原子熒光法測定污水處理廠進(jìn)出水中砷的含量

邊建紅

（太原學(xué)院材料與化學(xué)工程系，山西 太原 030032）

0 引言

砷及其化合物是有毒物質(zhì)之一，同時(shí)也是我國城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)一類污染物控制指標(biāo)。隨著冶金、制藥、油漆等行業(yè)的發(fā)展，生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的污廢水，是水體的主要污染源，污水中砷污染現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，所以檢驗(yàn)檢測污水處理廠進(jìn)出水水質(zhì)中的砷含量非常重要。太原市某污水處理廠設(shè)計(jì)處理污水能力為33 萬t/d，現(xiàn)在每天可處理污水約30 萬t 左右。到目前為止，根據(jù)城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，該污水處理廠基本控制項(xiàng)目的常規(guī)污染物標(biāo)準(zhǔn)值可以達(dá)到一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的A 標(biāo)準(zhǔn)，并且可以達(dá)到回用水和再生水的基本要求。采用原子熒光法測定水中砷的含量[1-2]，操作簡單易行，影響因素少，響應(yīng)值高。

1 實(shí)驗(yàn)原理

原子熒光光譜法測定砷是利用惰性氣體氬氣作載氣，將砷化氫和過量氫氣與載氣混合后，導(dǎo)入加熱的原子化裝置，通過測量原子蒸氣在砷空心陰極燈輻射能激發(fā)下產(chǎn)生的熒光強(qiáng)度，來確定砷含量的方法。在一定的實(shí)驗(yàn)條件下，熒光強(qiáng)度與被測元素砷的濃度成正比。

2 主要儀器及試劑

主要儀器：KQ-700DB 型數(shù)控超聲波清洗器，鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司；砷空心陰極燈；Kylin A12 雙通道原子熒光光度計(jì)，北京吉天儀器有限公司；DB-2 不銹鋼電熱板，常州市瑞華儀器制造有限公司；HH-8 恒溫水浴鍋，上海比朗儀器制造有限公司；天平，美國METTLER TOLEDO XPR226CDR/AC；量筒、容量瓶、移液管、比色管、錐形瓶，天津市天玻玻璃儀器有限公司。

試劑：抗壞血酸，G.R，鄭州萬瑞達(dá)化工產(chǎn)品有限公司）；硼氫化鉀，G.R，天津傲然精細(xì)化工研究所；硝酸，G.R，天津市化學(xué)試劑三廠；氫氧化鈉，A.R，武漢楚江浩宇化工科技發(fā)展有限公司；硫脲，G.R，鄭州艾克姆化工有限公司；鹽酸，G.R，天津市化學(xué)試劑三廠；高氯酸，G.R，天津市化學(xué)試劑三廠。

3 實(shí)驗(yàn)條件與過程

3.1 實(shí)驗(yàn)條件

依據(jù)實(shí)驗(yàn)實(shí)際情況，綜合考慮到原子熒光強(qiáng)度的范圍和砷空心陰極燈的使用壽命，確定燈電流為60 mA，并且隨著負(fù)高壓的增大，檢測砷元素的響應(yīng)值會(huì)提高，但是噪聲會(huì)影響檢測的靈敏度，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)最后負(fù)高壓定為290 V，詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)條件見表1。

表1 實(shí)驗(yàn)條件

3.2 實(shí)驗(yàn)過程

實(shí)驗(yàn)過程中所有涉及到的玻璃儀器都經(jīng)過硝酸溶液浸泡24 h 后，經(jīng)超聲波清洗器清洗，用純水沖洗干凈后備用。

3.2.1 配制砷標(biāo)準(zhǔn)系列

首先用移液管準(zhǔn)確移取5.00 mL 砷標(biāo)準(zhǔn)貯備液（100 mg/L），加入到500 mL 的容量瓶中，然后用量筒移取100 mL 鹽酸加入容量瓶中，用純水稀釋至標(biāo)準(zhǔn)刻度線，混勻，此時(shí)該溶液為1.00 mg/L 的砷標(biāo)準(zhǔn)中間液。再用移液管準(zhǔn)確移取砷標(biāo)準(zhǔn)中間液（1.00 mg/L）10.00 mL，加入到100 mL 的容量瓶中，然后加入20 mL鹽酸，用純水稀釋至標(biāo)準(zhǔn)刻度線，混勻，此時(shí)，該砷標(biāo)準(zhǔn)使用液的質(zhì)量濃度為100 μg/L。最后分別用移液管準(zhǔn)確移取0、0.50、1.00、2.00、3.00、5.00 mL 的砷標(biāo)準(zhǔn)使用液（100 μg/L），加入50 mL 的容量瓶中，再分別加入10 mL 的鹽酸溶液，臨時(shí)用天平現(xiàn)稱5.0 g 的抗壞血酸和5.0 g 的硫脲溶解于100 mL 的純水中，每個(gè)容量瓶中各加入10 mL 硫脲-抗壞血酸溶液，放置30 min 后，用純水稀釋定容至標(biāo)準(zhǔn)刻度線，搖勻。此時(shí)，砷標(biāo)準(zhǔn)系列的質(zhì)量濃度分別為0、1.00、2.00、4.00、6.00、10.0 μg/L。

3.2.2 砷系列標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

依據(jù)表1 的實(shí)驗(yàn)條件，以5%的鹽酸溶液為載流，硼氫化鉀溶液為還原劑，依次測定砷標(biāo)準(zhǔn)系列質(zhì)量濃度分別為0、1.00、2.00、4.00、6.00、10.0 μg/L 的原子熒光強(qiáng)度，做完實(shí)驗(yàn)后，以原子熒光強(qiáng)度為縱坐標(biāo)，砷質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，繪制砷系列標(biāo)準(zhǔn)曲線。

原子熒光光譜儀開機(jī)預(yù)熱穩(wěn)定后，輸入各項(xiàng)參數(shù)，然后以5%的鹽酸溶液作為載流進(jìn)樣，測定砷標(biāo)準(zhǔn)系列，繪制砷系列標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，線性方程最終為：IF=311.78C+13.413，線性相關(guān)系數(shù)r=0.999 9，詳細(xì)的分析檢測數(shù)值見表2。

表2 標(biāo)準(zhǔn)曲線及線性相關(guān)系數(shù)

3.2.3 水樣處理

準(zhǔn)確移取50 mL混勻后的進(jìn)出水試樣，加入150 mL錐形瓶中，再加入臨時(shí)配置的體積比為1∶1 的硝酸-高氯酸混合酸溶液5 mL，用電熱板加熱，冒白煙后冷卻到室溫，往錐形瓶中再加入5mL 鹽酸，繼續(xù)加熱至冒盡黃褐色煙，自然冷卻后，移入50 mL 容量瓶中，用純水定容至標(biāo)準(zhǔn)刻度線，混勻后待測。

3.2.4 水樣測定

用移液管準(zhǔn)確移取5.0 mL 處理好的水樣，加入10 mL 比色管中，再加入臨時(shí)配置的2 mL 硫脲-抗壞血酸溶液和2 mL 鹽酸溶液，室溫放置30 min 后，用純水稀釋定容至標(biāo)準(zhǔn)刻度線，混勻后待測。依照砷系列標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制的相同條件測定水樣。

2022 年每個(gè)月定期采集該污水處理廠進(jìn)出水水樣，全年總共采集水樣24 個(gè)，其中包括12 個(gè)進(jìn)水和12 個(gè)出水，根據(jù)表1 的實(shí)驗(yàn)條件，進(jìn)行水樣中砷含量的測定，其測定結(jié)果見表3。

表3 水樣中砷含量的測定結(jié)果

4 結(jié)論

結(jié)合表3 的分析檢測數(shù)據(jù)可以知道，通過對2022 年全年12 個(gè)月24 個(gè)水樣的分析檢測，12 個(gè)進(jìn)水水樣砷的質(zhì)量濃度均小于1 μg/L，根據(jù)GB/T 31962—2015，砷作為第一類污染物的水質(zhì)控制項(xiàng)目限值是300 μg/L，表明進(jìn)水水質(zhì)不存在砷污染超標(biāo)情況，12 個(gè)出水水樣砷的質(zhì)量濃度均小于1 μg/L，參考GB 18918—2002，砷作為一類污染物最高允許排放質(zhì)量濃度（日均值）為100 μg/L，表明出水水質(zhì)符合要求，綜合上述情況可以說明該污水處理廠的進(jìn)出水水質(zhì)砷的含量均在正常的范圍之內(nèi)，符合國家標(biāo)準(zhǔn)的要求。原子熒光法測定污水處理廠進(jìn)出水中砷的含量作為一種操作簡單易行的方法可以為污水廠工藝的正常運(yùn)行提供及時(shí)的數(shù)據(jù)服務(wù)，同時(shí)也可以起到發(fā)現(xiàn)砷污染現(xiàn)象的預(yù)警作用。