毛细管气相色谱法测定室内环境空气中TVOC浓度的研究.pdf

监 测 与 评 价 毛细管气相色谱法测定室内环境 空气中 TVOC浓度的研究 郭雅男 汪慧灵 陈 德 北京元方圆建筑工程检测所, 北京 100073 摘要 本文研究了影响气相色谱法测定室内空气中 TVOC 总挥发性有机化合物 浓度的主要因素。 采样过程中如流 量达不到0. 5 L min, 可通过延长采样时间使最终采样体积达到 10 L; 采样前延长通风时间使室内外空气充分对流, 有 利于室内残留污染物质的扩散, 能反映重新封闭后有机挥发物 1 h时段内释放的实际浓度。 TVOC 各组分的热解吸率 与该组分的分子量和极性有关; 热解吸率随解吸时间的延长而降低, 操作中以 1～ 3 min 比较合适。 将初始柱温从 50 ℃提高到 70 ℃, 不设停留时间, 终止温度从 250 ℃降为 230 ℃, 可以将样品分析时间由 55 min 缩短到 32min而对分 析结果几乎没有影响。 关键词 气相色谱法 TVOC 热解吸率 Tenax -TA 采样管 1 引言 空气中总挥发性有机化合物 TVOC 的测定包括 样品的采集、 热解吸和气相色谱分析等过程。每一个 环节都会给最终结果带来较大的不确定性,而且测试 一个样品所需时间较长。TVOC 包含多种有毒化合 物,在气相色谱图中呈现多重峰, 有些气体还不易分 开,会出现峰的重叠 。本研究主要就 TVOC 的采样过 程、 热解吸过程 、 仪器工作条件等因素对测试结果的 影响进行了讨论并提出了具体的改进方法,以达到高 效、 快速、准确的目标 。 2 实验过程 2. 1 主要化学药品 标准气体 氮气中苯系物 主要包含苯、甲苯 、 间 二甲苯、 对二甲苯、 邻二甲苯组分, 浓度为已知 ,国家 环境保护总局标准样品研究所提供 。 分析样品 现场采到的室内空气。 2. 2 主要设备 QC- 2 大气采样器 ; Tenax- TA 采样管; TP-2020 型 热解吸仪 ; SP-3420 气相色谱仪 ; GCH2500 氢气发生 器; SPB-3 型全自动空气源。 2. 3 实验步骤 采样过程 将 Tenax-TA 采样管与大气采样器连 接,以一定的流速确定采样时间达到采样量 10 L 。其 间记录采样温度及大气压力值 。 热解吸过程 将吸附样品的 Tenax-TA 采样管放 入热解吸仪中在 300 ℃ 下热解吸一定时间后, 以高纯 氮气在流速 50 mL min 下将解析气反向吹出 , 解吸气 收集到100 mL 的注射器中,密封待用。 毛细管柱气相色谱仪分析过程 毛细管柱长 50 m ,内径0. 32 mm 石英柱 ,内涂覆二甲基聚硅氧烷, 膜厚 1～ 5 μ m。用气密针准确抽取热解吸气 1 mL 注 入进样器, 设定毛细管柱初始 、 终止温度和停留时间, 程序升温速率为 5 ℃ min ,分流比为 1∶ 1。 3 结果与讨论 3. 1 采样过程的影响因素分析 3. 1. 1 采样体积 由于 Tenax-TA 采样管的吸附剂粒度小 、填充密 度较大,气流通过时产生较大阻力。在现场采样时发 现,采样时的流量在接入样品管后有明显的下降, 应 在接入采样管后负载条件下校正流量 。因为每一个 采样管的阻力可能不同, 理论上应对每个采样管进行 流量校正。但对每一个采样管的校正在操作上费时 费力 ,事实上在每一次的流量校正中都会造成采样管 在校正时对气体的吸附, 因而不需要对每一个 Tenax- TA 采样管单独进行校正。在实际操作中采用选取 3 个样品管测定平均流量作为采样时的流量来确定 采样时间使采样体积达到 10 L。 3. 1. 2 通风时间 规范要求采样前现场应封闭 1 h, 但对封闭前的 现场状况则没有明确规定。为了真实反映 1 h 室内 建筑及装修材料释放的污染物浓度 ,采样前需要开门 窗通风换气 。由于污染物的释放是一个逐渐的过程, 60 环 境 工 程 2005年 6 月第23 卷第3 期 污染物的浓度受关闭前的通风状况影响很大。封闭 前对现场开门窗通风 15 min 和 60 min 后 ,在同一位 置采样用气相色谱仪进行测定污染物浓度。 同样分析条件下 ,通风15 min 的样品 TVOC 各成 分的峰高与峰面积均远大于相应通风 60 min 的样品 各成分的峰高与峰面积, 而且在苯和甲苯峰之间有明 显的低沸点杂峰。这说明在较短的通风时间后关闭 1 h 测定的浓度很可能严重超标, 而经较长通风时间 后测定的浓度很可能并不超标。这说明在进行封闭 采样前 ,通风时间短不能有效排除有机挥发物 ,延长 通风时间能使室内外空气充分对流 ,有利于室内残留 污染物质的扩散 ,减少有机挥发物的聚集。延长通风 时间能比较确切反映重新封闭后有机挥发物在规定 封闭时段内释放的实际浓度, 使采集到的样品中的污 染物为室内污染源在 1 h 内所散发。因此, 为了对施 工方和使用方负责, 在实际操作中应尽可能使通风充 分,比较理想的通风时间为连续开门窗 1 ～ 3 d ,在采 样前关闭 1 h 后采样 。 3. 2 热解吸过程对结果的影响 气体通过 Tenax- TA 采样管被吸附, 然后进行热 解吸才能进行气相色谱分析, 因而热解吸过程对最后 分析结果有极为重要的影响。用标准气体直接进样 和标准气体经热解吸后进样进行气相色谱分析。通 过测定可以看出热解吸后的标准气体, 其各个成分的 峰面积比用标准气体直接进样时均有明显的降低 ,由 此可以知道Tenax-TA 采样管的热解吸率不高 。 单一组分苯的测定可以直接计算解吸率, 而 TVOC 中成分的复杂性和各组分性质的差异决定了 很难用计算一个解吸率来应用于所有的组分。如附 图是标气各个组分的解吸率 标准气体解吸后某组分 面积除以直接进样后该组分面积 和总解吸率 各个 组分解吸率的算术平均值 随不同热解吸时间的变化 图。所有组分的解吸率均随热解吸时间的增加而下 降; 这主要归因于国产热解吸仪解吸室的密封性不 好,热解吸时间越长 , 解吸气在高温下溢出而散失越 多。各组分之间的解吸率也不同 , 随分子量增加, 相 应组分的热解吸率越低, 而分子量相近的组分 ,热解 吸率也随分子极性增加而降低 ; 这主要归因于分子量 和分子极性增加均导致组分沸点升高, 解吸变得困 难。对苯和甲苯而言, 由于其相对容易被解吸 ,密闭 性差而在高温下散失的也越多 ,因而其解吸率随时间 下降很快。对其它组分而言, 虽然解吸困难 ,在同样 时间内散失的也比较少, 在一定时间内解吸和散失的 量之间存在一种平衡 ,在附图中表现为在解吸时间为 3～ 5 min左右的时间内, 解吸率基本保持不变 。由附 图可以看出 ,由于采样管和热解吸仪的限制 ,热解吸 时间控制在 5 min 以内,最好3 min 较合适。 附图 标气各个组分的解吸率和 总解吸率随热解吸时间的变化 3. 3 毛细管色谱柱工作条件的优化 对TVOC 在两种色谱工作条件下的分析结果进 行比较研究发现 ,通过改变柱温和停留时间可以大大 缩短测定时间而不影响最终分析结果。条件一 毛细 管柱程序升温速率为 5 ℃ min,初始温度为 50 ℃,停 留时间 10 min; 终止温度为 250 ℃,停留时间 10 min, 分流比为 1∶ 1。在此条件下, 整个检测周期完成需时 间约 60 min。如果提高柱子的初始温度 、 缩短停留时 间则可以缩短整个分析时间; 条件二 程序升温速率 仍为 5 ℃ min,将初始温度提高到 70 ℃, 停留时间为 0 min ; 终止温度为 230 ℃, 但停留时间为 0 min ,分流 比仍为 1∶ 1, 完成整个程序需时间约 32 min 。将两种 条件下的分析结果列于附表。 附表 标准样品在不同条件下的峰面积及相对误差 组分名称苯甲苯乙苯间对二甲苯 邻二甲苯苯乙烯 峰面积 条件一 33 71937 36037 59272 63933 44330 932 峰面积 条件二 33 20636 02635 88069 97931 72829 057 相对误差- 0 . 004- 0 . 009 -0 . 011-0. 009-0. 013-0. 015 由附表可以看出 ,两种条件下 7 种组分均分别流 出,每 1 个组分的峰面积在条件改动前后的变化不 大,相对误差均 1. 5,重现率接近 99 以上。经反 复试验证明分析条件的改变对组分的检出没有造成 影响 。因为苯的沸点为 80 ℃, 在此条件下苯将快速 流出 ,初始柱温进一步升高会造成操作困难。这充分 说明在条件二下进行检测不影响峰的检出,对各组分 的含量计算影响甚微 ,而分析时间却可以大大缩短, 提高了工作效率 。 61 环 境 工 程 2005年 6 月第23 卷第3 期 4 结论 进行 TVOC 样品测定时的各个环节都会对检测 结果产生影响。采样体积应以实际流量确定采样时 间使采样体积达到 10 L 。在封闭前应对现场进行充 分的通风换气, 时间最好在 1 d 以上 。由于热解吸率 随解吸时间延长而下降, 热解吸时间控制在 3 min 以 内比较合适 。将初始柱温提高 , 不设停留时间 ,可大 大缩短分析时间 ,而对测定结果影响甚微。 参考文献 1 民用建筑工程室内环境污染控制规范 GB50325 -2001 . 北京 中 国计划出版社,2002. 2 王喜元主编. 民用建筑工程室内环境污染控制规范辅导教材. 北 京 中国计划出版社,2002. 3 张福贵, 周岩枫,张竹艳. 气相色谱法测定作业面所中的苯、甲苯、 二甲苯. 化学与粘合,2002. 4 192～ 193. 4 黄薇, 肖上甲. 居室空中对二氯苯的污染与测定方法. 现代预防医 学, 2003. 2 573～ 575. 5 吕仕军, 农军. 毛细管气相色谱法测定胶粘剂中苯、甲苯和二甲苯. 标准计量与质量,2003. 1 45～ 45. 作者通讯处 郭雅男 100073 北京丰台区六里桥 7 号院5 号楼 北 京元方圆建筑工程检测所 2004- 08-03 收稿 基于 SBR工艺的活性污泥呼吸速率 在线软测量的研究 ＊ 陈健波 施东文 奚旦立 东华大学环境科学与工程学院, 上海 200051 李龙海 忻培强 江苏大学生物与环境工程学院, 镇江 212013 摘要 呼吸速率是表征活性污泥处理过程的主要变量, 它直接反映了好氧生物处理过程中生物的活性和有机物的降 解速率。本研究通过对呼吸速率测定原理的探讨, 提出了基于 SBR 工艺的呼吸速率在线软测量模型, 并通过实验室 搭建的控制平台实现了微生物呼吸速率的在线测量。 关键词 呼吸速率 活性污泥 软测量 数据拟合 simulink ＊江苏大学校长基金资助项目 1 引言 微生物的呼吸速率 OUR Oxygen Uptake Rate 是 指单位时间单位体积混合液中微生物的耗氧速率或 氧利用速率 。呼吸速率受多种因素 如底物浓度、毒 物、 负荷、氧气浓度 、絮体颗粒大小 、 污泥浓度、温度、 pH 值等 影响 [ 1～ 4] ,它直接与微生物的生长和底物的 去除相关联。因此微生物呼吸速率相对其他测量变 量更能反映出微生物对底物的降解过程和降解活性。 一般的呼吸速率测量仪器的测量条件比较高 ,过 程繁琐,很难做到在线数据采集。而对于一个实际的 活性污泥处理的过程控制 ,需要OUR值是连续的 、 准 确的 、 稳定的、 在线的 ,只有这样的呼吸仪对实际的过 程控制才有实用价值 。 2 软测量和呼吸速率模型 2. 1 软测量 软测量的核心是表征辅助变量和主导变量之间 的数学关系的软测量模型, 因此, 软测量的本质就是 如何建立软测量模型 ,也就是一个数学建模问题。通 过构建软测量模型, 可以监测反应过程更确切的反应 状态 ,获得反应物成分更深层次的内容。 软测量过程见图 1。 图 1 软测量示意图 2. 2 呼吸速率模型的提出 在最一般的情况下, 对于微生物的好氧反应, 反 应器中溶解氧浓度的变化速率可以用下式表示 62 环 境 工 程 2005年 6 月第23 卷第3 期 number of flue gas. It was indicated that desulfurization of condensing fluegaswas intensified by fog lye. Keywords Ca OH 2slurry droplet, condensing flue -gas, desulfurization and spray PURIFICATION OF ORGANIC WASTE GAS FROM THE WIRE PRINTED DISTRICT OF PRINTED CIRCUIT BOARD PLANTLi Shanhong et al 43 Abstract The flowchart of the intermittent fixed be active carbon adsorption for purification of the organic waste gas was selected in accordance with the organic waste gas pollution problems from the wire printed district of the printed circuit board plant. Through the calculation ability of the causing cold and quantitites of the adsorption. some parameters of the activated carbon adsorption are designed, such as the gas velocity of the empty tower was about 0. 6 m s, the activated carbon is coconut. The activated carbon adsorption bed was designed as double story with drawers. After the adsorption bed purification, practical monitor testified the efficient of the benzene. toluene andxylene purifiedto 81. 59, 83. 50, 85. 43 by adsorption. The waste activated carbon was accumulated and desorption. The recycle organic products were mixed into the diesel oil to be used as fuel of motors. Keywords organic waste gas, production of printed criculit board, activated carbon adsorption and purification ATION OF ATMOSPHERIC POLLUTANTS DURING PRODUCTION OF POLYVINYL CHLORIDE AND TREATMENT MEASURESShi Lijuan et al 46 Abstract It is explained that the production position and features of vinyl chloride monomer during the production of polyvinyl chloride PVCby analyzing the manufacturing process of PVC. Based on which its treatment conditions are also analyzed, and finally high -efficient and feasible controlling measures are proposed. Keywords PVC, production of pollutant, influence and control measures APPLICATION OF AMMONIA PROCESS FLUE GAS DESULPHURIZATION TO COAL -FIRED BOILERZhou Jianhong et al 49 Abstract Taking the project of 75 t h pulverised coal combustion boiler as an example, this paper discusses the application of ammonia processflue gas desulphurization to the coal -fired boiler. The result shows that, with the desulphurization unit is put into operation, average desulphurization effect in the system has reached 95. 92percent, and sulfur dioxide content in the flue gas from the boiler has been reduced to less than 135 mg per cubic meter, which is far lower than the specified limits. This paper also discussed operating index, treatment effect and existing problems. Keywords desulfurization by ammonia process, FGD, coal-fired boiler and sulfur dioxide DESIGN PRINCIPLE OF MODERN SOLID WASTE LANDFILL SITE AND ITS APPLICATION Wang Yanming et al 51 Abstract The design principle of modern landfilling site is summarized herein. An example project called Shanghai Laogang Landfill Site Phase -Ⅳis referred to show the detailed application of the theory. Keywords modern landfilling, design principle, constructing by stages, developing plan, high dimension and double anti-seepaging layer STUDIES ANDTECHNICAL DESIGNS OF ON -SITE TREATMENT OF NIGHSOIL AND KITCHEN GARBAGEChen Zhulei et al 54 Abstract This paper offers a suitof disposal techniques at source of the night soiland kitchen garbage. A pilot -scale system. whichwasused to dealwith the night soil and kitichen garbage from one unit of a residential building for simulationwas designed according to the data of lab-scale trials. The system comprises vacuum collection, anaerobic digestion of solids, composting of digestive sludge and anaerobic -aerobic disposal of mixed sewage. Its handling capacity was0. 2 t d. The night soil and kitchengarbage can be collected at source and disposed at locale, synchronously, the bacterial fertilizer and methane can be produced through the system. Keywords night soil, kitchen garbage, vacuum collection and anaerobic digestion STUDY ONTECHNOLOGY OF OPTIMIZAITONTREATMENT OF LIVING RUBBISHES IN CITIES AND TOWNSLiu Dayi et al 57 Abstract The present situation of technology of treating living rubbish is synopsized, the technology of optimization treatment of living rubbish is put forward, and comparedwith the present technology. The engineering example indicates that the new technology has high efficency of treatment, it isworth popularizing. Keywords cities and towns, living rubbish and optimization treatment technology STUDY ONDETERMINING CONCENTRATIONOF TOTALVOLATILE ORGANICCOMPOUND IN 4 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 23,No. 3, Jun. , 2005 INDOOR AIR BY CAPILLARY GAS CHROMATOGRAPHYGuo Yanan et al 60 Abstract The factors influencing the concentrationof total volatile organic compound TVOCinthe indoor air, whichwasmeasured by gas chromatography GC, were studied. By prolonging the sampling time, 10 L air could be taken according to the real measured flow. The sufficient convection between the indoor air and the outdoor air after longer time ventilation was beneficial to the diffusion of the harmful air from indoors to outdoors. And then when the room was closed, the concentration of TVOC in 1 hour could be accurately measured. The thermal desoprtion rate of the single component was affected by its molecule weight and polarity;and the thermal desoprtion rate decreased with desorption time. The measuring time could be shortened if the initial and final coulmn temperatures were changed from 50 to 70 ℃ and 250 to 230 ℃, respectively while the results remained unchanged. Keywords TVOC, gas chromatography, thermal adsorption and Tenax -TA tube STUDY OF ON -LINE SOFT MEASUREMENT OF RESPIRATORY RATE OF ACTIVATED SLUDGE BASED ON SBR Chen Jianbo et al 62 Abstract Respiratory rate is the main varibale in the process of activated sludge wastewater treatment. It directly reflects the activity of microorganism and degradation rate of organic matters during the process of aerobic biological treatment. Through studying the principles of measuring respriatory rate in activated sludge wastewater treatment, the soft measuring model of respriatory rate based on SBR is set up . In the end, the online value of microbial respiratory rate based on the experiment control plat is also obtained. Keywords respiratory rate, activated sludge, soft measuring, data fitting and simulink THE UATION OF SEWAGE TREATMENT BY AB FOR HEDONG SEWAGE TREATMENT FACTORY IN URUMQIHailiqimMaimaiti et al 65 Abstract The process of sewage treatment by AB in Hedong Sewage Treatment Factory in Urumqi and the characteristics of AB are recommended. The problems of operation are analyzed and a improving scheme for them is raised. Keywords sewage treatment, AB , aerobic and anaerobic EXPLORATION OF DETERMINATION OF PARTIAL HEAVY-METALS IN SOIL WITH DRY ASHING -ATOMIC ABSORPTION SPECTROPHOTOMETRYJia Haidong 67 Abstract The dry ash isused to treat the soil sampleswhenflame AAS is used to determine Cu, Zn, Pb etc in soil. The soil samples are heated up to 500 ℃ for digestion, and then extracted by acid. This has higher precision and accuracy, and is a fast one. Keywords soil, heavy metal, dry ashing digestion and atomic absorption spectrometry DEVELOPMENTOFIMMUNOASSAYFORSMALLMOLECULARENVIRONMENTAL POLLUTANTSYu Ruozhen et al 69 Abstract According to the present status of the immunoassay of small molecular environmental pollutants, it is introduced the principle, feature and the main steps of research and development of immunoassay. The assay ats, the design of hapten, synthesis of immunogen and preparation of antibody were presented. The new development and the application of the technology for environmental pollutants were reviewed. Keywords immunoassay , hapten and environmental pollutants THE EXPERIMENT STUDY ON EFFECT OF BUILDING STRUCTURE ON AIR POLLUTION Han Mingshan et al 73 Abstract This article has conducted the simulation research through the wind tunnel modeling test, studied the diffusion properties of air pollution under complicated environment, also discussed the effect of building structure s style change on the air pollution distribution, on the basis of that, analyzed the essential factorswhich influence the diffusion under the complicated environemnt, obtainedthe general rule of diffusion of air pollutants among complex construction structures. Keywords air pollution, atmosphere diffusion, building structure, wind tunnel and modeling test APPLICATION OF CONSTRUCTED RAPID INFILTRATION IN ACTUAL PROJECT Li Zhengyu et al 76 Abstract Combining project, this paper introduced the technology process and treatment effect of constructed rapid infiltration CRI system. The results indicated that except T -P CRI system had good treatment effect. When it treated domestic sewage, CODCrwas 5. 0 ～ 26. 0 mg L, SS was 1. 7～ 10. 0 mg L, NH3-N was 0. 30～ 2. 31 mg L. When it treated river sewage, CODCrwas8. 0～ 26. 0mg L, BOD5was 1. 0 ～ 6. 0 mg L, SS was 2. 0～ 6. 0 mg L, NH3-N was 0. 17～ 2. 54mg L. CRI system is worth popularizing as a new type of treating technology. Keywords constructed rapid infiltration, domestic sewage, river sewage and hydraulic loading 5 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 23,No. 3, Jun. , 2005