城镇污泥样品的制备及前处理技术研究现状

(青岛市城市排水监测站 国家城市排水监测网青岛监测站，山东 青岛 266002)

随着中国经济和城镇化的迅速发展，城市污水处理量大幅增加，污水处理厂产生的污泥也随之增长。由于污水厂污泥产量增长迅速、成分复杂等特点，若处理不当，不仅会对环境造成二次污染，同时也是对污泥中所含营养资源的一种浪费[1]。随着近年来技术的进步，污泥不再是经简单处理后被丢弃的无用废物，而是通过多种方式进行处理后成为可循环利用的资源。而准确可靠的分析测试数据是污泥的处理处置及其无害化和作为再生资源有效利用的基础，因此，对于污泥中各种物质含量的分析和研究亦显得尤为重要。而污泥样品的制备及前处理对分析检测来说非常重要，这是因为样品的制备及前处理不仅耗费整个分析过程的60%以上的时间，而且主要的分析误差也来自样品制备及前处理环节。所以，污泥样品的制备及前处理技术的选择是准确测定污泥中各种物质含量的基础[2]。

1 污泥样品采集与制备

1.1 污泥样品采集

1.1.1 城市污水处理厂的脱水污泥样品

按照 HJ/T 166[3]的相关要求采集和保存，选取当天新鲜污泥，采用多点取样，样品应有代表性，样品重量不小于1kg。

1.1.2 城市污水处理厂的生化系统污泥混合液

按照 HJ 494[4]、HJ 493[5]的相关要求采集和保存，应于固定时间在生化系统反应池的末端，水面下 1 ～ 1.5 m 处采集污泥混合液，并尽快检测。

1.2 污泥样品制备[6]

1.2.1 采集后立即分析的样品的制备

待测组分如为易挥发或易发生各种变化的物质(如氰化物、挥发酚及其它有机污染物)是不能用自然风干的方法来脱水和制样的。样品采集后要立即取样进行分析。

1.2.2 采集后需要脱水的样品的制备

1.2.2.1 采集来的污泥样品中含有大量水分，不可置于日光下暴晒，以防止待测组分发生变化。应采用下列方法除去。

真空冷冻干燥：在低温冷冻不断抽真空的条件下使样品脱水，即保持了样品的稳定又去除了样品的水分，适用于各种类型样品。

自然风干：对于待测组分较稳定的样品应采用自然风干的方法进行脱水。自然风干是我们制备污泥样品最主要最常用的手段，及时将泥样风干可以抑制微生物的活动和化学变化，便于长期保存，所得分析结果也较稳定。

1.2.2.2 污泥的粉碎

经破碎和研磨以减小样品的粒度。将脱水后的污泥样品，剔除大小砾石和杂物，置于瓷研钵或玛瑙研钵中研磨。

1.2.2.3 过筛

使样品保证95% 以上处于某一粒度范围。将经过粗磨和细磨的样品全部过合适目数尼龙筛，直至筛上物不含泥样，弃去筛上杂物。

1.2.2.4 混匀和缩分

将过筛后的样品全部置于方形无色聚乙烯薄膜上用掀角法充分混匀，使样品达到均匀。

采用四分法进行缩分样品，重复操作数次，直至该粒度对应的最小样品量。

2 污泥样品的前处理技术

2.1 污泥样品前处理技术的内容

样品前处理技术广义的来讲就是在样品进行测定之前采用适当的方法对样品进行化学处理，将测定组分从检测样品中提出，并且对待测组分进行提取、净化与浓缩，排除检测组分受到其他共存组分的干扰，让样品转变为可测定的形式，并进一步进行化学定性或定量分析[7]。

2.2 污泥样品前处理技术的目的及重要性

污泥样品处理的目的就是将微量或痕量的欲测组分富集，去除干扰欲测组分的物质，或者是将无法被仪器分析的欲测组分转化成可被仪器分析的物质。

污泥样品的前处理过程是分析数据正确与否的关键,它在整个分析过程中占用的时间和精力最多，前处理程度决定分析样品能否满足所用分析仪器的要求，因此它直接影响分析结果的可靠性和准确性[7]。

2.3 污泥样品前处理技术应遵循的原则

在分解试样的过程中，应遵循以下几个原则：(1)试样的分解必须完全，如果试样的分解不完全，所测元素的含量将低于实际含量。(2)要根据待测组分的性质选择合适的分解办法，比如容易挥发的元素就不能高温分解，避免使待测组分含量低于实际含量。(3)分解的过程也要小心不能外溅造成损失，使待测组分含量低于实际含量。(4)不能引入待测组分，使待测组分含量高于实际含量，比如应先处理含量低的试样再处理含量高的试样，低含量与高含量的试样尽量分开处理，避免交叉污染。(5)不能引入干扰物质，避免影响后续的测定[8]。

4 污泥样品前处理的常用技术

4.1 蒸馏

利用待测组分与干扰组分的沸点不同而进行分离，亦可同时进行富集。可分为简单蒸馏、分馏(精馏)、减压蒸馏和水汽蒸馏等[2]。此消解方法主要用于污泥中脂肪酸、挥发酚、总氰化物的分析。

4.2 酸溶、碱溶和熔融

利用酸溶、碱溶或熔融的方法，将固体样品或灰化和消解后的产物转化为溶液，以便仪器分析或进行下一步的处理。此消解方法主要用于污泥中总氮、总磷的分析。

4.3 络合

在强碱或强酸性条件下，难溶于水和不溶于水的待测物质能与无机盐络合成易溶于水的盐类，将待测物质提取到溶液中。调节溶液的pH，使待测物以沉淀的形式分离出来。最后用仪器法测定待测物质。此消解方法主要用于污泥中胡敏酸、富里酸的分析。

4.4 萃取

将样品中欲测组分抽提到另一相中，使其与干扰组分分离，并可同时进行富集。可分为液相萃取-将固体、液体或气体样品中欲测组分抽提到溶剂中；固相萃取-将液体或气体样品中欲测组分吸附在固体上；气相萃取(顶空技术)-将固体或液体样品中欲测组分抽提到气体中；超临界流体萃取-将固体样品中欲测组分抽提到超临界流体中。此消解方法主要用于污泥中油类物质的分析。

4.5 微波消解法

微波消解法结合了高压消解和微波快速加热两方面的性能，是近年来产生的一种崭新的、有前途的样品处理技术。其原理是在微波磁场中，被消解样品极性分子快速转动和定向排列从而产生振动，通过在试样中加入适量的消解液 ( 各种酸、部分碱液以及盐类) ，利用高温增压条件激化化学物质，加强氧化剂的氧化能力使样品表层扰动破裂，并不断产生新的表面与试剂接触，加速了样品的消解，从而使样品在短暂的时间内被消解，使待测元素以离子的状态存在于试液中[9]。此消解方法主要用于污泥中金属元素的分析。

4.6 索氏提取

索氏提取是从固体物质中萃取化合物的一种方法。索氏抽提过程能够保证样品机体与萃取溶剂完全接触。固体样品与无水硫酸钠混合，放入专用套筒中，加入适当的溶剂(如丙酮-正己烷混合溶剂、二氯甲烷-丙酮混合溶剂、二氯甲烷、甲苯-甲醇混合溶剂等)，在索氏提取器中完成索氏提取[10-11]。此方法主要用于萃取污泥中的非挥发性和半挥发性有机化合物。

4.7 固相萃取

固相萃取(solid phase extraction，SPE)是近年发展起来的一种样品预处理技术，由液固萃取和柱液相色谱技术相结合发展而来，与传统的液液萃取法相比较SPE具有以下优点：(1)分析物的高回收率；(2)更有效的将分析物与干扰组分分离；(3)不需要使用超纯溶剂，有机溶剂的低消耗减少对环境的污染；(4)能处理小体积试样；(5)无相分离操作，容易收集分析物级分；(6)操作简单、省时、省力、易于自动化[12]。此方法主要用于污泥中有机物的分析。

5 污泥样品前处理技术发展趋势

前处理技术是保证污泥样品检测结果准确性、可靠性的重要基础。但是，由于城镇污泥基质复杂，且各物质的含量较高，因此污泥样品的前处理技术多采用传统的前处理方法。但是，快速化、自动化、简便易用是当前样品前处理方法的发展基调和主要方向。因此，污泥样品前处理技术的研究探索显得尤为重要。污泥样品前处理技术的发展趋势将侧重以下几方面：

(1)研究新型的、多元化的污泥样品前处理方法。因为城镇污泥基质复杂，干扰成分多，测定结果要求高，所以必须采用多元化前处理方法与技术才能妥善解决这些问题。

(2)研究和探索快速、高效的前处理方法是目前亟待解决的问题。

(3)自动化与智能化样品预处理技术的开发和应用。