造紙廠空氣有機污染物的分析

沈文浩 陳小泉 李東勛

(華南理工大學制漿造紙工程國家重點實驗室,廣東廣州,510640)

造紙廠空氣有機污染物的分析

沈文浩 陳小泉 李東勛

(華南理工大學制漿造紙工程國家重點實驗室,廣東廣州,510640)

使用活性碳吸附造紙廠空氣中的有機污染物,以二硫化碳解吸,使用氣相色譜-質譜聯用法(GC-MS)分析研究了某造紙廠 4個采樣點的空氣質量情況。結果表明,在廢紙分揀處檢測到 4種烷烴類的有機污染物,在造紙車間、真空泵出水口、工廠辦公區都檢測到芳香族有機物,其中苯和甲苯的檢出率為 100%;工廠辦公區的污染物種類明顯少于造紙車間和真空泵出水口。

造紙;空氣;有機污染物;GC-MS

造紙工業是傳統的用水大戶,也是造成水污染的重要污染源之一。對水污染的防治措施,普遍受到環評單位、政府部門的特別重視。但是造紙廠還有一個污染問題,往往被評價單位忽略,那就是空氣污染。在檢索的 79篇關于造紙污染處理及防治的文章中,關于廢水污染的文章占到 93.3%,關于惡臭氣體研究的文章占 5.3%,而關于氣體有機污染物研究的文章只有 1.3%。

對造紙污染的研究絕大多數集中在制漿造紙過程的廢水污染上,關于造紙廢氣污染的研究則集中在惡臭氣體上。本課題主要用氣相色譜-質譜聯用法(GC-MS)研究了某造紙廠內空氣中有機污染物的成分,為后續的治理提供技術支持。

由于環境樣品中的揮發性有機物濃度很低,在分析和檢測之前,對樣品進行前處理是很必要的。在常見的揮發性有機物樣品前處理技術中,吹掃捕集[1]和預冷凍濃縮/熱解吸法[2]是較先進的濃縮富集空氣中的痕量可揮發性有機物的方法,但這些方法均需昂貴的進口設備。葉劍峰等[3]使用混合吸附管吸附有機物,用二氯甲烷為解吸劑分析室內空氣有機污染物,檢測出多種揮發性有機物。本實驗使用活性炭吸附劑,用二硫化碳為解吸溶劑,分析紙廠空氣中的有機污染物。

1 實 驗

1.1 氣體采樣點的確定

某造紙廠的主要產品有單面涂布灰底白紙板、單面涂布白底白紙板、普通白紙板和白卡紙。主要使用商品漿 (NBKP和 LBKP)和廢紙漿。抄紙工段主要分為:面漿系統、襯漿系統、芯漿系統、底漿系統。面漿和底漿中要加入松香、陽離子淀粉、殺菌劑和熒光增白劑等,而在襯漿和芯漿中則不用加熒光增白劑,在抄紙過程中還要加入助留劑等。廢紙制漿采用浮選法脫墨,加入過氧化氫、氫氧化鈉、硅酸鈉和表面活性劑等。

根據該廠的生產工藝特點并依據現場污染情況,在氣體采集過程中共設置了 4個采樣點,如圖1所示。這 4個采樣點分別是:造紙車間、廢紙分揀處、真空泵出水口、工廠辦公區。采樣當天氣溫 27～32℃,風力 3～4級。

圖1 廠區氣體采樣點示意圖

1.2 實驗試劑與設備

二硫化碳,分析純,廣州市新港化工有限公司生產。

安捷倫公司生產的 GC-MS 6890/5973,毛細管色譜柱 30 m×0.25 mm×0.25μm(HP-5);活性炭采樣管,建湖縣科源分析儀器廠生產,溶劑解吸型,規格為 6×75 mm,內裝處理好的 20～40目活性炭 150 mg,共分為兩段:前段為 50 mg,后段為 100 mg;微量進樣器,上海安亭微量進樣器廠生產,10μL;微型氣體泵與玻璃轉子流量計,0～1.6 L/min。

1.3 采樣與實驗分析步驟

1.3.1 采樣步驟

在采樣點用小砂輪打開采樣管兩端,50 mg端與采樣器進氣口相連,以 0.4 L/min的速度抽取空氣 20 L,采樣結束后將采樣管兩端套上塑料帽密封,帶回實驗室處理分析。用二硫化碳解吸已吸附了工廠空氣的活性炭管,用 GC-MS分析解吸液。

1.3.2 GC-MS分析過程

①色譜條件

色譜柱 HP-5;柱溫:30℃,保持 1 min,然后以10℃/min升溫到 60℃,最后以 30℃/min升溫到150℃,并保持 15 min;載氣 (氮氣):0.6 mL/min;不分流進樣[4]。

②質譜條件

電離方式:EI;電離能量 70 eV;離子源溫度:200℃;GC-MS接口溫度 275℃,全掃描模式;質譜數據庫:N ISTMassData Base。

③樣品處理

去掉活性炭管兩端塑料帽,將活性炭倒入 5 mL具塞量筒,加入 1 mL二硫化碳解吸劑,加塞超聲5 min,靜置 60 min。取 1μL解吸液供 GC-MS分析。

2 結果與討論

2.1 二硫化碳 GC-MS分析

為了保證解吸溶劑對實驗結果沒有影響,首先對二硫化碳溶劑進行 GC-MS分析,結果如圖2所示。

圖2中,1號峰是二硫化碳 (匹配度:98%)。可見經過提純的二硫化碳解吸液沒有其他雜峰。

2.2 工廠辦公區空氣分析

按照實驗部分的采樣和分析步驟,對工廠辦公區進行空氣采集。分析結果如圖3所示。其中 1號峰是溶劑二硫化碳 (匹配度:92%);2號峰是苯 (匹配度:86%);3號峰是甲苯 (匹配度:90%)。

2.3 真空泵出氣 (水)口空氣分析

按照實驗部分的采樣和分析步驟,對真空泵出水口進行空氣采集和分析,結果如圖4所示,污染物的種類分析結果見表1。

表1 真空泵出氣 (水)口有機污染物種類

2.4 造紙車間空氣分析

按照實驗部分的采樣和分析步驟,對造紙車間進行空氣采集和分析,采樣點設在紙機烘干段和涂布段之間,GC-MS結果如圖5所示,污染物的種類分析結果見表2。

圖5 造紙車間空氣樣品 GC-MS總離子流色譜圖

表2 造紙車間有機污染物種類

2.5 廢紙分揀處空氣分析

廢紙分揀處的主要空氣污染是空氣中的飛塵很大,并伴有發霉的味道。分揀處的空氣經活性炭采樣管富集,二硫化碳解吸后,采用 GC-MS進行分析。由于按照前面的實驗采樣和分析色譜條件沒有檢測到污染物,所以對此處樣品的色譜條件進行了調整。柱溫:60℃保持 3 min,然后以 10℃/min升溫到280℃,并保持 5 min;載氣 (氮氣):0.6 mL/min;不分流進樣,結果如圖6所示。從圖6可知,1號峰是十九烷 (匹配度:95%),2號峰是二十一烷 (匹配度:75%),3號峰是二十四烷 (匹配度:90%),4號峰是二十八烷 (匹配度:85%)。

在廢紙分揀處沒有檢測到芳香族化合物,卻檢測到了一些烷烴?？赡艿脑蚴?一方面廢紙分揀處的芳香族化合物含量很低,另一方面是由于現場有較多的飛塵,這些烷烴附著在飛塵上。在采樣過程中,飛塵被吸附在活性炭上,從而在廢紙分揀處檢測到了高沸點烷烴。

圖6 廢紙分揀處空氣樣品的 GC-MS總離子流色譜圖

3 結 論

通過對某造紙廠廠區 4個點的空氣樣品進行 GCMS分析,檢測出苯、甲苯、二甲苯等高毒性有機污染物,其中以真空泵出氣 (水)口檢測出的有毒有機污染物組分最多。

[1] 周 密,劉德全,林 旭,等.吹掃捕集 /氣相色譜法測定空氣中揮發性有機物[J].中國環境監測,2004,20(4):12.

[2] 王伯光,張遠航,邵 敏,等.預濃縮-GC-MS技術研究室內空氣中揮發性有毒有機物[J].環境化學,2001,20(6):606.

[3] 葉劍峰,林 琳,張壽榮,等.氣相色譜法測定室內空氣中的揮發性有機物[J].分析實驗室,2008,27:345.

[4] Leiliane C A Amorim,Joana P Carneiro,Zenilda L Cardeal.An optimized method for determination of benzene in exhaled air by gas chromatography-mass spectrometry using solid phase microextraction as a sampling technique[J].Journal of Chromatography B,2008(865):141.

Analysis of Organ ic Pollutant of the A ir around the PaperM ill

SHEN Wen-hao＊CHEN Xiao-quan L IDong-xun
(State Key Lab of Pulp&Paper Engineering,South China University of Technology,Guangzhou,Guangdong Province,510640)

In thispaper,VOCs in four air samples from a papermillwere adsorbed by active carbon,and then followed by being ultrasonicated in carbon bisulfide,the resulting solutionswere analyzed by gas chromatography-mass spectrometry(GC-MS)analyticalmethod.The analytical results showed that four kinds of alkanes organic pollutant were detected in the waste paper sorting area,aromatic organic materials were detected in papermaking plant,the outlet of vacuum-pump as well as the office area of the paper mill,where the detectable rates of benzene and toluene were 100%.The species of pollutant in the office area of the paper mill was evidently less than that of paper making plant and the outlet of vacuum-pump.

paper making;air;organic pollutant;gas chromatography-mass spectrometry

X502

A

0254-508X(2010)03-0021-03

沈文浩女士,博士,副教授;主要研究方向:制漿造紙過程參數的監測與控制。

(＊ E-mail:ppwhshen@scut.edu.cn)

2009-08-20(修改稿)

(責任編輯:馬 忻)