城市污水廠污泥處置研究中重金屬測(cè)定的前處理方法-

1、第6卷第6期2007年12月廣州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)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(xiàng)目:廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目(2005B33303008,建設(shè)部科技計(jì)劃項(xiàng)目(2004-149作者簡(jiǎn)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(hào):167124229(20070620075204城市污水廠污泥處置研究中重金屬測(cè)定的前處理方法陳秋麗,張朝升,張可方,李淑更(廣州大學(xué)土木工程

2、學(xué)院,廣東廣州510006摘要:重金屬問(wèn)題是城市污水廠污泥資源化利用的主要障礙之一,準(zhǔn)確測(cè)定污泥中的重金屬含量對(duì)于評(píng)價(jià)污泥的利用價(jià)值有著非常重要的意義.污泥樣品的前處理對(duì)其測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性和重復(fù)性影響很大,文章對(duì)城市污水廠污泥的幾種前處理方法進(jìn)行了研究,并對(duì)影響其測(cè)定結(jié)果的一些因素進(jìn)行了分析.實(shí)驗(yàn)表明,重金屬的測(cè)定結(jié)果與所加酸的性質(zhì)有關(guān),酸的氧化性越強(qiáng),消解能力就越強(qiáng).在同時(shí)測(cè)定Cu,Zn,Pb,Cd,Cr ,N i 6種元素時(shí),王水+HCl O 4法是一種比較理想的污泥前處理方法.關(guān)鍵詞:城市污水廠污泥;重金屬;前處理方法;消解中圖分類(lèi)號(hào):X 703文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A污泥是污水處理過(guò)程中的必然產(chǎn)

3、物,隨著污水廠的數(shù)量日益增多,污泥的產(chǎn)量也日益增加1污泥的前處理方法與土壤前處理方法類(lèi)似,目前國(guó)內(nèi)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(shí)驗(yàn)室儀器、操作條件及待測(cè)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(jié)果易受實(shí)驗(yàn)過(guò)程的影響;四酸消解法由于使用了

4、氫氟酸和高氯酸,對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器和操作人員的損害較大.秦樊鑫等4通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),HNO 3+HCl O 4+HF 常壓消化法操作程序復(fù)雜,加入的氫氟酸量大,對(duì)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(fù)雜且不易觀察消化過(guò)程,容易出現(xiàn)蒸干現(xiàn)象,從而影響測(cè)定結(jié)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(jiǎn)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(duì)污泥樣品進(jìn)行前處理研究,并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定哪種方法更適合作為污泥的前處理方法.文

5、中對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響因素進(jìn)行了分析和討論.1實(shí)驗(yàn)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(jí)純、鹽酸(優(yōu)級(jí)純、高氯酸(優(yōu)級(jí)純、王水(硝酸鹽酸=13、去離子水.實(shí)驗(yàn)污泥取自廣州市大坦沙污水處理廠,含水率約廣州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版第6卷76%,pH5182,呈深黑色,惡臭.污泥自然風(fēng)干后,用研缽研碎,過(guò)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(zhǔn)確稱(chēng)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(shí)取下,加入115mL的高氯酸,繼續(xù)加熱,

6、至冒煙時(shí)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(shí)取下,加10mL1molL-1鹽酸,煮沸,趁熱過(guò)濾于50mL的容量瓶,用熱的011molL-1的鹽酸洗滌數(shù)次,最后用011molL-1的鹽酸稀釋至刻度,搖勻待測(cè).準(zhǔn)確稱(chēng)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?zé)崛芙膺^(guò)濾于50mL的容量瓶,用去離子水洗滌表面皿及燒杯壁數(shù)次,洗滌液一并過(guò)濾于容量瓶中,最后以去離子水稀釋至刻度,搖勻待測(cè).準(zhǔn)確稱(chēng)

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(jī)物劇烈反應(yīng)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?zé)崛芙恹}類(lèi)后,過(guò)濾于50mL的容量瓶,并用1%的硝酸定容,搖勻待測(cè).1.4樣品的測(cè)定污泥樣品經(jīng)過(guò)前處理后,用火焰原子吸收法測(cè)定待測(cè)溶液中Cu,Zn,Pb,Cd,Cr,N i的含量.2結(jié)果與分析2.1酸對(duì)消解過(guò)程的影響在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,王水+HCl法消解蒸至近干時(shí),污泥仍呈灰褐色,若將此時(shí)的消解液進(jìn)行測(cè)定,會(huì)導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果偏低.一般認(rèn)為污泥消解至呈灰白色才算消解完全,

8、因此,實(shí)驗(yàn)繼續(xù)加入濃HCl5mL,才使污泥消解至灰白色.這不僅延長(zhǎng)了實(shí)驗(yàn)時(shí)間,還增加了實(shí)驗(yàn)人員的工作量,使實(shí)驗(yàn)操作程序復(fù)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(shí)變成灰白色.消解是通過(guò)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(lái).消解過(guò)程與酸的性質(zhì)有關(guān).3種方法所選用的酸中,HCl O4是強(qiáng)氧化劑,HCl是非強(qiáng)氧化性酸.實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)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(shuō)明強(qiáng)氧化性的酸對(duì)污泥的破壞作用較大,消解能力較強(qiáng),非強(qiáng)氧化性的酸,對(duì)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(duì)測(cè)

9、定結(jié)果的影響為了探討前處理方法對(duì)重金屬測(cè)定結(jié)果的影響,分別對(duì)王水+HCl O4+HCl、王水+HCl、王水+HCl O43種方法的消解液進(jìn)行測(cè)定,并對(duì)3種方法進(jìn)行加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn),以衡量3種方法的準(zhǔn)確度.以上3種方法均設(shè)置5個(gè)平行樣,污泥中Cu,Zn,Pb, Cd,Cr,N i的測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1、表2、表3.表1王水+HCl O4+HCl法的測(cè)定結(jié)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(cè)定結(jié)果Pb69.98 1.38 1.97N i114.02 6.92 6

10、.07表3王水+HCl O4法的測(cè)定結(jié)果Table3The deter m ining results of HNO3+HCl+HCl O4 method元素平均值/(mgkg-1標(biāo)準(zhǔn)偏差相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)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(cè)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(cè)定值的大小不僅與消解過(guò)程有關(guān),還與污泥本身的性質(zhì)有關(guān).污泥成分非常復(fù)雜,不僅含有各種重金屬,還含大量的有機(jī)物,N 、P 、K,以及病原菌等.各種雜質(zhì)成分在消解時(shí)所產(chǎn)生的一些物理或化學(xué)作用,對(duì)重金屬元素的溶出可能會(huì)產(chǎn)生干擾,從而影響溶出的速率及總量. 各元素的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)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(chēng)取干污泥樣品015000g,加入一定量的標(biāo)準(zhǔn)溶液,按試液消解分析步驟進(jìn)行測(cè)定. 圖1王水+HCl O 4+HCl 法加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn)Fig .1The recovery rate experi m ent of method HNO 3+HCl +HCl O 4+HCl圖2王水+HCl 法加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn)Fig .2The

13、recovery rate experi m ent of method HNO 3+HCl +HCl圖3王水+HCl O 4法加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn)Fig .3The recovery rate experi m ent of method HNO 3+HCl +HCl O 43種消解方法對(duì)各元素的加標(biāo)回收率均在80%以上,影響測(cè)定結(jié)果的因素有很多,污泥樣品本身的不均勻?qū)е缕浣M分可能存在差異,因而測(cè)得的結(jié)果也有差異.在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,影響污泥重金屬的測(cè)定結(jié)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(guò)高,過(guò)高容易使樣品焦糊,從而使測(cè)定結(jié)果偏低5;蒸干與不蒸干

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

15、金屬元素來(lái)說(shuō),其精密度和準(zhǔn)確度都比較理想,是一種較好的污泥消解方法.(3在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,要注意控制好各種影響因素,盡量減少誤差,以保證測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性.參考文獻(xiàn):1王亞偉,關(guān)聯(lián)欣,田若濤.城市污水污泥資源化的有效途徑J.科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì),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(cè)定城市生活污泥中重金屬

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20、72178.Study on pretrea t m en t m ethods of m ea sur i n gheavy m et a ls for trea ti n g m un i c i pa l sludgeCH E N Q iu2li,ZHAN G C hao2sheng,ZHAN G Ke2fang,L I Shu2geng(School of Civil Engineering,Guangzhou University,Guangzhou510006,ChinaAbstract:Heavy metals are the obstacles t o make use of munici pal sludge.To measure heavy met