水體中VOC在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及應(yīng)用概述

王洪翠，周緒申，王　釗，張春會(huì)，羅　陽(yáng)

（1.海河流域水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，天津　300170；2.海河水利委員會(huì)綜合管理中心，天津　300170；3.海河流域水資源保護(hù)局，天津　300170）

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水體中VOC在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及應(yīng)用概述

王洪翠1，周緒申1，王釗1，張春會(huì)2，羅陽(yáng)3

（1.海河流域水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，天津300170；2.海河水利委員會(huì)綜合管理中心，天津300170；3.海河流域水資源保護(hù)局，天津300170）

摘 要：對(duì)VOC的含義、主要成分、危害以及Multisensor1200在線VOC監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成、工作原理、設(shè)備參數(shù)、設(shè)備特點(diǎn)、與同類產(chǎn)品的比較進(jìn)行了介紹，并對(duì)古北口自動(dòng)監(jiān)測(cè)站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用及預(yù)警狀況作了說明。

關(guān)鍵詞：VOCs；在線監(jiān)測(cè)；水質(zhì)；污染預(yù)警

1VOC簡(jiǎn)介

1.1VOC定義

VOC是揮發(fā)性有機(jī)化合物（Volatile organic compounds）的簡(jiǎn)稱，目前國(guó)際上對(duì)VOC的定義尚未統(tǒng)一，各國(guó)家和組織根據(jù)控制的出發(fā)點(diǎn)不同而有不同的定義。美國(guó)材料實(shí)驗(yàn)學(xué)會(huì)ASTM D3960-05（2013）標(biāo)準(zhǔn)將VOC定義為任何能參加大氣光化學(xué)反應(yīng)的有機(jī)化合物［1］。美國(guó)聯(lián)邦環(huán)保署（EPA）將VOC定義為除CO、CO2、H2CO3、金屬碳化物、金屬碳酸鹽和碳酸銨外，任何參加大氣光化學(xué)反應(yīng)的碳化合物［2］。世界衛(wèi)生組織（WHO，1989）對(duì)總揮發(fā)性有機(jī)化合物（TVOC）的定義為：熔點(diǎn)低于室溫而沸點(diǎn)在50～260℃之間的有機(jī)化合物的總稱［3］。盡管定義尚未統(tǒng)一，但VOC是公認(rèn)的有害污染物，常見的有苯、甲苯、苯乙烯、甘烷、丙二醇、乙醚、丙酮、亞硝酸異丁酯、三氯乙烯等。

1.2VOC危害

VOC是環(huán)境中最常見的空氣和水中污染物之一，其毒性可概括為非特異毒性和特異毒性。其中，非特異毒性主要表現(xiàn)為頭痛、注意力不集中、厭倦、疲乏等，特異毒性可導(dǎo)致過敏和癌癥。

根據(jù)美國(guó)能源部、EPA總署和加州大學(xué)進(jìn)行的環(huán)境污染生命風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，VOC污染引起生命風(fēng)險(xiǎn)與二手煙相等，比自來(lái)水常規(guī)污染生命風(fēng)險(xiǎn)大100倍［4］。

2　Multisensor1200在線VOC監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

英國(guó)Modern Water公司生產(chǎn)的Multisensor1200在線VOC監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，主要應(yīng)用于對(duì)水體中VOC的在線監(jiān)測(cè)，適用于對(duì)潔凈水和廢水的監(jiān)測(cè)。

2.1系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)由測(cè)量系統(tǒng)、不銹鋼的采樣箱及配套的采樣管道和閥門系統(tǒng)組成，測(cè)量系統(tǒng)置于1個(gè)堅(jiān)固的鋼外殼內(nèi)，可由90～240 V AC或24 V DC供電。整個(gè)探測(cè)器安裝固定在2個(gè)12 mm厚的PVC板上。

2.2工作原理

Multisensor1200在線VOC監(jiān)測(cè)儀是基于采樣箱頂部空間的氣體平衡原理（亨利氣體定律）（Henry's Gas Law），即在等溫等壓下某種揮發(fā)性溶質(zhì)（一般為氣體）在溶液中的溶解度與液面上該溶質(zhì)的平衡壓力成正比。

采樣箱采集水樣達(dá)到平衡后，“電子鼻”采集頂部空間的氣體樣本。“電子鼻”是一組特制的4個(gè)探頭，每個(gè)探頭有1層特定的非傳導(dǎo)性的高分子鍍層，可根據(jù)分子量、極性和分子直徑有選擇地與化合物反應(yīng)，根據(jù)環(huán)境中本底值對(duì)VOC的測(cè)量值進(jìn)行校正并給出最終結(jié)果。

2.3設(shè)備參數(shù)

適用標(biāo)準(zhǔn)：UL 61010-1/EN 61010-1：2 010；EN 61326-1：2 006

外觀尺寸：1 460 mm×500 mm×280 mm

測(cè)量范圍：1～1 000 ppb

輸出結(jié)果：ppb VOCs

精確度：測(cè)量200 ppb VOCs：±10%

重復(fù)性：測(cè)量200 ppb VOCs：±2%

分析用時(shí)：240 s，最短周期用時(shí)20 min

操作溫度：室溫0～40℃，水溫0～30℃

校準(zhǔn)周期：6個(gè)月，使用Modern Water提供的校準(zhǔn)工具包

耗材：每6個(gè)月更換活性炭空氣過濾器/灰塵過濾器，每24個(gè)月更換氣泵

通信方式：4～20 mA，也可根據(jù)需要提供其他方式Profibus、Modbus，Relays（GSM modern optional）

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：SD存儲(chǔ)卡

采樣系統(tǒng)：進(jìn)樣1/2”BSP、0.5～1.0 L/min，出樣1/ 2”BSP、0.5～1.0L/min，廢水15mm

2.4設(shè)備特點(diǎn)

Multisensor1200在線VOC監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有維護(hù)簡(jiǎn)便、測(cè)量范圍廣、測(cè)量精度高、測(cè)試時(shí)間短等特點(diǎn)，具有報(bào)警功能，有廣泛的使用前景。該系統(tǒng)運(yùn)用無(wú)接觸、無(wú)試劑的測(cè)量技術(shù)，測(cè)量取樣箱頂部空間氣體和其他揮發(fā)性物質(zhì)，具有檢測(cè)限低且維護(hù)簡(jiǎn)便的優(yōu)越性；測(cè)量范圍廣，可以使設(shè)備應(yīng)用到不同環(huán)境的不同水體中；測(cè)量精度高，可以保證獲得的水質(zhì)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；測(cè)試時(shí)間短，該技術(shù)監(jiān)測(cè)樣本中的VOC無(wú)需高溫，使得樣品中很低濃度的VOC都能夠被快速監(jiān)測(cè)出來(lái)；具有報(bào)警功能，可輸出相對(duì)于平均背景值的百分比變化，背景值基準(zhǔn)由歷史記錄確定，報(bào)警信號(hào)根據(jù)已確定的背景值基準(zhǔn)產(chǎn)生，因此可以忽略單次背景值的偏離，從而減少誤報(bào)率，可有效應(yīng)對(duì)突發(fā)水污染事件，減少VOC污染帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失。

2.5國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品比較

（1）德國(guó)Testa GmbH在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用離子火焰法檢測(cè)原理，利用工作溫度高達(dá)300℃的檢測(cè)室測(cè)量水中VOC。該設(shè)備的不足之處在于儀器檢測(cè)工作溫度高，不易于維護(hù)，折舊率高，壽命短，能耗大。同時(shí)，監(jiān)測(cè)過程時(shí)間比較長(zhǎng)，不適合于緊急狀況下的水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，時(shí)效性較差；測(cè)量范圍窄，對(duì)于設(shè)備的使用場(chǎng)合局限性比較大；只檢測(cè)部分單一的VOC不能反映VOCs的總體情況，不適用于VOC污染源含量（VOCs種類比較多）比較復(fù)雜的場(chǎng)合。

（2）國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品概況。目前，國(guó)內(nèi)尚無(wú)水體中VOC在線監(jiān)測(cè)儀器，僅生產(chǎn)空氣中VOC監(jiān)測(cè)儀，技術(shù)和質(zhì)量與國(guó)外相比還有些差距，市場(chǎng)有待開發(fā)。

3　在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用

近年來(lái)，突發(fā)性水污染事件頻發(fā)，已對(duì)生態(tài)環(huán)境、民眾身體健康和經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成嚴(yán)重威脅。VOC具有高毒性和高致癌性，進(jìn)入水體后極易對(duì)人民群眾生命安全和身體健康造成極大危害，一旦水體被污染，將會(huì)對(duì)整個(gè)區(qū)域生產(chǎn)生活產(chǎn)生巨大的影響，并且對(duì)VOC污染水體的治理將耗費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力。

古北口站既是河北省入北京市的省界斷面，又是潮河入密云水庫(kù)重要的入庫(kù)控制斷面，該站水質(zhì)狀況直接影響密云水庫(kù)供水狀況。在該站建立VOC監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以提高VOC的監(jiān)測(cè)和預(yù)警能力，一旦發(fā)生VOC突發(fā)水污染事件可及時(shí)發(fā)現(xiàn)并控制有害污染物對(duì)密云水庫(kù)的危害，從而保障密云水庫(kù)的供水安全和保護(hù)人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行1年多，未出現(xiàn)VOC的高值，從而說明入庫(kù)斷面未發(fā)生VOC污染狀況。

參考文獻(xiàn)

［1］ASTM D3960-05（2013），Standard Practice for Determining Volatile Organic Compound（VOC）Content of Paints and Related Coatings［S］.

［2］尹建武，曹磊，敖飛龍，等.乳膠漆中VOC測(cè)定方法的探索［J］.涂料工業(yè)，2008，38（2）：61-65.

［3］李建.涂料和膠粘劑中有毒物質(zhì)及檢測(cè)技術(shù)［M］.北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2002.

［4］鄭秀亮.VOC的危與機(jī)—VOC，不可忽視的環(huán)境污染因子［J］.環(huán)境，2012（5）：6-9.

中圖分類號(hào)：X832

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1004-7328（2016）01-0034-02

DOI：10.3969/j.issn.1004-7328.2016.01.012

收稿日期：2015—11—20

基金項(xiàng)目：水利部“948”項(xiàng)目（201412）；國(guó)家國(guó)際科技合作專項(xiàng)資助（2013DFA71340）；國(guó)家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)（2012ZX07203-002）；水利部科技推廣項(xiàng)目（TG1408）。

作者簡(jiǎn)介：王洪翠（1981—），女，碩士，高級(jí)工程師，主要從事水質(zhì)分析工作。