污水處理廠污泥中重金屬含量測(cè)定研究

摘要：城市污水處理廠運(yùn)行期間會(huì)產(chǎn)生大量污泥，它是環(huán)保設(shè)施運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生的固體廢物，屬于工業(yè)固體廢物范疇。本文采用石墨消解儀對(duì)污泥進(jìn)行前處理，然后采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測(cè)定污泥中銅、鋅、鉻、鎘、鉛、鎳、砷、汞等8種重金屬的含量。試驗(yàn)結(jié)果表明，各元素的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于2.0%，有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的測(cè)定結(jié)果均在標(biāo)準(zhǔn)參考值范圍內(nèi)，各元素的相對(duì)誤差均小于5%，加標(biāo)回收率為90%～107%，符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。該方法自動(dòng)化程度高，適用于大批量污泥中重金屬含量的測(cè)定。

關(guān)鍵詞：污泥；固體廢物；重金屬；石墨消解儀；電感耦合等離子體發(fā)射光譜法

中圖分類號(hào)：X781.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2023）08-000-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2023.08.002

Study on the Determination of Heavy Metal Content in Sewage Treatment Plant Sludge

BIAN Guirong， SHEN Jian， LIU Jing， LIU Guoqiang

（Anhui Wuhu Ecological Environment Monitoring Center， Wuhu 241001， China）

Abstract： During the operation of urban sewage treatment plants， a large amount of sludge is generated， which is solid waste generated by the operation of environmental protection facilities and belongs to the category of industrial solid waste. In this paper， the graphite digestion instrument is used to pretreat the sludge， and then the content of eight heavy metals， such as copper， zinc， chromium， cadmium， lead， nickel， arsenic and mercury， in the sludge is determined by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry. The experimental results show that the relative standard deviation of each element is less than 2.0%， and the determination results of certified reference materials are within the range of standard reference values， and the relative error of each element is less than 5%， and the recovery rate of the added standard is between 90%～107%， which meets the requirements of relevant standards. This method has a high degree of automation and is suitable for the determination of heavy metal content in large batches of sludge.

Keywords： sludge; solid waste; heavy metals; graphite digestion instrument; inductively coupled plasma atomic emission spectrometry

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，城市水污染問(wèn)題逐漸凸顯，污水處理廠對(duì)城市環(huán)境和自然水體的保護(hù)有突出貢獻(xiàn)，有效推進(jìn)水資源的可持續(xù)發(fā)展。但是，污水處理過(guò)程中產(chǎn)生的部分污泥未得到科學(xué)的處理和處置[1]。截至2022年底，蕪湖市共有24家污水處理廠（日處理能力大于500 t/d），污泥都是濃縮脫水處理后暫存于污泥貯存罐，再進(jìn)行集中干化焚燒。污泥成分復(fù)雜，直接焚燒可能會(huì)產(chǎn)生新的污染物，帶來(lái)新的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。同時(shí)，污泥也是一種重要的再生資源，可分析污泥成分，然后采用相應(yīng)的處理方法，將污泥再次利用。

按照《中華人民共和國(guó)固體廢物污染環(huán)境防治法》的規(guī)定，污泥屬于環(huán)保設(shè)施運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生的固體廢物，屬于工業(yè)固體廢物范疇，應(yīng)該按照工業(yè)固體廢物進(jìn)行管理[2]。本文抽取蕪湖市幾家污水處理廠的污泥，采用石墨消解儀消解污泥樣品，對(duì)消解條件進(jìn)行優(yōu)化，確定最合適的前處理步驟，然后采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法對(duì)污泥樣品和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行測(cè)定，研究該方法測(cè)定污泥中重金屬含量的可行性。

1 試驗(yàn)部分

1.1 儀器和試劑

主要儀器有全自動(dòng)石墨消解儀、電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀和電子分析天平。硝酸、鹽酸均為優(yōu)級(jí)純，購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；高氯酸、氫氟酸、硫脲、氫氧化鉀、抗壞血酸均為分析純，購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；硼氫化鉀為分析純，購(gòu)自上海凌峰化學(xué)試劑有限公司。試驗(yàn)用水均為現(xiàn)場(chǎng)制備的超純水。有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)分為3類，均有編號(hào)。一是Cu、Zn、Pb、Cd、Ni、Cr混合溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)；二是As、Hg混合溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)；三是工業(yè)固體廢棄物中重金屬元素標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。

1.2 污泥樣品的前處理

取風(fēng)干、過(guò)篩的污泥樣品0.25 g（精確至0.000 1 g）

置于消解罐中，采用消解程序?qū)悠愤M(jìn)行前處理。石墨消解儀消解程序分為兩類。一是銅、鋅、鎳、鉻、鉛、鎘消解程序。滴加0.5 mL水、6 mL硝酸，升溫至140 ℃，加熱70 min；冷卻，滴加2 mL硝酸、6 mL鹽酸，150 ℃溫度下加熱60 min；冷卻，滴加5 mL氫氟酸，150 ℃溫度下加熱50 min；冷卻，滴加3 mL高氯酸、30 mL水沖洗，165 ℃溫度下加熱60 min，振蕩30 s，175 ℃溫度下加熱90 min；冷卻，滴加水，定容至50 mL，振蕩搖勻。二是砷、汞消解程序。滴加5 mL水，振蕩30 s，滴加1.25 mL硝酸、3.75 mL鹽酸，振蕩30 s，等待10 min，振蕩60 s，升溫至95 ℃，加熱165 min，其間每0.5 h振蕩一次，冷卻，滴加水，定容至50 mL，振蕩搖勻。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

將購(gòu)買的有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)分別配制成6個(gè)濃度水平的標(biāo)準(zhǔn)系列，以濃度x為橫坐標(biāo)，元素響應(yīng)值y為縱坐標(biāo)，建立標(biāo)準(zhǔn)曲線，其回歸方程及相關(guān)系數(shù)如表1所示。

2 結(jié)果與討論

目前，污泥樣品的消解方法主要有微波消解法和電熱板消解法。微波消解法消解完全，但是消解后需要人工將樣品放至趕酸儀上，而且消解樣品個(gè)數(shù)有限；電熱板消解法使用傳統(tǒng)的電熱板消解，中途加酸和趕酸步驟均需要試驗(yàn)人員手動(dòng)進(jìn)行，而且消解時(shí)間長(zhǎng)，電熱板加熱溫度不均勻。本試驗(yàn)采用石墨消解儀替代傳統(tǒng)電熱板對(duì)污泥樣品進(jìn)行前處理，消解程序設(shè)定后全程自動(dòng)進(jìn)行，而且每個(gè)批次消解樣品數(shù)量多，受熱均勻，樣品消解完全[3]。污泥有機(jī)質(zhì)含量較高，直接加酸進(jìn)行消解，反應(yīng)比較劇烈，消解液可能會(huì)飛濺出來(lái)，因此本試驗(yàn)稱好樣品后將其置于消解罐中，先加入5 mL濃硝酸浸泡過(guò)夜，進(jìn)行預(yù)處理，再用石墨消解儀進(jìn)行消解[4]。

2.1 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)樣品的測(cè)定

準(zhǔn)確稱取6份標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)樣品，按預(yù)設(shè)程序和儀器最佳測(cè)試條件進(jìn)行測(cè)定分析，計(jì)算測(cè)定結(jié)果的精密度和準(zhǔn)確度，如表2所示。電感耦合等離子體發(fā)射光譜法精密度和準(zhǔn)確度較好，有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的測(cè)定結(jié)果均在標(biāo)準(zhǔn)參考值范圍內(nèi)，符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.2 污泥樣品的測(cè)定

蕪湖市現(xiàn)有污水處理廠24家，選取其中5家，采集污泥，研磨，全部過(guò)100目篩[5-7]。準(zhǔn)確稱取0.1～0.5 g（精確至0.000 1 g）過(guò)篩樣品進(jìn)行消解測(cè)試，結(jié)果如表3所示。每家污水處理廠污泥的重金屬含量差別很大，因此對(duì)污泥進(jìn)行再利用之前，有必要對(duì)其重金屬含量進(jìn)行測(cè)定[8-10]。

2.3 加標(biāo)回收率的測(cè)定

以4號(hào)污水處理廠為例，準(zhǔn)確稱取6份污泥樣品，分別加入一定量的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)樣品，然后進(jìn)行消解和測(cè)定，計(jì)算其加標(biāo)回收率[11-12]，結(jié)果如表4所示。加標(biāo)回收率保持在90%～107%，滿足分析要求。

3 結(jié)論

污水處理廠的污泥處理和污水處理同等重要，污泥樣品可采用石墨消解儀進(jìn)行前處理，然后采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測(cè)定銅、鋅、鉻、鎘、鉛、鎳、砷、汞等重金屬的含量。該方法自動(dòng)化程度高，可以準(zhǔn)確快速地測(cè)定污泥的重金屬含量，有利于按照實(shí)際情況綜合利用污泥，這對(duì)合理利用資源，減少環(huán)境污染具有重要意義。

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