水中揮發性有機物監測方法與污染控制

朱冬梅

（臨邑縣環境保護局，山東 臨邑 251500）

揮發性有機化合物（Volatile Organic Compounds）簡稱VOCs，不同的國家或組織對其定義不盡相同。目前公認的是世界衛生組織的定義，指室溫下飽和蒸氣壓超過了133.32 Pa，沸點在50～260℃，在常壓下以蒸氣形式存在于空氣中的一類有機化合物[1]。德國DIN55649-2000標準及國際標準《色漆和清漆 涂料用屬于和定義 第1部分：通用術語》（ISO4618/1-1998）中揮發性有機物的定義是在常溫常壓下任何能自發揮發的有機液體或固體。美國聯邦環保署將其定義為，揮發性有機物是除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物。

隨著經濟的發展，揮發性有機物在生活中的產生量越來越多，如汽車尾氣、工業廢氣、室內使用的清潔劑、黏合劑、墻面涂料等。由于揮發性有機物的自身特點和自然界物質的遷移，揮發性有機物已經廣泛存在于自然環境中，空氣、水甚至在南極冰川中。水是人類最重要的自然資源，而揮發性有機物已嚴重影響了水資源，研究表明，世界各國已經在水體中檢測出2221種有機污染物，在生活飲用水中已有765種，在這765種有機污染物中，有117種具有致癌、致畸、致突變作用。同時，揮發性有機物作為水污染中有機物的一種，我國在自然水源及生活飲用水中都有檢出，其已成為水污染中重要污染物之一，已嚴重影響人們的健康。在我國的《綜合污水排放標準》（GB8978-1996）、《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）和《生活飲用水衛生標準》（GB5479-2006）等標準中，有機物的檢測項目也不斷增加，同時我國也制定了其他相關標準提高了有機物的檢測限和準確度[2]。

1 揮發性有機物的來源及危害

揮發性有機物的來源主要有自然來源和人為來源。自然來源主要是指自然界中動物、植物和微生物在生命活動中產生的揮發性有機物，也是全球揮發性有機物的主要來源，但其對人類生活環境危害較小。而人類在生產活動中產生的揮發性有機物主要是活性較強的烯烴類、炔烴類以及低級芳香烴類化合物，這些物質雖然產生量不及自然來源，但其對生態環境的影響和危害遠遠超過天然植物釋放的萜類化合物[3]。人類在無保護措施下長期與該類物質接觸，對人體健康將會產生一定的毒害作用。揮發性有機物種類多，結構豐富，不同的揮發性有機物對人類的影響不同，其中惰性揮發性有機物對人體沒有健康危害，對于化學性質活潑的揮發性有機物，其毒害作用會呈現多樣化。典型的表現有過敏反應、呼吸系統損壞、感官的刺激，更嚴重的有致癌作用。

2 水中揮發性有機物的測定方法

2.1 氣相色譜

氣相色譜技術是樣品分析中應用最為廣泛的技術，不僅具有分離效率高、速度快、選擇性好、靈敏度高等特點，還能夠與設備聯用，是痕量檢測中非常重要的工具。氣相色譜的諸多優點，均與其檢測器性能有關。火焰離子化檢測器的電離源是氫火焰，可使有機物發生電離，產生的微電流能夠影響檢測器，該檢測器幾乎可以響應所有有機物，尤其是對烴類具有極高的靈敏度，但對CO2、CS2等檢測靈敏度低[4]。有研究者利用火焰離子化檢測器分析海產品中的二甲胺，其相對標準偏差為2.8%，最低檢出限為0.38 μg/mL，該方法穩定性好，靈敏度高而且易于操作。

火焰光度檢測器是一種對含磷、硫化合物具有高選擇性和高靈敏度的檢測器，對有機磷、有機硫的響應值與碳氫化合物的響應值之比可達10000，非常有利于磷、硫的痕量分析，也是檢測有機磷農藥和含硫有機污染物的重要工具。電子捕獲檢測器是一種選擇性強和靈敏度高的離子化檢測器，其與火焰光度檢測器不同的是，它只對具有電負性的物質檢測靈敏度高，如含有鹵素、氮、硫等物質，其電負性越強，檢測的靈敏度越高，而像烷烴類無電負性的物質，則不顯示信號，該檢測設備檢出限較寬，加標回收率較好，相對標準偏差小，分離效果好。

此外，還有氮磷檢測器、熱導檢測器等，其在實踐應用中均具有良好的揮發性有機物檢測性能，豐富了有機物的檢測種類及檢測范圍。隨著色譜技術的不斷發展和檢測要求的提高，新型氣相色譜檢測儀器不斷出現，如快速氣相色譜以及微型氣相色譜儀，不僅提高了檢測的周期、準確度，而且對特殊揮發性有機物具有針對性，使其在水中揮發性有機物的檢測中發揮更重要的作用。

2.2 液液萃取法

液液萃取法是利用萃取劑和水中的監測組織形成分配上的比例差異，進而使組分進入萃取劑中，其采用的萃取劑為疏水性溶劑。萃取液對于液液萃取法的影響較大，因此在選擇溶劑時，一定要優先選擇組分極性接近的溶劑，這樣才能保證萃取率，進而保證監測結果的準確性。在常規情況下，根據相似相容原理，苯、乙酸乙酯和正己烷是常用的溶劑。對于極性大的揮發性有機物，適合利用乙酸乙酯來進行萃取。在選擇苯作為試劑時，需要小心使用，因為苯具有極強的致癌性，在操作時容易引起工作人員受傷。在采用液液萃取法時，人們可以結合具體萃取物質的實際情況，靈活操作，如測定萃取物質的酸堿性、pH值等。對于易溶于水的特性物質，可以利用鹽析法來降低水的活度，進而降低有機物在水中的溶解度，提高萃取效率。液液萃取的方式多樣，一般需要萃取的樣品復雜，而且會消耗大量的有機溶劑，相比其他萃取方式效率較低，這些都是液液萃取技術需要不斷改進的方面。隨著科技的不斷進步，液液萃取技術也會不斷進步，從而不斷提高處理效率，在水環境揮發性有機物檢測中發揮更重要的作用。

2.3 吹掃捕集法

吹掃捕集法是將氮氣、氬氣等惰性氣體加入水中，然后利用捕集劑的作用分離水中的揮發性有機物。吹掃捕集法的具體操作過程是在高純度的稀有氣體中以揮發性有機物通過分離，使用吹脫管將有機物吸入到捕集管上，直到揮發性有機物從樣品中全部提取。提取完畢后，需要立即停止提取操作，隨后立即對捕集管進行加熱，最終完成揮發性有機物的收集工作，收集的揮發性有機物可以利用監測系統進行監測。吹掃捕集法在操作過程中只需很小的樣品，而且對環境影響很小，不會發生二次污染，同時其間不受外界環境因素的影響，可以實現在線監測。吹掃捕集法的優勢改變了傳統的監測方法，已在水環境發揮性有機物的監測中廣泛應用。

2.4 頂空法

頂空法是將待檢樣品置于密閉的空間內進行檢測，為了保證氣液平衡，需要確?？臻g內溫度保持在要求的狀態，然后利用注射器抽取液體上部空間的組分，并注入系統中進行測定。相比其他揮發性有機物的檢測技術，頂空法比較簡單，樣品前處理要求低。主要檢測的樣品為氣體，而且氣體樣品在檢測過程中對色譜柱腐蝕程度小。另外，氣相中易揮發的組分成本含量相對較高，在一定程度上減少有機溶劑對其機體的阻礙干擾；易揮發組分在氣相中的成分含量高，有助于提高其靈敏度，這樣就有利于組分監測和樣品的進一步分析，實現高效、快速、準確的檢測。

3 揮發性有機物的污染控制方法

3.1 焚燒法

焚燒法是工業廢氣和工藝尾氣中應用較為廣泛的技術，能夠高效、徹底地處理高濃度的揮發性有機物，在石化、木材干餾及制藥工業中應用較多，而且效果顯著[5]。目前采用的主要設備有直接焚燒爐、蓄熱式焚燒爐、對流換熱式焚燒爐等，根據處理尾氣的成分、燃點及其他物理條件來確定焚燒爐的類型和焚燒參數，在處理工程中需要注意的是余熱利用、氣體腐蝕性及是否會造成二次污染。隨著對焚燒技術的不斷研究，焚燒爐及焚燒參數也不斷提升，為了能夠實現更徹底、更有效的焚燒處理，將催化技術引入焚燒爐，開發出催化焚燒爐，其應用的催化劑有貴金屬催化劑、過渡元素催化劑以及金屬催化劑，降低了焚燒溫度、減少了能源消耗，同時也降低了揮發性有機物的二次污染概率。

3.2 吸附法

吸附法是處理低濃度揮發性有機物的重要技術之一，吸附劑的種類及揮發性有機物的組分、濃度等因素決定了吸附效果。目前主要應用的吸附劑有顆?；钚蕴俊⒒钚蕴坷w維、沸石、分子篩、活性氧化鋁、硅膠等。針對特殊類型的揮發性有機物，需要針對其特殊性質以試驗的形式確定吸附劑和最佳吸附條件。當吸附劑飽和后，需要對吸附劑進行脫附，然后以冷凝或蒸餾的方法進行回收利用，但該過程需要消耗一定能量。

3.3 膜分離法

膜分離技術是一種新型高效的分離方法，操作簡單、能耗低，而且沒有二次污染。因此，眾多行業都采用膜分離技術來進行分離、回收試劑等，在海水淡化、食品工業及生物化工方面進行液相分離。人們可利用膜分離技術對揮發性有機物進行回收，其主要用于石油化工中乙烷蒸汽、二氯甲苯、氯乙烯等，此外，還可以采用膜分離技術回收脂肪和芳香族的化合物。膜分離技術是利用各組分在壓力的推動下透過膜的傳質速率不同而實現物質分離。常規要求揮發性有機物的體積分數在0.1%以上，而且適合與其他技術共同聯用，其優點是能夠適應各種不同揮發性有機物，回收率高，但其存在的缺點是設備要求高，膜材料昂貴，處理成本高。

4 結語

在當前經濟不斷發展的時代，科學技術的快速發展帶動了各行各業的科技化，同時也帶來了一定的環境污染，尤其是水環境污染需要更多、更有效的治理技術。水環境中揮發性有機物污染物問題已對人類健康產生了很大的潛在危險，需要加以具體的實施處理，不斷提高水環境中揮發性有機物的監測水平，不斷創新治理技術，提供真正的低成本、安全穩定的解決方案，努力維護水環境的安全。