水體中VOC在線監測系統及應用概述

王洪翠，周緒申，王　釗，張春會，羅　陽

（1.海河流域水環境監測中心，天津　300170；2.海河水利委員會綜合管理中心，天津　300170；3.海河流域水資源保護局，天津　300170）

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水體中VOC在線監測系統及應用概述

王洪翠1，周緒申1，王釗1，張春會2，羅陽3

（1.海河流域水環境監測中心，天津300170；2.海河水利委員會綜合管理中心，天津300170；3.海河流域水資源保護局，天津300170）

摘 要：對VOC的含義、主要成分、危害以及Multisensor1200在線VOC監測系統的組成、工作原理、設備參數、設備特點、與同類產品的比較進行了介紹，并對古北口自動監測站在線監測系統的應用及預警狀況作了說明。

關鍵詞：VOCs；在線監測；水質；污染預警

1VOC簡介

1.1VOC定義

VOC是揮發性有機化合物（Volatile organic compounds）的簡稱，目前國際上對VOC的定義尚未統一，各國家和組織根據控制的出發點不同而有不同的定義。美國材料實驗學會ASTM D3960-05（2013）標準將VOC定義為任何能參加大氣光化學反應的有機化合物［1］。美國聯邦環保署（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反應的碳化合物［2］。世界衛生組織（WHO，1989）對總揮發性有機化合物（TVOC）的定義為：熔點低于室溫而沸點在50～260℃之間的有機化合物的總稱［3］。盡管定義尚未統一，但VOC是公認的有害污染物，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為頭痛、注意力不集中、厭倦、疲乏等，特異毒性可導致過敏和癌癥。

根據美國能源部、EPA總署和加州大學進行的環境污染生命風險評價，VOC污染引起生命風險與二手煙相等，比自來水常規污染生命風險大100倍［4］。

2　Multisensor1200在線VOC監測系統

英國Modern Water公司生產的Multisensor1200在線VOC監測系統，主要應用于對水體中VOC的在線監測，適用于對潔凈水和廢水的監測。

2.1系統組成

該系統由測量系統、不銹鋼的采樣箱及配套的采樣管道和閥門系統組成，測量系統置于1個堅固的鋼外殼內，可由90～240 V AC或24 V DC供電。整個探測器安裝固定在2個12 mm厚的PVC板上。

2.2工作原理

Multisensor1200在線VOC監測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性溶質（一般為氣體）在溶液中的溶解度與液面上該溶質的平衡壓力成正比。

采樣箱采集水樣達到平衡后，“電子鼻”采集頂部空間的氣體樣本。“電子鼻”是一組特制的4個探頭，每個探頭有1層特定的非傳導性的高分子鍍層，可根據分子量、極性和分子直徑有選擇地與化合物反應，根據環境中本底值對VOC的測量值進行校正并給出最終結果。

2.3設備參數

適用標準：UL 61010-1/EN 61010-1：2 010；EN 61326-1：2 006

外觀尺寸：1 460 mm×500 mm×280 mm

測量范圍：1～1 000 ppb

輸出結果：ppb VOCs

精確度：測量200 ppb VOCs：±10%

重復性：測量200 ppb VOCs：±2%

分析用時：240 s，最短周期用時20 min

操作溫度：室溫0～40℃，水溫0～30℃

校準周期：6個月，使用Modern Water提供的校準工具包

耗材：每6個月更換活性炭空氣過濾器/灰塵過濾器，每24個月更換氣泵

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

數據存儲：SD存儲卡

采樣系統：進樣1/2”BSP、0.5～1.0 L/min，出樣1/ 2”BSP、0.5～1.0L/min，廢水15mm

2.4設備特點

Multisensor1200在線VOC監測系統具有維護簡便、測量范圍廣、測量精度高、測試時間短等特點，具有報警功能，有廣泛的使用前景。該系統運用無接觸、無試劑的測量技術，測量取樣箱頂部空間氣體和其他揮發性物質，具有檢測限低且維護簡便的優越性；測量范圍廣，可以使設備應用到不同環境的不同水體中；測量精度高，可以保證獲得的水質數據的準確性；測試時間短，該技術監測樣本中的VOC無需高溫，使得樣品中很低濃度的VOC都能夠被快速監測出來；具有報警功能，可輸出相對于平均背景值的百分比變化，背景值基準由歷史記錄確定，報警信號根據已確定的背景值基準產生，因此可以忽略單次背景值的偏離，從而減少誤報率，可有效應對突發水污染事件，減少VOC污染帶來的經濟損失。

2.5國內外同類產品比較

（1）德國Testa GmbH在線監測系統。該系統采用離子火焰法檢測原理，利用工作溫度高達300℃的檢測室測量水中VOC。該設備的不足之處在于儀器檢測工作溫度高，不易于維護，折舊率高，壽命短，能耗大。同時，監測過程時間比較長，不適合于緊急狀況下的水質監測系統，時效性較差；測量范圍窄，對于設備的使用場合局限性比較大；只檢測部分單一的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）比較復雜的場合。

（2）國內同類產品概況。目前，國內尚無水體中VOC在線監測儀器，僅生產空氣中VOC監測儀，技術和質量與國外相比還有些差距，市場有待開發。

3　在線監測系統的應用

近年來，突發性水污染事件頻發，已對生態環境、民眾身體健康和經濟社會可持續發展構成嚴重威脅。VOC具有高毒性和高致癌性，進入水體后極易對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，將會對整個區域生產生活產生巨大的影響，并且對VOC污染水體的治理將耗費大量的人力、物力和財力。

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重要的入庫控制斷面，該站水質狀況直接影響密云水庫供水狀況。在該站建立VOC監測系統可以提高VOC的監測和預警能力，一旦發生VOC突發水污染事件可及時發現并控制有害污染物對密云水庫的危害，從而保障密云水庫的供水安全和保護人民群眾的生命財產安全。在線監測系統運行1年多，未出現VOC的高值，從而說明入庫斷面未發生VOC污染狀況。

參考文獻

［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測定方法的探索［J］.涂料工業，2008，38（2）：61-65.

［3］李建.涂料和膠粘劑中有毒物質及檢測技術［M］.北京：中國計劃出版社，2002.

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

中圖分類號：X832

文獻標識碼：A

文章編號：1004-7328（2016）01-0034-02

DOI：10.3969/j.issn.1004-7328.2016.01.012

收稿日期：2015—11—20

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

作者簡介：王洪翠（1981—），女，碩士，高級工程師，主要從事水質分析工作。