仁怀市酒厂废水中重金属元素含量的测定

金 茜，王曼丽，令狐金卿，曾启华

（遵义师范学院，黔北特色资源应用研究实验室，贵州遵义 563000）

贵州茅台酒是与苏格兰威士忌、法国科涅克白兰地齐名的3大蒸馏名酒之一，是纯天然的绿色食品[1]。贵州茅台集团坐落于赤水河上游美酒河茅台段[2]，赤水河是长江上游右岸较大的一条支流，发源于云南镇雄县，经云南、贵州、四川3省，在四川合江县注入长江[3]，是“贵州茅台酒”等名优白酒（酱香型）生产用水的水源地，因优质水源、丰富的微生物菌落环境，酿造了国酒茅台，茅台酒先后15次荣获各种国际金奖[4]。酱香型白酒是我国特有的、具有悠久历史的传统酒种，是以优质高粱为原料，用小麦制成的高温大曲做糖化剂发酵而成，其已成为贵州经济发展的重点方面。但作为在白酒在生产过程中将产生的各种酿造废水已受到广泛关注[5-6]，有关仁怀土壤、高粱中重金属含量的测定均有报道[7-8]，但关于酒厂废水中重金属含量的测定鲜有报道。为更好地了解酒厂废水中重金属元素含量及对赤水河流域生态环境的影响（国家级珍稀特有鱼类保护区，如中华倒刺鲃、昆明裂腹鱼、岩原鲤、黑尾近红鲌等），对酒厂废水进行了调查、取样和分析，以期了解仁怀市酒厂废水中重金属元素含量及对赤水河流域生态环境的影响。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

铜（copper，Cu）、锌（zinc，Zn）、锰（manganese，Mn）、铅（plumbum，Pb）、镉（cadmium，Cd）、铬（chromium，Cr）标准贮备溶液（1000μg/mL）：国家标准物质研究中心，使用时逐级稀释；HNO3、HCl、HClO4等化学试剂：成都试剂厂化学纯试剂；所用器皿均用稀HNO3浸泡24h以上，实验用水为二次蒸馏水。

1.2 仪器与设备

TAS-986原子吸收分光光度计：北京普析通用仪器有限责任公司；AUX220电子天平：日本岛津公司；pHS-2C酸度计：上海大普仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 仪器工作参数的优化

按仪器使用说明打开仪器，并预热，用2.00μg/mL Cu、Zn、Mn、Pb、Cd、Cr标准溶液进行仪器工作条件优化实验，得各重金属元素最佳分析条件，结果见表1。

表1 原子吸收分光光度计工作参数Table 1 The operating parameters of atomic absorption spectrometry

1.3.2 样品的采集与处理

于2012—2013年对仁怀市酒厂进行调查，按水质分析要求采集了仁怀市酒厂废水，并在水样中加入适量浓硝酸，带回后立即进行有关指标的分析[9]。

量取一定的水样于150mL烧杯中，加入硝酸-高氯酸混合溶液，于调温电热板上消解，待水样彻底消解完全后，用1%HNO3溶解残渣，过滤至50mL容量瓶中，定容，用于元素分析。

1.3.3 重金属元素混合标准溶液的配制

分别准确移取一定体积、质量浓度为100μg/mL的Cu、Zn、Mn、Pb、Cd、Cr标准溶液于50mL容量瓶中，用1%HNO3溶液定容，配制成质量浓度为0.00、0.20μg/mL、0.50μg/mL、1.00μg/mL、1.50μg/mL、2.00μg/mL、2.50μg/mL的混合标准溶液。

1.3.4 评价方法

单因子污染指数法：适用于某一个特定污染源或某一种特定污染物的评价。单项污染指数计算公式如下：

式中：Pi为环境中污染物i 的单项污染指数；Ci为环境中污染物i 的实测数据；Si为污染物的评价标准。

当单项污染指数Pi＞1时，表示为污染，Pi值越大，污染越严重。

综合污染指数法：能较全面地反映样品受污染的真实状况，是目前应用较多的一种多因子质量评价方法[10]。综合污染指数计算公式如下：

式中：PZ为重金属元素综合（复合）污染指数；Pi为元素单项污染指数；maxPi为重金属元素中最大的单项污染指数值；P¯i为几种重金属元素单项污染指数的平均值。

当综合污染指数PZ≤0.7，安全；0.7＜PZ≤1.0，警戒线；1.0＜PZ≤2.0，轻度污染；2.0＜PZ≤3.0，中度污染；PZ＞3.0，重度污染[11]。

1.3.5 评价标准

根据国家标准GB8978-1996《污水综合排放标准》中规定[12]，国家污水排放标准及地表水环境质量标准见表2。

表2 国家污水排放标准及地表水环境质量标准Table 2 The national discharged standard of sewage and environmental quality standards for surface water mg/L

2 结果与讨论

2.1 重金属元素标准曲线的绘制及检出限

根据实验要求，在仪器工作条件下，测定各重金属元素标准溶液的质量浓度（C）及样品溶液的吸光度值（A），绘制标准曲线。对各重金属元素空白溶液进行11次测定，计算相对标准偏差（relative standard deviation，RSD）及各重金属元素检出限，结果见表3。

表3 重金属元素检测回归方程与检出限Table 3 The regression equation and detection limit of heavy metal elements determination

由表3可知，标准曲线线性好，方法灵敏度高，检出限低，RSD%小于5%，符合质量控制要求。

2.2 酒厂废水中重金属元素的含量

在相同仪器条件下，分别测定样品中各重金属元素的吸光度值，根据标准曲线计算样品中各重金属元素的质量浓度，同时计算样品中各重金属元素的平均含量，结果见表4。

由表4可知，酒厂不同废水中金属元素含量不同，各种废水中Zn含量较高（0.2500 mg/L～3.1625mg/L），Cu次之（0.0500mg/L～0.2375mg/L），其他重金属离子含量低于检出限，实验中未检出。同一种废水中金属元素的含量也不同，含量最高的是窖底水，Zn：3.1625mg/L，Cu：0.2375mg/L；其次是小作坊底锅水，Zn：2.2500mg/L，Cu：0.0750mg/L，重金属Pb、Cd、Cr含量均低于检出限，但小作坊底锅水中金属元素锰被检出，说明小作坊酿酒中高锰酸钾添加较多，这是造成赤水河茅台段断面水体高锰酸盐指数值增高的原因[13-15]。

表4 酒厂废水样品中重金属元素含量Table 4 The contents of heavy metal elements in samples of distillery waste water mg/L

实验表明，酒厂排放的各种废水中，除小作坊底锅水及窖底水中金属元素锌达国家废水排放二级标准外，其余被检测元素含量均可达到国家废水排放一级标准。说明酒厂废水中金属元素含量不高，特别是重金属元素含量很低，因此，对赤水河流域水体不会造成重金属污染[16]。

2.3 仁怀市酒厂废水中重金属元素污染评价

用单项污染指数和综合污染指数法对酒厂废水中重金属元素进行污染评价。当被测重金属元素含量较低，未检出时，其重金属元素含量可按最低检出限计算（各重金属元素检出限分别为Cu：0.0210mg/L、Zn：0.0124mg/L，Mn：0.0126mg/L，Pb：0.0180mg/L，Cd：0.0233mg/L，Cr：0.3667mg/L），同时用污染指数进行评价，结果见表5。

表5 酒厂废水中重金属元素污染状况Table 5 Contamination status of heavy metal elements of distillery waste water

由表5可知，小作坊底锅水和窖底水中锌的单项污染指数较大，分别为1.125和1.581，属轻度污染，而其他废水中重金属元素的单项污染指数都较小，远均低于0.7，属安全、清洁等级。同样小作坊底锅水和窖底水综合污染指数大于0.7，但低于2.0，属轻度污染，而酒尾子水和锅底水中重金属元素的单项污染指数和综合污染指数都很小，均远低于0.7，属安全等级。由此可见，仁怀市酒厂排放的废水中重金属含量很低，属安全等级，因而对赤水河河水不会产生重金属污染。

3 结论

（1）仁怀市酒厂废水呈强酸性，pH值为2.95～3.54，仁怀市酒厂废水中重金属元素含量较低，除小作坊底锅水及窖底水中金属元素锌达国家废水排放二级标准外，其余重金属元素含量均可达到国家废水排放一级标准。

（2）仁怀市酒厂排放的废水中，除小作坊底锅水和窖底水锌的单项及综合污染指数较大、属轻度污染外，其他废水重金属元素单项污染指数和综合污染指数都很小，远低于0.7，属安全、清洁等级，因此对赤水河河水不会造成重金属污染。但对废水中氨态氮、硝态氮及磷的含量应随时进行监测。

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