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隨著垃圾分類的實施、人們生活水平的不斷提高,我國廚余垃圾的產(chǎn)生量迅速增加。廚余垃圾經(jīng)過分類后單獨進行堆肥處理,與分類的混合垃圾作為堆肥原料相比,隨著堆肥原料發(fā)生改變,垃圾堆肥產(chǎn)品中鉛、鎘、鉻的含量也會發(fā)生變化,其檢測分析方法也將隨之發(fā)生變化。
垃圾好氧堆肥法是在強制通風的情況下,使好氧微生物在充足的有氧環(huán)境中快速分解有機物,使之成為具有良好穩(wěn)定性的腐殖土狀的有機肥料,使垃圾實現(xiàn)從自然界來,又回歸自然界的良性循環(huán),是經(jīng)濟有效處理和消納城市垃圾的重要途徑。生活垃圾堆肥無害化程度較高,減量化效果較為明顯,但其在補充作物生長必需營養(yǎng)元素的同時,不可避免地將一些有毒有害物質,如重金屬帶入土壤中。重金屬與其他許多污染物不同,在土壤中一般不易隨水移動,不能被微生物分解,常在土壤中積累,甚至轉化為毒性更強的化合物。因此,測定垃圾堆肥中的重金屬含量是非常必要的。
NY/T525—2021《有機肥料》中規(guī)定鉛、鎘、鉻按照NY/T1978—2022《肥料汞、砷、鎘、鉛、鉻、鎳含量的測定》進行檢測。在該標準方法中,分別給出了原子吸收分光光度法(FAAS)和電感耦合等離子體發(fā)射光譜法(ICP-OES)的測定方法。FAAS具有干擾少、選擇性強、成本低等優(yōu)點,被廣泛應用于重金屬元素的檢測中;ICP-OES測定金屬元素時,因其具有檢出限低、檢測速度快、濃度范圍寬、精密度和準確度高的優(yōu)點,被廣泛應用于環(huán)境樣品分析中。
本文主要以兩座處理設施的堆肥樣品為基礎,依據(jù)NY/T1978—2022《肥料汞、砷、鎘、鉛、鉻、鎳含量的測定》標準,采用微波消解法對堆肥樣品進行處理,分別使用FAAS和ICP-OES對堆肥樣品中的鉛、鎘、鉻進行測定,系統(tǒng)考察了使用兩種方法測定堆肥樣品中鉛、鎘、鉻的差異性,通過對測定的精密度、準確度和加標回收率進行分析,檢驗兩種方法能否滿足堆肥中重金屬元素檢測工作的需要。
2.試劑與儀器
2.1試劑與材料
鹽酸(優(yōu)純)、硝酸(優(yōu)純)、鉛標準溶液、鎘標準溶液、鉻標準溶液。
2.2儀器
電子天平;高通量密閉微波消解儀;電熱板;原子吸收分光光度計;電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(上海美析儀器有限公司)。兩種方法的儀器工作參數(shù)見表1。
3.1樣品采集
本研究選取了北京市的兩座垃圾堆肥處理設施采集樣品,兩座不同的處理設施分別用設施A、設施B表示。在車間內(nèi)用網(wǎng)格法采集堆肥樣品后,把堆肥樣品攪拌均勻堆成圓形,將其十字四等分,然后隨機舍棄對角的兩份,余下部分重復進行述步驟并分為四等分,舍棄50%[4]。進行多次縮分,直至堆肥樣品量縮分至20kg左右。
3.2試驗溶液制備
3.2.1試樣的制備
取風干的堆肥樣品充分混勻后,按四分法經(jīng)多次縮分取出約100g,粉碎至全部通過1mm孔徑尼龍篩,置于潔凈、干燥的容器中。
3.2.2試樣溶液的制備
準確稱取試樣0.2g(精確至0.1mg),將其置于消解罐中,用少量水潤濕后加入6mL硝酸、2mL鹽酸、2mL氫氟酸,根據(jù)反應劇烈程度,放置一定時間后,進行樣品消解。消解程序分別為:第一階段120℃保持3min;第二階段160℃保持3min;第三階段190℃保持25min。消解結束后,用少量水沖洗消解罐內(nèi)壁,合并至容量瓶中定容。試樣定容后,靜置一夜取上清液待測。
3.3工作曲線的繪制
3.3.1FAAS工作曲線的制備
將Pb標準溶液稀釋為50μg/mL標準溶液,分別吸取該標準溶液0,1.00,2.00,4.00,8.00,10.00mL于100mL容量瓶中,加入4mL鹽酸,用水定容,混勻。此標準系列溶液Pb的質量濃度分別為0,1.00,2.00,4.00,8.00,10.00μg/mL。
將Cd標準溶液稀釋為10μg/mL標準溶液,分別吸取該標準溶液0,1.00,2.00,4.00,8.00,16.00mL于100mL容量瓶中,加入4mL鹽酸,用水定容,混勻。此標準系列溶液Cd的質量濃度分別為0,0.10,0.20,0.40,0.80,1.60μg/mL。
將Cr標準溶液稀釋為50μg/mL標準溶液,分別吸取該標準溶液0,1.00,2.00,4.00,6.00,8.00,10.00mL于100mL容量瓶中,加入4mL鹽酸,用水定容,混勻。此標準系列溶液Cr的質量濃度分別為0,0.50,1.00,2.00,3.00,4.00,5.00μg/mL。
3.3.2ICP-OES工作曲線的制備
將Pb,Cd,Cr標準溶液分別稀釋為50,20,20μg/mL標準溶液,分別吸取Pb,Cd,Cr標準溶液0,1.00,2.00,4.00,8.00,10.00mL于100mL容量瓶中,加入5mL鹽酸,用水定容,混勻。此標準系列溶液Pb的質量濃度分別為0,0.50,1.00,2.00,4.00,5.00μg/mL,Cd的質量濃度分別為0,0.20,0.40,0.80,1.60,2.00μg/mL,Cr的質量濃度分別為0,0.20,0.40,0.80,1.60,2.00μg/mL。
4.結果與分析
4.1兩種方法測定垃圾堆肥Pb,Cd,Cr檢測結果
采用FAAS和ICP-OES的標準曲線回歸方程及相關系數(shù)見表2。
針對兩座處理設施的垃圾堆肥樣品,分別采用兩種方法測定Pb,Cd,Cr。
兩種方法測定垃圾堆肥Pb的檢測結果見表3。
兩種方法測定垃圾堆肥Cd的檢測結果見表4。
兩種方法測定垃圾堆肥Cr的檢測結果見表5。
由表3~5可知,對于兩座處理設施的垃圾堆肥樣品,使用FAAS和ICP-OES測定Pb,Cd,Cr的比對結果滿意,滿足標準NY/T1978—2022中表6規(guī)定的平行樣檢測結果的相對相差要求。
對于設施A的堆肥樣品,采用FAAS和ICP-OES兩種方法,測定樣品的Pb,Cd,Cr3種金屬元素,每種元素每種方法重復測定6次。
兩種方法測定垃圾堆肥中Pb的重復性見表7。
4.3兩種方法測定Pb,Cd,Cr標準物質濃度分析
針對標準物質NST-1,采用FAAS和ICP-OES兩種方法進行了Pb,Cd,Cr的測定,測定結果見表10。
4.4兩種方法測定Pb,Cd,Cr的加標回收試驗分析
針對設施A的垃圾堆肥樣品,采用FAAS和ICP-OES進行了Pb,Cd,Cr加標回收試驗。參照垃堆肥樣品中檢測結果的濃度范圍,基于不同方法相同的濃度值加入對應的標樣,探究其回收率,具體結果見表11。
通過表11可以看出,針對兩座處理設施垃圾堆肥樣品的Pb,Cd,Cr含量分析,采用FAAS和ICP-OES,選用相同濃度加標時Pb,Cd,Cr的加標回收率均沒有顯著性差異,均大于90%,滿足加標回收率試驗要求。兩種檢測方法均具有良好的加標回收率。
5.結論
(1)采用FAAS和ICP-OES對垃圾分類后堆肥樣品中Pb,Cd,Cr的測定結果顯示,兩種方法的測定結果一致,均可進行準確的定量分析,具有較好的準確性。針對標準物質,采用兩種方法測定Pb,Cd,Cr,其檢測結果均在標準值范圍內(nèi)。
(2)試驗結果顯示,FAAS測定垃圾堆肥樣品的相對標準偏差為2.29%~2.56%;ICP-OES的相對標準偏差為2.83%~4.10%;兩種檢測方法對堆肥中Pb,Cd,Cr的測定均具有良好的重復性。
(3)FAAS簡便快捷,儀器耗材成本低,對于待測垃圾堆肥樣品需要進行測定單一元素、樣品數(shù)量較少的檢測工作,該方法更為適用。ICP-OES可同時測定多種元素,工作效率高,準確度高,對于待測垃圾堆肥樣品需要測定多種金屬元素的檢測工作,該方法更為適用。
文章來源:[1]張旭,劉欣艷,任曉靈,等.兩種方法測定垃圾堆肥鉛鎘鉻的對比分析[J].環(huán)境保護與循環(huán)經(jīng)濟,2024,44(10):75-79.
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