吳艷聰

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淺談水質(zhì)速測管在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用

吳艷聰

重金屬污染是水質(zhì)污染的重要污染物之一。其污染物在環(huán)境中難以降解，能在動植物體內(nèi)累積，通過食物鏈富集，最后進(jìn)入人體造成危害［1］。重金屬的來源有工礦企業(yè)，電鍍行業(yè)的三廢，化肥農(nóng)藥的過度使用，汽車尾氣等等。其中，電鍍企業(yè)廢水量大，治理成本高，常有生產(chǎn)者通過挖掘深井，埋設(shè)暗管，雨污混流等方式偷排污水，甚至將電鍍作坊隱匿農(nóng)村或荒野以逃避環(huán)保監(jiān)察，對人類及生態(tài)環(huán)境危害極大。

水質(zhì)速測管利用金屬離子在特定條件下與試劑反應(yīng)生成顯色絡(luò)合物，再通過比對標(biāo)準(zhǔn)色卡讀取濃度，分析時長（1～5）min，操作類似pH試紙簡單快速。在環(huán)境監(jiān)察執(zhí)法中，倘若現(xiàn)場用來篩查超標(biāo)樣品，那么可以減少不必要的采樣，提高查處工作效率；另外，使用水質(zhì)速測管在可疑監(jiān)測斷面進(jìn)行溯源式調(diào)查，可以有效地追蹤打擊違法偷排企業(yè)；在環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測中，可以快速分析污染物的濃度，了解污染程度與范圍，為突發(fā)環(huán)境事件的處置提供決策參考。

因此，水質(zhì)速測管在環(huán)境監(jiān)測中有廣大的應(yīng)用前景。我們以電鍍廢水為例，考察廢水中特征污染物銅、鋅、鎳、六價鉻等檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性及廢水中可能共存離子的干擾限值，并探討其檢測原理，為水體環(huán)境快速監(jiān)測提供借鑒參考。

實驗部分

1.試劑

銅、鋅、鎳、六價鉻水質(zhì)速測管

電鍍廢水（來自廈門電鍍企業(yè)的鎳系、鉻系、銅系、含鋅廢水）

純水（millipore-Q純水機(jī)制備18.2MΩ）

10%氫氧化鈉溶液，10%稀硫酸溶液

Ni2+，Cr6+，Cu2+，Zn2+，F(xiàn)e2+，F(xiàn)e3+，100mg/L標(biāo)準(zhǔn)液（南方標(biāo)準(zhǔn)試劑網(wǎng)）

2.水質(zhì)速測管使用

圖1 水質(zhì)速測管的使用方法

結(jié)果與討論

一般的電鍍工藝由除銹除油前處理、電鍍出光及鈍化、后處理鍍件漂洗烘干等環(huán)節(jié)構(gòu)成。其中，鍍件漂洗產(chǎn)生的廢水量最大，約占總量的80%以上，余下10%左右是鍍液過濾用水和廢鍍液［2］。

電鍍廢水呈現(xiàn)這些特點(diǎn)。首先，重金屬的濃度高，漂洗水的污染物是由鍍件表面附著液帶入，離子濃度值約20～300mg/L，而廢電鍍液濃度更大，約20～100g/L［3］，這些廢水距離排放限值0.5～1.5 mg/L，約有103～104倍。其次，為了防止金屬離子形成氫氧化物沉淀，鍍液呈強(qiáng)酸性，大部分的電鍍廢水pH值范圍約為1～3，為排放限下值（pH=6）的103～105倍。最后，廢水均有不同程度的顏色，如鎳系廢水呈綠色，銅系呈藍(lán)色，鉻系呈黃色等等。

因此，即便偷排廢水經(jīng)稀釋，在廠區(qū)周圍合適的監(jiān)測斷面上仍可能獲得檢出。另外，速測管內(nèi)的試劑均含有一定量的緩沖鹽體系，倘若水樣pH過酸或過堿會對體系造成沖擊。因此，水樣測試前也有必要進(jìn)行pH檢測。

在此，建議在環(huán)保監(jiān)察執(zhí)法中，針對電鍍企業(yè)的可疑廢水，可先觀察水色，再測pH，最后應(yīng)用水質(zhì)速測管檢測特征污染物。

水質(zhì)速測管為進(jìn)口產(chǎn)品，成分未知，但從行業(yè)文獻(xiàn)資料以及結(jié)合絡(luò)合物的顏色基本可以推斷其試劑成分，現(xiàn)概述其檢測原理及干擾因素，以供應(yīng)用時參考借鑒。

1.鎳的檢測

在電鍍中，鎳的加工量位居第二位，僅此于鋅。金屬鎳具有很強(qiáng)的鈍化能力，表面能迅速生成一層極薄的鈍化膜，可抵抗大氣、堿和某些酸的腐蝕，并且經(jīng)拋光的鍍鎳層可長期保持鏡面般的光澤表面。

速測管應(yīng)用丁二酮肟光度法的檢測原理，在氫氧化鋰與檸檬酸銨組成的堿性緩沖溶液中，有氧化劑碘的存在時，丁二酮肟與鎳離子反應(yīng)形成酒紅色絡(luò)合物。顏色深淺與濃度呈正比。反應(yīng)方程式如圖2。

圖2 鎳離子的檢測

國內(nèi)有范亞、陳玲等研究了鎳速測管的制備［4］，為了消除鐵、鈷、銅、錳的干擾，加入了少量的Na2-EDTA粉劑里，并且加入β-環(huán)糊精，利用β-環(huán)糊精對碘的緩釋作用，抑制碘升華。

另外如果水樣pH超過5～9，必須用稀硫酸或氫氧化鈉溶液中和。因為pH過高，則會生成Ni（OH）2沉淀；pH過低，廢水中的一些有機(jī)酸，如蘋果酸、酒石酸、檸檬酸等未被中和成鹽，容易與Ni2+形成絡(luò)合物，干擾測定。

電鍍廢水的檢測結(jié)果如表1。

圖3 廢水中鎳離子檢測結(jié)果

表1 鎳系廢水的檢測情況（單位：mg/L）

2.六價鉻的檢測

物件鍍鉻能顯示出貴金屬的光澤，且可以提高耐磨性。鍍液主鹽為含六價鉻的鉻酸或重鉻酸。六價鉻的毒性比三價鉻高100倍被定為一類污染物［5］。分析檢測是利用六價鉻在酸性溶液中將二苯碳酰二肼氧化成苯肼基偶氮苯，本身被還原成三價鉻；三價鉻與苯肼基偶氮苯形成紫紅色化合物。顏色深淺與濃度呈正比。反應(yīng)式如圖4。

電鍍廢水的檢測結(jié)果如表2。

圖4 六價鉻檢測

圖5 廢水中六價鉻的檢測結(jié)果

表2 鉻系廢水的檢測情況（單位：mg/L）

值得一提的是六價鉻在酸性條件下，具有強(qiáng)氧化能力，還原性的物質(zhì)如Fe2+，SO，S2O等存在會使檢測結(jié)果偏低。

3.銅的檢測

電鍍銅廣泛用于鑄模，鍍鎳，鍍鉻，鍍銀和鍍金的打底。速測管檢測方法依據(jù)在氨性（pH9～10）溶液中，銅與二乙氨基二硫代甲酸鈉作用，生成黃棕色的絡(luò)合物。顏色深淺與離子濃度呈正比，反應(yīng)式如圖6。

圖6 銅離子的檢測

試劑中可加入了EDTA-檸檬銨掩蔽鐵、錳、鈷、鎳等離子的干擾［6］。因二乙氨基二硫代甲酸鈉遇酸會分解出二硫化碳而使溶液渾濁，要求水樣pH不小于2避免破壞堿性的緩沖鹽體系。

圖7 廢水中銅離子的檢測結(jié)果

表3 含銅廢水的檢測情況（單位：mg/L）

4.鋅的檢測

鋅的化學(xué)性質(zhì)活潑，容易氧化形成致密的表層阻止進(jìn)一步的腐蝕，即使鐵件暴露，據(jù)電化學(xué)原理鋅也會先于鐵被氧化，達(dá)到保護(hù)的目的。水質(zhì)速測管應(yīng)用乙酸鹽緩沖介質(zhì)（pH4.0～5.5）中，鋅離子與雙硫腙形成紅色絡(luò)合物。并且通過使用硫代硫酸鈉作為掩蔽劑和控制pH值可以消除水樣中少量的鉛、銅、汞等金屬離子的干擾［7］。

圖8 鋅離子的測定

圖9 廢水中鋅離子的檢測結(jié)果

5.抗干擾實驗

抗干擾實驗以這兩種方式進(jìn)行。其一為單一離子對目標(biāo)檢測物的干擾限值。其二為多種離子混合后的各自檢出情況。

表4 含鋅廢水的檢測情況（單位：mg/L）

單一離子的干擾限值：以1mg/L的目標(biāo)檢測物濃度為基準(zhǔn)，添加電鍍廢水中其它可能存在離子，結(jié)果表5。

表5 添加單一離子的干擾限值（單位：mg/L）

多種離子混合的檢出：混合銅系、鋅系、鎳系、鉻系等四種廢水，稀釋成約1mg/L左右的濃度，考察混合后在排放限值附近濃度的檢出情況。如表6。

表6 混合廢水的檢測情況（單位：mg/L）

結(jié)論

在檢測準(zhǔn)確度方面，若以電鍍廢水排放標(biāo)準(zhǔn)表3限值（鎳：0.5 mg/L；六價鉻：0.2 mg/L；銅：0.5 mg/ L；鋅：1.5 mg/L）為依據(jù)，除鎳外，所有離子在排放限值附近的色度均較為清晰，目視判斷結(jié)果與實驗室檢測值較為吻合。

在離子抗干擾檢出方面，約 1mg/L濃度的多組分混合樣不影響彼此檢測。檢測Cu2+時，存在3倍以上的Zn2+容易使絡(luò)合物顏色變淡，干擾檢出。Fe2+對除Cu2+以外的離子均有干擾，特別是對Cr6+干擾比較嚴(yán)重。但電鍍廢水組分復(fù)雜，一般含有多種離子。針對互相干擾的問題，可以通過增加重金屬的監(jiān)測種類，多點(diǎn)開花，降低干擾影響程度。

綜上所述，以電鍍廢水為例，水質(zhì)速測管目視比色判斷結(jié)果與實驗室檢測值較為吻合，檢測準(zhǔn)確度良好，使用方便，分析快速。在環(huán)境監(jiān)測中有很好的應(yīng)用前景，值得推廣。

（作者單位：廈門市環(huán)境監(jiān)測中心站 廈門市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院）

［1］U.弗斯特納、G.T.W.維特曼主編，王忠玉、姚重華主譯.水環(huán)境的重金屬污染［M］.北京：海洋出版社，1987

［2］王文星.電鍍廢水處理技術(shù)研究現(xiàn)狀及趨勢 ［J］.電鍍與精飾，2011，05：42-46

［3］鄒森林.電鍍廢水處理的研究進(jìn)展 ［J］.廣東化工，2010，08：142-144

［4］范亞，陳玲，郜洪文.鎳快速檢測粉研制及其在水質(zhì)分析中應(yīng)用［J］.四川環(huán)境，2015，01：26-29

［5］李鴻業(yè)，李兵，王碧英.紫外光度法測定六價鉻的研究［J］.現(xiàn)代科學(xué)儀器，1999，Z1：61-63

［6］國家環(huán)保總局《水和廢水監(jiān)測分析方法》編委會.二乙氨基二硫代甲酸鈉萃取光度法水和廢水監(jiān)測分析方法［M］.第四版（增補(bǔ)版）.北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2002

［7］國家環(huán)保總局《水和廢水監(jiān)測分析方法》編委會.水質(zhì)鋅的測定雙硫腙分光光度法 水和廢水監(jiān)測分析方法［M］.第四版（增補(bǔ)版）.北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2002