VOCs 在線監(jiān)測系統(tǒng)的研究與應用

陳 唯，壽鵬森

（紹興市柯橋區(qū)環(huán)境保護監(jiān)測站，浙江 紹興 312000）

引言

揮發(fā)性有機物（volatile organic compounds，VOCs）是當前水污染治理的主要問題。通常所說的VOCs 泛指化工污水處理、石油加工、尾氣排放及化工塑制品等不完全處理產(chǎn)生的烴類化合物，尤其是甲苯及其化合物，具有很強的致癌性和遺傳毒性。根據(jù)WHO 世衛(wèi)組織和我國飲用水標準規(guī)范，飲用水中甲苯質量濃度不得超過0.7 μg/L[1]。目前環(huán)境中VOCs 檢測主要包括化學法、色譜法、薄膜光波導法等，但均需要現(xiàn)場采集、貯存、運輸至實驗室進行檢測，無法滿足現(xiàn)場監(jiān)測的快速需求。因此有必要研究引進一種VOC 在線監(jiān)測設備，滿足現(xiàn)場實時快速檢測要求。

1 研究概況

某水質監(jiān)測站于2006 年2 月開始進行水質檢測，目前已配備了溫度、氧溶解度、總磷、VOCs 和重金屬監(jiān)測裝置。目前該水質檢測站的VOC 測量還依賴實驗室測定，不但采集貯存程序復雜，還極易造成樣品VOCs 濃度下降，增大了人為操作誤差[2]。2015 年2 月，該站從英國Modern water 公司引進了一套基于Multisensor 1200-SYS 儀器的新型在線VOCs 監(jiān)測系統(tǒng)。為精確測定監(jiān)測系統(tǒng)不同工況條件下的運行參數(shù)，進一步驗證系統(tǒng)的檢出限、測定限和校準曲線，擬采用甲苯標準試劑、二甲基亞砜溶液進行在線實時檢測，為下一步技術推廣提供數(shù)據(jù)和案例支撐。

2 檢測方案

2.1 檢測原理

Multisensor 1200-SYS 在線VOC 檢測儀主要包括采樣系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、閥門系統(tǒng)和配套管理連接系統(tǒng)組成，其結構如圖1。

圖1 在線監(jiān)測系統(tǒng)結構圖

如圖1，采樣系統(tǒng)主要包括采樣箱和采樣管道，主要用于臨時貯存試驗水體，測量系統(tǒng)內置于鋼制容器，在容器內部的PVC 板上安裝2 個探測器；閥門系統(tǒng)主要用于對采樣裝置進行關斷動作?，F(xiàn)場測量時，檢測儀器主要對箱頂空氣樣本進行測量，通過探頭的高分子鍍層對不同分子直徑、相對分子質量的化合物進行反應，再根據(jù)不同大小的電阻變化進行測定。

2.2 檢測方法

1）純水測量。為保證檢測效果，測量前首先利用純水測定試劑空白值，當每升純水VOC 值低于5 μg時，純水樣本達標[3]。不達標則用電熱水壺進行煮沸，直至VOC 值滿足標準為止。

2）甲苯溶液測量。甲苯溶液測量前，首先用純水樣本對測量裝置清洗。隨后在正常室溫（20 ℃左右）條件下，將0 μg～1 000 μg 不同濃度梯度的甲苯溶液加入二甲基亞砜溶液，再分別加入10 組1L 純水中，形成10 組不同濃度的試驗溶液。隨后將試驗溶液進行通入采樣箱中，靜置20 min 后，通過采樣管道吸取試驗溶液樣本，對采樣箱上方空氣中甲苯濃度進行實時測量。

3 實驗結果

3.1 檢出限

檢出限主要用于測定檢測儀器的靈敏度區(qū)間。其計算公式為式（1）。

式中：D 為最低檢出濃度；ε 為測定次數(shù)空白標準差。

結合目前試驗條件，相同條件下采用色譜質譜法測得甲苯的檢出限為0.044 μg/L，采用本系統(tǒng)后，通過對樣品溶液20 次重復測定，得系統(tǒng)的檢出限為2.2 μg/L，檢出限明顯高于色譜法質譜法。

3.2 測定限

測定限主要用于測定待測氣體或溶液的最大濃度。系統(tǒng)測定時采用的是0 μg～1 000 μg 不同濃度梯度的甲苯溶液，測得其測定值曲線如圖2 所示。

圖2 甲苯試液測定值曲線

如圖2，甲苯質量濃度在0 μg/L～200 μg/L 時，儀器測試質量濃度呈線性變化，當質量濃度大于200 μg/L 時，測試濃度呈拋物線變化，由此可知系統(tǒng)的檢測上限為200 μg/L。

3.3 校準曲線

校準曲線一般指系統(tǒng)在標準試驗條件下形成的工作曲線。系統(tǒng)測試時選用0 μg/L～200 μg/L的甲苯試液進行測試，測得其工作曲線如圖3 所示。

圖3 甲苯試液校準曲線

如圖3，結合不同濃度的測試結果進行線性擬合，可知甲苯實驗的校準曲線方程為：y=0.85x+24.03，回歸系數(shù)r2=0.96。

4 現(xiàn)場試驗

系統(tǒng)試驗完成后，自2015 年5 月起對系統(tǒng)進行了為期2 個月的現(xiàn)場試驗，并對現(xiàn)場VOCs 濃度進行了在線測量，測量結果如圖4。

圖4 檢測系統(tǒng)在線VOCs 濃度測量曲線

由圖4 可知，系統(tǒng)在線檢測靈敏度和檢測速率均有較大提升，測得的VOCs 質量濃度范圍在0.023μg/L～1.847 μg/L，遠低于我國飲用水標準上限0.7 mg/L，可見該水文站水體中VOCs 質量濃度符合飲用水標準，水中有機污染物濃度不高，水質保護效果良好。其中，2015 年5 月9 日前后曲線變化程度較大，初步推斷為強降雨導致的高錳酸鹽類污染物滲透引發(fā)。

5 結語

綜上可知，采用甲苯試液和二甲基亞砜溶液測試Multisensor 1200-SYS 在線VOC 檢測系統(tǒng)，系統(tǒng)檢出限為2.2 μg/L，檢測上限為200 μg/L。通過現(xiàn)場試驗可知，系統(tǒng)在線檢測靈敏度和檢測速率均有較大提升，測得的VOCs 質量濃度范圍在0.023 μg/L～1.847 μg/L，遠低于國家飲用水標準。除水質在線檢測外，該系統(tǒng)還可用于飲用水源安全動態(tài)檢測和實時預警，提升飲用水源安全性。