廢氣中有機(jī)碳與總烴的關(guān)系研究

侯秀華，魏 昕，李 宇，張建華

(中國石油化工股份有限公司 北京化工研究院環(huán)保所，北京 100013)

1 引言

國家標(biāo)準(zhǔn)《固定污染源廢氣 總烴、甲烷和非甲烷總烴的測定 氣相色譜法》中總烴的定義為規(guī)定測定條件下，在氣相色譜儀的氫火焰離子化檢測器上有響應(yīng)的氣態(tài)有機(jī)化合物的總和(除非另有說明，結(jié)果以碳計)。通過定義可知總烴代表的是固定源廢氣中可測定出的烷烴、烯烴等有機(jī)蒸氣的量的總和。根據(jù)總烴的測定原理[1～4]相同濃度的不同有機(jī)物用測定總烴的檢測方法測定時，其在氫火焰離子化檢測器上的響應(yīng)值是不同的，則測出的總烴濃度也是不同的, 僅從總烴的數(shù)據(jù)無法得出廢氣中真實有機(jī)碳的濃度,因此在實際工作中總烴的高低不能作為判斷廢氣真實污染程度的唯一標(biāo)準(zhǔn)。

對于總烴與總揮發(fā)性有機(jī)物的關(guān)系以往的文獻(xiàn)有過相關(guān)報道[5,6]， 但是對于廢氣中實際有機(jī)碳與總烴的關(guān)系未見有相關(guān)研究,本文研究了主要成分為異丁烷、氯乙烷和正己烷的某股廢氣中實際有機(jī)碳濃度與總烴濃度的相互關(guān)系，讓廣大環(huán)保工作者認(rèn)識到廢氣的監(jiān)測因子總烴濃度與有機(jī)碳濃度根據(jù)氣體中所含物質(zhì)種類不同其相互關(guān)系是不同的，為治理技術(shù)的研究和治理效果的判斷提供詳實的科學(xué)依據(jù)。

2 實驗部分

2.1 儀器與試劑

2.1.1 試劑

甲烷和丙烷混合標(biāo)準(zhǔn)氣體：633 mg/m3(以碳計)，以氮?dú)鉃榈讱?；異丁烷?biāo)準(zhǔn)氣體：826 mg/m3(以碳計)，以氮?dú)鉃榈讱?；氯乙烷?biāo)準(zhǔn)氣體：352 mg/m3(以碳計)，以氮?dú)鉃榈讱?；正己烷?biāo)準(zhǔn)氣體：350 mg/m3(以碳計)，以氮?dú)鉃榈讱?；直接購買市售有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。

氫氣：純度≥99.99%；氮?dú)?載氣)：純度≥99.99%；空氣：用凈化管凈化；高純氮?dú)?稀釋氣)：純度≥99.999%。

2.1.2 儀器和設(shè)備

氣相色譜儀：具氫火焰離子化檢測器；進(jìn)樣器：帶1 mL定量管的六通閥；色譜柱：材質(zhì)為不銹鋼，長2 m，內(nèi)徑5 mm，內(nèi)填充硅烷化玻璃微珠(60～80目)；一般實驗室常用儀器和設(shè)備。

2.2 儀器操作條件

進(jìn)樣口溫度：110 ℃；柱溫：80 ℃；檢測器溫度：170 ℃；柱流量：10 mL/min；氫氣流量：40 mL/min；空氣流量：300 mL/min；尾吹氣流量：10 mL/min。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)樣品及混合樣品的配制

2.3.1 總烴標(biāo)準(zhǔn)樣品配制

將甲烷和丙烷混合標(biāo)準(zhǔn)氣體用高純氮?dú)庀♂屌渲茲舛确謩e為(以碳計)6.33 mg/m3、12.7 mg/m3、31.7 mg/m3、63.3 mg/m3、126.7 mg/m3、633.4 mg/m3的系列標(biāo)準(zhǔn)樣品。

2.3.2 混合樣品的配制

將異丁烷、氯乙烷和正己烷三種標(biāo)準(zhǔn)氣體混合配置7個混合樣品，其中異丁烷含量分別為(以碳計)8.26 mg/m3、16.5 mg/m3、41.3 mg/m3、82.6 mg/m3、165 mg/m3、413 mg/m3、826 mg/m3， 氯乙烷含量分別為(以碳計)3.53 mg/m3、7.06 mg/m3、17.6 mg/m3、35.3 mg/m3、70.6 mg/m3、176 mg/m3、352 mg/m3，正己烷含量分別為(以碳計)8.20 mg/m3、16.4 mg/m3、41.0 mg/m3、82.0 mg/m3、164 mg/m3、410 mg/m3、820 mg/m3。

2.4 實驗步驟

2.4.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制步驟

由低濃度到高濃度依次測定總烴標(biāo)準(zhǔn)樣品，以總烴的濃度(以碳計)mg/m3為橫坐標(biāo)，以峰面積為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

2.4.2 配制的混合樣品的測定

將異丁烷、氯乙烷和正己烷三種氣體混合配置7個混合樣品采用總烴標(biāo)準(zhǔn)樣品測定的方法測定7個混合樣品的總烴濃度。

3 結(jié)果與討論

3.1 方法的線性范圍

利用已配制好的含碳量在6.33～633 mg/m3范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)氣體考察分析方法的線性范圍，實驗結(jié)果表明含碳量在6.33～633 mg/m3的范圍內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)氣體的含碳量和氣相色譜的峰面積呈線性關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)為0.9996。

3.2 方法的回收率

在方法的線性范圍內(nèi)分別配置低濃度和高濃度2個樣品考察了分析方法的回收率，結(jié)果見表1。

表1 方法的回收率

3.3 方法的精密度

精密度可以檢驗分析方法重復(fù)測定同一試樣時各測定值之間彼此離散的程度，取同一試樣進(jìn)行6次平行測定，精密度測定結(jié)果見表2。由表2可知，RSD小于2.0%，表明測定方法的重復(fù)性良好。

表2 精密度實驗數(shù)據(jù)

3.4 含異丁烷、氯乙烷和正己烷的廢氣實際有機(jī)碳濃度與總烴濃度的相互關(guān)系研究

根據(jù)某石化企業(yè)排放的廢氣中主要含有的有機(jī)氣體種類及其濃度組成，配制了一系列7個廢氣樣品，此股廢氣中主要含有異丁烷、氯乙烷和正己烷，采用和標(biāo)準(zhǔn)樣品同樣的測試條件測定配制的廢氣樣品，將測定的總烴濃度和樣品中實際有機(jī)碳濃度進(jìn)行對比研究，其結(jié)果見表3。

由表3可知，此股廢氣中無論含有的有異丁烷、氯乙烷和正己烷濃度高低，其有機(jī)碳的實際濃度都比總烴濃度高。

針對廢氣樣品中實際有機(jī)碳濃度和總烴的濃度做進(jìn)一步的關(guān)系研究發(fā)現(xiàn)，異丁烷、氯乙烷和正己烷在廢

氣中的組成比例固定的情況下其兩者之間的關(guān)系是呈線性相關(guān)的，其關(guān)系方程見式1。

y=1.3959x+19.415

(1)

式(1)中，y為廢氣中異丁烷、氯乙烷和正己烷三者含碳量之和，mg/m3；x為廢氣總烴的濃度(以碳計)，mg/m3。

表3 樣品中總烴的濃度和實際有機(jī)碳濃度

4 結(jié)論

(1)根據(jù)實驗結(jié)果可得出，總烴是在規(guī)定的測定條件下檢測出的廢氣中有機(jī)碳濃度，并不一定和廢氣中實際的有機(jī)碳濃度一致，其相關(guān)性和廢氣中有機(jī)氣體的種類有關(guān)。

(2)含有異丁烷、氯乙烷和正己烷的廢氣其實際有機(jī)碳濃度高于總烴的濃度，并具有很好的相關(guān)性，根據(jù)總烴的濃度可計算出具體含有有機(jī)碳的濃度，在選擇處理技術(shù)，特別是如果選取活性炭吸附技術(shù)處理此類廢氣時，一定要考慮實際有機(jī)碳含量，防止活性炭過載，處理效率下降。