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

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

中圖分類號：X832 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：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，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)測技術(shù)能夠?qū)λ|(zhì)監(jiān)測工作起到支撐效果，并實時完善水污染監(jiān)測體系；另一方面，水環(huán)境污染監(jiān)測結(jié)果直接反映企業(yè)的水污染治理效果，保證其污水監(jiān)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性有利于高效完成污水治理工作。

1 項目概況

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)測為例，針對化學(xué)產(chǎn)業(yè)園區(qū)排放的污染物進行針對監(jiān)測，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。本項目分析水環(huán)境和水污染的監(jiān)測技術(shù)，判斷重金屬離子的具體監(jiān)測技術(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)測提供有效價值參考。

2 水環(huán)境與水污染檢測常見技術(shù)

運用相關(guān)監(jiān)測技術(shù)監(jiān)測水環(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，對水環(huán)境保護和污染的治理具有重要意義，能夠在治理水污染的同時，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)層次進行光的選擇性吸收分析，能夠較為便捷普遍的監(jiān)測水環(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。其中，氫化物發(fā)生法以惰性氣體為載體進行受熱分析，火焰法通過高溫霧化進行熱解還原，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際中各有應(yīng)用優(yōu)勢，具有實用意義[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)合進行中心結(jié)構(gòu)和性質(zhì)抑制，識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)，實現(xiàn)重金屬含量的分析測定。該方法對水質(zhì)樣本的絡(luò)合物結(jié)合質(zhì)量要求較高，在實際檢測中易受限制[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)和待測物質(zhì)的濃度關(guān)系進行重金屬離子組成及含量的測定。由于重金屬離子會引起電流、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)測位置信號，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，進行電流值測定，具備重金屬離子連續(xù)性監(jiān)測的多選擇性和靈敏性優(yōu)點。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)測技術(shù)的具體應(yīng)用

3.1 明確監(jiān)測方案

依據(jù)該項目中水環(huán)境和水污染的具體監(jiān)測結(jié)果，確定本項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)檢測技術(shù)為監(jiān)測方案。通過對污水的重金屬氧化還原反應(yīng)的定量監(jiān)測和定性監(jiān)測數(shù)據(jù)進行極化電壓和電位差異分析，實現(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)。具體試驗儀器及型號如下：電化學(xué)工作站型號為CHI660D；實驗室pH計型號為FE20/EL20；絲網(wǎng)印刷機型號為LC-400P，絲網(wǎng)印刷機臺面面積為300～500 mm2，絲網(wǎng)印刷機印刷面積為250～450 mm2，絲網(wǎng)印刷機鋁框尺寸為350 mm×450 mm（長×寬）；磁力攪拌器型號為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的主要試劑。

3.2 開展技術(shù)監(jiān)測

3.2.1 絲網(wǎng)印刷碳電極

在電極工作區(qū)將碳油墨和CaCO3顆粒進行融合摻雜，以進行絲網(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)測水體物質(zhì)之前，需要在電極表面進行鉍膜電鍍，以同步電鍍法獲得鉍離子和待測溶液的溶出分析數(shù)據(jù)[4]。鉍膜同步電鍍過程中具體待測溶液的pH值較高，因此對其水解反應(yīng)需要實時分析，具體水解反應(yīng)如式（1）所示。

Bi3++3H2O→Bi（OH）3+3H+（1）

通過負電勢沉積法實現(xiàn)鉍膜和待測物質(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 電極試驗活化

對1 g碳納米管進行6 h的濃鹽酸超聲清洗，并超純水沖洗實現(xiàn)pH中性值。首次進行試驗監(jiān)測分析之前，試驗人員要對每一根試驗電極進行試驗活化，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)對試驗電極進行0.1 V/s的伏安掃描。通過前期對試驗電極的試驗活化處理，確保后期試驗監(jiān)測效果[5]。

3.2.4 電解試驗

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電極，使混合溶液與試驗電極充分接觸。通過試驗電極掃描混合溶液，設(shè)置沉積電壓為1～2 V，沉積時間為5 min，靜置10 s。試驗中，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的電勢之下，需要清洗試驗電極殘留鉍膜及待測重金屬離子，清洗處理時間為30 s[6]。

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

為檢驗本次電化學(xué)監(jiān)測技術(shù)方案在園區(qū)污水重金屬離子監(jiān)測中的應(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個監(jiān)測序號，以陽極溶出伏安法判斷待測溶液中的鉛離子和鎘離子的靈敏度，經(jīng)過沉積后進行溶出伏安信號監(jiān)測，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)測結(jié)果可知，水環(huán)境中的鉛離子濃度大于0.10 μg/L時，通過陽極溶出伏安法可以監(jiān)測出實際數(shù)值，當(dāng)鉛離子和鎘離子濃度大于30.00 μg/L時，監(jiān)測率接近99.99%，鉛離子和鎘離子的濃度監(jiān)測靈敏度最佳。同時，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)檢測技術(shù)為監(jiān)測方案能夠有效適用于該化工園區(qū)的生產(chǎn)監(jiān)測。然而，鑒于重金屬離子的潛在危害，建議繼續(xù)保持監(jiān)測力度，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

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

參考文獻

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