教育裝備采購(gòu)網(wǎng)訊：垃圾填埋氣是垃圾由于微生物的分解作用而產(chǎn)生的最終產(chǎn)物，其主要成分包括CH4、CO2及H2、N2、O2等以及一些痕量氣體，其中最主要的成分是CH4和CO2，二者能占填埋氣總量的90%以上。填埋氣是易燃易爆氣體，當(dāng)空氣中CH4濃度在5%~15%時(shí)，存在爆炸的隱患。填埋氣也是一種可以回收利用的資源，利用恰當(dāng)可以作發(fā)電、供燃?xì)獾扔?。填埋氣還是一種溫室氣體，特別是CH4氣體，它的溫室效應(yīng)作用是CO2的31倍，填埋氣中含有許多非CH4氣體，這些大多數(shù)是揮發(fā)性有機(jī)污染物(VOCS)，盡管它們的量非常小，但對(duì)環(huán)境及人體健康的影響不容忽視。因此，無(wú)論是從資源回收和為設(shè)計(jì)及運(yùn)行管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的角度，還是從保護(hù)環(huán)境和人體健康的角度來(lái)講，都應(yīng)當(dāng)對(duì)垃圾填埋氣進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并在此基礎(chǔ)上對(duì)填埋氣進(jìn)行產(chǎn)量及遷移規(guī)律的預(yù)測(cè)。但監(jiān)測(cè)是最基礎(chǔ)也最重要的一環(huán)。
垃圾填埋氣一般用氣相色譜法來(lái)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
一、氣相色譜法概述
1.1氣相色譜法基本原理[1]
氣相色譜分析技術(shù)是色譜法的一種。在氣相色譜分析的過(guò)程中，流動(dòng)相載著樣品通過(guò)固定相，樣品中的組分在流動(dòng)相和固定相之間連續(xù)移動(dòng)多次進(jìn)行重復(fù)分配平衡，由于各組分的物化性質(zhì)和幾何結(jié)構(gòu)不同而特有的偶極矩，決定了在兩相間的分配比不同。各組分在兩相中重復(fù)進(jìn)行溶解、解析、吸附、脫附、離子交換等形式的作用，從而造成各組分沿著色譜柱運(yùn)行速度也就不同，經(jīng)過(guò)適當(dāng)長(zhǎng)度的色譜柱后，各組分之間就會(huì)拉開(kāi)一定的距離，按照先后排列次序從色譜柱后流出，最后達(dá)到各組分分離分析的目的。
1.2氣相色譜儀的組成[2]
氣相色譜儀的結(jié)構(gòu)，外型有多種多樣，但組成總是包括五個(gè)基本部分。(1)載氣系統(tǒng)：載氣帶著試樣進(jìn)入色譜柱，載氣系統(tǒng)的任務(wù)是提供純凈、穩(wěn)定、能被計(jì)量的載氣。(2)進(jìn)樣氣化系統(tǒng)：起引入試樣并使試樣瞬間氣化的作用。(3)色譜柱：是實(shí)現(xiàn)試樣色譜分離的場(chǎng)所。色譜柱由色譜柱管、柱內(nèi)填充物等組成。(4)檢測(cè)器：對(duì)柱后已被分離的組分進(jìn)行鑒定和測(cè)量。(5)記錄儀：記錄由檢測(cè)器產(chǎn)生的信號(hào)，以便進(jìn)行試樣的定性和定量分析工作。
1.3氣相色譜法最佳操作條件的選擇
由于氣相色譜法是通過(guò)組分在兩相的分配來(lái)進(jìn)行的，因而如何增大被分離組分在兩相間的分配系數(shù)的差異，減小峰的寬度，是色譜分離研究的中心問(wèn)題。通過(guò)選擇合適的固定相及最佳操作條件，可以獲得令人滿意的分離。
最佳操作條件的選擇包括：載氣流速的選擇、載氣的選擇、柱溫的選擇、柱形和柱長(zhǎng)的選擇等等。
二、垃圾填埋氣主要?dú)怏w的氣相色譜監(jiān)測(cè)
垃圾填埋氣的主要?dú)怏w是指CH4和CO2。國(guó)外的資料表明[3]，在一個(gè)典型的垃圾填埋場(chǎng)一般CH4的含量可達(dá)45%~50%，而CO2的含量可達(dá)40%~60%，我國(guó)由于垃圾中食品垃圾含量高，含水率也比國(guó)外要高。因此，我國(guó)的垃圾填埋氣中CH4含量要比國(guó)外的高。有研究表明：深圳市垃圾填埋氣中CH4含量為62.2%，而CO2的含量為34.7%[4]。必須對(duì)垃圾填埋氣主要?dú)怏w進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
對(duì)于CH4和CO2的監(jiān)測(cè)分析方法國(guó)家并沒(méi)有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)[5]，目前國(guó)外主要用便攜式氣體分析儀進(jìn)行分析。但也可以用氣相色譜法進(jìn)行分析[6]。
2.1儀器及設(shè)備
日本島津公司GC-14B氣相色譜儀，配熱導(dǎo)池檢測(cè)器，GR-4A色譜數(shù)據(jù)處理機(jī)，高純氮?dú)猓?00毫升醫(yī)用注射器。
2.2氣相色譜分析條件
玻璃填充柱一根，柱長(zhǎng)2m，柱內(nèi)徑3mm，內(nèi)載40~60目G.D.X-502(天津化學(xué)試劑二廠)，載氣為高純氮?dú)猓髁?0ml/min，柱溫30℃，氣化室溫度120℃，檢測(cè)器溫度120℃，池電流50mA，進(jìn)樣量0.5ml。
在這些條件下，所測(cè)氣體組分采用保留時(shí)間進(jìn)行定性，外標(biāo)峰高法進(jìn)行定量。由于二種氣體均為不活潑氣體，它們與采樣器玻璃注射器之間無(wú)明顯吸附解吸現(xiàn)象發(fā)生，所采集的氣體樣品可保留較長(zhǎng)時(shí)間，樣品濃度變化較小，對(duì)測(cè)定結(jié)果無(wú)顯著影響。另外，由于本方法是采用注射器從現(xiàn)場(chǎng)直接采樣，采樣時(shí)間短具有可瞬間采樣的優(yōu)點(diǎn)，適合氣體發(fā)生量的測(cè)定工作。本方法在采樣過(guò)程中不需要加入任何氣體吸附劑，無(wú)吸附回收率問(wèn)題，故準(zhǔn)確度很高。
三、垃圾填埋氣痕量氣體的氣相色譜監(jiān)測(cè)
垃圾填埋氣中包括許多微量氣體，盡管這些微量氣體的濃度很低，但其毒性強(qiáng)，對(duì)環(huán)境和人體健康的危害很大。微量氣體大多是揮發(fā)性有機(jī)污染物(VOCS)。在一些發(fā)達(dá)國(guó)家如美國(guó)已將一些微量的芳烴化合物和鹵代化合物作為垃圾填埋場(chǎng)空氣的常規(guī)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目[7]。我國(guó)鄒世春等人通過(guò)對(duì)廣州第二垃圾填埋場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，共檢測(cè)出了多達(dá)63種VOCS，其中有16種為美國(guó)國(guó)家環(huán)保局(USEPA)優(yōu)先控制污染物，包括苯、甲苯、乙苯、氯乙烯、氯仿、氯苯等污染物[7]。這表明在垃圾填埋場(chǎng)空氣中存在著可產(chǎn)生三致作用的毒害性有機(jī)物，并使垃圾填埋場(chǎng)有可能成為較嚴(yán)重的污染源。
3.1苯系物的氣相色譜法監(jiān)測(cè)[5]
3.1.1原理
用活性炭吸附采樣管富集空氣中的苯、甲苯、乙苯、二甲苯等后，加二硫化碳解吸，經(jīng)DNP Bentane色譜柱分離，火焰離子化檢測(cè)器測(cè)定，以保留時(shí)間定性，峰高外標(biāo)法定量。
3.1.2儀器及設(shè)備
氣相色譜儀：具有火焰離子化檢測(cè)器，色譜柱長(zhǎng)2m，內(nèi)徑3mm不銹鋼柱，柱內(nèi)填充涂附2.5%DNP及2.5%Bentane的ChromosorbWHPDMCS(80~100目);空氣采樣器：流量0~1L/min;活性炭吸附采樣管。
3.1.3色譜條件
柱溫：64℃;氣化室溫度：150℃;檢測(cè)器溫度：150℃。
載氣氮?dú)饬髁浚?0ml/min;燃?xì)鈿錃饬髁浚?6ml/min;助燃?xì)饪諝饬髁浚?20ml/min
在這些條件下，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)定。先配制苯系物的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，然后進(jìn)樣測(cè)定，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。
3.2非甲烷烴的氣相色譜法測(cè)定[8]
3.2.1主要儀器設(shè)備和試劑
(1)SP-3420型氣相色譜儀(北京分析儀器廠)，氫火焰離子檢測(cè)器(FID);(2)RJ-I型熱解吸器，RJ-ZH-1型熱解吸與控制儀;(3)活性炭吸附采樣管，長(zhǎng)10cm，內(nèi)徑6mm，壁厚0.8~1mm;(4)注射器，1ul，5ml，100ml;(5)TDP-1000型大氣采樣器，采樣流量0~1L/min;(6)正己烷標(biāo)準(zhǔn)溶液。
3.2.2色譜分析條件
硅烷化玻璃微球(60~80目)不銹鋼填充柱：柱長(zhǎng)3m，進(jìn)樣器溫度170℃，檢測(cè)器溫度170℃，輔助溫度160℃，柱溫75℃，載氣流量(N2)30VmL/min，燃?xì)饬髁?H2)30Ml/min，助燃?xì)?O2)流量300ml/min;進(jìn)樣量：直接進(jìn)樣1Ml。
3.2.3正己烷標(biāo)準(zhǔn)氣體的配制
以N2為空白稀釋氣體。吸取1uL正己烷標(biāo)準(zhǔn)溶液于100ml充有N2的注射器中，待完全揮發(fā)，充分搖勻，此注射器中的氣體為標(biāo)準(zhǔn)源氣。再吸取1ml標(biāo)準(zhǔn)源氣于另一有氮?dú)獾淖⑸淦髦校瑩u勻，該氣體即為定性和定量分析是的標(biāo)準(zhǔn)氣體。
3.3醛酮污染物的氣相色譜測(cè)定[9]
3.3.1試劑和標(biāo)準(zhǔn)樣品
甲醛、乙醛、丙烯醛、丁醛和苯甲醛均為分析純，正戊醛為優(yōu)級(jí)純，丙酮、丁酮和苯乙酮均為分析純。2，4-二硝基苯肼，AR;二硫化碳，AR，現(xiàn)用現(xiàn)蒸;雙蒸水用前現(xiàn)蒸。2，4-二硝基苯肼吸收液：用1mol·l-1硫酸溶解適量2，4-二硝基苯肼固體，制成飽和溶液，用1/10(V/V)二硫化碳提取兩次。吸收液應(yīng)在采樣前48h內(nèi)制備純化。
3.3.2儀器及其條件
氣相色譜儀為美國(guó)PE9000AutoSystemGC。色譜柱為SE-54毛細(xì)柱，長(zhǎng)25m，內(nèi)徑0.32㎜;檢測(cè)器為電子捕獲檢測(cè)器。柱溫220℃恒溫;氣化溫度270℃;檢測(cè)器溫度375℃;載氣為N2,40ml·min-1,分流比1：50。進(jìn)流量1μl。
3.3.3實(shí)驗(yàn)方法
采用兩支U型多孔玻璃板吸收管串連采集空氣樣品，吸收管內(nèi)裝入10ml2，4-二硝基苯肼吸收液。采樣裝置為空氣采樣器，轉(zhuǎn)子流量計(jì)以皂膜流量計(jì)校準(zhǔn)。采樣速度為0.5～1.0ml·min-1,采樣時(shí)間為10～60min.
樣品采集后，定量轉(zhuǎn)移到100ml分液漏斗中用2×5mlCS2萃取。有機(jī)層轉(zhuǎn)移到25ml容量瓶中，以CS2定容到25ml。用相對(duì)保留時(shí)間定性，用外標(biāo)法定量。
四、結(jié)論
氣相色譜是具有高分離效能、高選擇性、高靈敏度、分析速度快、定性定量準(zhǔn)確、應(yīng)用范圍廣泛、樣品用量少等特點(diǎn)的一種新型通用分離分析技術(shù)。它在分析空氣和廢氣中的如CO2、CH4及一些痕量污染物中有著很廣泛的應(yīng)用。垃圾填埋場(chǎng)產(chǎn)生的填埋氣中的許多成分諸如CO2、CH4及一些VOCS都可以通過(guò)調(diào)整和選擇最佳操作條件如：載氣流速的選擇、載氣的選擇、柱溫的選擇、柱形和柱長(zhǎng)的選擇來(lái)進(jìn)行分離和分析。氣相色譜法在垃圾填埋氣分析中有著廣泛的應(yīng)用。
相關(guān)產(chǎn)品：
