生活垃圾處理設(shè)施在線環(huán)境監(jiān)測技術(shù)現(xiàn)狀分析

蘆會杰，劉欣艷，張 旭

（北京市環(huán)境衛(wèi)生設(shè)計(jì)科學(xué)研究所生活垃圾檢測分析與評價(jià)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100028）

生活垃圾處理設(shè)施在線環(huán)境監(jiān)測技術(shù)現(xiàn)狀分析

蘆會杰，劉欣艷，張 旭

（北京市環(huán)境衛(wèi)生設(shè)計(jì)科學(xué)研究所生活垃圾檢測分析與評價(jià)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100028）

目前“水質(zhì)五參數(shù)”在線監(jiān)測技術(shù)已經(jīng)非常成熟，可直接用到生活垃圾處理設(shè)施的污水在線監(jiān)測，而污水重金屬的在線監(jiān)測技術(shù)還處于探索階段；常規(guī)環(huán)境大氣監(jiān)測項(xiàng)目包括NO2、SO2、O3和CO，生活垃圾降解產(chǎn)生的NH3、H2S、CH4、TVOC和其他一些惡臭氣體，在線監(jiān)測技術(shù)研究較少，缺少成熟的在線監(jiān)測儀。

在線監(jiān)測；生活垃圾；現(xiàn)狀分析

傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測方法主要是人工監(jiān)測，難以實(shí)現(xiàn)對環(huán)境要素全時(shí)段、全方位的動態(tài)監(jiān)測。近年來，各種在線監(jiān)測技術(shù)以高靈敏度、高分辨率、高選擇性、多組分以及實(shí)時(shí)等優(yōu)勢在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域中發(fā)揮著不可替代的作用［1］。目前在線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)在我國環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域特別是在水質(zhì)、空氣質(zhì)量環(huán)境監(jiān)測行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，在線環(huán)境監(jiān)測某些技術(shù)也已具備應(yīng)用于生活垃圾處理設(shè)施的環(huán)境監(jiān)測條件。

1 污水在線監(jiān)測技術(shù)現(xiàn)狀分析

1.1 重金屬在線監(jiān)測

1）電化學(xué)法。在線監(jiān)測儀是依據(jù)化學(xué)變化以及電變化對水中重金屬進(jìn)行精確定量，包括陽極溶出伏安法、陰極溶出伏安法、極譜法、電位溶出法及庫侖滴定法等。其中，陽極溶出伏安法是目前水中重金屬在線監(jiān)測應(yīng)用較多的方法［2-3］，可以同時(shí)測定多種重金屬，檢出限可達(dá)到0.1 μg/L，比較適用于鋅、鎘、鉛、砷和汞的在線監(jiān)測（見表1）。

表1 重金屬在線監(jiān)測分析技術(shù)

2）比色法。在線監(jiān)測儀是基于重金屬與特定化學(xué)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成有色物質(zhì)，通過分光光度法進(jìn)行定量分析［4］。比色法原理簡單，一般分光光度計(jì)即可滿足需求。比色法的關(guān)鍵是選擇合適的顯色劑，以及消除其他金屬組分干擾。該方法的重金屬在線分析儀靈敏度低，檢出限高，一般為10 μg/L，比較適用于鎳、總鉻、六價(jià)鉻和銅的在線監(jiān)測。

1.2 水質(zhì)五參數(shù)在線監(jiān)測

目前比較成熟的污水在線監(jiān)測項(xiàng)目主要有：COD、NH3-N、TOC、總氮和總磷，俗稱“水質(zhì)五參數(shù)”。重鉻酸鉀消解-光度測量法在快速COD測定儀上已經(jīng)采用，測定儀分析周期為2～6 min，測定范圍 10～2 000 mg/L［5］。NH3-N在線監(jiān)測儀原理主要有6種［6］：納氏試劑分光光度法、水楊酸分光光度法、氨氣敏電極法、電導(dǎo)法、滴定法以及銨離子選擇法，表2比較了6種分析技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，現(xiàn)在最為常用的為納氏試劑分光光度法和水楊酸分光光度法。目前TOC在線監(jiān)測儀器主要采用紅外吸收法，監(jiān)測儀檢出限低，分析周期較短（3～10 min），完全能夠滿足在線監(jiān)測的需求［7］。過硫酸鹽消解-光度法是總氮和總磷在線監(jiān)測儀的首選方法。在檢出限方面，總氮在線監(jiān)測儀的檢出限約為1 mg/L［8］，總磷在線監(jiān)測儀的檢出限約為 0.1 mg/L［9］。

表2 NH3-N在線監(jiān)測分析技術(shù)

2 氣體在線監(jiān)測技術(shù)現(xiàn)狀分析

2.1 NH3在線監(jiān)測分析

目前，大氣惡臭污染物NH3在線監(jiān)測方法主要有：化學(xué)發(fā)光法、光聲光譜法和差分吸收光譜法。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，通過對3種方法的NH3在線監(jiān)測儀器進(jìn)行的檢測性能對比分析，其在高濃度值上的響應(yīng)一致，光聲光譜法與化學(xué)發(fā)光法在變化趨勢上具有良好的一致性，差分吸收光譜法與化學(xué)發(fā)光法測量濃度絕對值偏差較小。3種方法作為NH3在線監(jiān)測儀在大氣特征污染環(huán)境監(jiān)測的技術(shù)手段，具有廣泛的應(yīng)用前景。

2.2 H2S在線監(jiān)測分析

H2S在線監(jiān)測分析儀采用分光光度法，先將H2S通過轉(zhuǎn)化為SO2，基于SO2分子接收紫外線（214 nm） 能量成為激發(fā)態(tài)分子，在返回基態(tài)時(shí)，發(fā)出特征熒光，熒光強(qiáng)度與SO2濃度成正比，接著由光電倍增管將熒光強(qiáng)度信號轉(zhuǎn)換成電信號，根據(jù)電信號的強(qiáng)度分析SO2的濃度，再轉(zhuǎn)化為H2S的濃度。

2.3 CH4在線監(jiān)測分析

CH4在線監(jiān)測儀是基于FID（氫火焰離子化檢測器），采用切割反吹技術(shù)進(jìn)行甲烷和非甲烷總烴的檢測。被測樣品在載氣的推動下進(jìn)入色譜柱進(jìn)行分析。甲烷首先從色譜柱中分離，進(jìn)入FID檢測器，然后切換閥位置，將色譜柱中的非甲烷總烴反吹出來，送入FID檢測器進(jìn)行檢測。

2.4 TVOC在線監(jiān)測分析

TVOC在線監(jiān)測儀普遍采用光離子化檢測器法（PID），當(dāng)TVOC氣體通過無極放電式紫外（UV） 燈時(shí)，被離子化，釋放出的電子被檢測為電流。第一腔的電流主要來自于離子化的氣體。第二腔的電流檢測離子化的氣體和作為紫外光密度的函數(shù)的電子的光電束。依據(jù)第一腔電流和第二腔電流的數(shù)值的相對大小，儀器給出TVOC監(jiān)測濃度數(shù)值［10］。

2.5 惡臭在線監(jiān)測分析

惡臭氣體在線監(jiān)測儀基于朗伯-比爾定律，利用氣體分子在中紅外波段的“指紋”吸收光譜，實(shí)現(xiàn)了痕量惡臭氣體的分子特異性檢測，它采用優(yōu)化光學(xué)設(shè)計(jì)和微光學(xué)器件集成等技術(shù)，解決了目前實(shí)驗(yàn)室分析方法時(shí)效性差、費(fèi)用高等問題，實(shí)現(xiàn)了對惡臭源的在線實(shí)時(shí)監(jiān)控［11］（見表3）。

表3 氣體污染物在線監(jiān)測分析技術(shù)

3 結(jié)論

1）“水質(zhì)五參數(shù)”在線監(jiān)測技術(shù)已經(jīng)非常成熟，可以直接用于生活垃圾處理設(shè)施的水質(zhì)監(jiān)測。污水的重金屬在線監(jiān)測技術(shù)還處于探索階段，運(yùn)用的監(jiān)測原理主要是比色法和電化學(xué)法。比色法比較適用于鎳、總鉻、六價(jià)鉻和銅的在線監(jiān)測，電化學(xué)法以陽極溶出伏安法為主，比較適用于鋅、鎘、鉛、砷和汞的在線監(jiān)測。

2）生活垃圾在處置過程中產(chǎn)生的氣體，主要包括NH3、H2S、CH4、TVOC和其他一些惡臭氣體，在線監(jiān)測技術(shù)研究較少，缺少成熟的在線監(jiān)測儀，目前這些氣體的在線監(jiān)測原理主要是電化學(xué)傳感器、分光光度法、氫火焰離子化檢測器、光離子化傳感器和半導(dǎo)體氣體傳感器。

［1］ 劉文清，陳臻懿，劉建國.環(huán)境污染與環(huán)境安全在線監(jiān)測技術(shù)進(jìn)展［J］.大氣與環(huán)境光學(xué)學(xué)報(bào)，2015，10（2）：82-92.

［2］ 張思相，王靜.水中重金屬在線監(jiān)測技術(shù)探討［J］.中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2010（8）：41-43.

［3］ 葉祥喜，黃銀芝.淺談重金屬在線監(jiān)測設(shè)備的應(yīng)用［J］.能源環(huán)保，2014（14）：215-216.

［4］ 馬顥珺，左航，白明.水中重金屬在線監(jiān)測技術(shù)發(fā)展概述［J］.環(huán)境科學(xué)與管理，2011，36（8）：130-132.

［5］ 陸烽，武超.水質(zhì)COD在線監(jiān)測儀器與實(shí)驗(yàn)室分析方法差異比較［J］.中國資源綜合利用，2009，27（12）：27-29.

［6］ 左航，馬顥珺，王曉慧.水質(zhì)氨氮在線監(jiān)測儀發(fā)展現(xiàn)狀［J］.環(huán)境科學(xué)與管理，2012，37（3）：130-132.

［7］ 王瑛，李佩云，厚彩琴.污水COD在線監(jiān)測方法及應(yīng)用前景［J］.甘肅科技，2007，23（1）：159-160.

［8］ 李軍，陳程.總氮總磷在線自動監(jiān)測儀的現(xiàn)狀與問題［J］.環(huán)境科學(xué)與管理，2012，37（1）：161-164.

［9］ 王伯光，吳嘉，劉慧璇.水質(zhì)總磷總氮在線自動監(jiān)測技術(shù)的研究［J］.環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2008，31（3）：59-63.

［10］ 于旭耀，余輝，徐可欣.惡臭自動在線監(jiān)控體系設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.安全與環(huán)境學(xué)報(bào)，2013，13（6）：152-157.

［11］ 余輝，李金航，王元剛.區(qū)域惡臭在線監(jiān)控平臺設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2013，33（7）：2071-2073.

Analysis of On-line Monitoring Technique Status of Municipal Solid Waste Treatment Facilities

Lu Huijie，Liu Xinyan，Zhang Xu
（Beijing Key Laboratory of Municipal Solid Wastes Testing Analysis and Evaluation，Beijing Environmental Sanitation Engineering Research Institute，Beijing 100028）

The mature on-line monitoring technique of five parameters of sewage quality can be directly used on the monitoring of municipal solid waste（MSW）.But the on-line monitoring technique of heavy metals is still in the exploratory stage.The monitoring itemsof regular air include NO2，SO2，O3and CO ，some degradation productsof MSW，such as，NH3，H2S，CH4，TVOC and other odorousgas.There are short ofmature on-line monitoring researchand instrument.

on-line environmental monitoring；MSW；statusanalysis

X84；X705

A

1005-8206（2017） 05-0071-03

2016-07-11

蘆會杰（1988—），助理工程師，分析化學(xué)碩士，主要從事重金屬檢測工作及相關(guān)課題研究工作。

E-mail：luhuijie.hi@163.com。