城市污水廠污泥處置研究中重金屬測定的前處理方法-

1、第6卷第6期2007年12月廣州大學學報(自然科學版Journal of Guangzhou University (Natural Science Editi on Vol .6No .6Dec .2007收稿日期:2007-03-01;修回日期:2007-05-30基金項目:廣東省科技計劃項目(2005B33303008,建設部科技計劃項目(2004-149作者簡介:陳秋麗(1981-,女,碩士研究生,主要從事城市污水廠污泥中的重金屬研究.文章編號:167124229(20070620075204城市污水廠污泥處置研究中重金屬測定的前處理方法陳秋麗,張朝升,張可方,李淑更(廣州大學土木工程

2、學院,廣東廣州510006摘要:重金屬問題是城市污水廠污泥資源化利用的主要障礙之一,準確測定污泥中的重金屬含量對于評價污泥的利用價值有著非常重要的意義.污泥樣品的前處理對其測定結果的準確性和重復性影響很大,文章對城市污水廠污泥的幾種前處理方法進行了研究,并對影響其測定結果的一些因素進行了分析.實驗表明,重金屬的測定結果與所加酸的性質有關,酸的氧化性越強,消解能力就越強.在同時測定Cu,Zn,Pb,Cd,Cr ,N i 6種元素時,王水+HCl O 4法是一種比較理想的污泥前處理方法.關鍵詞:城市污水廠污泥;重金屬;前處理方法;消解中圖分類號:X 703文獻標識碼:A污泥是污水處理過程中的必然產

3、物,隨著污水廠的數量日益增多,污泥的產量也日益增加1污泥的前處理方法與土壤前處理方法類似,目前國內外常用的方法有:直接加熱酸消解法、微波消解法、高壓釜消解法等.由于各實驗室儀器、操作條件及待測樣品的不同,采用直接加熱酸消解法是最常用的方法2.而直接加熱酸消解法又有四酸消解法(HNO 32HCl 2HF 2HCl O 4、王水提取法、HNO 3+HCl O 4+HF 常壓消化法、HNO 3+HCl O 4+HF 密閉容器壓力消化法、王水+HCl O 4法、王水+HCl O 4+HCl 法、王水+HCl 法等.李海峰等3的研究表明,王水提取法取樣量較大,結果易受實驗過程的影響;四酸消解法由于使用了

4、氫氟酸和高氯酸,對實驗儀器和操作人員的損害較大.秦樊鑫等4通過實驗發(fā)現,HNO 3+HCl O 4+HF 常壓消化法操作程序復雜,加入的氫氟酸量大,對人體危害大且成本高;HNO 3+HCl O 4+HF 密閉容器壓力消化法步驟繁瑣,程序復雜且不易觀察消化過程,容易出現蒸干現象,從而影響測定結果.王水+HCl O 4+HCl 法、王水+HCl 法、王水+HCl O 4法則不僅避免了使用氫氟酸,而且操作簡單,便于觀察.因此,本文分別采用王水+HCl O 4+HCl 法、王水+HCl 法、王水+HCl O 4法3種方法對污泥樣品進行前處理研究,并根據實驗結果確定哪種方法更適合作為污泥的前處理方法.文

5、中對實驗的影響因素進行了分析和討論.1實驗材料與方法1.1儀器與試劑儀器:原子吸收光譜儀(AA 26800、電熱板、電子分析天平、烘箱;試劑:硝酸(優(yōu)級純、鹽酸(優(yōu)級純、高氯酸(優(yōu)級純、王水(硝酸鹽酸=13、去離子水.實驗污泥取自廣州市大坦沙污水處理廠,含水率約廣州大學學報(自然科學版第6卷76%,pH5182,呈深黑色,惡臭.污泥自然風干后,用研缽研碎,過100目的尼龍篩.在105的條件下烘2h,保存入干燥器中備用.1.3前處理方法準確稱取015000g的污泥樣品于100mL的燒杯中,加入15mL的王水,蓋上表面皿,于電熱板上加熱至微沸即可.蒸至近干時取下,加入115mL的高氯酸,繼續(xù)加熱,

6、至冒煙時取下,用適量的去離子水沖洗表面皿及燒杯壁后,取下表面皿繼續(xù)加熱至冒煙,使高氯酸的殘留量保持在015110mL時取下,加10mL1molL-1鹽酸,煮沸,趁熱過濾于50mL的容量瓶,用熱的011molL-1的鹽酸洗滌數次,最后用011molL-1的鹽酸稀釋至刻度,搖勻待測.準確稱取015000g的污泥樣品于100mL的燒杯中,加王水30mL,蓋上表面皿,低溫加熱至微沸并保持1h后蒸干,加10mL1molL-1鹽酸,蒸至近干,再加30mL 1molL-1鹽酸溫熱溶解過濾于50mL的容量瓶,用去離子水洗滌表面皿及燒杯壁數次,洗滌液一并過濾于容量瓶中,最后以去離子水稀釋至刻度,搖勻待測.準確稱

7、取015000g的污泥樣品于100mL的燒杯中,加王水10mL,蓋上表面皿,加熱微沸至有機物劇烈反應后,再加高氯酸2mL,繼續(xù)加熱至冒白煙,取下,待其冷卻后用適量的去離子水沖洗表面皿及燒杯壁,取下小漏斗,小火加熱除去高氯酸,用1%的硝酸溫熱溶解鹽類后,過濾于50mL的容量瓶,并用1%的硝酸定容,搖勻待測.1.4樣品的測定污泥樣品經過前處理后,用火焰原子吸收法測定待測溶液中Cu,Zn,Pb,Cd,Cr,N i的含量.2結果與分析2.1酸對消解過程的影響在實驗過程中,王水+HCl法消解蒸至近干時,污泥仍呈灰褐色,若將此時的消解液進行測定,會導致測定結果偏低.一般認為污泥消解至呈灰白色才算消解完全,

8、因此,實驗繼續(xù)加入濃HCl5mL,才使污泥消解至灰白色.這不僅延長了實驗時間,還增加了實驗人員的工作量,使實驗操作程序復雜化.王水+HCl O4+HCl法、王水+HCl O4法都能使污泥在消解蒸至近干時變成灰白色.消解是通過酸的作用徹底破壞污泥的礦物晶格,使各種形態(tài)的重金屬元素釋放出來.消解過程與酸的性質有關.3種方法所選用的酸中,HCl O4是強氧化劑,HCl是非強氧化性酸.實驗發(fā)現在相同條件下,加少量的HCl O4 (115210mL后污泥就能較快地變成灰白色.這說明強氧化性的酸對污泥的破壞作用較大,消解能力較強,非強氧化性的酸,對污泥的破壞作用比較溫和,消解能力較弱.2.2前處理方法對測

9、定結果的影響為了探討前處理方法對重金屬測定結果的影響,分別對王水+HCl O4+HCl、王水+HCl、王水+HCl O43種方法的消解液進行測定,并對3種方法進行加標回收率實驗,以衡量3種方法的準確度.以上3種方法均設置5個平行樣,污泥中Cu,Zn,Pb, Cd,Cr,N i的測定結果見表1、表2、表3.表1王水+HCl O4+HCl法的測定結果Table1The deter m ining results of HNO3+HCl+HCl O4+ HCl methodPb74.90 2.87 3.83表2王水+HCl法的測定結果Pb69.98 1.38 1.97N i114.02 6.92 6

10、.07表3王水+HCl O4法的測定結果Table3The deter m ining results of HNO3+HCl+HCl O4 method元素平均值/(mgkg-1標準偏差相對標準偏差/% Cu289.43 4.95 1.71N i116.88 6.16 5.2767第6期陳秋麗等:城市污水廠污泥處置研究中重金屬測定的前處理方法由表13可知,各種重金屬元素的含量因不同的前處理方法而有所不同: Cu,Pb:王水+HCl O 4法>王水+HCl O 4+HCl 法>王水+HCl 法;Zn,N i:王水+HCl O 4法>王水+HCl 法>王水+HCl O 4

11、+HCl 法;Cd,Cr:王水+HCl 法>王水+HCl O 4+HCl 法>王水+HCl O 4法.測定值的大小不僅與消解過程有關,還與污泥本身的性質有關.污泥成分非常復雜,不僅含有各種重金屬,還含大量的有機物,N 、P 、K,以及病原菌等.各種雜質成分在消解時所產生的一些物理或化學作用,對重金屬元素的溶出可能會產生干擾,從而影響溶出的速率及總量. 各元素的相對標準偏差值分析如下:Cd,N i:王水+HCl O 4+HCl 法>王水+HCl 法>王水+HCl O 4法;Cu:王水+HCl 法>王水+HCl O 4法>王水+HCl O 4+HCl 法;Cr:

12、王水+HCl O 4+HCl 法>王水+HCl O 4法>王水+HCl 法;Zn:王水+HCl 法>王水+HCl O 4+HCl 法>王水+HCl O 4法;Pb:王水+HCl O 4+HCl 法>王水+HCl 法>王水+HCl O 4法.稱取干污泥樣品015000g,加入一定量的標準溶液,按試液消解分析步驟進行測定. 圖1王水+HCl O 4+HCl 法加標回收率實驗Fig .1The recovery rate experi m ent of method HNO 3+HCl +HCl O 4+HCl圖2王水+HCl 法加標回收率實驗Fig .2The

13、recovery rate experi m ent of method HNO 3+HCl +HCl圖3王水+HCl O 4法加標回收率實驗Fig .3The recovery rate experi m ent of method HNO 3+HCl +HCl O 43種消解方法對各元素的加標回收率均在80%以上,影響測定結果的因素有很多,污泥樣品本身的不均勻導致其組分可能存在差異,因而測得的結果也有差異.在實驗過程中,影響污泥重金屬的測定結果的因素除樣品、儀器、操作人員之外,還有消解溫度、蒸干程度、共存離子的影響等.消解溫度不宜過高,過高容易使樣品焦糊,從而使測定結果偏低5;蒸干與不蒸干

14、對回收率的影響很大,蒸干會使結果偏低6;在空氣乙炔火焰中7,原子吸收光譜法測定Cu 、N i 很少遇到化學干擾,試液中一般共存元素即使存在1g L -1也不影響測定.含量大于4%的硫酸根對Cu 有分子吸收產生正干擾;大量Fe 、Ca 、K 、Na 鹽使N i 的吸光度增加產生背景吸收,可用氘燈或塞曼效應背景校正器扣除.N i 的靈敏線23210nm 附近有別的吸收線產生77廣州大學學報(自然科學版第6卷光譜干擾,可選擇較小的光譜通帶予以克服.3結論(1污泥的消解過程與所加酸的性質有關,酸的氧化性越強,消解能力就越強.(2在3種消解方法中,王水+HCl O4法不僅消解完全,而且對于同時測定6種重

15、金屬元素來說,其精密度和準確度都比較理想,是一種較好的污泥消解方法.(3在實驗過程中,要注意控制好各種影響因素,盡量減少誤差,以保證測定結果的準確性.參考文獻:1王亞偉,關聯欣,田若濤.城市污水污泥資源化的有效途徑J.科技情報開發(fā)與經濟,1996,6(5:122132.WANG Ya2wei,G UAN L ian2xin,TI A N Ruo2tao.Effective ways of making se wage and sludge res ourseJ.Sci2tech I nfo Devel op Economy,1996,6(5:122132.2孫穎,陳玲.測定城市生活污泥中重金屬

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