兩種方法測(cè)定垃圾堆肥鉛鎘鉻的對(duì)比分析
1.引言
隨著垃圾分類的實(shí)施、人們生活水平的不斷提高，我國(guó)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(dú)進(jìn)行堆肥處理，與分類前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(huì)發(fā)生變化，其檢測(cè)分析方法也將隨之發(fā)生變化。
垃圾好氧堆肥法是在強(qiáng)制通風(fēng)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(jī)物，使之成為具有良好穩(wěn)定性的腐殖土狀的有機(jī)肥料，使垃圾實(shí)現(xiàn)從自然界來，又回歸自然界的良性循環(huán)，是經(jīng)濟(jì)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(bǔ)充作物生長(zhǎng)必需營(yíng)養(yǎng)元素的同時(shí)，不可避免地將一些有毒有害物質(zhì)，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(dòng)，不能被微生物分解，常在土壤中積累，甚至轉(zhuǎn)化為毒性更強(qiáng)的化合物。因此，測(cè)定垃圾堆肥中的重金屬含量是非常必要的。
NY/T525—2021《有機(jī)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(cè)定》進(jìn)行檢測(cè)。在該標(biāo)準(zhǔn)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(cè)定方法。FAAS具有干擾少、選擇性強(qiáng)、成本低等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于重金屬元素的檢測(cè)中；ICP-OES測(cè)定金屬元素時(shí)，因其具有檢出限低、檢測(cè)速度快、濃度范圍寬、精密度和準(zhǔn)確度高的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于環(huán)境樣品分析中。
本文主要以兩座處理設(shè)施的堆肥樣品為基礎(chǔ)，依據(jù)NY/T1978—2022《肥料汞、砷、鎘、鉛、鉻、鎳含量的測(cè)定》標(biāo)準(zhǔn)，采用微波消解法對(duì)堆肥樣品進(jìn)行前處理，分別使用FAAS和ICP－OES對(duì)堆肥樣品中的鉛、鎘、鉻進(jìn)行測(cè)定，系統(tǒng)考察了使用兩種方法測(cè)定堆肥樣品中鉛、鎘、鉻的差異性，通過對(duì)測(cè)定的精密度、準(zhǔn)確度和加標(biāo)回收率進(jìn)行分析，檢驗(yàn)兩種方法能否滿足堆肥中重金屬元素檢測(cè)工作的需要。
2.試劑與儀器
2.1試劑與材料
鹽酸（優(yōu)級(jí)純）、硝酸（優(yōu)級(jí)純）、鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液、鎘標(biāo)準(zhǔn)溶液、鉻標(biāo)準(zhǔn)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(jì)；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.試驗(yàn)部分
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(shè)施采集樣品，兩座不同的處理設(shè)施分別用設(shè)施A、設(shè)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(jī)舍棄對(duì)角的兩份，余下部分重復(fù)進(jìn)行前述步驟并分為四等分，舍棄50%［4］。進(jìn)行多次縮分，直至堆肥樣品量縮分至20kg左右。
3.2試驗(yàn)溶液制備
3.2.1試樣的制備
取風(fēng)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(zhǔn)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(rùn)濕后加入6mL硝酸、2mL鹽酸、2mL氫氟酸，根據(jù)反應(yīng)劇烈程度，放置一定時(shí)間后，進(jìn)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(jié)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(cè)。
3.3工作曲線的繪制
3.3.1FAAS工作曲線的制備
將Pb標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋為50μg/mL標(biāo)準(zhǔn)溶液，分別吸取該標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)系列溶液Pb的質(zhì)量濃度分別為0，1.00，2.00，4.00，8.00，10.00μg/mL。
將Cd標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋為10μg/mL標(biāo)準(zhǔn)溶液，分別吸取該標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)系列溶液Cd的質(zhì)量濃度分別為0，0.10，0.20，0.40，0.80，1.60μg/mL。
將Cr標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋為50μg/mL標(biāo)準(zhǔn)溶液，分別吸取該標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)系列溶液Cr的質(zhì)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(biāo)準(zhǔn)溶液分別稀釋為50，20，20μg/mL標(biāo)準(zhǔn)溶液，分別吸取Pb，Cd，Cr標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)系列溶液Pb的質(zhì)量濃度分別為0，0.50，1.00，2.00，4.00，5.00μg/mL，Cd的質(zhì)量濃度分別為0，0.20，0.40，0.80，1.60，2.00μg/mL，Cr的質(zhì)量濃度分別為0，0.20，0.40，0.80，1.60，2.00μg/mL。
4.結(jié)果與分析
4.1兩種方法測(cè)定垃圾堆肥Pb，Cd，Cr檢測(cè)結(jié)果
采用FAAS和ICP－OES的標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸方程及相關(guān)系數(shù)見表2。
針對(duì)兩座處理設(shè)施的垃圾堆肥樣品，分別采用兩種方法測(cè)定Pb，Cd，Cr。
兩種方法測(cè)定垃圾堆肥Pb的檢測(cè)結(jié)果見表3。
兩種方法測(cè)定垃圾堆肥Cd的檢測(cè)結(jié)果見表4。
兩種方法測(cè)定垃圾堆肥Cr的檢測(cè)結(jié)果見表5。
由表3～5可知，對(duì)于兩座處理設(shè)施的垃圾堆肥樣品，使用FAAS和ICP－OES測(cè)定Pb，Cd，Cr的比對(duì)結(jié)果滿意，滿足標(biāo)準(zhǔn)NY/T1978—2022中表6規(guī)定的平行樣檢測(cè)結(jié)果的相對(duì)相差要求。
Pb，Cd，Cr平行測(cè)定結(jié)果的相對(duì)相差要求見表6。
4.2兩種方法測(cè)定垃圾堆肥Pb，Cd，Cr重復(fù)性分析
對(duì)于設(shè)施A的堆肥樣品，采用FAAS和ICP－OES兩種方法，測(cè)定樣品的Pb，Cd，Cr3種金屬元素，每種元素每種方法重復(fù)測(cè)定6次。
兩種方法測(cè)定垃圾堆肥中Pb的重復(fù)性見表7。
兩種方法測(cè)定垃圾堆肥中Cd的重復(fù)性見表8。
兩種方法測(cè)定垃圾堆肥中Cr的重復(fù)性見表9。
由表7～9可知，對(duì)于兩座處理設(shè)施的垃圾堆肥樣品，使用FAAS和ICP－OES測(cè)定Pb，Cd，Cr的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于5％，重復(fù)性滿足分析要求。
4.3兩種方法測(cè)定Pb，Cd，Cr標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)濃度分析
針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)NST－1，采用FAAS和ICP-OES兩種方法進(jìn)行了Pb，Cd，Cr的測(cè)定，測(cè)定結(jié)果見表10。
由表10可知，對(duì)于編號(hào)為NST－1標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，采用FAAS和ICP－OES測(cè)定Pb，Cd，Cr，測(cè)定結(jié)果均在標(biāo)準(zhǔn)值要求范圍內(nèi)。
4.4兩種方法測(cè)定Pb，Cd，Cr的加標(biāo)回收試驗(yàn)分析
針對(duì)設(shè)施A的垃圾堆肥樣品，采用FAAS和ICP－OES進(jìn)行了Pb，Cd，Cr加標(biāo)回收試驗(yàn)。參照垃堆肥樣品中檢測(cè)結(jié)果的濃度范圍，基于不同方法相同的濃度值加入對(duì)應(yīng)的標(biāo)樣，探究其回收率，具體結(jié)果見表11。
通過表11可以看出，針對(duì)兩座處理設(shè)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(biāo)時(shí)Pb，Cd，Cr的加標(biāo)回收率均沒有顯著性差異，均大于90％，滿足加標(biāo)回收率試驗(yàn)要求。兩種檢測(cè)方法均具有良好的加標(biāo)回收率。
5.結(jié)論
（1）采用FAAS和ICP－OES對(duì)垃圾分類后堆肥樣品中Pb，Cd，Cr的測(cè)定結(jié)果顯示，兩種方法的測(cè)定結(jié)果一致，均可進(jìn)行準(zhǔn)確的定量分析，具有較好的準(zhǔn)確性。針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，采用兩種方法測(cè)定Pb，Cd，Cr，其檢測(cè)結(jié)果均在標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)。
（2）試驗(yàn)結(jié)果顯示，FAAS測(cè)定垃圾堆肥樣品的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.29％～2.56％；ICP－OES的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.83％～4.10％；兩種檢測(cè)方法對(duì)堆肥中Pb，Cd，Cr的測(cè)定均具有良好的重復(fù)性。
（3）FAAS簡(jiǎn)便快捷，儀器耗材成本低，對(duì)于待測(cè)垃圾堆肥樣品需要進(jìn)行測(cè)定單一元素、樣品數(shù)量較少的檢測(cè)工作，該方法更為適用。ICP－OES可同時(shí)測(cè)定多種元素，工作效率高，準(zhǔn)確度高，對(duì)于待測(cè)垃圾堆肥樣品需要測(cè)定多種金屬元素的檢測(cè)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(cè)定垃圾堆肥鉛鎘鉻的對(duì)比分析[J].環(huán)境保護(hù)與循環(huán)經(jīng)濟(jì),2024,44(10):75-79.
