城市污水厂污泥处置研究中重金属测定的前处理方法-

1、第6卷第6期2007年12月广州大学学报(自然科学版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基金项目:广东省科技计划项目(2005B33303008,建设部科技计划项目(2004-149作者简介:陈秋丽(1981-,女,硕士研究生,主要从事城市污水厂污泥中的重金属研究.文章编号:167124229(20070620075204城市污水厂污泥处置研究中重金属测定的前处理方法陈秋丽,张朝升,张可方,李淑更(广州大学土木工程

2、学院,广东广州510006摘要:重金属问题是城市污水厂污泥资源化利用的主要障碍之一,准确测定污泥中的重金属含量对于评价污泥的利用价值有着非常重要的意义.污泥样品的前处理对其测定结果的准确性和重复性影响很大,文章对城市污水厂污泥的几种前处理方法进行了研究,并对影响其测定结果的一些因素进行了分析.实验表明,重金属的测定结果与所加酸的性质有关,酸的氧化性越强,消解能力就越强.在同时测定Cu,Zn,Pb,Cd,Cr ,N i 6种元素时,王水+HCl O 4法是一种比较理想的污泥前处理方法.关键词:城市污水厂污泥;重金属;前处理方法;消解中图分类号:X 703文献标识码:A污泥是污水处理过程中的必然产

3、物,随着污水厂的数量日益增多,污泥的产量也日益增加1污泥的前处理方法与土壤前处理方法类似,目前国内外常用的方法有:直接加热酸消解法、微波消解法、高压釜消解法等.由于各实验室仪器、操作条件及待测样品的不同,采用直接加热酸消解法是最常用的方法2.而直接加热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 常压消化法、HNO 3+HCl O 4+HF 密闭容器压力消化法、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,王水提取法取样量较大,结果易受实验过程的影响;四酸消解法由于使用了

4、氢氟酸和高氯酸,对实验仪器和操作人员的损害较大.秦樊鑫等4通过实验发现,HNO 3+HCl O 4+HF 常压消化法操作程序复杂,加入的氢氟酸量大,对人体危害大且成本高;HNO 3+HCl O 4+HF 密闭容器压力消化法步骤繁琐,程序复杂且不易观察消化过程,容易出现蒸干现象,从而影响测定结果.王水+HCl O 4+HCl 法、王水+HCl 法、王水+HCl O 4法则不仅避免了使用氢氟酸,而且操作简单,便于观察.因此,本文分别采用王水+HCl O 4+HCl 法、王水+HCl 法、王水+HCl O 4法3种方法对污泥样品进行前处理研究,并根据实验结果确定哪种方法更适合作为污泥的前处理方法.文

5、中对实验的影响因素进行了分析和讨论.1实验材料与方法1.1仪器与试剂仪器:原子吸收光谱仪(AA 26800、电热板、电子分析天平、烘箱;试剂:硝酸(优级纯、盐酸(优级纯、高氯酸(优级纯、王水(硝酸盐酸=13、去离子水.实验污泥取自广州市大坦沙污水处理厂,含水率约广州大学学报(自然科学版第6卷76%,pH5182,呈深黑色,恶臭.污泥自然风干后,用研钵研碎,过100目的尼龙筛.在105的条件下烘2h,保存入干燥器中备用.1.3前处理方法准确称取015000g的污泥样品于100mL的烧杯中,加入15mL的王水,盖上表面皿,于电热板上加热至微沸即可.蒸至近干时取下,加入115mL的高氯酸,继续加热,

6、至冒烟时取下,用适量的去离子水冲洗表面皿及烧杯壁后,取下表面皿继续加热至冒烟,使高氯酸的残留量保持在015110mL时取下,加10mL1molL-1盐酸,煮沸,趁热过滤于50mL的容量瓶,用热的011molL-1的盐酸洗涤数次,最后用011molL-1的盐酸稀释至刻度,摇匀待测.准确称取015000g的污泥样品于100mL的烧杯中,加王水30mL,盖上表面皿,低温加热至微沸并保持1h后蒸干,加10mL1molL-1盐酸,蒸至近干,再加30mL 1molL-1盐酸温热溶解过滤于50mL的容量瓶,用去离子水洗涤表面皿及烧杯壁数次,洗涤液一并过滤于容量瓶中,最后以去离子水稀释至刻度,摇匀待测.准确称

7、取015000g的污泥样品于100mL的烧杯中,加王水10mL,盖上表面皿,加热微沸至有机物剧烈反应后,再加高氯酸2mL,继续加热至冒白烟,取下,待其冷却后用适量的去离子水冲洗表面皿及烧杯壁,取下小漏斗,小火加热除去高氯酸,用1%的硝酸温热溶解盐类后,过滤于50mL的容量瓶,并用1%的硝酸定容,摇匀待测.1.4样品的测定污泥样品经过前处理后,用火焰原子吸收法测定待测溶液中Cu,Zn,Pb,Cd,Cr,N i的含量.2结果与分析2.1酸对消解过程的影响在实验过程中,王水+HCl法消解蒸至近干时,污泥仍呈灰褐色,若将此时的消解液进行测定,会导致测定结果偏低.一般认为污泥消解至呈灰白色才算消解完全,

8、因此,实验继续加入浓HCl5mL,才使污泥消解至灰白色.这不仅延长了实验时间,还增加了实验人员的工作量,使实验操作程序复杂化.王水+HCl O4+HCl法、王水+HCl O4法都能使污泥在消解蒸至近干时变成灰白色.消解是通过酸的作用彻底破坏污泥的矿物晶格,使各种形态的重金属元素释放出来.消解过程与酸的性质有关.3种方法所选用的酸中,HCl O4是强氧化剂,HCl是非强氧化性酸.实验发现在相同条件下,加少量的HCl O4 (115210mL后污泥就能较快地变成灰白色.这说明强氧化性的酸对污泥的破坏作用较大,消解能力较强,非强氧化性的酸,对污泥的破坏作用比较温和,消解能力较弱.2.2前处理方法对测

9、定结果的影响为了探讨前处理方法对重金属测定结果的影响,分别对王水+HCl O4+HCl、王水+HCl、王水+HCl O43种方法的消解液进行测定,并对3种方法进行加标回收率实验,以衡量3种方法的准确度.以上3种方法均设置5个平行样,污泥中Cu,Zn,Pb, Cd,Cr,N i的测定结果见表1、表2、表3.表1王水+HCl O4+HCl法的测定结果Table1The deter m ining results of HNO3+HCl+HCl O4+ HCl methodPb74.90 2.87 3.83表2王水+HCl法的测定结果Pb69.98 1.38 1.97N i114.02 6.92 6

10、.07表3王水+HCl O4法的测定结果Table3The deter m ining results of HNO3+HCl+HCl O4 method元素平均值/(mgkg-1标准偏差相对标准偏差/% Cu289.43 4.95 1.71N i116.88 6.16 5.2767第6期陈秋丽等:城市污水厂污泥处置研究中重金属测定的前处理方法由表13可知,各种重金属元素的含量因不同的前处理方法而有所不同: 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.测定值的大小不仅与消解过程有关,还与污泥本身的性质有关.污泥成分非常复杂,不仅含有各种重金属,还含大量的有机物,N 、P 、K,以及病原菌等.各种杂质成分在消解时所产生的一些物理或化学作用,对重金属元素的溶出可能会产生干扰,从而影响溶出的速率及总量. 各元素的相对标准偏差值分析如下: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.称取干污泥样品015000g,加入一定量的标准溶液,按试液消解分析步骤进行测定. 图1王水+HCl O 4+HCl 法加标回收率实验Fig .1The recovery rate experi m ent of method HNO 3+HCl +HCl O 4+HCl图2王水+HCl 法加标回收率实验Fig .2The

13、recovery rate experi m ent of method HNO 3+HCl +HCl图3王水+HCl O 4法加标回收率实验Fig .3The recovery rate experi m ent of method HNO 3+HCl +HCl O 43种消解方法对各元素的加标回收率均在80%以上,影响测定结果的因素有很多,污泥样品本身的不均匀导致其组分可能存在差异,因而测得的结果也有差异.在实验过程中,影响污泥重金属的测定结果的因素除样品、仪器、操作人员之外,还有消解温度、蒸干程度、共存离子的影响等.消解温度不宜过高,过高容易使样品焦糊,从而使测定结果偏低5;蒸干与不蒸干

14、对回收率的影响很大,蒸干会使结果偏低6;在空气乙炔火焰中7,原子吸收光谱法测定Cu 、N i 很少遇到化学干扰,试液中一般共存元素即使存在1g L -1也不影响测定.含量大于4%的硫酸根对Cu 有分子吸收产生正干扰;大量Fe 、Ca 、K 、Na 盐使N i 的吸光度增加产生背景吸收,可用氘灯或塞曼效应背景校正器扣除.N i 的灵敏线23210nm 附近有别的吸收线产生77广州大学学报(自然科学版第6卷光谱干扰,可选择较小的光谱通带予以克服.3结论(1污泥的消解过程与所加酸的性质有关,酸的氧化性越强,消解能力就越强.(2在3种消解方法中,王水+HCl O4法不仅消解完全,而且对于同时测定6种重

15、金属元素来说,其精密度和准确度都比较理想,是一种较好的污泥消解方法.(3在实验过程中,要注意控制好各种影响因素,尽量减少误差,以保证测定结果的准确性.参考文献:1王亚伟,关联欣,田若涛.城市污水污泥资源化的有效途径J.科技情报开发与经济,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孙颖,陈玲.测定城市生活污泥中重金属

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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