申请日2014.05.07
公开(公告)日2015.11.25
IPC分类号G01N30/88
摘要
本发明公开了一种筛查城市污水处理的活性污泥以及剩余污泥中的微量有机污染物的方法，包括对活性污泥或/和剩余污泥依次进行萃取处理、硅胶柱层析处理和GC-MS分析、测定，测定活性污泥或/和剩余污泥中微量有机污染物的种类和计算活性污泥或/和剩余污泥中微量有机污染物的含量。本发明方法能够灵敏的检测到活性污泥或/和剩余污泥中低含量的有机污染物，并准确测定其含量。本发明方法的灵敏度高，测定结果准确，使用范围广，对不同污泥中微量污染物的重量和含量筛查具有普适性。
权利要求书
1.一种筛查污泥中有机污染物的方法，其特征是包括对污泥依次进行萃取处理、硅 胶柱层析处理和气质联用分析。
2.如权利要求1所述的筛查方法，其特征是所述萃取处理包括：1)对污泥进行加 速溶剂萃取处理，制得加速溶剂萃取混合物;2)对加速溶剂萃取混合液进行液-液 萃取处理。
3.如权利要求2所述的筛查方法，其特征是所述加速溶剂萃取处理包括依次采用丙 酮/正己烷的混合萃取溶剂、丙酮/二氯甲烷的混合萃取溶剂对污泥进行两次加速溶剂 萃取，获得加速溶剂萃取混合物。
4.如权利要求2或3所述的筛查方法，其特征是所述加速溶剂萃取处理过程中萃取 温度为90-110℃;萃取压力为1500-2000psi;萃取时间为4-10min。
5.如权利要求2或3所述的筛查方法，其特征是所述液-液萃取处理是向加速溶剂 萃取混合物中加入NaCl水溶液后，再加入萃取溶剂二氯甲烷，进行所述的液液萃取 处理。
6.如权利要求1-3任一所述的筛查方法，其特征是所述硅胶柱层析处理是将萃取处 理的萃取液采用正己烷、体积比为5：100的丙酮-正己烷的混合溶液、体积比为30： 100的丙酮-正己烷混合溶液作为洗脱剂，依次进行洗脱，分别收集洗脱液。
7.如权利要求6所述的筛查方法，其特征是所述硅胶柱采用Sep-PakVAC硅胶柱。
8.如权利要求1-3任一所述的筛查方法，其特征是所述气质联用分析包括采用 CompoundComposer软件对气质联用分析样品进行筛查，与CompoundComposer软 件的自动识别与定量分析数据库内的物质进行比对，确定污染物的种类和含量。
9.如权利要求1-3任一所述的筛查方法，其特征是还包括首先对污泥进行干燥处理 后再进行所述的萃取处理。
10.如权利要求9所述的的筛查方法，其特征是所述干燥处理包括如下步骤：
1)将污泥进行离心处理，获得脱水污泥;
2)对脱水污泥进行冷冻干燥处理，其中，冷冻干燥过程中的绝对压力为0.1mbar、 温度为-50℃，时间为48h，获得干燥污泥。
说明书
一种筛查污泥中有机污染物的方法
技术领域
本发明涉及一种微量污染物质种类和含量的测定方法，特别涉及一种污泥中 微量有机污染物质的种类和含量的筛查方法。
背景技术
城市污水厂处理污水的活性污泥和剩余污泥中含有种类繁多的具有生物活 性的微量有机污染物，而剩余污泥的处理对于环境保护存在巨大的影响，但是由 于剩余污泥中的基质复杂，对其展开微量污染物的分析困难很大，如何建立适用 的前处理方法是建立分析方法的关键。
目前针对剩余污泥中微量有机污染物的调查研究，一般是针对某一类物质进 行研究和分析，无法对城市污水厂剩余污泥中的有机污染物种类以及其含量或浓 度的分布及变化情况进行分析。如蔡全英等人使用索氏提取法+三氧化二铝-硅胶 -无水硫酸钠净化的前处理技术与GC-MS结合，分析城市污泥样品中的氯苯;申 荣艳等人使用超声萃取+液液萃取+铜粉-无水硫酸钠-硅胶净化的前处理技术与 GC-ECD结合，分析城市污泥样品中的多氯联苯和有机氯农药;莫测辉等人使用 索氏提取法+氧化二铝-硅胶-无水硫酸钠与GC-MS方法结合分析城市污泥中的 邻苯二甲酸酯类物质。
2005年，Kadokami等建立了一套基于气质联用的、适用于挥发性和半挥发 性有机物的自动识别与定量系统(AutomatedIdentificationandQuantification SystemwithaDatabase，AIQS-DB)，可在不使用标样的情况下对数据库中900 多种已知的、挥发性和半挥发性有机物进行快速分析，目前该系统已成功应用于 河水、海水及底泥等样品中微量有机污染物的筛查。
Kadokami等人对日本Dokai海湾中的底泥进行污染物进行调查，采用超声 萃取+液液萃取+硅胶净化的前处理方法与本系统(AIQS-DB)结合的方法，分析了 海湾底泥中几百种物质的浓度和分布情况，数据库中83%的物质的仪器检出限都 在4μg/kg干污泥以下，此次调查共检出101种微量有机污染物，这些污染物属 于25种不同的类别。
发明内容
本发明的目的是针对现有剩余污泥中微量有机污染物种类的筛查和含量测 定过程中存在的技术问题，提供一种筛查污泥中微量污染物的方法，本发明方法 具有普适性，污泥中微量有机污染物监测灵敏度高，可以筛查到极低浓度污染物 的种类，而且能够精确测定污染物的含量，为微量有机污染物在城市污水厂活性 污泥/剩余污泥中分布情况的研究提供一种新的分析方法;通过对污泥中微量污 染物的筛查，可以为污泥资源化利用过程的风险评价提供宝贵的数据和依据。
为实现本发明的目的，本发明一方面提供一种筛查污泥中有机污染物的方 法，包括对污泥依次进行萃取处理、硅胶柱层析处理和气-质联用(GC-MS)分 析。
其中，所述污泥选择污水处理厂的活性污泥、处理污水后的剩余污泥。
特别是，所述萃取处理包括：1)对污泥进行加速溶剂萃取处理，制得加速 溶剂萃取混合物;2)对加速溶剂萃取混合液进行液-液萃取处理。
尤其是，所述加速溶剂萃取处理包括依次采用丙酮/正己烷的混合萃取溶剂、 丙酮/二氯甲烷的混合萃取溶剂对污泥进行两次加速溶剂萃取，获得加速溶剂萃 取混合物。
特别是，所述丙酮/正己烷的混合萃取溶剂中丙酮与正己烷的体积之比为 0.5-2：1，优选为1：1;所述丙酮/二氯甲烷的混合萃取溶剂中丙酮与二氯甲烷 的体积之比为0.5-2：1，优选为1：1。
其中，所述加速溶剂萃取处理过程中萃取温度为90-110℃，优选为100℃; 萃取压力为1500-2000psi;萃取时间为4-10min，优选为5min。
特别是，所述加速溶剂萃取过程中萃取溶剂的体积与污泥的重量之比为 15-25：1，优选为20：1，即每1g污泥在加速溶剂萃取过程中萃取溶剂的体积为 15-25ml。
尤其是，在加速溶剂萃取过程中还加入无水硫酸钠。
特别是，无水硫酸钠与污泥的重量之比为0.5-2：1，优选为1：1。
特别是，还包括冲洗处理，即在每次加速溶剂萃取处理之后，使用萃取溶剂 冲洗污泥，并将冲洗液与萃取液合并。
其中，在冲洗过程中，使用的萃取溶剂的用量为每1g污泥使用6-7ml萃取 溶剂进行所述的冲洗处理。
特别是，还包括氮气吹扫处理，即在冲洗处理之后，采用氮气吹扫污泥，将 残留在污泥中的冲洗液吹出，与冲洗液和萃取液合并，形成加速溶剂萃取液。
尤其是，氮气吹扫处理过程中氮气的压力为100-200psi，优选为150psi。
其中，所述液-液萃取处理是向加速溶剂萃取混合物中加入NaCl水溶液，制 成待液液萃取混合物后，再加入萃取溶剂二氯甲烷，振荡、静置，进行所述的液 液萃取处理。
特别是，所述NaCl水溶液的质量百分比浓度为4-10%，优选为5%。
尤其是，所述NaCl水溶液的用量为每1g污泥使用100-300ml的NaCl水溶 液，制成待液液萃取混合物，优选为300ml。
特别是，还包括将加速溶剂萃取液浓缩后再进行所述的液液萃取。
尤其是，浓缩后的加速溶剂萃取液体积与污泥的重量之比为7-15：1，优选 为10：1，即每1g污泥经过加速溶剂萃取处理之后的萃取液浓缩后的体积为 7-15ml，优选为10ml。
特别是，所述液液萃取过程中的萃取溶剂二氯甲烷与待液液萃取混合物的体 积之比为1：7-12，优选为1：7-10。
尤其是，采用萃取溶剂二氯甲烷对待液液萃取混合物进行2次液液萃取处理， 并将两次液液萃取液合并。
特别是，还包括向液液萃取液中加入正己烷后，在真空状态下进行浓缩处理， 获得去除二氯甲烷的萃取浓缩物。
特别是，还包括对去除二氯甲烷的萃取浓缩物进行氮吹浓缩处理，制得液液 萃取浓缩混合物。
尤其是，所述液液萃取浓缩混合物的体积与污泥重量(干重)之比为0.5-1.5： 1，优选为1：1，即每1g污泥进过氮吹浓缩处理制得的液液萃取浓缩混合物的 体积为0.5-1.5ml，优选为1ml。
其中，所述的硅胶柱层析处理是将萃取处理的萃取液采用正己烷、体积比为 5：100的丙酮-正己烷的混合溶液、体积比为30：100的丙酮-正己烷混合溶液作 为洗脱剂，依次进行洗脱、分离，即将萃取处理的萃取液置于硅胶柱顶端，采用 正己烷、体积比为5：100的丙酮-正己烷的混合溶液、体积比为30：100的丙酮 -正己烷混合溶液作为洗脱剂，依次进行洗脱，分别收集洗脱液。
特别是，所述硅胶柱层析处理是采用硅胶层析柱对经过氮吹浓缩处理后的液 液萃取浓缩混合物采用正己烷、体积比为5：100的丙酮-正己烷的混合溶液、体 积比为30：100的丙酮-正己烷混合溶液作为洗脱剂，进行洗脱、分离，即将氮 吹浓缩后的液液萃取混合物置于硅胶柱顶端，采用正己烷、体积比为5：100的 丙酮-正己烷的混合溶液、体积比为30：100的丙酮-正己烷混合溶液作为洗脱剂， 进行洗脱，分别收集洗脱液。
特别是，所述硅胶柱层析处理过程中每个洗脱梯度的洗脱剂的用量为每1g 污泥使用10-20ml的洗脱剂进行洗脱，优选为15ml。
也就是说在硅胶柱层析处理过程中洗脱剂正己烷、体积比为5：100的丙酮- 正己烷的混合溶液、体积比为30：100的丙酮-正己烷混合溶液的体积与污泥的 重量之比为10-20：1，优选为15：1。
其中，采用Sep-PakVAC硅胶柱进行所述的硅胶柱层析处理。
特别是，进行硅胶柱层析处理过程中硅胶的用量为每1g污泥使用1.5-2.5g 硅胶，优选为2g硅胶。
尤其是，所述硅胶柱的规格为2g/12ml。
特别是，还包括对硅胶柱进行活化处理之后，再进行所述的硅胶柱层析处理。
其中，依次使用正己烷、体积比为5：100的丙酮-正己烷溶液、体积比为30： 100的丙酮-正己烷溶液对硅胶柱进行洗脱处理，去除硅胶中的杂质，增加硅胶柱 的净化能力。
特别是，还包括向硅胶柱层析处理过程中收集的洗脱液中加入定量内标混合 物，制得待气质联用分析用混合物。
其中，所述定量内标混合物由化合物4-氯甲苯、1,4-二氯苯、萘、菲、苊、 荧蒽、芘、屈组成。
特别是，所述定量内标混合物中各化合物的浓度均为10μg/l。
即所述定量内标混合物的组成由如下所示：
其中，所述气质联用分析包括采用CompoundComposer软件对气质联用分析 样品进行筛查，与CompoundComposer软件中的自动识别与定量分析数据库 (AutomatedIdentificationandQuantificationSystemwithaDatabase，AIQS-DB) 内的物质进行比对，确定污染物的种类和含量。
特别是，所述CompoundComposer软件为岛津公司(ShimadzuCorporation) 开发的用于在GC-MS处理过程中分析挥发性和半挥发性有机物的种类和含量的 软件。
特别是，Compoundcomposer软件及其中的自动识别与定量分析数据库 (AutomatedIdentificationandQuantificationSystemwithaDatabase，AIQS-DB) 是由日本岛津公司(ShimadzuCorporation)和北九州市立大学(The UniversityofKitakyushu)共同研发的一种同时分析大量有毒半挥发性有机物 的软件和数据库。
其中，数据库中包含环境中7个大类的共计942种化合物。该数据库基于化 合物的元素组成和用途以三个代码进行分类,其中代码3以该化合物是否含有 卤元素进行区别编码,当该化合物元素组成中不含卤素编码为0,含有卤素时 编码为1;代码1和代码2分别代表不同种类的化合物。数据库中所含化合物的 标准曲线浓度分为0.01、0.10、1.0和10μg四个梯度,也就是说,只有当检 测的目标化合物浓度高于0.01μg/L时进行定量计算才更为准确。
Compoundcomposer软件可以通过其数据库(AIQS-DB)里储存的近千 种化合物的标准曲线和保留时间信息，利用Compoundcomposer软件的特 定methodcreation软件，在数据库(AIQS-DB)与当前使用的分析方法之间 建立联系，从而达到在没有标准样品的情况下，实现对特定目标化合物半定量的 目的。
特别是，还包括首先对污泥进行干燥处理后再进行所述的萃取处理。
其中，所述的干燥处理包括如下步骤：
1)将污泥进行离心处理，获得脱水污泥;
2)对脱水污泥进行冷冻干燥处理，其中，冷冻干燥过程中的绝对压力为 0.1mbar、温度为-50℃，时间为48h，获得干燥污泥。
特别是，所述干燥处理还可以采用喷雾干燥处理方式对步骤1)中制备的脱 水污泥进行干燥，获得干燥污泥。
特别是，所述离心处理过程中离心转速3000-5000转/分钟，优选为4000转/ 分钟;时间4-7分钟，优选为5分钟。
本发明方法的优点如下：
1、本发明的筛查污水处理厂的活性污泥、剩余污泥中微量污染物的方法灵 敏度高，可以筛查到极低浓度的微量物质，可以筛查到含量仅为0.01μg/g的微量 污染物;筛查到的有机污染物的种类多;
2、本发明方法的适用范围广，具有普适性，筛查物质的种类多，涵盖 CompoundComposer软件中的900多种挥发性半挥发性有机污染物，包括如多环 芳烃、酮类、醚类、邻苯二甲酸酯类、苯并噻唑、农药等众多的污染物;
3、本发明对方法污水处理厂剩余污泥中微量污染物的筛查方法的准确性高， 重复性好，除了极性较高的物质之外，其余样品回收率均在70-118%之间，相对 标准偏差小;
4、本方法采用加速溶剂萃取作为固体样品萃取的方法，速度快，污染小， 较常用的萃取方法节省大量的时间和溶剂;
5、本发明方法简单易行，操作条件温和，操作步骤简单，常规检测设备均 适用于本发明。