VOCs 在线监测系统的研究与应用

陈 唯，寿鹏森

（绍兴市柯桥区环境保护监测站，浙江 绍兴 312000）

引言

挥发性有机物（volatile organic compounds，VOCs）是当前水污染治理的主要问题。通常所说的VOCs 泛指化工污水处理、石油加工、尾气排放及化工塑制品等不完全处理产生的烃类化合物，尤其是甲苯及其化合物，具有很强的致癌性和遗传毒性。根据WHO 世卫组织和我国饮用水标准规范，饮用水中甲苯质量浓度不得超过0.7 μg/L[1]。目前环境中VOCs 检测主要包括化学法、色谱法、薄膜光波导法等，但均需要现场采集、贮存、运输至实验室进行检测，无法满足现场监测的快速需求。因此有必要研究引进一种VOC 在线监测设备，满足现场实时快速检测要求。

1 研究概况

某水质监测站于2006 年2 月开始进行水质检测，目前已配备了温度、氧溶解度、总磷、VOCs 和重金属监测装置。目前该水质检测站的VOC 测量还依赖实验室测定，不但采集贮存程序复杂，还极易造成样品VOCs 浓度下降，增大了人为操作误差[2]。2015 年2 月，该站从英国Modern water 公司引进了一套基于Multisensor 1200-SYS 仪器的新型在线VOCs 监测系统。为精确测定监测系统不同工况条件下的运行参数，进一步验证系统的检出限、测定限和校准曲线，拟采用甲苯标准试剂、二甲基亚砜溶液进行在线实时检测，为下一步技术推广提供数据和案例支撑。

2 检测方案

2.1 检测原理

Multisensor 1200-SYS 在线VOC 检测仪主要包括采样系统、测量系统、阀门系统和配套管理连接系统组成，其结构如图1。

图1 在线监测系统结构图

如图1，采样系统主要包括采样箱和采样管道，主要用于临时贮存试验水体，测量系统内置于钢制容器，在容器内部的PVC 板上安装2 个探测器；阀门系统主要用于对采样装置进行关断动作。现场测量时，检测仪器主要对箱顶空气样本进行测量，通过探头的高分子镀层对不同分子直径、相对分子质量的化合物进行反应，再根据不同大小的电阻变化进行测定。

2.2 检测方法

1）纯水测量。为保证检测效果，测量前首先利用纯水测定试剂空白值，当每升纯水VOC 值低于5 μg时，纯水样本达标[3]。不达标则用电热水壶进行煮沸，直至VOC 值满足标准为止。

2）甲苯溶液测量。甲苯溶液测量前，首先用纯水样本对测量装置清洗。随后在正常室温（20 ℃左右）条件下，将0 μg～1 000 μg 不同浓度梯度的甲苯溶液加入二甲基亚砜溶液，再分别加入10 组1L 纯水中，形成10 组不同浓度的试验溶液。随后将试验溶液进行通入采样箱中，静置20 min 后，通过采样管道吸取试验溶液样本，对采样箱上方空气中甲苯浓度进行实时测量。

3 实验结果

3.1 检出限

检出限主要用于测定检测仪器的灵敏度区间。其计算公式为式（1）。

式中：D 为最低检出浓度；ε 为测定次数空白标准差。

结合目前试验条件，相同条件下采用色谱质谱法测得甲苯的检出限为0.044 μg/L，采用本系统后，通过对样品溶液20 次重复测定，得系统的检出限为2.2 μg/L，检出限明显高于色谱法质谱法。

3.2 测定限

测定限主要用于测定待测气体或溶液的最大浓度。系统测定时采用的是0 μg～1 000 μg 不同浓度梯度的甲苯溶液，测得其测定值曲线如图2 所示。

图2 甲苯试液测定值曲线

如图2，甲苯质量浓度在0 μg/L～200 μg/L 时，仪器测试质量浓度呈线性变化，当质量浓度大于200 μg/L 时，测试浓度呈抛物线变化，由此可知系统的检测上限为200 μg/L。

3.3 校准曲线

校准曲线一般指系统在标准试验条件下形成的工作曲线。系统测试时选用0 μg/L～200 μg/L的甲苯试液进行测试，测得其工作曲线如图3 所示。

图3 甲苯试液校准曲线

如图3，结合不同浓度的测试结果进行线性拟合，可知甲苯实验的校准曲线方程为：y=0.85x+24.03，回归系数r2=0.96。

4 现场试验

系统试验完成后，自2015 年5 月起对系统进行了为期2 个月的现场试验，并对现场VOCs 浓度进行了在线测量，测量结果如图4。

图4 检测系统在线VOCs 浓度测量曲线

由图4 可知，系统在线检测灵敏度和检测速率均有较大提升，测得的VOCs 质量浓度范围在0.023μg/L～1.847 μg/L，远低于我国饮用水标准上限0.7 mg/L，可见该水文站水体中VOCs 质量浓度符合饮用水标准，水中有机污染物浓度不高，水质保护效果良好。其中，2015 年5 月9 日前后曲线变化程度较大，初步推断为强降雨导致的高锰酸盐类污染物渗透引发。

5 结语

综上可知，采用甲苯试液和二甲基亚砜溶液测试Multisensor 1200-SYS 在线VOC 检测系统，系统检出限为2.2 μg/L，检测上限为200 μg/L。通过现场试验可知，系统在线检测灵敏度和检测速率均有较大提升，测得的VOCs 质量浓度范围在0.023 μg/L～1.847 μg/L，远低于国家饮用水标准。除水质在线检测外，该系统还可用于饮用水源安全动态检测和实时预警，提升饮用水源安全性。