地表水挥发酚在线监测仪器发展现状及趋势
2018-02-05郭蓉钟声
郭蓉 钟声
(江苏省环境监测中心 江苏南京 210036)
引言
依据是否能与水蒸气一起蒸出,可将酚类化合物分为挥发酚和不挥发酚两大类,通常挥发酚是指沸点在230℃以下的酚类。酚类为原生质毒,属高毒物质[1],而挥发酚具有致畸、致癌和致突变的生物毒性,易于诱发肿瘤或引起细胞死亡[2],来源广、毒性大,对人体和动植物都有较大危害。挥发酚是评价地表水环境质量的一个重要指标,然而传统的挥发酚手工监测方式耗时长、效率低[3],已无法满足环境监测与管理工作需求,随后地表水挥发酚在线监测仪器顺势而生。
目前我国已建水质自动站配置的酚类自动分析仪主要依赖进口,一般都存在价格高、维护和运行费用高等缺点。然而,现有的国产仪器设备性能较进口仪器在稳定性、可靠性等方面还有一定的差距。随着配套环境水质在线监测法律法规的相继出台,研究地表水挥发酚在线监测仪器发展现状及趋势,对进一步缩小国产仪器与进口仪器的差距,充分发挥后发优势,研制适合我国地表水环境的国产挥发酚在线监测仪器具有重要的现实意义。
1 主要产品发展现状
1.1 我国研发市场现状
水质自动监测站是以在线自动分析仪器为核心,运用现代传感技术、自动测量技术、自动控制技术、计算机应用技术以及相关的专用分析软件和通信网络组成的在线自动监测体系[4]。我国的环境水质在线监测仪器生产厂家以民营企业为主。随着国家对科研仪器国产化研发的大力支持和水质自动监测网络体系的建立,“十二五”以后我国环境水质在线监测系统的需求趋于旺盛,在线监测市场进入快速发展期。根据中国环境保护产业协会环境监测仪器委员会调查结果,2016年环境监测行业3家上市公司及龙头企业设备销售额共计达到23.3亿元,同比增长了20.7%,占全行业的总销售额比例为36.4%[5]。如北京雪迪龙科技股份有限公司、聚光科技(杭州)股份有限公司、河北先河环保股份有限公司、江苏德林环保技术有限公司、广州市怡文环境科技股份有限公司、宇星科技(深圳)有限公司、力合科技(湖南)股份有限公司等业内领先的企业不断发展壮大。
1.2 主要仪器产品
国内部分仪器厂商的酚类分析仪没有设置在线蒸馏装置,直接以总酚测定数值代替挥发酚,或者通过测量总酚后计算出挥发酚含量,会受到不同水体、原水浊度和色度、苯胺类干扰,与实际值存在较大的误差[6]。目前国内外可以直接测定挥发酚的酚类在线监测仪器主要有:德国布朗努比POWEMON挥发酚在线监测仪、亚那科Yanaco PNL-780D挥发酚分析仪、德林环保DL2036型挥发酚自动在线分析仪、力合科技LFPhe-DW2001挥发酚在线分析仪等。
1.3 测定原理与方法
酚类的分析方法较多,国际标准化组织颁布的方法为4-氨基安替比林光度法。在线挥发酚监测仪的分析方法一般采用在线蒸馏-4-氨基安替比林分光光度法,即水样通过采水管路采集后,与盐酸试剂在蠕动泵的作用下进入蒸馏器进行蒸馏反应,温度为140℃,收集通过冷凝装置的馏出液,再与4-氨基安替比林和铁氰化钾试剂混合,经完全显色反应后最终进入检测池,并在505nm处进行测定[3]。
1.4 仪器性能参数
本文选用德国布朗努比POWEMON挥发酚在线监测仪和德林环保DL2036型挥发酚自动在线分析仪作为主要研究对象。德国布朗努比POWEMON挥发酚在线监测仪主要由在线挥发酚监测仪、预处理单元、试剂冷藏单元组成,采用蒸馏后4-氨基安替比林分光光度法,量程为0~0.1/0.5/2/200 mg/L(其它量程可选),重复性1%,准确度±3%或0.001 mg/L,最低检出限0.001 mg/L,零点漂移1%,量程漂移1%,测量时间39分钟,分辨率0.001 mg/L。进口仪器在稳定性、准确度、精密度等技术性能方面具有显著优势,但维护和修理费高昂,且返厂维修耗时较长。德林环保DL2036型挥发酚自动在线分析仪,利用在线蒸馏-顺序注射分光光度法结合检测水体中挥发酚的浓度,采用蒸馏后4-氨基安替比林分光光度法,量程为0~0.1/2.5mg/L(可根据需要进行调整),精密度5%,零点漂移±5%,量程漂移±5%,检出限0.001 mg/L。可应用于地表水、自来水、市政污水、工业废水等水体,对水体中的挥发酚浓度实现实时、准确的分析。国产仪器较国外仪器在价格及后期维护方面具有显著优势。
2 发展趋势
2.1 提高运行稳定性
调研发现,目前我国水站大多采用进口的自动监测仪器,加之水质自动监测仪器代理商运行成本高,进一步提高了我国仪器设备运行、维护与维修费用。鉴于诸多水站自动监测仪器运行情况表明,长期运行后仪器在稳定性和准确性方面均会有所下降[4]。而国产仪器在性能方面虽然达到了相关技术标准要求,但是在测量精度、测量范围、能耗等性能指标上与国际先进水平仍有不小差距[7]。因而迫切需要价廉物美、稳定可靠的国产化地表水挥发酚在线监测仪器。加大核心部件的国产化研发力度,实现核心部件国产化,减少仪器对进口部件的依赖。尤其要做好做优在线蒸馏模块等重要功能模块,提高仪器运行的稳定性,这也是提升国产化在线仪器市场竞争力的重要技术保障。
2.2 优良水体精准评价
进一步降低仪器的检测下限,研发适应于我国地表水,尤其是优良水体监测和水质评价,是地表水挥发酚在线监测仪器的主要发展趋势。目前我国《地表水环境质量标准(GB3838-2002)》中挥发酚三类标准值仅为0.005mg/L,国内外地表水挥发酚在线监测仪器均能较好的发挥其在突发性水污染事件监控预警与应急监测的积极作用。然而,自动监测灵敏度低,无法满足敏感区域、重点区域以及优良水体准确测定,严重制约了在线监测技术的应用范围。需要进一步降低自动监测仪器的检测下限,并保障自动监测技术的准确性、一致性和可比性[8],将挥发酚在线监测仪器的应用范围由水质监控预警与应急监测拓展至日常水环境质量精准评价。
2.3 质控方式智能化
人工智能装备和云计算等高新技术领域的突破性发展,为质控方式的变革提供了技术支持。通过二维码、识别码等便捷模式,远程或现场连接便携式智能移动终端设备与在线监测仪器、集成系统,对指定污染物开展随机实时监测、质量管理与质量控制[9],尤其是在线质量控制功能模块的研发,对于实现质控数据的实施处理、传输与统计,提升现场质控数据的时效性和准确性,减少人为工作失误,提高数据的质量保证,可以大幅度提高环境监测人员和管理人员的工作效率[10]。自动在线监测仪器质控方式智能化,是地表水挥发酚在线监测仪器的未来发展趋势之一。
结语
适合我国国情的在线监测仪器是支撑我国环境监测与管理事业发展的重要基础,能够在各类复杂水质条件下的长期稳定运行的国产水质自动监测仪器是未来的主要发展趋势。(1)地表水挥发酚在线监测仪器需要加大核心部件的国产化研发力度,实现核心部件国产化,提高仪器运行的稳定性;(2)进一步降低自动监测仪器的检测下限,保障自动监测技术的准确性、一致性和可比性,由水质监控预警与应急监测拓展至日常水环境质量精准评价;(3)连接便携式智能移动终端设备与在线监测仪器、集成系统,对指定污染物开展随机实时监测、质量管理与质量控制,实现质控方式智能化。