卓靜

（廈門斯坦道科學(xué)儀器股份有限公司，福建 廈門361000）

重金屬造成的環(huán)境污染危害日益凸顯，是當(dāng)前亟待妥善解決的突出環(huán)境問題。2016 年初，國務(wù)院正式批復(fù)《重金屬污染綜合防治“十三五”規(guī)劃》，將完善我國現(xiàn)有的水質(zhì)重金屬監(jiān)測體系作為一項重要工作目標(biāo)。因此做好重金屬在線監(jiān)測前處理裝置的研發(fā)，探討和改進在線監(jiān)測前處理的技術(shù)和手段，為污染源環(huán)境保護管理提供了大量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和決策依據(jù)，是一項重要工作。但水質(zhì)多樣復(fù)雜，需經(jīng)消解才能測試，目前常用的伏安溶出法重金屬檢測，其消解方式多為加酸高溫高壓消解[1]，消解耗能高，時間長，不安全，而且消解不徹底[2]。或者有些有用臭氧消解但只是直接鼓泡消解，消解效率較低，其在線監(jiān)測所得的數(shù)據(jù)未能達到精度要求[3]。因此，本文重點講述適用于適用于伏安溶出法重金屬監(jiān)測的前處理設(shè)計。

1 臭氧消解原理說明

1.1 使用臭氧消解的基礎(chǔ)方法原理。溶出伏安法是測定水樣中痕量重金屬的常用方法，但水樣中存在銨鹽，氰化物，有機胺，多環(huán)芳烴，以及還原性物質(zhì)等干擾物，這些干擾物容易和待測溶液的金屬離子生產(chǎn)比較穩(wěn)定的絡(luò)合物而改變金屬離子的活度，使其峰值電位發(fā)生變化[4]。此外，干擾物的種類和濃度通常無法得知，使重金屬離子的峰值電位失去定量意義。臭氧方法是在特定消解試劑的輔助下，分解形成二次氧化劑羥基自由基，與干擾物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，由于羥基自由基對反應(yīng)物沒有選擇性且反應(yīng)速度很快，因此使用臭氧能很快的消解樣品水溶液中的干擾物質(zhì)。整體設(shè)計無添加任何離子有效氧化水樣中的干擾物，尤其針對工業(yè)廢水尤其電鍍廢水[5]中的重金屬測量前處理，有明顯高效的回收率，大大降低了測量誤差。

1.2 消解控制原理及搭建：整體設(shè)計將儀器消解模塊分為三部分：臭氧發(fā)生器、文丘里霧化裝置、微控制器。以臭氧作為載氣通過文丘里縮小管口形成高速氣流，帶動水樣從水樣池通過管路，在高速氣流下水樣可以形成微米級液滴，提高臭氧在水中的溶解。結(jié)合二次氣泡石鼓泡消解，并在消解試劑的協(xié)同作用下可以徹底地消解干擾物質(zhì)。采用高精度低成本的電學(xué)硬件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)，研究信號采集、處理技術(shù)和信號調(diào)理電路設(shè)計，實現(xiàn)消解全自動運行。

圖1 臭氧消解裝置圖

表1 各水樣測試比對表

2 關(guān)鍵技術(shù)說明（圖1）

A 控制單元定時打開臭氧發(fā)生器，通過流量表和壓力表信號自動調(diào)整臭氧流量，臭氧通過文丘里細(xì)小管口形成高速氣流，帶動水樣通過管路，在高速氣流下水樣形成微米級液滴,液滴進入消解杯到達第一液位控制器位置時，發(fā)送信號至控制單元關(guān)閉臭氧發(fā)生器；B 控制單元發(fā)送信號至電磁閥和蠕動泵，輸送消解試劑至消解杯第二液位控制器位置時，發(fā)送信號關(guān)閉蠕動泵和電磁閥；控制單元再一次打開臭氧發(fā)生器，切換氣路，使臭氧直接進入消解杯內(nèi)的氣泡石，在消解杯內(nèi)鼓泡消解；達到設(shè)定時間后，關(guān)閉臭氧發(fā)生器，消解后的液體通過排液閥排出，進入檢測環(huán)節(jié)。

3 實驗數(shù)據(jù)

在地表水、電鍍廠廢水和皮革廠廢水排放口處不同時段分別取六個樣，每個樣分成3 份，一份送第三方檢測實驗室按標(biāo)準(zhǔn)方法檢測，一份未經(jīng)消解直接用在線儀器檢測，一份用本臭氧方法消解后再用在線伏安溶出法儀器檢測，消解試劑包含碳酸氫鈉、硫酸銨、硫代硫酸鈉和過硫酸氫鉀中的一種或者多種試劑混合。結(jié)果表明，經(jīng)消解的檢測結(jié)果和標(biāo)準(zhǔn)方法檢測結(jié)果有良好的對應(yīng)關(guān)系，其結(jié)果偏差小于10%，未消解的檢測結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)方法的偏差較大（表1）。

4 結(jié)論

本設(shè)計克服了傳統(tǒng)重金屬水樣前處理步驟繁瑣、干擾大等不足，實現(xiàn)對不同水質(zhì)中多種重金屬離子的檢測前處理。利用臭氧消解技術(shù)、配合文丘里裝置和PLC 控制，集水路控制、自動消解、信號采集與傳輸為一體，實現(xiàn)消解模塊中的進液、消解、通訊一體化，其精確度、準(zhǔn)確度、離子干擾效應(yīng)等均滿足使用要求。