節能環保視域下農村生態環境污染快速檢測技術研究

劉 剛

（臨沂市生態環境局沂水縣分局，山東 臨沂 276499）

引 言

我國在經濟持續增長的同時，城鄉都存在不同程度的生態環境污染問題。但我國城鎮的生態環境管理體制比較健全、嚴格，而且在治理方面投資較大，因此我國城鎮的生態環境已經有了一定改善。目前，我們已經制定了一些針對農村生態環境污染的防治措施，以提高我國農村的生態環境質量。

1 農村生態環境污染現狀分析

1.1 土壤資源污染

我國部分地區由于在農業生產中大量施用農藥和化肥，導致土壤中重金屬含量較高[1]。另外，一些經濟欠發達的鄉村沒有固定的生活垃圾處理設施，這些垃圾長期存在于土壤中，對土壤中的生物多樣性造成很大威脅。而農村居民在公共環境中亂扔垃圾，也會造成土壤污染。

1.2 水資源污染

通過對中國農村水污染現狀的分析，可以發現農用肥料的殘留物在土壤中很難被降解，并隨著雨水的沖刷，被引入河水和地下水中，造成了農村水污染[2]。散戶經營的小型農場沒有健全的畜禽廢物處置機制，農民經常把污染物堆放在農場附近或直接扔到河里，導致水資源的嚴重污染。

1.3 空氣污染

農村地區空氣污染的主要形式有汽車排放和工業排放兩種，其不僅給鄉村的生態系統帶來了極大損害，也給人們的身體健康帶來極大威脅。因此，我們必須制訂出應對策略，防止出現更大范圍的生態環境破壞現象[3]。本文結合實際資料，為各級主管部門制訂相關對策，健全預警體系，提供理論支撐，并在此基礎上，提出了農村經濟社會發展的相關對策。

2 農村生態環境污染快速檢測技術

2.1 土壤資源污染快速檢測技術

針對土壤資源遭受的污染，本文選擇超聲提取—固相萃取法進行檢測，此方法將污染檢測指標定位在持久性的有機污染物（POPs），并選取超聲提取法提取此污染物。此方法本身具有成本低、有機溶劑用量少、不會產生二次污染等優勢，可在檢測過程中滿足節能及環保等要求。

該法萃取溶劑選擇1：1的丙酮與正己烷混合溶液，并選擇45 min為萃取時間（性能最好）。鑒于當前農業生產中存在大量殺蟲劑和肥料殘留，造成土壤中有機物含量較高等問題，該法通過超聲波使其浸出物呈暗黃色和綠色，并用混合弗羅里硅土柱對其進行純化。將1 000 mg的無水硫酸鈉鹽（Na2SO4）及各種吸附劑，按順序分別添加到弗羅里硅土柱中，其類型及有關參數見表1。

表1 吸附劑種類和相關參數介紹

用真空泵抽提2 min，在Na2SO4濃度維持在1 000 mg的條件下，將弗羅里硅土柱進行壓縮，測定各種吸附劑POPs的回收率。在C18型吸附劑中，有33個類型的POPs的回收率為60%～130%。采用硅作為吸收劑的有30種，PSA作為吸附劑的有39種[4]。目前已有21種GCB作為吸附劑，采用碳納米管作為吸收劑的共有19種。將C18與PSA按不同的配比及用量進行配伍并測試，結果表明，該吸附劑配比為100 mg C18，100 mg PSA，因此該吸附劑可供以后的試驗使用。

之后，本文還對某一地區的真實土壤樣品進行試驗，并對其進行分類。在進行一系列實驗后，對其中的5.0 mL、10.0 mL、15.0 mL和20.0 mL清液進行分析。因為POPs不僅含有極性組分，而且還含有某些非極性組分，因此本次實驗的洗脫劑主要是用丙酮-正己烷進行配伍。在丙酮和正己烷的比例為1∶19時，42種POPs的回收率都在60%～130%之間，為最佳的回收率。所以本次實驗決定選擇該混合液作為實驗洗脫液。

2.2 水資源污染快速檢測技術

需氧量包含多種指標，其也是能夠體現水環境質量的重要指標，在這些指標當中，TOC的檢測結果之間存在很小的關聯度；BOD的檢測周期較長；COD的檢測結果更具有普遍性。

由于NH3-N不具有典型意義，本項目擬以COD為研究對象，并 對其進行評價。目前常用的COD測量技術主要有重鉻酸鉀回流法和高錳酸鉀指數法兩種。重鉻酸鉀回流法雖然具有廣泛的應用前景，但是其效率低、設備占用空間大、成本高，而且在測量過程中會產生大量的汞、鉻鹽等污染物，如果處理不好還會產生二次污染，不符合節能及環保的需要[5]。

本項目提出的基于微波消解-分光光度的水質檢測技術，具有較高的測量準確率和較少的操作步驟，更適合實際應用。用于COD測定的微波消解-分光光度法，其基本原理是：將過量的重鉻酸鉀（K2Cr2O77）溶液與適量的硫酸鎳混合作為催化劑，對水樣進行溶解，通過K2Cr2O77推動水中的物質氧化，并將六價鉻 離子（Cr6+）還原為三價鉻離子（Cr3+）。其具體的反應方程式為（式）1。

與（式）1的反應式相聯系，我們可以看出，在溶解以后，水里將會含有Cr6+和Cr3+，在300～700 nm的波長范圍內對其進行光譜測量，可以得到一條吸收曲線，見圖1。

圖1 Cr6+和Cr3+吸收曲線圖示

如圖1所示，Cr6+和Cr3+在波長350 nm處的吸收態有很大不同，在這種情況下，Cr3+的吸收態不會對Cr6+的探測產生影響。在聚乙烯消解槽內的溶解試管中放置5 mL的真實水樣品，并加入0.04 g硫酸鹽（HgSO4）粉末、5 mL K2Cr2O77標準溶液、3 mL NiSO4和H2SO4的混合物溶液、2 mL的蒸餾水，搖勻后密封并置于微波消化設備中，在800 W的最大功率下進行4 min的消化。

當消化結束時將其冷卻，再由分光光度計根據工作曲線進行相應的測量，將其放大10倍就可以獲得實際的COD含量。在含COD的試樣中加入鄰苯二甲酸氫鉀標準溶液，在2.4 mg、2.1 mg、1.8 mg、1.5 mg、1.2 mg時進行測量，測量結果如表2所示。

表2 水資源中COD檢測結果分析

通過對比分析，可以發現在不同加標量的條件下，對樣品水中COD的檢測，其加標回收率均在97%～98%之間，其相對標準偏差均在1.5%以內，說明該方法具有較好的檢測效果，能夠達到測定準確度的要求，且具有較好的穩定性和較好的應用前景。同時與重鉻酸鉀回流法比較，微波消解-分光光度法測定水體中COD時所需藥劑用量更少，可以減輕二次污染。且使用NiSO4替代常規的Ag2SO4催化體系，可極大減少檢測費用，具有更好的經濟性。微波消解-分光光度法測定水體中COD具有更高的測定效率、更低能耗、更寬的測定范圍，更適合節能及環保的需要。

2.3 大氣污染快速檢測技術

本項目提出一種以檢測VOCs為主要特征的新型大氣污染物分析技術，并根據我國節能和環境保護的需求，選用GC-MS聯用技術進行VOCs分析。試驗選擇以Tenax-TA為填充材料的不銹鋼吸收器，將其放入熱解器中進行陳化，陳化完畢后立刻進行封存。取樣時打開吸收管內的密封帽，用聚四氟乙烯短管與取樣泵相連，設定好高度后進行取樣，經過幾次試驗得出取樣速度為50 mL/min，取樣時間為60 min的效果最佳（取樣結束后應把吸附管封閉）。在進行樣品測定時，應將吸收器置于熱解吸收器的底板上，使其與采樣時的吸收器相反，并利用相關設備采集樣品。

在該試驗中，將某個地區的鄉村戶外作為重點地區，在設置取樣泵之后，采集6個1.5升的相同大氣樣本，并向該樣本中加入10納克和100納克的VOCs標準物質，進行3組測試，確定試樣管的校準及相對標準偏差，最終檢測結果如表3所示。

結合表3內容可以看出，加入10 ng或100 ng時，GC-MS測定結果為85.47%～116.79%，相對誤差為1.13%～7.03%，符合大氣中VCOs含量測定的準確度，且不會引起二次污染，是一項高效、綠色的大氣污染物快速測定新技術。

3 結語

綜上所述，農村是我國的糧食主產區，其生態環境一旦被污染，將嚴重危害生態安全和人們的生命安全，因此我們一定要強化對農村生態環境的保護。為此，本文擬研究基于節能、環保并針對農村地區生態環境污染的快速檢測方法。本文提出的超聲波萃取-固相萃取、微波消解-分光光度和氣相色譜--質譜法進行聯用的檢測技術，既能保證樣品的回收率，又能保證樣品的精確性，且符合節能、環保、無二次污染的要求，同時還能保證樣品的準確度，可以為我國農村生態環境的保護和管理提供科學依據。

表3 空氣中20種VOCs檢測結果