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水中有機污染物如何處理

時間:2022-11-07 09:51:00   訪客:495

水中污染物的危害清華大學環(huán)境學院王占生教授在其《健康的水》一書中提到,我國有機污染物可分為天然有機物和人工合成有機物。

水中天然有機物質(zhì)如腐殖質(zhì),可與消毒劑氯反應,產(chǎn)生具有致癌風險的三氯甲烷等消毒副產(chǎn)物,屬于一類污染。對于人工合成的有機污染物主要包括持久性化學物、內(nèi)分泌干擾物、藥與個人保護用品三大類。

其中,持久性化學物不易降解長期存在,對人類有毒害作用。內(nèi)分泌干擾物類似于人類激素,會干擾生殖、生長功能;降低人體免疫力;干擾神經(jīng)系統(tǒng)導致行為失控等反?,F(xiàn)象。據(jù)統(tǒng)計發(fā)達國家每5對夫婦中就有一對不孕,中國每8對夫婦有一對不育。

藥與個人保護用品中的抗生素類能促使水環(huán)境中細菌成為超級細菌使病人使用抗生素無效而死亡,美國每年因抗生素無效死亡2萬多人,中國8萬多人。更可怕的是,這些物質(zhì)大都屬于水分子污染物質(zhì),自來水廠采用目前傳統(tǒng)的凈化工藝很難有效去除,將隨著飲水進入人體,對健康構(gòu)成巨大威脅。

水中有機污染物的分類

根據(jù)揮發(fā)性質(zhì),有機污染物可分為揮發(fā)性有機污染物(VOCs)、半揮發(fā)性有機污染物(SVOCs)和不揮發(fā)性有機污染物(NVOCs)。目前,水中的有機污染物主要是指前兩者。

①根據(jù)世界衛(wèi)生組織的定義,揮發(fā)性有機污染物是指沸點在50-25℃,室溫下飽和蒸氣壓超過133.32Pa,在常溫下以蒸氣形式存在于空氣中的一類有機物。按其化學結(jié)構(gòu)的不同,可以進一步分為八類:烷烴類、芳烴類、烯烴類、鹵代烴類、酯類、醛類、酮類和其他。

這類有機污染物數(shù)量多,大多具有毒性,廣泛分布于水環(huán)境中,其測定方法主要有:氣相色譜法[包括頂空氣相色譜法(HS—GC)、吹脫捕集氣相色譜法(P&T—GC)等]和氣相色譜一質(zhì)譜法[包括頂空氣相色譜一質(zhì)譜法(HSGC一MS)、吹脫捕集氣相色譜一質(zhì)譜法(P&T—GC—MS)等]。此外還有分光光度法和滴定法等其他方法。

②半揮發(fā)性有機物通常指沸點為170-350℃,蒸氣壓為10-7~0.1mmHg的一類有機物,它們能在氣相和空氣中的固相顆粒物之間形成一定的平衡。SVOCs包括多環(huán)芳烴、氯苯類、硝基苯類、鄰苯二甲酸酯類、有機氯農(nóng)藥、有機磷農(nóng)藥、亞硝基胺類、苯胺類和苯酚類等化合物。

這類化合物如果與人長期接觸,會造成人體慢性中毒,引起癌癥,會直接影響到生殖和中樞神經(jīng)系統(tǒng)·甚至導致死亡。此外,還會對環(huán)境有嚴重危害,并對水體可造成污染。

水中有機物預處理方法

水中有機物含量較低,要想得到準確的測定結(jié)果,除了需要靈敏度和精密度高的測定儀器和先進的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)外,待分析測試組分的預處理是分析檢測過程的關鍵步驟。預處理的目的就是排除基體的干擾,同時在富集過程中除去大量水分,使微量(或痕量)的待測有機物濃縮,這樣才能滿足測定的要求。根據(jù)被測組分的性質(zhì)和富集的基本要求采用不同的方法進行富集。

1.吹掃捕集法:以惰性氣體將水樣中揮發(fā)性有機物吹人裝有吸附劑的捕集管中,然后加熱捕集管,反吹解吸,解吸出的有機物進入氣相色譜儀進行檢測。該方法具有不使用有機溶劑、取樣量少、富集倍數(shù)高、受基體干擾少等優(yōu)點。商品化設備可實現(xiàn)自動化,集樣品分離、富集、進樣于一體。吹掃捕集法的實質(zhì)是一種動態(tài)頂空法。相比于靜態(tài)頂空技術,吹掃捕集時間短、靈敏度高,重現(xiàn)性好。此法對于沸點低于200℃、能被惰性氣體吹出的有機物如鹵代烴、芳烴、揮發(fā)性烷烴、烯烴和氯苯類化合物等有較好的富集效果,是目前在環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)應用最為廣泛的有機物監(jiān)測前處理方法之一。

2.頂空法:該法是根據(jù)氣液平衡分配原理結(jié)合氣相色譜發(fā)展出來的方法。具體做法是將樣品置于密閉體系中,保持恒定溫度,使其上部(頂端)的氣體與樣品中的組分達到相平衡,抽取上部氣體進行樣品分析。頂空法適用于處理小分子量、低沸點(低于150℃)、易揮發(fā)的有機物(水中溶解度<2%)。采用該法結(jié)合色譜選擇性檢測器,一般均可達到1×10-6g/L 的水平。該法不需特殊裝置,準確性好,但受容器限制,樣品濃縮倍數(shù)少,使方法的靈敏度受到影響。而且,有限的頂部空間使每次取樣后頂部空氣濃度有所改變,影響了測量的精密度。若有合適的內(nèi)標物,則可提高方法的精密度,是低分子量、易揮發(fā)物質(zhì)良好的富集方法。

頂空法一般又可以分為靜態(tài)頂空法和動態(tài)頂空法。靜態(tài)頂空法用于氣樣中被測組分含量大于氣相色譜檢測器檢測限的組分,動態(tài)頂空法實際上是疏水富集和頂空法相結(jié)合的方法,可用于氣樣中被測組分含量小于氣相色譜檢測器檢出限的組分測定。頂空法目前在我國、日本和歐洲應用比較普遍。

3.液液萃?。阂阂狠腿〖夹g的工作原理是基于非極性有機物在水/有機溶劑相之間的平衡分配,在水相中加入一種與水不相溶的有機溶劑,經(jīng)過振蕩使待測組分進入有機相,另一些不溶于有機溶劑的組分仍留在水中,從而達到分離富集的目的。該技術適用于提取和濃縮水體中的污染物。它可萃取各個沸點階段的有機物,尤其適宜分離、富集水中難揮發(fā)性和中等揮發(fā)性的有機物如農(nóng)藥、酚類、多氯聯(lián)苯、多環(huán)芳烴等。

全自動液液萃取儀所用溶劑應純化,否則溶劑雜峰會干擾測定。操作過程中有機溶劑與水樣的比例大約為1:10,因此需要大量溶劑。由于在后續(xù)操作中,溶劑要蒸發(fā)到大約1mL,因此溶劑本身的沾污問題比較嚴重,需要嚴格而又十分繁瑣的溶劑凈化過程。

4.固相萃取法:固相萃取技術是將固定相(極性吸附劑、鍵合型吸附劑、離子交換劑等)充填于小型塑料管內(nèi),構(gòu)成一次性小型色譜柱,將樣品液用注射器注入小柱中,然后用適當?shù)娜軇⒈粶y物洗脫下來,其他的干擾物質(zhì)則留在柱上。固相萃取法是水中痕量有機物富集的理想途徑。它的最大特點是對水的吸附非常小,而對大多數(shù)特別是極性較小的有機物的吸附平衡系數(shù)非常大。SPE 法的優(yōu)點是處理水樣量大(一般幾百毫升至幾升),從而使檢測的靈敏度大大提高。

經(jīng)常使用的固定相為C18吸附樹脂,在中性條件下,C18固相萃取柱主要提取非離子疏水有機物。實際使用時,也可以分別將水樣調(diào)整到pH2、pH7和pH12,分別提取有機酸、非極性有機物和有機堿。雖然固定相為C18的小柱對大部分有機物的回收率較高,但針對分析的目標物質(zhì)來選擇小柱,可以進一步提高回收率。由于固相萃取技術已經(jīng)商品化生產(chǎn),不需要繁瑣的凈化程序,應用時的操作過程相對簡單,節(jié)省勞力。

5.固相微萃取(SPME):固相微萃取主要針對揮發(fā)或半揮發(fā)有機物進行采樣,與一個安裝在氣相色譜進樣器前的熱揮發(fā)裝置配套,直接進行揮發(fā)性有機污染物分析定量。固相微萃取的最大優(yōu)點是不需要有機溶劑來萃取或洗脫,采樣是以被動方式進行的,需要將SPME器件浸在水中或處于頂空位置,并達到液/固或氣/固平衡后取出。根據(jù)有機物在SPME/水(或氣)中的分配系數(shù)來進行目標物在水中濃度的定量。



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