工業(yè)廢水易揮發(fā)有機(jī)污染物種類(lèi)和含量的測(cè)定

　　摘要：建立了靜態(tài)頂空———氣質(zhì)聯(lián)用結(jié)合亨利定律測(cè)定某工廠待排放工業(yè)廢水中易揮發(fā)類(lèi)有機(jī)物的種類(lèi)和含量的檢測(cè)方法。通過(guò)靜態(tài)頂空進(jìn)樣方式，對(duì)工業(yè)廢水液面以上的混合氣體進(jìn)行氣質(zhì)聯(lián)用分析，確定廢水中有機(jī)物的種類(lèi)和含量。采用1.5×10-3mol/L環(huán)己烷為內(nèi)標(biāo)，利用混合氣體各組分峰面積，通過(guò)Henry定律，計(jì)算出廢水中有機(jī)物的含量，并轉(zhuǎn)換為化學(xué)需氧量(COD)，與國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明，該工廠待排放工業(yè)廢水的COD值為395.31mg/L，達(dá)到國(guó)家工業(yè)廢水三級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)(<500mg/L)。

　　關(guān)鍵詞：工業(yè)廢水;易揮發(fā)有機(jī)物;靜態(tài)頂空;GC-MS;Henry常數(shù)

　　工業(yè)廢水中的有機(jī)污染物嚴(yán)重威脅水生動(dòng)植物的生存，并會(huì)引發(fā)人體多種疾病[1]。有機(jī)污染物在水中進(jìn)行的生物氧化分解過(guò)程，需要消耗大量溶解氧，一旦水體中氧氣供應(yīng)不足，會(huì)使氧化作用停止，導(dǎo)致有機(jī)物的厭氧發(fā)酵，產(chǎn)生各種還原性氣體，這些氣體導(dǎo)致水中動(dòng)植物難以存活，而且會(huì)使水體逐漸變黑變渾，產(chǎn)生惡臭，對(duì)城市水體的生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重污染[2]。另外，水中有機(jī)污染物的含量與對(duì)人體健康的危害成正比，有機(jī)污染物含量越高，毒性越大，對(duì)人體健康的危害也越大[3]。

　　因此，工業(yè)廢水需經(jīng)過(guò)處理，使其中的有機(jī)污染物含量達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后才能排放[4]。目前，處理工業(yè)廢水有機(jī)污染物的常用方法包括Fenton及類(lèi)Fenton氧化法[5]、臭氧氧化法[6]、電化學(xué)(催化)氧化法[7]、光化學(xué)催化氧化法[8]、超臨界水氧化法等[9-10]。目前對(duì)工業(yè)廢水中有機(jī)污染物含量進(jìn)行檢測(cè)的方法為高效液相色譜法，但對(duì)于水體中易揮發(fā)類(lèi)有機(jī)污染物的定性定量分析，該方法仍存在一定困難。針對(duì)這一問(wèn)題，本文建立了靜態(tài)頂空-氣質(zhì)聯(lián)用[11]結(jié)合亨利定律的檢測(cè)方法，對(duì)工業(yè)廢水中易揮發(fā)有機(jī)污染物的種類(lèi)和含量進(jìn)行測(cè)定。

　　1實(shí)驗(yàn)部分

　　1.1儀器及試劑

　　GC-MSQP2010Plus氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀，日本島津公司;NIST譜庫(kù);RXI-5ms毛細(xì)管色譜柱(30m×0.25mm×0.25μm);自制頂空進(jìn)樣器(進(jìn)樣體積1mL)。待排放工業(yè)廢水樣品1L，某企業(yè)提供;環(huán)己烷(色譜純)，百靈威科技有限公司。

　　1.2試驗(yàn)方法

　　1.2.1標(biāo)準(zhǔn)樣品配制

　　稱取乙醇4.607g、二氯乙烯9.795g、三氯甲烷11.938g、環(huán)己烷8.416g、氯苯11.256g、去離子水9.000g，加入30mL西林瓶中，密封后渦輪混勻，配制標(biāo)準(zhǔn)樣品。

　　1.2.2樣品制備

　　移取0.1615mL環(huán)己烷標(biāo)準(zhǔn)品(精確至0.0001mL)，轉(zhuǎn)移至100mL容量瓶中，加入待排放工業(yè)廢水，定容至100mL，配制成環(huán)己烷內(nèi)標(biāo)濃度為1.5×10-3mol/L的待測(cè)樣品。

　　1.2.3頂空條件

　　進(jìn)樣體積1mL，樣品瓶加壓至101kPa，加壓時(shí)間0.2min，充氣時(shí)間0.2min。頂空平衡溫度30℃，頂空平衡時(shí)間35min。

　　1.2.4測(cè)試條件

　　色譜系統(tǒng)：流速0.8mL/min，分流比5.0，進(jìn)樣口200℃;柱溫箱40℃保留3min，5℃/min升到180℃，保留20min。質(zhì)譜系統(tǒng)：離子源溫度200℃，傳送帶溫度230℃，m/z范圍為：45～600;SIM檢測(cè)模式時(shí)，設(shè)定m/z為：45，61，83，56，63，112，146，182，流速變?yōu)?.5mL/min。

　　1.2.5計(jì)算方法

　　(1)已知環(huán)己烷的分壓(P0)，峰面積(S0)，各組分峰面積之比等于壓強(qiáng)之比[式(1)]。S0/Si=P0/Pi(1)式(1)中，Si為各組分峰面積(mV·min)，S0為內(nèi)標(biāo)環(huán)己烷的峰面積(mV·min)，Pi為各組分分壓(kPa)。(2)運(yùn)用Henry定律公式，計(jì)算工業(yè)廢水中有機(jī)物含量[式(2)]。Hi=Pi/Xi(2)式(2)中H為亨利常數(shù)，Pi為物質(zhì)在氣相中的分壓，Xi為氣體在溶液中物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)。(3)基于式(2)推導(dǎo)出的有機(jī)污染物在溶液中的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，利用化學(xué)反應(yīng)計(jì)量方程式，計(jì)算出各有機(jī)污染物的化學(xué)需氧量(COD)。

　　2結(jié)果與討論

　　2.1方法建立

　　已知環(huán)己烷的分壓(P0)=1.975×10-2kPa，峰面積(S0)=356250mV·min，根據(jù)式(1)中各組分峰面積之比等于壓強(qiáng)之比的關(guān)系，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)樣品中各組分分壓，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。利用式(2)，根據(jù)Henry常數(shù)，計(jì)算工業(yè)廢水中易揮發(fā)有機(jī)物含量。已知內(nèi)標(biāo)環(huán)己烷的亨利常數(shù)(H0)=1.965×104Pa·L·mol-1，根據(jù)各組分的亨利常數(shù)，計(jì)算得到標(biāo)準(zhǔn)樣品中各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)，計(jì)算結(jié)果可以看出，實(shí)驗(yàn)測(cè)定的各組分的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)與計(jì)算值(0.1000)接近(誤差小于5%)。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明建立的方法合理，因此可以將其運(yùn)用于工業(yè)廢水的檢測(cè)。

　　2.2待測(cè)樣品各組分定性分析

　　采用頂空進(jìn)樣的方式，按照1.2.3節(jié)的進(jìn)樣條件和1.2.4節(jié)的測(cè)試條件進(jìn)行分析，得到待排放工業(yè)廢水中易揮發(fā)有機(jī)污染物的總離子流色譜圖(圖1)。在NIST標(biāo)準(zhǔn)譜圖庫(kù)中搜索各個(gè)峰對(duì)應(yīng)的化合物，根據(jù)質(zhì)譜圖的相似度進(jìn)行定性分析。

　　2.3待測(cè)樣品各組分定量分析

　　根據(jù)峰面積可對(duì)各組分含量進(jìn)行定量分析。已知環(huán)己烷的分壓(P0)=3.464×10-4kPa，峰面積(S0)=92296mV·min，根據(jù)選擇離子流色譜圖中各組分峰面積(Si)，以環(huán)己烷為內(nèi)標(biāo)(S0)，利用式(1)，計(jì)算各組分分壓(Pi);根據(jù)式(2)，利用上述各組分分壓(Pi)，計(jì)算得到各組分在液體中的含量;已知內(nèi)標(biāo)環(huán)己烷的物質(zhì)的量為1.5×10-3mol，然后根據(jù)物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)的定義公式：物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)=混合物中某物質(zhì)的量/混合物中各物質(zhì)的量的總和，計(jì)算出各個(gè)組分的物質(zhì)的量，結(jié)果見(jiàn)表3[12-13]。

　　2.4化學(xué)需氧量(COD)利用化學(xué)氧化劑

　　(如高錳酸鉀、重鉻酸鉀)將廢水中可氧化物質(zhì)(如有機(jī)物等)氧化分解、然后根據(jù)殘留的氧化劑的量計(jì)算出氧的消耗量。通過(guò)化學(xué)反應(yīng)方程式進(jìn)行理論計(jì)算，得到水中可氧化物質(zhì)(如有機(jī)物等)完全氧化為CO2和H2O所需氧的消耗量。因此，該廢水中各組分的COD值可根據(jù)化學(xué)計(jì)量方程式推導(dǎo)。某化工廠待排放工業(yè)廢水的測(cè)定結(jié)果對(duì)各組分有機(jī)物(除標(biāo)準(zhǔn)品環(huán)己烷)的COD值加權(quán)，得到COD的總值為395.31mg/L，該數(shù)值低于國(guó)家廢水處理三級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)(<500mg/L)。

　　3結(jié)論

　　運(yùn)用靜態(tài)頂空-氣質(zhì)聯(lián)用結(jié)合亨利定律的檢測(cè)方法，通過(guò)對(duì)某工廠工業(yè)廢水液面以上混合氣體進(jìn)行氣質(zhì)聯(lián)用分析，確定廢水中有機(jī)物的種類(lèi)為乙醇、二氯乙烷、三氯丙烷、單取代或多取代氯代苯等。利用Henry定律，根據(jù)有機(jī)物氣相分壓，計(jì)算出其在水中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，并轉(zhuǎn)換為COD消耗量(gi總)為395.31mg/L。該COD值低于國(guó)家工業(yè)廢水三級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]WuFW，LiuM，DongSJ，etal.Determinationof27KindsofSemivolatileOrganicCompoundsinWa-terbyGasChromatography-MassSpectrometrywithLiquid-LiquidExtraction[J].ChinJAnalLab，2017，36(5)：551-556(inChinese).(武法偉，劉夢(mèng)，董淑娟，等.液液萃取-氣相色譜-質(zhì)譜法測(cè)定水中27種半揮發(fā)性有機(jī)污染物[J].分析試驗(yàn)室，2017，36(5)：551-556.)

　　[2]MuXY，HuangY，LiXF，etal.TheOccurrenceofPersistentOrganicPollutantsinChinaandTheirEnvironmentalRisktoFish：AReview[J].ChinJPesticSci，2016，18(1)：12-27(inChinese).(穆希巖，黃瑛，李學(xué)鋒，等.我國(guó)水體中持久性有機(jī)污染物的分布及其對(duì)魚(yú)類(lèi)的風(fēng)險(xiǎn)綜述[J].農(nóng)藥學(xué)學(xué)報(bào)，2016，18(1)：12-27.)

　　[3]ChenSL，ZhaoKH.PollutionofPersistentOrganicPollutantsandTheirPreventionandControl[J].ProgModBiomed，2006，6(10)：96-99(inChi-nese).(陳思禮，趙開(kāi)弘.持久性有機(jī)污染物污染及其防治[J].現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)進(jìn)展，2006，6(10)：96-99.)

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