化工园区水环境与水污染检测技术研究

摘要：以某化工园区中的水环境与水污染监测试验项目为例，分析目前水环境和水污染的重金属离子监测有效技术，确定本项目的技术监测方案。同时，通过电化学监测技术方法监测该园区周边水污染情况得出试验效果分析数据，证明电化学监测技术的合理有效性，为水环境和水污染监测和治理工作提供参考。

关键词：水环境；水污染；监测技术；监测效果

中图分类号：X832 文献标识码：A 文章编号：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

随着科学技术的不断更新，工业制造水平和效率日益提高的同时，工业生产造成的水环境污染也日益严重，成为我国工业发展急需解决的问题。基于此，以某化工园区为例，研究水环境保护和水污染治理的相关问题。一方面，水环境和水污染监测技术能够对水质监测工作起到支撑效果，并实时完善水污染监测体系；另一方面，水环境污染监测结果直接反映企业的水污染治理效果，保证其污水监测数据准确性有利于高效完成污水治理工作。

1 项目概况

某化学工业园区位于某省工业园区中心地区，东临滨海大道，西至国道，南至海堤，北临铁路支线及港口，总体规划面积为57.78 km2，建设用地面积为29.6 km2，是该省单位面积投资规模和产出较高的区域之一。该化工产业园区采用国际化经营理念和开放式管理模式，具备应急指挥部门，能够实时保障园区安全及消防安全。以化工园区周边水环境和水污染监测为例，针对化学产业园区排放的污染物进行针对监测，发现某企业的主要污染物为铅离子和镉离子等重金属污染物。本项目分析水环境和水污染的监测技术，判断重金属离子的具体监测技术适用性，为治理本化学园区的水污染和水环境监测提供有效价值参考。

2 水环境与水污染检测常见技术

运用相关监测技术监测水环境中的污染成分、重金属含量等，能够明确水环境的污染物超标现象，对水环境保护和污染的治理具有重要意义，能够在治理水污染的同时，减轻离子污染物的威胁。

2.1 紫外-可见分光光度法和原子吸收光谱法

紫外-可见分光光度法和原子吸收光谱法是较为常规的水环境和水污染监测技术。紫外-可见分光光度法是污染物质在200～800 nm光谱范围内，吸收形成紫外吸收光谱，以定性、定量及结构层次进行光的选择性吸收分析，能够较为便捷普遍的监测水环境的重金属。原子吸收光谱法能够分析水环境中金属自由基态原子在共振辐射中的吸附作用，具有选择性好、准确性高、线性范围较窄的特点。其中，氢化物发生法以惰性气体为载体进行受热分析，火焰法通过高温雾化进行热解还原，石墨炉法通过高温峰值走向判定重金属原子状态。以上3种原子吸收光谱法在实际中各有应用优势，具有实用意义[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学分析法中的主要方法。酶分析法以酶活性中心的巯基或甲巯基为结合进行中心结构和性质抑制，识别和分析其酸碱度和电子导率的变化，适用于葡萄糖氧化酶及异柠檬酸脱氢酶等。免疫分析法是在特定环境下，使抗原和抗体发生异性反应，实现重金属含量的分析测定。该方法对水质样本的络合物结合质量要求较高，在实际检测中易受限制[2]。

2.3 电化学分析法

电化学分析法以电化学反应为技术支撑，通过监测水环境中不同物质的电化学性质变化，根据化学电池参数和待测物质的浓度关系进行重金属离子组成及含量的测定。由于重金属离子会引起电流、电位、化学阻抗、电容以及电化学发光的变化，根据电化学传感器的不同监测位置信号，电化学分析法可分为安培法、电位法、极谱法、电化学阻抗法、电容法、电化学发光法以及伏安法等。其中，极谱法通过锯齿形的脉冲电压形成电解曲线；伏安法即阳极溶出伏安法[3]，是种强大、便携、最常用的方法，通过恒定电位将重金属离子预富集，再以金属沉积于惰性电极的表面，在电极表面的沉积金属上施加固定电压，形成离子回归溶液，进行电流值测定，具备重金属离子连续性监测的多选择性和灵敏性优点。阳极溶出伏安曲线如图1所示。

3 化工园区水环境和监测技术的具体应用

3.1 明确监测方案

依据该项目中水环境和水污染的具体监测结果，确定本项目的具体污染物为重金属离子，因此确定以阳极溶出伏安法的电化学检测技术为监测方案。通过对污水的重金属氧化还原反应的定量监测和定性监测数据进行极化电压和电位差异分析，实现氧化还原峰值参数，从而确定具体重金属离子含量数据。具体试验仪器及型号如下：电化学工作站型号为CHI660D；实验室pH计型号为FE20/EL20；丝网印刷机型号为LC-400P，丝网印刷机台面面积为300～500 mm2，丝网印刷机印刷面积为250～450 mm2，丝网印刷机铝框尺寸为350 mm×450 mm（长×宽）；磁力搅拌器型号为MS300；聚酯丝网版膜厚度为40 μm；聚酯丝网板网孔孔径为200 nm。

以无水乙酸钠、乙酸、硫酸、超纯水、100 mg/L的铋标准溶液、1 000 μg/L的铅镉标准溶液、5%的乙醇溶液、423SS型丝网印刷碳墨水、427SS型导电银浆及20～30 nm的多壁碳纳米管为本次试验的主要试剂。

3.2 开展技术监测

3.2.1 丝网印刷碳电极

在电极工作区将碳油墨和CaCO3颗粒进行融合掺杂，以进行丝网印刷，在导入酸剂使油墨和CaCO3颗粒溶解后形成多孔形式的丝网印刷碳电极，能够使本次重金属检测获得良好的选择性、灵敏度和线性范围。

3.2.2 电极表面的铋膜电镀

在电化学监测水体物质之前，需要在电极表面进行铋膜电镀，以同步电镀法获得铋离子和待测溶液的溶出分析数据[4]。铋膜同步电镀过程中具体待测溶液的pH值较高，因此对其水解反应需要实时分析，具体水解反应如式（1）所示。

Bi3++3H2O→Bi（OH）3+3H+（1）

通过负电势沉积法实现铋膜和待测物质在电极表面的沉积，为电极表面的铋膜电镀形成提供条件。

3.2.3 电极试验活化

对1 g碳纳米管进行6 h的浓盐酸超声清洗，并超纯水冲洗实现pH中性值。首次进行试验监测分析之前，试验人员要对每一根试验电极进行试验活化，具体操作方法如下：在H2SO4溶液中置放清洗后的碳纳米管，以循环法在1.5～2.0 V的范围内对试验电极进行0.1 V/s的伏安扫描。通过前期对试验电极的试验活化处理，确保后期试验监测效果[5]。

3.2.4 电解试验

在不除氧的室温条件下，电解池内加入适量0.01 mol/L的KCl溶液、20 mL醋酸缓冲液、适量的铅溶液、镉溶液、铋标准溶液后，放置活化处理后的试验电极，使混合溶液与试验电极充分接触。通过试验电极扫描混合溶液，设置沉积电压为1～2 V，沉积时间为5 min，静置10 s。试验中，设定固定电位增量为4 mV，振幅为25 mV，方波溶出频率为15 Hz。扫描结束后，在0.3 V的电势之下，需要清洗试验电极残留铋膜及待测重金属离子，清洗处理时间为30 s[6]。

4 化工园区水环境和水污染监测技术结果分析

为检验本次电化学监测技术方案在园区污水重金属离子监测中的应用效果，以醋酸缓冲液为底液，在0.05～30 μg/L浓度范围内设定7个监测序号，以阳极溶出伏安法判断待测溶液中的铅离子和镉离子的灵敏度，经过沉积后进行溶出伏安信号监测，结果如表1所示。

根据当地水环境治理相关标准规定，污水排放中的铅离子浓度不可超过1 000 μg/L，镉离子浓度不可超过100 μg/L。根据表1监测结果可知，水环境中的铅离子浓度大于0.10 μg/L时，通过阳极溶出伏安法可以监测出实际数值，当铅离子和镉离子浓度大于30.00 μg/L时，监测率接近99.99%，铅离子和镉离子的浓度监测灵敏度最佳。同时，污水中铅离子和镉离子的浓度均未超过当地水环境治理相关标准限值，其中铅离子最高浓度为29.99 μg/L，镉离子最高浓度为29.48 μg/L，远低于标准限值。由此表明，该化工园区污水中重金属离子的浓度在合规范围内，本次以阳极溶出伏安法的电化学检测技术为监测方案能够有效适用于该化工园区的生产监测。然而，鉴于重金属离子的潜在危害，建议继续保持监测力度，并采取预防性措施以确保水环境质量的持续合规，为后续的水污染防治提供科学依据。

5 结论

通过对化学园区相关企业水环境和水污染监测技术的有效应用，在有效控制工业水污染、监测水污染的基础上，对工业废水采取有效的防控、治理措施，能够促进工业生产、人民健康和社会稳定。

参考文献

1 段志娟.工业废水污染检测中化学检测技术的应用分析[J].清洗世界，2024（1）：137-139.

2 王 云.探究生物检测技术在水环境污染检测中的应用[J].皮革制作与环保科技，2023（11）：74-76.

3 吴爱菊.煤化工企业周边生态环境水污染检测技术[J].化工设计通讯，2022（9）：7-9.

4 潘石强.城市水污染现状及其治理对策研究[J].陕西水利，2021（7）：140-141.

5 马金台.水环境及水污染检测技术探讨[J].科技风，2021（18）：117-118.

6 高鋆函，赵 杰，邓宇珩，等.基于三电极的便携式重金属离子检测仪研制与应用[J].分析测试学报，2023（9）：1096-1103.