浅谈水质速测管在环境监测中的应用

吴艳聪



浅谈水质速测管在环境监测中的应用

吴艳聪

重金属污染是水质污染的重要污染物之一。其污染物在环境中难以降解，能在动植物体内累积，通过食物链富集，最后进入人体造成危害［1］。重金属的来源有工矿企业，电镀行业的三废，化肥农药的过度使用，汽车尾气等等。其中，电镀企业废水量大，治理成本高，常有生产者通过挖掘深井，埋设暗管，雨污混流等方式偷排污水，甚至将电镀作坊隐匿农村或荒野以逃避环保监察，对人类及生态环境危害极大。

水质速测管利用金属离子在特定条件下与试剂反应生成显色络合物，再通过比对标准色卡读取浓度，分析时长（1～5）min，操作类似pH试纸简单快速。在环境监察执法中，倘若现场用来筛查超标样品，那么可以减少不必要的采样，提高查处工作效率；另外，使用水质速测管在可疑监测断面进行溯源式调查，可以有效地追踪打击违法偷排企业；在环境应急监测中，可以快速分析污染物的浓度，了解污染程度与范围，为突发环境事件的处置提供决策参考。

因此，水质速测管在环境监测中有广大的应用前景。我们以电镀废水为例，考察废水中特征污染物铜、锌、镍、六价铬等检测结果的准确性及废水中可能共存离子的干扰限值，并探讨其检测原理，为水体环境快速监测提供借鉴参考。

实验部分

1.试剂

铜、锌、镍、六价铬水质速测管

电镀废水（来自厦门电镀企业的镍系、铬系、铜系、含锌废水）

纯水（millipore-Q纯水机制备18.2MΩ）

10%氢氧化钠溶液，10%稀硫酸溶液

Ni2+，Cr6+，Cu2+，Zn2+，Fe2+，Fe3+，100mg/L标准液（南方标准试剂网）

2.水质速测管使用

图1 水质速测管的使用方法

结果与讨论

一般的电镀工艺由除锈除油前处理、电镀出光及钝化、后处理镀件漂洗烘干等环节构成。其中，镀件漂洗产生的废水量最大，约占总量的80%以上，余下10%左右是镀液过滤用水和废镀液［2］。

电镀废水呈现这些特点。首先，重金属的浓度高，漂洗水的污染物是由镀件表面附着液带入，离子浓度值约20～300mg/L，而废电镀液浓度更大，约20～100g/L［3］，这些废水距离排放限值0.5～1.5 mg/L，约有103～104倍。其次，为了防止金属离子形成氢氧化物沉淀，镀液呈强酸性，大部分的电镀废水pH值范围约为1～3，为排放限下值（pH=6）的103～105倍。最后，废水均有不同程度的颜色，如镍系废水呈绿色，铜系呈蓝色，铬系呈黄色等等。

因此，即便偷排废水经稀释，在厂区周围合适的监测断面上仍可能获得检出。另外，速测管内的试剂均含有一定量的缓冲盐体系，倘若水样pH过酸或过碱会对体系造成冲击。因此，水样测试前也有必要进行pH检测。

在此，建议在环保监察执法中，针对电镀企业的可疑废水，可先观察水色，再测pH，最后应用水质速测管检测特征污染物。

水质速测管为进口产品，成分未知，但从行业文献资料以及结合络合物的颜色基本可以推断其试剂成分，现概述其检测原理及干扰因素，以供应用时参考借鉴。

1.镍的检测

在电镀中，镍的加工量位居第二位，仅此于锌。金属镍具有很强的钝化能力，表面能迅速生成一层极薄的钝化膜，可抵抗大气、碱和某些酸的腐蚀，并且经抛光的镀镍层可长期保持镜面般的光泽表面。

速测管应用丁二酮肟光度法的检测原理，在氢氧化锂与柠檬酸铵组成的碱性缓冲溶液中，有氧化剂碘的存在时，丁二酮肟与镍离子反应形成酒红色络合物。颜色深浅与浓度呈正比。反应方程式如图2。

图2 镍离子的检测

国内有范亚、陈玲等研究了镍速测管的制备［4］，为了消除铁、钴、铜、锰的干扰，加入了少量的Na2-EDTA粉剂里，并且加入β-环糊精，利用β-环糊精对碘的缓释作用，抑制碘升华。

另外如果水样pH超过5～9，必须用稀硫酸或氢氧化钠溶液中和。因为pH过高，则会生成Ni（OH）2沉淀；pH过低，废水中的一些有机酸，如苹果酸、酒石酸、柠檬酸等未被中和成盐，容易与Ni2+形成络合物，干扰测定。

电镀废水的检测结果如表1。

图3 废水中镍离子检测结果

表1 镍系废水的检测情况（单位：mg/L）

2.六价铬的检测

物件镀铬能显示出贵金属的光泽，且可以提高耐磨性。镀液主盐为含六价铬的铬酸或重铬酸。六价铬的毒性比三价铬高100倍被定为一类污染物［5］。分析检测是利用六价铬在酸性溶液中将二苯碳酰二肼氧化成苯肼基偶氮苯，本身被还原成三价铬；三价铬与苯肼基偶氮苯形成紫红色化合物。颜色深浅与浓度呈正比。反应式如图4。

电镀废水的检测结果如表2。

图4 六价铬检测

图5 废水中六价铬的检测结果

表2 铬系废水的检测情况（单位：mg/L）

值得一提的是六价铬在酸性条件下，具有强氧化能力，还原性的物质如Fe2+，SO，S2O等存在会使检测结果偏低。

3.铜的检测

电镀铜广泛用于铸模，镀镍，镀铬，镀银和镀金的打底。速测管检测方法依据在氨性（pH9～10）溶液中，铜与二乙氨基二硫代甲酸钠作用，生成黄棕色的络合物。颜色深浅与离子浓度呈正比，反应式如图6。

图6 铜离子的检测

试剂中可加入了EDTA-柠檬铵掩蔽铁、锰、钴、镍等离子的干扰［6］。因二乙氨基二硫代甲酸钠遇酸会分解出二硫化碳而使溶液浑浊，要求水样pH不小于2避免破坏碱性的缓冲盐体系。

图7 废水中铜离子的检测结果

表3 含铜废水的检测情况（单位：mg/L）

4.锌的检测

锌的化学性质活泼，容易氧化形成致密的表层阻止进一步的腐蚀，即使铁件暴露，据电化学原理锌也会先于铁被氧化，达到保护的目的。水质速测管应用乙酸盐缓冲介质（pH4.0～5.5）中，锌离子与双硫腙形成红色络合物。并且通过使用硫代硫酸钠作为掩蔽剂和控制pH值可以消除水样中少量的铅、铜、汞等金属离子的干扰［7］。

图8 锌离子的测定

图9 废水中锌离子的检测结果

5.抗干扰实验

抗干扰实验以这两种方式进行。其一为单一离子对目标检测物的干扰限值。其二为多种离子混合后的各自检出情况。

表4 含锌废水的检测情况（单位：mg/L）

单一离子的干扰限值：以1mg/L的目标检测物浓度为基准，添加电镀废水中其它可能存在离子，结果表5。

表5 添加单一离子的干扰限值（单位：mg/L）

多种离子混合的检出：混合铜系、锌系、镍系、铬系等四种废水，稀释成约1mg/L左右的浓度，考察混合后在排放限值附近浓度的检出情况。如表6。

表6 混合废水的检测情况（单位：mg/L）

结论

在检测准确度方面，若以电镀废水排放标准表3限值（镍：0.5 mg/L；六价铬：0.2 mg/L；铜：0.5 mg/ L；锌：1.5 mg/L）为依据，除镍外，所有离子在排放限值附近的色度均较为清晰，目视判断结果与实验室检测值较为吻合。

在离子抗干扰检出方面，约 1mg/L浓度的多组分混合样不影响彼此检测。检测Cu2+时，存在3倍以上的Zn2+容易使络合物颜色变淡，干扰检出。Fe2+对除Cu2+以外的离子均有干扰，特别是对Cr6+干扰比较严重。但电镀废水组分复杂，一般含有多种离子。针对互相干扰的问题，可以通过增加重金属的监测种类，多点开花，降低干扰影响程度。

综上所述，以电镀废水为例，水质速测管目视比色判断结果与实验室检测值较为吻合，检测准确度良好，使用方便，分析快速。在环境监测中有很好的应用前景，值得推广。

（作者单位：厦门市环境监测中心站 厦门市环境保护科学研究院）

［1］U.弗斯特纳、G.T.W.维特曼主编，王忠玉、姚重华主译.水环境的重金属污染［M］.北京：海洋出版社，1987

［2］王文星.电镀废水处理技术研究现状及趋势 ［J］.电镀与精饰，2011，05：42-46

［3］邹森林.电镀废水处理的研究进展 ［J］.广东化工，2010，08：142-144

［4］范亚，陈玲，郜洪文.镍快速检测粉研制及其在水质分析中应用［J］.四川环境，2015，01：26-29

［5］李鸿业，李兵，王碧英.紫外光度法测定六价铬的研究［J］.现代科学仪器，1999，Z1：61-63

［6］国家环保总局《水和废水监测分析方法》编委会.二乙氨基二硫代甲酸钠萃取光度法水和废水监测分析方法［M］.第四版（增补版）.北京：中国环境科学出版社，2002

［7］国家环保总局《水和废水监测分析方法》编委会.水质锌的测定双硫腙分光光度法 水和废水监测分析方法［M］.第四版（增补版）.北京：中国环境科学出版社，2002