北京市垃圾填埋場地下水中砷、汞含量分析

蘆會杰

（北京市城市管理研究院，生活垃圾檢測分析與評價北京市重點實驗室，北京 100028）

1 引言

生活垃圾的處理方式主要有填埋、焚燒和堆肥3 種。填埋由于其結(jié)構(gòu)簡單、建設(shè)和運行費用低，成為國內(nèi)生活垃圾處理的主要手段。但垃圾填埋場產(chǎn)生大量含有高濃度污染物的垃圾滲濾液，由垃圾填埋場滲濾液造成的地下水污染，尤其是砷、汞污染問題，已引起廣泛關(guān)注［1-3］。氫化物發(fā)生和原子熒光光譜法的聯(lián)用技術(shù)，因其檢出限低、靈敏度高、穩(wěn)定性好，已經(jīng)成為近幾年發(fā)展較快的一種新的砷、汞檢測分析技術(shù)［4-6］。本文采用氫化物發(fā)生雙道原子熒光光譜法，測定北京市的5 座生活垃圾填埋場36 個地下水樣中的砷、汞，分析砷、汞含量特征，為生活垃圾填埋場地下水水質(zhì)評價與環(huán)境管理提供數(shù)據(jù)支撐。

2 實驗部分

2.1 地下水樣品采集

在本研究當(dāng)中，選取北京市典型的5 座生活垃圾填埋場，用采樣瓶采集地下水樣品，每個水樣取樣量約為0.2 L。5 座不同的生活垃圾填埋場分別用A1～A5 表示，在A1 填埋場采集了8 個地下水樣品，在A2 填埋場采集了7 個地下水樣品，在A3 填埋場采集了5 個地下水樣品，在A4 填埋場采集了9 個地下水樣品，在A5 填埋場采集了7 個地下水樣品。將采集的所有樣品標(biāo)號，帶回實驗室，放入4 ℃的冰箱，待測。在本研究當(dāng)中，砷、汞同時檢測分析選用硝酸保存水樣較好。

2.2 主要儀器和試劑

AFS－933 雙道原子熒光光譜儀（北京吉天儀器有限公司）；砷、汞空心陰極燈（北京吉天儀器有限公司）。

砷標(biāo)準(zhǔn)儲備液：準(zhǔn)確稱取1.320 4 g 預(yù)先在105 ℃烘干2 h 以上的高純As2O3于100 mL 的燒杯中，加入20 mL 1 mol/L 的NaOH 溶液，待充分溶解后，再用1 mol/L 的HCl 中和至酚酞紅色剛褪去，稀釋至1 000 mL 的容量瓶中，此溶液ρ（As）＝1.000 mg/mL。

汞標(biāo)準(zhǔn)儲備液：準(zhǔn)確稱取0.135 3 g HgCl2溶于含有0.5 g/L 重鉻酸鉀的（5＋95）HNO3溶液中，并用此溶液定容至1 000 mL，此溶液為ρ（Hg）＝0.100 0 mg/mL。

硫脲—抗壞血酸溶液：稱取12.5 g 硫脲，加約80 mL 去離子水，加熱溶解，待冷卻后加入12.5 g 抗壞血酸，稀釋至200 mL；硼氫化鉀溶液：稱取2.5 g KOH，加入少量水溶解，繼續(xù)加入2.5 g KBH4，定容到500 mL。硫脲—抗壞血酸溶液和硼氫化鉀溶液都是現(xiàn)用現(xiàn)配。

標(biāo)準(zhǔn)曲線配制：將以上配制的砷、汞標(biāo)準(zhǔn)溶液通過逐步稀釋法，配制標(biāo)準(zhǔn)曲線，砷、汞標(biāo)準(zhǔn)曲線濃度分別為0.5，1，2，4，5 μg/L 和0.05，0.1，0.2，0.4，0.5 μg/L。

2.3 儀器工作條件

在本研究中，AFS－933 雙道原子熒光光譜儀的工作條件見表1。

表1 原子熒光光譜儀儀器條件

空心陰極燈燈電流與檢出信號強度及背景強度都有一定關(guān)系，燈電流過低，靈敏度降低，燈電流過大會降低燈的使用壽命，所以在本研究當(dāng)中，選擇汞的燈電流60 mA，砷的燈電流30 mA，可以滿足分析要求。原子化器高度與試樣的原子化率有關(guān)，當(dāng)原子化器高度為8 mm 時，砷和汞的相對熒光強度都比較強。載氣流速為400 mL/min，可以滿足試樣測定要求。

2.4 樣品檢測步驟

取7.5 mL 地下水樣加入樣品管中，再加入2 mL硫脲—抗壞血酸溶液和0.5 mL 優(yōu)級純鹽酸，放置30 min，將樣品與標(biāo)樣在表1 所示條件下進(jìn)行測定。

2.5 加標(biāo)回收實驗分析

參照部分地下水砷、汞含量，基于1～2 倍的濃度數(shù)值加入對應(yīng)的標(biāo)樣，探究其回收率。

3 結(jié)果與討論

3.1 不同生活垃圾填埋場地下水砷含量分析

在本研究5 座垃圾填埋場當(dāng)中的36 個地下水樣中，砷含量的最小值為0.41 μg/L，最大值為4.82 μg/L，具體檢測結(jié)果見圖1。

圖1 不同生活垃圾填埋場地下水砷含量分析

為更直觀分析A1～A5 填埋場地下水中砷濃度差異，分別計算出5 座填埋場地下水樣品砷的平均濃度和標(biāo)準(zhǔn)差，計算結(jié)果見表2。

表2 不同填埋場地下水樣品砷的平均濃度和標(biāo)準(zhǔn)差

在本研究當(dāng)中，A1，A2，A3，A4 和A5 地下水砷濃度平均值分別是1.17，0.841，0.531，0.804 和4.28 μg/L，A5 地下水砷濃度平均值明顯大于其他4 個填埋場。根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，影響地下水砷含量的主要因素包括生活垃圾種類及來源、生活垃圾填埋時間、填埋場防滲措施等［7-8］。

通過表2 可以看出，在本研究的5 座填埋場中，針對不同的填埋場，各個地下水采樣點的砷濃度差別也不同，主要體現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)差的大小不同。其中，標(biāo)準(zhǔn)差最小的是A1，說明在A1 的8 個地下水采樣點中，砷濃度比較接近；標(biāo)準(zhǔn)差最大的是A5，說明在A5 的7 個地下水采樣點中，砷濃度存在較明顯差別。

3.2 不同生活垃圾填埋場地下水汞含量分析

5 座填埋場的36 個地下水樣中，汞含量的最小值0.024 μg/L，最大值為0.121 μg/L，具體檢測結(jié)果見圖2。

圖2 不同生活垃圾填埋場地下水汞含量分析

5 座填埋場地下水樣品汞的平均濃度和標(biāo)準(zhǔn)差的計算結(jié)果見表3。

表3 不同填埋場地下水樣品汞的平均濃度和標(biāo)準(zhǔn)差

在本研究當(dāng)中，A1，A2，A3，A4 和A5 地下水汞濃度平均值分別是0.105，0.061 1，0.081 4，0.056 7，0.058 6 μg/L，A1 地下水汞濃度平均值大于其他4個填埋場。

通過表3 可以看出，在本研究的5 座填埋場中，針對不同的填埋場，各個地下水采樣點的汞濃度差別也不同，主要體現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)差的大小不同。其中，標(biāo)準(zhǔn)差最小的是A2，說明在A2 的7 個地下水采樣點中，汞濃度比較接近；標(biāo)準(zhǔn)差最大的是A4，說明在A4 的9 個地下水采樣點中，汞濃度有一定差別。

3.3 填埋場地下水砷、汞加標(biāo)回收實驗分析

按照表1 設(shè)置熒光光譜儀分析條件，進(jìn)行地下水砷、汞分析。測定結(jié)果顯示，砷、汞的線性相關(guān)系數(shù)都在3 個9 以上。為進(jìn)一步提高檢測的準(zhǔn)確性，參照部分地下水砷、汞濃度數(shù)值，基于1～2 倍的濃度數(shù)值加入對應(yīng)的標(biāo)樣，探究其回收率。

在本研究當(dāng)中，對A5 的7 個地下水樣品進(jìn)行了砷的加標(biāo)回收實驗，對A1 的8 個地下水樣品進(jìn)行了汞的加標(biāo)回收實驗，具體結(jié)果見表4。

通過表4 可以看出，A5 的7 個地下水樣品砷的加標(biāo)回收率范圍是81.2%～98.8%，A1 的8 個地下水樣品汞的加標(biāo)回收率范圍是80.7%～105.3%，砷和汞回收率沒有顯著性差異，完全滿足加標(biāo)回收率實驗要求。

4 結(jié)論

（1）在本研究當(dāng)中，針對北京市5 座典型垃圾填埋場地下水砷、汞含量分析的結(jié)果顯示，填埋場A5 的7 個地下水砷濃度平均值為4.28 μg/L，明顯大于其他4 個填埋場地下水砷濃度平均值；填埋場A1 的8 個地下水汞濃度平均值為0.105 μg/L，明顯大于其他4 個填埋場地下水汞濃度平均值。根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，影響地下水砷、汞含量的主要因素包括生活垃圾種類及來源、生活垃圾填埋時間、填埋場防滲措施等。

（2）在本研究當(dāng)中的36 個地下水樣品砷濃度范圍0.41～4.82 μg/L，汞濃度范圍0.024～0.121 μg/L，對比《地下水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 14848—93）II 類標(biāo)準(zhǔn)，砷和汞的均值均低于標(biāo)準(zhǔn)限值，說明在本研究當(dāng)中，北京市典型垃圾填埋場地下水樣品不存在砷、汞污染問題。

（3）填埋場A5 的7 個地下水樣品砷的加標(biāo)回收率范圍是81.2%～98.8%，填埋場A1 的8 個地下水汞的加標(biāo)回收率范圍是80.7%～105.3%，且不同地下水樣品加標(biāo)回收率之間沒有顯著性差異，完全滿足加標(biāo)回收率實驗要求。加標(biāo)回收實驗結(jié)果證明，在本研究當(dāng)中，垃圾填埋場地下水樣品砷、汞的檢測分析方法可行，分析結(jié)果可靠。