化工園區(qū)水環(huán)境與水污染檢測(cè)技術(shù)研究

摘要：以某化工園區(qū)中的水環(huán)境與水污染監(jiān)測(cè)試驗(yàn)項(xiàng)目為例，分析目前水環(huán)境和水污染的重金屬離子監(jiān)測(cè)有效技術(shù)，確定本項(xiàng)目的技術(shù)監(jiān)測(cè)方案。同時(shí)，通過電化學(xué)監(jiān)測(cè)技術(shù)方法監(jiān)測(cè)該園區(qū)周邊水污染情況得出試驗(yàn)效果分析數(shù)據(jù)，證明電化學(xué)監(jiān)測(cè)技術(shù)的合理有效性，為水環(huán)境和水污染監(jiān)測(cè)和治理工作提供參考。

關(guān)鍵詞：水環(huán)境；水污染；監(jiān)測(cè)技術(shù)；監(jiān)測(cè)效果

中圖分類號(hào)：X832 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2024）08-00-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.08.009

Research on Water Environment and Water Pollution Detection Technology in Chemical Industry Parks

ZHAI Lifen

（Jiaxiang Ecological Environment Monitoring Center， Jining 272400， China）

Abstract： Take a chemical park in the water environment and water pollution monitoring pilot project as an example， analyze the current water environment and water pollution monitoring of heavy metal ions effective technology， to determine the technical monitoring program of this project. At the same time， through the electrochemical monitoring technology method to monitor the park around the water pollution situation to test the effect of analytical data to prove the reasonable effectiveness of electrochemical monitoring technology， for the water environment and water pollution monitoring and management work to provide reference.

Keywords： water environment; water pollution; monitoring technology; monitoring effect

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷更新，工業(yè)制造水平和效率日益提高的同時(shí)，工業(yè)生產(chǎn)造成的水環(huán)境污染也日益嚴(yán)重，成為我國工業(yè)發(fā)展急需解決的問題?；诖?，以某化工園區(qū)為例，研究水環(huán)境保護(hù)和水污染治理的相關(guān)問題。一方面，水環(huán)境和水污染監(jiān)測(cè)技術(shù)能夠?qū)λ|(zhì)監(jiān)測(cè)工作起到支撐效果，并實(shí)時(shí)完善水污染監(jiān)測(cè)體系；另一方面，水環(huán)境污染監(jiān)測(cè)結(jié)果直接反映企業(yè)的水污染治理效果，保證其污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性有利于高效完成污水治理工作。

1 項(xiàng)目概況

某化學(xué)工業(yè)園區(qū)位于某省工業(yè)園區(qū)中心地區(qū)，東臨濱海大道，西至國道，南至海堤，北臨鐵路支線及港口，總體規(guī)劃面積為57.78 km2，建設(shè)用地面積為29.6 km2，是該省單位面積投資規(guī)模和產(chǎn)出較高的區(qū)域之一。該化工產(chǎn)業(yè)園區(qū)采用國際化經(jīng)營理念和開放式管理模式，具備應(yīng)急指揮部門，能夠?qū)崟r(shí)保障園區(qū)安全及消防安全。以化工園區(qū)周邊水環(huán)境和水污染監(jiān)測(cè)為例，針對(duì)化學(xué)產(chǎn)業(yè)園區(qū)排放的污染物進(jìn)行針對(duì)監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)某企業(yè)的主要污染物為鉛離子和鎘離子等重金屬污染物。本項(xiàng)目分析水環(huán)境和水污染的監(jiān)測(cè)技術(shù)，判斷重金屬離子的具體監(jiān)測(cè)技術(shù)適用性，為治理本化學(xué)園區(qū)的水污染和水環(huán)境監(jiān)測(cè)提供有效價(jià)值參考。

2 水環(huán)境與水污染檢測(cè)常見技術(shù)

運(yùn)用相關(guān)監(jiān)測(cè)技術(shù)監(jiān)測(cè)水環(huán)境中的污染成分、重金屬含量等，能夠明確水環(huán)境的污染物超標(biāo)現(xiàn)象，對(duì)水環(huán)境保護(hù)和污染的治理具有重要意義，能夠在治理水污染的同時(shí)，減輕離子污染物的威脅。

2.1 紫外-可見分光光度法和原子吸收光譜法

紫外-可見分光光度法和原子吸收光譜法是較為常規(guī)的水環(huán)境和水污染監(jiān)測(cè)技術(shù)。紫外-可見分光光度法是污染物質(zhì)在200～800 nm光譜范圍內(nèi)，吸收形成紫外吸收光譜，以定性、定量及結(jié)構(gòu)層次進(jìn)行光的選擇性吸收分析，能夠較為便捷普遍的監(jiān)測(cè)水環(huán)境的重金屬。原子吸收光譜法能夠分析水環(huán)境中金屬自由基態(tài)原子在共振輻射中的吸附作用，具有選擇性好、準(zhǔn)確性高、線性范圍較窄的特點(diǎn)。其中，氫化物發(fā)生法以惰性氣體為載體進(jìn)行受熱分析，火焰法通過高溫霧化進(jìn)行熱解還原，石墨爐法通過高溫峰值走向判定重金屬原子狀態(tài)。以上3種原子吸收光譜法在實(shí)際中各有應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，具有實(shí)用意義[1]。

2.2 酶分析法和免疫分析法

酶分析法和免疫分析法是生物化學(xué)分析法中的主要方法。酶分析法以酶活性中心的巰基或甲巰基為結(jié)合進(jìn)行中心結(jié)構(gòu)和性質(zhì)抑制，識(shí)別和分析其酸堿度和電子導(dǎo)率的變化，適用于葡萄糖氧化酶及異檸檬酸脫氫酶等。免疫分析法是在特定環(huán)境下，使抗原和抗體發(fā)生異性反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)重金屬含量的分析測(cè)定。該方法對(duì)水質(zhì)樣本的絡(luò)合物結(jié)合質(zhì)量要求較高，在實(shí)際檢測(cè)中易受限制[2]。

2.3 電化學(xué)分析法

電化學(xué)分析法以電化學(xué)反應(yīng)為技術(shù)支撐，通過監(jiān)測(cè)水環(huán)境中不同物質(zhì)的電化學(xué)性質(zhì)變化，根據(jù)化學(xué)電池參數(shù)和待測(cè)物質(zhì)的濃度關(guān)系進(jìn)行重金屬離子組成及含量的測(cè)定。由于重金屬離子會(huì)引起電流、電位、化學(xué)阻抗、電容以及電化學(xué)發(fā)光的變化，根據(jù)電化學(xué)傳感器的不同監(jiān)測(cè)位置信號(hào)，電化學(xué)分析法可分為安培法、電位法、極譜法、電化學(xué)阻抗法、電容法、電化學(xué)發(fā)光法以及伏安法等。其中，極譜法通過鋸齒形的脈沖電壓形成電解曲線；伏安法即陽極溶出伏安法[3]，是種強(qiáng)大、便攜、最常用的方法，通過恒定電位將重金屬離子預(yù)富集，再以金屬沉積于惰性電極的表面，在電極表面的沉積金屬上施加固定電壓，形成離子回歸溶液，進(jìn)行電流值測(cè)定，具備重金屬離子連續(xù)性監(jiān)測(cè)的多選擇性和靈敏性優(yōu)點(diǎn)。陽極溶出伏安曲線如圖1所示。

3 化工園區(qū)水環(huán)境和監(jiān)測(cè)技術(shù)的具體應(yīng)用

3.1 明確監(jiān)測(cè)方案

依據(jù)該項(xiàng)目中水環(huán)境和水污染的具體監(jiān)測(cè)結(jié)果，確定本項(xiàng)目的具體污染物為重金屬離子，因此確定以陽極溶出伏安法的電化學(xué)檢測(cè)技術(shù)為監(jiān)測(cè)方案。通過對(duì)污水的重金屬氧化還原反應(yīng)的定量監(jiān)測(cè)和定性監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行極化電壓和電位差異分析，實(shí)現(xiàn)氧化還原峰值參數(shù)，從而確定具體重金屬離子含量數(shù)據(jù)。具體試驗(yàn)儀器及型號(hào)如下：電化學(xué)工作站型號(hào)為CHI660D；實(shí)驗(yàn)室pH計(jì)型號(hào)為FE20/EL20；絲網(wǎng)印刷機(jī)型號(hào)為LC-400P，絲網(wǎng)印刷機(jī)臺(tái)面面積為300～500 mm2，絲網(wǎng)印刷機(jī)印刷面積為250～450 mm2，絲網(wǎng)印刷機(jī)鋁框尺寸為350 mm×450 mm（長×寬）；磁力攪拌器型號(hào)為MS300；聚酯絲網(wǎng)版膜厚度為40 μm；聚酯絲網(wǎng)板網(wǎng)孔孔徑為200 nm。

以無水乙酸鈉、乙酸、硫酸、超純水、100 mg/L的鉍標(biāo)準(zhǔn)溶液、1 000 μg/L的鉛鎘標(biāo)準(zhǔn)溶液、5%的乙醇溶液、423SS型絲網(wǎng)印刷碳墨水、427SS型導(dǎo)電銀漿及20～30 nm的多壁碳納米管為本次試驗(yàn)的主要試劑。

3.2 開展技術(shù)監(jiān)測(cè)

3.2.1 絲網(wǎng)印刷碳電極

在電極工作區(qū)將碳油墨和CaCO3顆粒進(jìn)行融合摻雜，以進(jìn)行絲網(wǎng)印刷，在導(dǎo)入酸劑使油墨和CaCO3顆粒溶解后形成多孔形式的絲網(wǎng)印刷碳電極，能夠使本次重金屬檢測(cè)獲得良好的選擇性、靈敏度和線性范圍。

3.2.2 電極表面的鉍膜電鍍

在電化學(xué)監(jiān)測(cè)水體物質(zhì)之前，需要在電極表面進(jìn)行鉍膜電鍍，以同步電鍍法獲得鉍離子和待測(cè)溶液的溶出分析數(shù)據(jù)[4]。鉍膜同步電鍍過程中具體待測(cè)溶液的pH值較高，因此對(duì)其水解反應(yīng)需要實(shí)時(shí)分析，具體水解反應(yīng)如式（1）所示。

Bi3++3H2O→Bi（OH）3+3H+（1）

通過負(fù)電勢(shì)沉積法實(shí)現(xiàn)鉍膜和待測(cè)物質(zhì)在電極表面的沉積，為電極表面的鉍膜電鍍形成提供條件。

3.2.3 電極試驗(yàn)活化

對(duì)1 g碳納米管進(jìn)行6 h的濃鹽酸超聲清洗，并超純水沖洗實(shí)現(xiàn)pH中性值。首次進(jìn)行試驗(yàn)監(jiān)測(cè)分析之前，試驗(yàn)人員要對(duì)每一根試驗(yàn)電極進(jìn)行試驗(yàn)活化，具體操作方法如下：在H2SO4溶液中置放清洗后的碳納米管，以循環(huán)法在1.5～2.0 V的范圍內(nèi)對(duì)試驗(yàn)電極進(jìn)行0.1 V/s的伏安掃描。通過前期對(duì)試驗(yàn)電極的試驗(yàn)活化處理，確保后期試驗(yàn)監(jiān)測(cè)效果[5]。

3.2.4 電解試驗(yàn)

在不除氧的室溫條件下，電解池內(nèi)加入適量0.01 mol/L的KCl溶液、20 mL醋酸緩沖液、適量的鉛溶液、鎘溶液、鉍標(biāo)準(zhǔn)溶液后，放置活化處理后的試驗(yàn)電極，使混合溶液與試驗(yàn)電極充分接觸。通過試驗(yàn)電極掃描混合溶液，設(shè)置沉積電壓為1～2 V，沉積時(shí)間為5 min，靜置10 s。試驗(yàn)中，設(shè)定固定電位增量為4 mV，振幅為25 mV，方波溶出頻率為15 Hz。掃描結(jié)束后，在0.3 V的電勢(shì)之下，需要清洗試驗(yàn)電極殘留鉍膜及待測(cè)重金屬離子，清洗處理時(shí)間為30 s[6]。

4 化工園區(qū)水環(huán)境和水污染監(jiān)測(cè)技術(shù)結(jié)果分析

為檢驗(yàn)本次電化學(xué)監(jiān)測(cè)技術(shù)方案在園區(qū)污水重金屬離子監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用效果，以醋酸緩沖液為底液，在0.05～30 μg/L濃度范圍內(nèi)設(shè)定7個(gè)監(jiān)測(cè)序號(hào)，以陽極溶出伏安法判斷待測(cè)溶液中的鉛離子和鎘離子的靈敏度，經(jīng)過沉積后進(jìn)行溶出伏安信號(hào)監(jiān)測(cè)，結(jié)果如表1所示。

根據(jù)當(dāng)?shù)厮h(huán)境治理相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，污水排放中的鉛離子濃度不可超過1 000 μg/L，鎘離子濃度不可超過100 μg/L。根據(jù)表1監(jiān)測(cè)結(jié)果可知，水環(huán)境中的鉛離子濃度大于0.10 μg/L時(shí)，通過陽極溶出伏安法可以監(jiān)測(cè)出實(shí)際數(shù)值，當(dāng)鉛離子和鎘離子濃度大于30.00 μg/L時(shí)，監(jiān)測(cè)率接近99.99%，鉛離子和鎘離子的濃度監(jiān)測(cè)靈敏度最佳。同時(shí)，污水中鉛離子和鎘離子的濃度均未超過當(dāng)?shù)厮h(huán)境治理相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)限值，其中鉛離子最高濃度為29.99 μg/L，鎘離子最高濃度為29.48 μg/L，遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)限值。由此表明，該化工園區(qū)污水中重金屬離子的濃度在合規(guī)范圍內(nèi)，本次以陽極溶出伏安法的電化學(xué)檢測(cè)技術(shù)為監(jiān)測(cè)方案能夠有效適用于該化工園區(qū)的生產(chǎn)監(jiān)測(cè)。然而，鑒于重金屬離子的潛在危害，建議繼續(xù)保持監(jiān)測(cè)力度，并采取預(yù)防性措施以確保水環(huán)境質(zhì)量的持續(xù)合規(guī)，為后續(xù)的水污染防治提供科學(xué)依據(jù)。

5 結(jié)論

通過對(duì)化學(xué)園區(qū)相關(guān)企業(yè)水環(huán)境和水污染監(jiān)測(cè)技術(shù)的有效應(yīng)用，在有效控制工業(yè)水污染、監(jiān)測(cè)水污染的基礎(chǔ)上，對(duì)工業(yè)廢水采取有效的防控、治理措施，能夠促進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)、人民健康和社會(huì)穩(wěn)定。

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