废水监测预处理技术简析

黄欣琪 卢卓恒

(佛山市三水区环境保护监测站 广东省佛山 528100)

环境监测中的废水组成一般比较复杂,很多待测组分含量较低,并且水样中共存组分之间存在较大干扰,对测定结果影响较大,所以需要进行预处理。但预处理包含哪些环节,文献之间存有分歧。文献[1]认为预处理包括水样的过滤和消解两个环节;文献[2]则将水样过滤归为水样运输、保存中的一个环节,而把水样的消解、富集、分离看作预处理,本文采用后一种方法。

通过预处理可以使待测组分适合测定方法要求的形态、浓度以及将干扰组分消除。但选择合适的预处理技术并非简单的事情,与分析人员的理论水平和实践经验都有很大的关系,如预处理方法选择不当,则会影响测定结果,如经过物理化学净化处理过的工业废水,就必须进行细致分析和谨慎决定[3]。

1 常见的预处理方法

1.1 水样的消解

消解是指采用具有氧化能力的酸或含有氧化性酸的混合酸处理水样的过程。通过消解,可以破坏有机物,溶解悬浮性固体,并将待测元素各种价态氧化成单一的高价态或转化为易于分离的无机化合物。一般要求消解后的水样清澈、透明、无沉淀。消解方法包含以下内容。

(1)湿式消解。即采用酸、混合酸或碱液消解水及沉积物等。常用的酸、混合酸有硝酸、硝酸-盐酸、硝酸-硫酸、硝酸-高氯酸、硫酸-磷酸等,一般需要加热,但使用含高氯酸的混合酸时应特别注意:高氯酸直接与有机物反应可能发生爆炸,因此应先采用硝酸处理后再加入高氯酸,并且含高氯酸水样不得蒸干。碱液消解法主要用于酸性条件下易挥发的水样,一般采用氢氧化钠-过氧化氢、氨水-过氧化氢、氢氧化钠-高锰酸钾等。

(2)干式消解。干式消解又称为干法灰化或高温分解,主要用于处理废水沉积物、底泥等底质。干式消解包括低温灰化(150～200℃)、普通灰化(450～550℃)、高压釜密封灰化等。干式消解易造成挥发元素(砷、汞、镉、硒、锡等)损失,故不适宜干式消解这类样品。

(3)微波消解。由于传统湿式和干式消解都存在消解时间长、酸碱污染大、挥发性元素易损失等缺点,因而微波消解近些年获得广泛的应用。微波消解是利用2450±50MHz的微波磁场处理含极化分子的样品,通常水、酸等含有的极化分子在微波磁场中其电偶极随微波频率快速变换,分子间相互摩擦作用会产生高热。微波消解的时间比湿式、干式消解快得多,可以将消解时间由几小时缩短为十几分钟到几十分钟,而且污染程度很低,空白值也比较小。消解试剂一般为硝酸、双氧水、盐酸、氢氟酸、高氯酸等;为了效果更理想,一般采用混合试剂,如王水、硝酸-双氧水等。同样,使用高氯酸要有防爆措施,一般应与硝酸组合使用,并且容器不得密闭。微波消解既可用于水样,也可用于沉积物的消解。

1.2 水样的富集与分离

当待测组分含量比分析方法的检出限还要低时,就要采用富集或浓缩的方法;而分离或掩蔽用来处理共存干扰组分。富集与分离经常同时进行,所以这两部分内容放在一起介绍。

1.2.1 顶空、气提和蒸馏

顶空就是将水样置于密闭容器中,容器上部保留一定空间,再将容器放到恒温水浴中一段时间,气液两相达到平衡,挥发性有机物(VOCs)或无机物(VICs)富集在气相中,从而实现与水样分离的目的。气提就是将惰性气体(氮气或氩气)通入水样中,将水样中的VOCs或VICs吹入仪器中进行分析,或导入吸收液富集后测定。蒸馏是利用各待测组分沸点不同进行分离的方法。蒸馏又分为常压蒸馏、减压蒸馏、水蒸气蒸馏、分馏等。

1.2.2 萃取、离子交换和共沉淀

萃取是利用待测组分在其他溶剂或固相中溶解度或作用力不同进行分离或富集的方法。常用萃取方法包括溶剂萃取、固相萃取(SPE)和超临界萃取(SFE)等方法。溶剂萃取可用于痕量金属元素、有机物的分离与富集;SPE不使用溶剂,比溶剂萃取安全、污染小、时间短;SFE是蒸馏和溶剂萃取的结合,主要用于萃取烃类及非极性脂溶化合物,例如醚、酯、酮等。离子交换就是利用离子交换剂与水样中的离子发生交换反应进行分离的方法。共沉淀是利用沉淀作为载体将水样中共存的一些待测痕量组分一起沉淀出来,实现分离、富集的目的。共沉淀主要用于富集废水中的痕量元素。

2 预处理技术的一些特殊应用

2.1 测定氯离子含量较高水样CODCr 的预处理

测定废水COD时Cr,氯离子是主要干扰源。当水CO样DCr低而氯离子高时,可在稀释后采用0.025mol/L K2Cr2O7氧化,并加入足量硫酸汞(硫酸汞:氯离子=15:1)来消除氯离子影响;也可以采用硝酸银溶液消除氯离子影响,即20ml水样,加入10ml K2Cr2O7标准溶液,滴加100g/L硝酸银溶液至出现砖红色沉淀,若硝酸银溶液用量超过5ml,需重新稀释后再采用标准回流法。

2.2 红外光度法测定工业废水中石油含量的预处理

测定工业废水中的石油含量时,应将油膜一起采集,否则偏差很大。并将采样点设在水跃区渠段,再根据石油含量的判断,选择适当的取样体积。工业废水杂质较多,采用四氯化碳萃取石油时,四氯化碳容易成泥状难以分层,而且四氯化碳中水含量较高,这样即使加入大量无水硫酸钠,也不容易将四氯化碳收集全。针对这种情况,应先过滤,再用四氯化碳清洗采样瓶和滤纸,然后再进行萃取。

2.3 硫化物水样的预处理

利用亚甲基蓝法测定硫化物时,常采用沉淀分离法、过滤-酸化-吹气法、酸化-吹气法等进行预处理,后两种吹气法操作较繁,吹气速度很难把握,而且吹气速度的大小对测定结果有较大影响。在这种情况下,可采用氢化物装置,利用生成的氢带出硫化氢,效果较好。

取适量乙酸锌固定的水样,过滤后将滤纸及沉淀物移至氢化物装置中,玻棒捣碎后加水至50ml,吸收管中加入乙酸锌乙酸钠溶液10ml,在氢化物装置中加入4g锌粒,然后迅速加入10ml浓度8mol/L的盐酸,并立即连接好导气装置,室温反应45min,再用亚甲基蓝法测定吸收液。

3 结语

综上所述,废水监测预处理技术对测定结果影响较大,因此必须充分重视预处理环节,在监测工作中应勤于思考,勇于实践,只要善于分析和总结,就能够正确掌握和熟练应用各种预处理技术。

[1]李青山,李怡庭.水环境监测实用手册[M].北京:中国水利水电出版社,2003:88-126.

[2]冯启言,肖昕,李红艺.环境监测[M].徐州:中国矿业大学出版社,2007:73-79.

[3]黄桂荣,叶晓新,袁卫忠.谈谈废水监测中的预处理技术[J].环境研究与监测,2005,18(1):48-49.