一种检测污泥堆体内挥发性有机污染物释放潜力的方法

摘要

一种检测污泥堆体内挥发性有机污染物释放潜力的方法，包括污泥堆体内部样品的采集、样品释放VOCs的收集和释放VOCs的检测步骤。本发明采用套筒装置(2)采集污泥堆体内部样品，然后将采集的污泥置于容器(3)中收集释放的VOCs，再结合预浓缩仪-高效气相色谱(7)，从而研究污泥堆体内部VOCs的释放潜力。本发明提出一种研究污泥堆体内部VOCs释放潜力的方法，具有设备简单、方便快捷，实验结果可信等优点。可评价污泥堆体在清运过程中对周围环境和操作人员的影响，指导操作人员进行有效的安全防护。

说明书

技术领域

本发明属于环境检测技术领域，具体涉及一种检测污泥堆体内部挥发性有机污染物(VOCs)释放潜力的方法。

背景技术

随着经济的发展和城市人口的增长，城市污水排放量和污水厂数量也逐年增加。污泥是污水厂的副产物，据统计，目前我国脱水污泥产生量约为4万吨/天，脱水污泥的及时清运是污水厂面临的难题。目前，为降低清运成本，污水厂通常将脱水污泥在厂内进行短暂堆置(一般小于3天)后集中清运。堆置期间，堆体内部污泥处于缺氧/厌氧环境，产生大量VOCs；集中清运时，堆体内部污泥暴露于环境中，会向周围环境中释放VOCs。释放的VOCs严重危害操作人员的眼睛及呼吸系统，长期接触对人体肝脏和神经中枢也会产生危害。另外，大面积清运操作所释放的大量VOCs也会对周围环境产生严重的臭气污染。

目前，国内外对VOCs的研究多集中在室内空气污染检测以及垃圾堆体表面的释放。如韩国良(室内挥发性有机污染物的来源、危害与控制，河北企业，2009(8)，p.80)报道了室内空气中VOCs的种类和典型浓度；Statheropoulos et al.(A study of volatile organic compoundsevolved in urban waste disposal bins.Atmospheric Environment.2005(39)，p.4639-4645)研究了垃圾箱内VOCs的表面释放特征，发现烷类和乙酸乙酯类是主要的污染物；Leff.J.W和Fierer.N(Volatile organic compound(VOC)emissions from soil and litter samples.Soil Biology&Biochemistry.2008(40).P1629-1636)研究了土壤和垃圾堆体表面VOCs的释放特征，认为糖醛和呋喃类物质为主要的污染物。在这些文献报道中，对VOCs的研究多集中于堆体的表面释放，研究堆体内部VOCs释放现象的研究还未见报道。由于污泥堆体内部处于缺氧环境，堆体内部的环境模拟和取样难度较大，在现有技术中均未涉及如本发明所揭示的检测污泥堆体内部挥发性有机污染物释放潜力的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种检测污泥堆体内部VOCs释放潜力的方法，主要包括污泥堆体内部样品的采集、样品释放VOCs的收集和VOCs的检测步骤。本发明可用于评价脱水污泥在不同堆置温度条件下，堆体内部VOCs的释放潜力及释放特征，指导现场操作人员采取安全防护措施，维护操作人员的身心健康，亦可为环境保护部门的现场检测提供直接、可靠的数据。

本发明的技术方案如下，包括以下步骤：

第一步：污泥堆体内部样品的采集。污泥堆体1内部样品的采集是通过采用套筒装置2来实现的，套筒装置2的内筒2-1为一实心圆柱，外筒2-2为一空心圆柱。在特定的堆置时间和堆置温度采集污泥。污泥的采集是将套筒装置2插入堆体后再取出，污泥便采集于内外圆柱之间的圆环内。

第二步：样品释放VOCs的收集。样品释放VOCs的收集是采用容器3来实现的，容器3主体为一个空心圆柱4，空心圆柱4两端各连接一个空心圆锥5。将套筒装置2的外筒2-2去除后，迅速置于空心圆柱4内，在载气(N₂)的带动下将释放的VOCs收集于气袋6中。

第三步：VOCs的检测。采用预浓缩仪-高效气相色谱7检测气袋6中的VOCs。

所述的污泥堆体1是指污泥堆置高度不低于30cm的堆体，其中污泥是城市生活污水厂或者工业污水厂产生的脱水污泥，含水率为78％-82％。

所述的套筒装置2是自制而成的，长度为10～30cm，套筒装置2的内筒2-1为一实心圆柱，其高径比为4∶1～6∶1，外筒2-2为一空心圆柱，内筒实心圆柱比外筒空心圆柱直径小1～3cm。

所述的特定的堆置时间是指0～72h。

所述的特定的堆置温度是指30～50℃。

所述污泥样品的采集，是将套筒装置2插入堆体后再取出，其速度均控制为匀速(5cm/s)。套筒装置确保在整个采集过程中脱水污泥均与周围空气隔离，从而最大程度地仿真堆体内部环境。

所述容器3主体的空心圆柱4的长度等于套筒装置2的长度，空心圆柱4的高径比为1∶1～3∶1，空心圆锥5的高径比为1∶2～1∶3。

所述载气(N₂)的流速为1L/min。

所述的气袋6中气体进入预浓缩仪的体积为60～100ml。

步骤三中采用预浓缩仪-高效气相色谱7检测气袋6中的VOCs，其中高效气相色谱检测条件为：进样口温度为150℃，检测器温度250℃。升温程序为：初始温度50℃，停留2min；50℃～180℃升温速率为5.0℃/min，停留10min；180℃～220℃升温速率为30.0℃/min，停留2min。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本发明不仅可以指导污泥堆置条件的控制，减小VOCs的产生及排放，而且对操作人员的身心健康和周围的大气环境都会有重要的现实意义。

2、本发明不仅可以用于研究在污水厂污泥堆置期间堆体内部VOCs的释放潜力，还可以用于研究污泥填埋时填埋场堆体内部VOCs的释放潜力，指导填埋场的监控和运行。

附图说明

图1为本发明检测脱水污泥堆体内挥发性污染物(VOCs)释放潜力的工艺流程示意图。1：污泥堆体；2：套筒装置(2-1：内筒，2-2：外筒)；3：VOCs释放容器；4：空心圆柱；5：空心圆锥；6：气袋；7：预浓缩仪-高效气相色谱。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

脱水污泥取自上海市某城市污水厂，污泥含水率为80.3％，污泥取回后进行如下操作：

第一步：将取回的污泥样品置于总体积为45L的长方体有机玻璃箱内，堆置高度约为箱高的2/3，于(30℃)堆置72小时。

第二步：堆置期间，分别于0h，6h，12h，24h，36h，48h，60h，72h用自制的套筒装置2从污泥堆体内部取出脱水污泥约120g，污泥的采集过程是将套筒装置2插入堆体后再取出，其速度均控制为匀速(5cm/s)，污泥便采集于内外圆柱之间的圆环内。自制套筒装置2的长度为15cm，自制套筒装置2的内筒2-1为一实心圆柱，其高径比为5∶1，外筒2-2为一空心圆柱，内筒实心圆柱比外筒空心圆柱直径小2cm。该装置确保在整个采集过程中脱水污泥均与周围空气隔离，从而最大程度地仿真堆体内部环境。

将套筒装置2的外筒去除后，迅速置于容器3的主体空心圆柱4内，空心圆柱4两端各连接一个空心圆锥5，空心圆柱4的长度等于套筒装置2的长度，空心圆柱4的高径比为2∶1，空心圆锥5的高径比为1∶2，以1L/min的速度通入氮气10min，收集释放的VOCs于气袋6中，收集气体的总体积约10L。

第三步：采用预浓缩仪-高效气相色谱7检测收集于气袋6中的VOCs，从而研究污泥在特定的堆置条件下的VOCs的释放潜力和释放特征。高效气相色谱检测条件为：进样口温度为150℃，检测器温度250℃。升温程序为：初始温度50℃，停留2min；50℃～180℃升温速率为5.0℃/min，停留10min；180℃～220℃升温速率为30.0℃/min，停留2min。

结果表明：30℃，脱水污泥堆体内部释放的VOCs主要以硫醚类有机物、含氯类有机物、醇类和苯系类有机物等组成。其中，1，3-二氯丙烯、三氯甲烷、甲基硫醚等释放潜力随着堆置时间的延长而逐渐增大，在堆置第72h时，1，3-二氯丙烯和三氯甲烷的释放潜力达到0.15mg/m²·10min和0.54mg/m²·10min；甲硫醇、甲醇、乙醇、二甲基二硫醚等在堆置60h时释放潜力最大，其中甲硫醇和甲醇在60h的释放潜力达到9.73mg/m²·10min和0.035mg/m²·10min；三氯乙烯、甲苯、丁酮等在堆置前12h内释放潜力最大，如三氯乙烯和甲苯在堆置6-12h时释放潜力达到0.66mg/m²·10min和0.078mg/m²·10min。在72h的堆置时间内，VOCs的释放规律明显不同，操作人员可以根据不同的污泥堆置时间来采取相应的防护措施。

实施例2

脱水污泥取自上海市某城市污水厂，污泥含水率为81.0％，污泥取回后进行如下操作：

第一步：将取回的污泥样品置于总体积为45L的长方体有机玻璃箱内，堆置高度约为箱高的2/3，于(50℃)堆置72小时。

第二步：堆置期间，分别于0h，6h，12h，24h，36h，48h，60h，72h用自制的套筒装置2从污泥堆体内部取出脱水污泥约120g，污泥的采集过程是将套筒装置2插入堆体后再取出，其速度均控制为匀速(5cm/s)，污泥便采集于内外圆柱之间的圆环内。自制套筒装置2的长度为20cm，自制套筒装置2的内筒2-1为一实心圆柱，其高径比为6∶1，外筒2-2为一空心圆柱，内筒实心圆柱比外筒空心圆柱直径小2cm。该装置确保在整个采集过程中脱水污泥均与周围空气隔离，从而最大程度地仿真堆体内部环境。

将套筒装置2的外筒去除后，迅速置于容器3的主体空心圆柱4内，空心圆柱4两端各连接一个空心圆锥5，空心圆柱4的长度等于套筒装置2的长度，空心圆柱4的高径比为2.5∶1，空心圆锥5的高径比为1∶2，以1L/min的速度通入氮气10min，收集释放的VOCs于气袋6中，收集气体的总体积约10L。

第三步：采用预浓缩仪-高效气相色谱7检测收集于气袋6中的VOCs，从而研究污泥在特定的堆置条件下的VOCs的释放潜力和释放特征。高效气相色谱检测条件为：进样口温度为150℃，检测器温度250℃。升温程序为：初始温度50℃，停留2min；50℃～180℃升温速率为5.0℃/min，停留10min；180℃～220℃升温速率为30.0℃/min，停留2min。

结果表明：高温条件下，脱水污泥堆体内部释放的VOCs主要以硫醚类有机物、含氯类有机物、醇类、酮类和苯系类有机物等组成。其中，甲硫醇、甲醇和甲基硫醚等释放潜力随着堆置时间的延长而逐渐增大，如甲硫醇和甲醇在堆置第72h的释放潜力达到13.52mg/m²·10min和0.058mg/m²·10min；三氯甲烷、二甲基二硫醚、乙醇等在堆置48-60h后，其释放潜力最大，三氯甲烷的释放潜力达到0.10mg/m²·10min；而1，3-二氯丙烯、三氯乙烯、丁酮和甲苯等在堆置初期前12h内释放潜力最大，如1，3-二氯丙烯和三氯乙烯在堆置前12h内释放潜力达到0.34mg/m²·10min和1.07mg/m²·10min。在高温堆置的72h内，VOCs的释放规律明显不同，操作人员可以根据不同的污泥堆置时间来采取相应的防护措施。

实施例3

研究脱水污泥在不同堆置温度下堆体内部VOCs的释放潜力。脱水污泥取自上海市某城市污水厂，污泥含水率为80.5％，污泥取回后进行如下操作：

第一步：将取回的污泥样品置于总体积为45L的长方体有机玻璃箱内，堆置高度约为箱高的2/3，于中温(30℃)和高温(50℃)条件下各堆置72小时。

第二步：堆置期间，分别于0h，6h，12h，24h，36h，48h，60h，72h用自制的套筒装置2从污泥堆体内部取出脱水污泥约120g，污泥的采集过程是将套筒装置2插入堆体后再取出，其速度均控制为匀速(5cm/s)，污泥便采集于内外圆柱之间的圆环内。自制套筒装置2的长度为25cm，自制套筒装置2的内筒2-1为一实心圆柱，其高径比为6∶1，外筒2-2为一空心圆柱，内筒实心圆柱比外筒空心圆柱直径小3cm。该装置确保在整个采集过程中脱水污泥均与周围空气隔离，从而最大程度地仿真堆体内部环境。

将套筒装置2的外筒去除后，迅速置于容器3的主体空心圆柱4内，空心圆柱4两端各连接一个空心圆锥5，空心圆柱4的长度等于套筒装置2的长度，空心圆柱4的高径比为2∶1，空心圆锥5的高径比为1∶2，以1L/min的速度通入氮气10min，收集释放的VOCs于气袋6中，收集气体的总体积约10L。

第三步：采用预浓缩仪-高效气相色谱7检测收集于气袋6中的VOCs，从而研究污泥在不同的堆置条件下其VOCs的释放潜力和释放特征。高效气相色谱检测条件为：进样口温度为150℃，检测器温度250℃。升温程序为：初始温度50℃，停留2min；50℃～180℃升温速率为5.0℃/min，停留10min；180℃～220℃升温速率为30.0℃/min，停留2min。

结果表明：不同的堆置温度，污泥堆体内部释放的VOCs成分类似，均主要由硫醚类有机物、含氯类有机物、醇类、酮类和苯系类有机物等组成，但VOCs的释放特征具有明显的差异。对硫醚类、醇类和苯系类挥发性有机物而言，堆置温度越高，其内部VOCs的释放潜力越大。如高温条件下(50℃)甲硫醇和甲醇的释放潜力达到13.52mg/m²·10min和0.058mg/m²·10min，而中温条件下(30℃)甲硫醇和甲醇的释放潜力为9.73mg/m²·10min和0.035mg/m²·10min，高温条件下是释放潜力约为中温条件下的1.5倍。而高温和中温堆置条件下，含氯乙烯类挥发性有机物的释放潜力没有明显的变化趋势。操作人员可以根据不同的污泥堆置温度和堆置时间来采取相应的防护措施，确保现场操作人员的身心健康。

实施例4

脱水污泥取自上海市某工业污水厂污泥脱水车间，污泥含水率为79.7％，污泥取回后进行如下操作：

第一步：将取回的污泥样品置于总体积为45L的长方体有机玻璃箱内，堆置高度约为箱高的2/3，于(30℃)堆置72小时。

第二步：堆置期间，分别于0h，6h，12h，24h，36h，48h，60h，72h用自制的套筒装置2从污泥堆体内部取出脱水污泥约120g，污泥的采集过程是将套筒装置2插入堆体后再取出，其速度均控制为匀速(5cm/s)，污泥便采集于内外圆柱之间的圆环内。自制套筒装置2的长度为20cm，自制套筒装置2的内筒2-1为一实心圆柱，其高径比为5∶1，外筒2-2为一空心圆柱，内筒实心圆柱比外筒空心圆柱直径小2cm。该装置确保在整个采集过程中脱水污泥均与周围空气隔离，从而最大程度地仿真堆体内部环境。

将套筒装置2的外筒去除后，迅速置于容器3的主体空心圆柱4内，空心圆柱4两端各连接一个空心圆锥5，空心圆柱4的长度等于套筒装置2的长度，空心圆柱4的高径比为2∶1，空心圆锥5的高径比为1∶2，以1L/min的速度通入氮气10min，收集释放的VOCs于气袋6中，收集气体的总体积约10L。

第三步：采用预浓缩仪-高效气相色谱7检测收集于气袋6中的VOCs，从而研究污泥在特定的堆置条件下的VOCs的释放潜力和释放特征。高效气相色谱检测条件为：进样口温度为150℃，检测器温度250℃。升温程序为：初始温度50℃，停留2min；50℃～180℃升温速率为5.0℃/min，停留10min；180℃～220℃升温速率为30.0℃/min，停留2min。

结果表明：30℃，脱水污泥堆体内部释放的VOCs主要以硫醚类有机物、含氯类有机物、醇类和苯系类有机物等组成。其中，甲硫醇、甲基硫醚、二甲基二硫醚等释放潜力随着堆置时间的延长而逐渐增大，在堆置第72h时，甲硫醇、甲基硫醚的释放潜力达到23.15mg/m²·10min和3.54mg/m²·10min；醇类有机物在堆置60h时释放潜力最大，如甲醇、乙醇等在堆置60h时释放潜力达到0.05mg/m²·10min；苯类、烯类有机物在堆置前12h内释放潜力最大，如甲苯和二氯乙烯在堆置6-12h时释放潜力达到1.03mg/m²·10min和0.18mg/m²·10min。在72h的堆置时间内，工业污泥VOCs的释放潜力较城市污泥的释放潜力大，故更应注重工业污泥在堆置期间VOCs的释放及防护措施。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。