水中挥发性有机物监测方法与污染控制

朱冬梅

（临邑县环境保护局，山东 临邑 251500）

挥发性有机化合物（Volatile Organic Compounds）简称VOCs，不同的国家或组织对其定义不尽相同。目前公认的是世界卫生组织的定义，指室温下饱和蒸气压超过了133.32 Pa，沸点在50～260℃，在常压下以蒸气形式存在于空气中的一类有机化合物[1]。德国DIN55649-2000标准及国际标准《色漆和清漆 涂料用属于和定义 第1部分：通用术语》（ISO4618/1-1998）中挥发性有机物的定义是在常温常压下任何能自发挥发的有机液体或固体。美国联邦环保署将其定义为，挥发性有机物是除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物。

随着经济的发展，挥发性有机物在生活中的产生量越来越多，如汽车尾气、工业废气、室内使用的清洁剂、黏合剂、墙面涂料等。由于挥发性有机物的自身特点和自然界物质的迁移，挥发性有机物已经广泛存在于自然环境中，空气、水甚至在南极冰川中。水是人类最重要的自然资源，而挥发性有机物已严重影响了水资源，研究表明，世界各国已经在水体中检测出2221种有机污染物，在生活饮用水中已有765种，在这765种有机污染物中，有117种具有致癌、致畸、致突变作用。同时，挥发性有机物作为水污染中有机物的一种，我国在自然水源及生活饮用水中都有检出，其已成为水污染中重要污染物之一，已严重影响人们的健康。在我国的《综合污水排放标准》（GB8978-1996）、《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）和《生活饮用水卫生标准》（GB5479-2006）等标准中，有机物的检测项目也不断增加，同时我国也制定了其他相关标准提高了有机物的检测限和准确度[2]。

1 挥发性有机物的来源及危害

挥发性有机物的来源主要有自然来源和人为来源。自然来源主要是指自然界中动物、植物和微生物在生命活动中产生的挥发性有机物，也是全球挥发性有机物的主要来源，但其对人类生活环境危害较小。而人类在生产活动中产生的挥发性有机物主要是活性较强的烯烃类、炔烃类以及低级芳香烃类化合物，这些物质虽然产生量不及自然来源，但其对生态环境的影响和危害远远超过天然植物释放的萜类化合物[3]。人类在无保护措施下长期与该类物质接触，对人体健康将会产生一定的毒害作用。挥发性有机物种类多，结构丰富，不同的挥发性有机物对人类的影响不同，其中惰性挥发性有机物对人体没有健康危害，对于化学性质活泼的挥发性有机物，其毒害作用会呈现多样化。典型的表现有过敏反应、呼吸系统损坏、感官的刺激，更严重的有致癌作用。

2 水中挥发性有机物的测定方法

2.1 气相色谱

气相色谱技术是样品分析中应用最为广泛的技术，不仅具有分离效率高、速度快、选择性好、灵敏度高等特点，还能够与设备联用，是痕量检测中非常重要的工具。气相色谱的诸多优点，均与其检测器性能有关。火焰离子化检测器的电离源是氢火焰，可使有机物发生电离，产生的微电流能够影响检测器，该检测器几乎可以响应所有有机物，尤其是对烃类具有极高的灵敏度，但对CO2、CS2等检测灵敏度低[4]。有研究者利用火焰离子化检测器分析海产品中的二甲胺，其相对标准偏差为2.8%，最低检出限为0.38 μg/mL，该方法稳定性好，灵敏度高而且易于操作。

火焰光度检测器是一种对含磷、硫化合物具有高选择性和高灵敏度的检测器，对有机磷、有机硫的响应值与碳氢化合物的响应值之比可达10000，非常有利于磷、硫的痕量分析，也是检测有机磷农药和含硫有机污染物的重要工具。电子捕获检测器是一种选择性强和灵敏度高的离子化检测器，其与火焰光度检测器不同的是，它只对具有电负性的物质检测灵敏度高，如含有卤素、氮、硫等物质，其电负性越强，检测的灵敏度越高，而像烷烃类无电负性的物质，则不显示信号，该检测设备检出限较宽，加标回收率较好，相对标准偏差小，分离效果好。

此外，还有氮磷检测器、热导检测器等，其在实践应用中均具有良好的挥发性有机物检测性能，丰富了有机物的检测种类及检测范围。随着色谱技术的不断发展和检测要求的提高，新型气相色谱检测仪器不断出现，如快速气相色谱以及微型气相色谱仪，不仅提高了检测的周期、准确度，而且对特殊挥发性有机物具有针对性，使其在水中挥发性有机物的检测中发挥更重要的作用。

2.2 液液萃取法

液液萃取法是利用萃取剂和水中的监测组织形成分配上的比例差异，进而使组分进入萃取剂中，其采用的萃取剂为疏水性溶剂。萃取液对于液液萃取法的影响较大，因此在选择溶剂时，一定要优先选择组分极性接近的溶剂，这样才能保证萃取率，进而保证监测结果的准确性。在常规情况下，根据相似相容原理，苯、乙酸乙酯和正己烷是常用的溶剂。对于极性大的挥发性有机物，适合利用乙酸乙酯来进行萃取。在选择苯作为试剂时，需要小心使用，因为苯具有极强的致癌性，在操作时容易引起工作人员受伤。在采用液液萃取法时，人们可以结合具体萃取物质的实际情况，灵活操作，如测定萃取物质的酸碱性、pH值等。对于易溶于水的特性物质，可以利用盐析法来降低水的活度，进而降低有机物在水中的溶解度，提高萃取效率。液液萃取的方式多样，一般需要萃取的样品复杂，而且会消耗大量的有机溶剂，相比其他萃取方式效率较低，这些都是液液萃取技术需要不断改进的方面。随着科技的不断进步，液液萃取技术也会不断进步，从而不断提高处理效率，在水环境挥发性有机物检测中发挥更重要的作用。

2.3 吹扫捕集法

吹扫捕集法是将氮气、氩气等惰性气体加入水中，然后利用捕集剂的作用分离水中的挥发性有机物。吹扫捕集法的具体操作过程是在高纯度的稀有气体中以挥发性有机物通过分离，使用吹脱管将有机物吸入到捕集管上，直到挥发性有机物从样品中全部提取。提取完毕后，需要立即停止提取操作，随后立即对捕集管进行加热，最终完成挥发性有机物的收集工作，收集的挥发性有机物可以利用监测系统进行监测。吹扫捕集法在操作过程中只需很小的样品，而且对环境影响很小，不会发生二次污染，同时其间不受外界环境因素的影响，可以实现在线监测。吹扫捕集法的优势改变了传统的监测方法，已在水环境发挥性有机物的监测中广泛应用。

2.4 顶空法

顶空法是将待检样品置于密闭的空间内进行检测，为了保证气液平衡，需要确保空间内温度保持在要求的状态，然后利用注射器抽取液体上部空间的组分，并注入系统中进行测定。相比其他挥发性有机物的检测技术，顶空法比较简单，样品前处理要求低。主要检测的样品为气体，而且气体样品在检测过程中对色谱柱腐蚀程度小。另外，气相中易挥发的组分成本含量相对较高，在一定程度上减少有机溶剂对其机体的阻碍干扰；易挥发组分在气相中的成分含量高，有助于提高其灵敏度，这样就有利于组分监测和样品的进一步分析，实现高效、快速、准确的检测。

3 挥发性有机物的污染控制方法

3.1 焚烧法

焚烧法是工业废气和工艺尾气中应用较为广泛的技术，能够高效、彻底地处理高浓度的挥发性有机物，在石化、木材干馏及制药工业中应用较多，而且效果显著[5]。目前采用的主要设备有直接焚烧炉、蓄热式焚烧炉、对流换热式焚烧炉等，根据处理尾气的成分、燃点及其他物理条件来确定焚烧炉的类型和焚烧参数，在处理工程中需要注意的是余热利用、气体腐蚀性及是否会造成二次污染。随着对焚烧技术的不断研究，焚烧炉及焚烧参数也不断提升，为了能够实现更彻底、更有效的焚烧处理，将催化技术引入焚烧炉，开发出催化焚烧炉，其应用的催化剂有贵金属催化剂、过渡元素催化剂以及金属催化剂，降低了焚烧温度、减少了能源消耗，同时也降低了挥发性有机物的二次污染概率。

3.2 吸附法

吸附法是处理低浓度挥发性有机物的重要技术之一，吸附剂的种类及挥发性有机物的组分、浓度等因素决定了吸附效果。目前主要应用的吸附剂有颗粒活性炭、活性炭纤维、沸石、分子筛、活性氧化铝、硅胶等。针对特殊类型的挥发性有机物，需要针对其特殊性质以试验的形式确定吸附剂和最佳吸附条件。当吸附剂饱和后，需要对吸附剂进行脱附，然后以冷凝或蒸馏的方法进行回收利用，但该过程需要消耗一定能量。

3.3 膜分离法

膜分离技术是一种新型高效的分离方法，操作简单、能耗低，而且没有二次污染。因此，众多行业都采用膜分离技术来进行分离、回收试剂等，在海水淡化、食品工业及生物化工方面进行液相分离。人们可利用膜分离技术对挥发性有机物进行回收，其主要用于石油化工中乙烷蒸汽、二氯甲苯、氯乙烯等，此外，还可以采用膜分离技术回收脂肪和芳香族的化合物。膜分离技术是利用各组分在压力的推动下透过膜的传质速率不同而实现物质分离。常规要求挥发性有机物的体积分数在0.1%以上，而且适合与其他技术共同联用，其优点是能够适应各种不同挥发性有机物，回收率高，但其存在的缺点是设备要求高，膜材料昂贵，处理成本高。

4 结语

在当前经济不断发展的时代，科学技术的快速发展带动了各行各业的科技化，同时也带来了一定的环境污染，尤其是水环境污染需要更多、更有效的治理技术。水环境中挥发性有机物污染物问题已对人类健康产生了很大的潜在危险，需要加以具体的实施处理，不断提高水环境中挥发性有机物的监测水平，不断创新治理技术，提供真正的低成本、安全稳定的解决方案，努力维护水环境的安全。