)通報(bào)，2015，78(5)：414-420.

[4] 張璘，郁建橋，周衛(wèi)華. 快速傅立葉變換紅外光譜儀和氣相色譜/表面聲波分析技術(shù)在應(yīng)急監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J].分析儀器，1998(3)：20-23.

[5] 沈清.長(zhǎng)江船舶苯酚泄漏污染事故的應(yīng)急監(jiān)測(cè)[J].環(huán)境監(jiān)控與預(yù)警，2013，5(6)：6-8.

[6] 汪玉花，張竹青，李成.便攜式氣質(zhì)連用儀在環(huán)境污染事故應(yīng)急監(jiān)測(cè)中的一個(gè)應(yīng)用實(shí)例[J].現(xiàn)代科學(xué)儀器，2011(4)：75-77.

[7] 吳彥龍，劉揚(yáng)波. 可燃?xì)怏w在線監(jiān)測(cè)裝置在電廠的應(yīng)用[J]. 電氣時(shí)代，2004(11)：104-105.

[8] 朱建明，齊曉楷，宋洋，等.可燃及有毒氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在小段面長(zhǎng)距離盾構(gòu)中的應(yīng)用[J].石油天然氣學(xué)報(bào)，2012，34(4)：312-314.

[9] 杜華.如何監(jiān)測(cè)與防范排水設(shè)施中有毒有害易燃易爆氣體[J].科技視野，2012(13)：84-85.

[10] 李波，邊靖生，徐海彬.鉆井現(xiàn)場(chǎng)硫化氫氣體的監(jiān)測(cè)與防護(hù)措施[J].廣州化工，2013，41(3)：34-36.

欄目編輯 周立平

Application of a Gas Sampling Device with Telescopic Extension Function in Emergency Monitoring On-site

SHI Mian-hong；ZHENG Zhao；YU Jing-jing； CHU Tian-gao；ZHANG Min

(AnhuiEnvironmentalMonitoringCenter，Hefei，Anhui230071，China)

A simple gas sampling device with telescopic extension function was provided for use together with air monitoring devices on-site. Initial investigation was given to the influence of the length of the Teflon sampling pipe on the monitoring results. The gas from the exhaust funnel of a laboratory building was monitored with this device subsequently. The results showed that such device could prompt safety protection and increase areas for efficient monitoring in emergency monitoring on-site， which served to provide more technical support for abrupt environmental pollution accidents.

Telescopic extension gas sampling device； Emergency monitoring； Sudden environmental pollution accident

2015-08-26；

2015-09-20

史綿紅(1973—)，女，高級(jí)工程師，博士，主要從事環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測(cè)及環(huán)境與健康工作。

X831；X851

B

1674-6732(2016)02-0013-03