水体中VOC在线监测系统及应用概述

王洪翠，周绪申，王　钊，张春会，罗　阳

（1.海河流域水环境监测中心，天津　300170；2.海河水利委员会综合管理中心，天津　300170；3.海河流域水资源保护局，天津　300170）



水体中VOC在线监测系统及应用概述

王洪翠1，周绪申1，王钊1，张春会2，罗阳3

（1.海河流域水环境监测中心，天津300170；2.海河水利委员会综合管理中心，天津300170；3.海河流域水资源保护局，天津300170）

摘 要：对VOC的含义、主要成分、危害以及Multisensor1200在线VOC监测系统的组成、工作原理、设备参数、设备特点、与同类产品的比较进行了介绍，并对古北口自动监测站在线监测系统的应用及预警状况作了说明。

关键词：VOCs；在线监测；水质；污染预警

1VOC简介

1.1VOC定义

VOC是挥发性有机化合物（Volatile organic compounds）的简称，目前国际上对VOC的定义尚未统一，各国家和组织根据控制的出发点不同而有不同的定义。美国材料实验学会ASTM D3960-05（2013）标准将VOC定义为任何能参加大气光化学反应的有机化合物［1］。美国联邦环保署（EPA）将VOC定义为除CO、CO2、H2CO3、金属碳化物、金属碳酸盐和碳酸铵外，任何参加大气光化学反应的碳化合物［2］。世界卫生组织（WHO，1989）对总挥发性有机化合物（TVOC）的定义为：熔点低于室温而沸点在50～260℃之间的有机化合物的总称［3］。尽管定义尚未统一，但VOC是公认的有害污染物，常见的有苯、甲苯、苯乙烯、甘烷、丙二醇、乙醚、丙酮、亚硝酸异丁酯、三氯乙烯等。

1.2VOC危害

VOC是环境中最常见的空气和水中污染物之一，其毒性可概括为非特异毒性和特异毒性。其中，非特异毒性主要表现为头痛、注意力不集中、厌倦、疲乏等，特异毒性可导致过敏和癌症。

根据美国能源部、EPA总署和加州大学进行的环境污染生命风险评价，VOC污染引起生命风险与二手烟相等，比自来水常规污染生命风险大100倍［4］。

2　Multisensor1200在线VOC监测系统

英国Modern Water公司生产的Multisensor1200在线VOC监测系统，主要应用于对水体中VOC的在线监测，适用于对洁净水和废水的监测。

2.1系统组成

该系统由测量系统、不锈钢的采样箱及配套的采样管道和阀门系统组成，测量系统置于1个坚固的钢外壳内，可由90～240 V AC或24 V DC供电。整个探测器安装固定在2个12 mm厚的PVC板上。

2.2工作原理

Multisensor1200在线VOC监测仪是基于采样箱顶部空间的气体平衡原理（亨利气体定律）（Henry's Gas Law），即在等温等压下某种挥发性溶质（一般为气体）在溶液中的溶解度与液面上该溶质的平衡压力成正比。

采样箱采集水样达到平衡后，“电子鼻”采集顶部空间的气体样本。“电子鼻”是一组特制的4个探头，每个探头有1层特定的非传导性的高分子镀层，可根据分子量、极性和分子直径有选择地与化合物反应，根据环境中本底值对VOC的测量值进行校正并给出最终结果。

2.3设备参数

适用标准：UL 61010-1/EN 61010-1：2 010；EN 61326-1：2 006

外观尺寸：1 460 mm×500 mm×280 mm

测量范围：1～1 000 ppb

输出结果：ppb VOCs

精确度：测量200 ppb VOCs：±10%

重复性：测量200 ppb VOCs：±2%

分析用时：240 s，最短周期用时20 min

操作温度：室温0～40℃，水温0～30℃

校准周期：6个月，使用Modern Water提供的校准工具包

耗材：每6个月更换活性炭空气过滤器/灰尘过滤器，每24个月更换气泵

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

数据存储：SD存储卡

采样系统：进样1/2”BSP、0.5～1.0 L/min，出样1/ 2”BSP、0.5～1.0L/min，废水15mm

2.4设备特点

Multisensor1200在线VOC监测系统具有维护简便、测量范围广、测量精度高、测试时间短等特点，具有报警功能，有广泛的使用前景。该系统运用无接触、无试剂的测量技术，测量取样箱顶部空间气体和其他挥发性物质，具有检测限低且维护简便的优越性；测量范围广，可以使设备应用到不同环境的不同水体中；测量精度高，可以保证获得的水质数据的准确性；测试时间短，该技术监测样本中的VOC无需高温，使得样品中很低浓度的VOC都能够被快速监测出来；具有报警功能，可输出相对于平均背景值的百分比变化，背景值基准由历史记录确定，报警信号根据已确定的背景值基准产生，因此可以忽略单次背景值的偏离，从而减少误报率，可有效应对突发水污染事件，减少VOC污染带来的经济损失。

2.5国内外同类产品比较

（1）德国Testa GmbH在线监测系统。该系统采用离子火焰法检测原理，利用工作温度高达300℃的检测室测量水中VOC。该设备的不足之处在于仪器检测工作温度高，不易于维护，折旧率高，寿命短，能耗大。同时，监测过程时间比较长，不适合于紧急状况下的水质监测系统，时效性较差；测量范围窄，对于设备的使用场合局限性比较大；只检测部分单一的VOC不能反映VOCs的总体情况，不适用于VOC污染源含量（VOCs种类比较多）比较复杂的场合。

（2）国内同类产品概况。目前，国内尚无水体中VOC在线监测仪器，仅生产空气中VOC监测仪，技术和质量与国外相比还有些差距，市场有待开发。

3　在线监测系统的应用

近年来，突发性水污染事件频发，已对生态环境、民众身体健康和经济社会可持续发展构成严重威胁。VOC具有高毒性和高致癌性，进入水体后极易对人民群众生命安全和身体健康造成极大危害，一旦水体被污染，将会对整个区域生产生活产生巨大的影响，并且对VOC污染水体的治理将耗费大量的人力、物力和财力。

古北口站既是河北省入北京市的省界断面，又是潮河入密云水库重要的入库控制断面，该站水质状况直接影响密云水库供水状况。在该站建立VOC监测系统可以提高VOC的监测和预警能力，一旦发生VOC突发水污染事件可及时发现并控制有害污染物对密云水库的危害，从而保障密云水库的供水安全和保护人民群众的生命财产安全。在线监测系统运行1年多，未出现VOC的高值，从而说明入库断面未发生VOC污染状况。

参考文献

［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，敖飞龙，等.乳胶漆中VOC测定方法的探索［J］.涂料工业，2008，38（2）：61-65.

［3］李建.涂料和胶粘剂中有毒物质及检测技术［M］.北京：中国计划出版社，2002.

［4］郑秀亮.VOC的危与机—VOC，不可忽视的环境污染因子［J］.环境，2012（5）：6-9.

中图分类号：X832

文献标识码：A

文章编号：1004-7328（2016）01-0034-02

DOI：10.3969/j.issn.1004-7328.2016.01.012

收稿日期：2015—11—20

基金项目：水利部“948”项目（201412）；国家国际科技合作专项资助（2013DFA71340）；国家水体污染控制与治理科技重大专项（2012ZX07203-002）；水利部科技推广项目（TG1408）。

作者简介：王洪翠（1981—），女，硕士，高级工程师，主要从事水质分析工作。