节能环保视域下农村生态环境污染快速检测技术研究

刘 刚

（临沂市生态环境局沂水县分局，山东 临沂 276499）

引 言

我国在经济持续增长的同时，城乡都存在不同程度的生态环境污染问题。但我国城镇的生态环境管理体制比较健全、严格，而且在治理方面投资较大，因此我国城镇的生态环境已经有了一定改善。目前，我们已经制定了一些针对农村生态环境污染的防治措施，以提高我国农村的生态环境质量。

1 农村生态环境污染现状分析

1.1 土壤资源污染

我国部分地区由于在农业生产中大量施用农药和化肥，导致土壤中重金属含量较高[1]。另外，一些经济欠发达的乡村没有固定的生活垃圾处理设施，这些垃圾长期存在于土壤中，对土壤中的生物多样性造成很大威胁。而农村居民在公共环境中乱扔垃圾，也会造成土壤污染。

1.2 水资源污染

通过对中国农村水污染现状的分析，可以发现农用肥料的残留物在土壤中很难被降解，并随着雨水的冲刷，被引入河水和地下水中，造成了农村水污染[2]。散户经营的小型农场没有健全的畜禽废物处置机制，农民经常把污染物堆放在农场附近或直接扔到河里，导致水资源的严重污染。

1.3 空气污染

农村地区空气污染的主要形式有汽车排放和工业排放两种，其不仅给乡村的生态系统带来了极大损害，也给人们的身体健康带来极大威胁。因此，我们必须制订出应对策略，防止出现更大范围的生态环境破坏现象[3]。本文结合实际资料，为各级主管部门制订相关对策，健全预警体系，提供理论支撑，并在此基础上，提出了农村经济社会发展的相关对策。

2 农村生态环境污染快速检测技术

2.1 土壤资源污染快速检测技术

针对土壤资源遭受的污染，本文选择超声提取—固相萃取法进行检测，此方法将污染检测指标定位在持久性的有机污染物（POPs），并选取超声提取法提取此污染物。此方法本身具有成本低、有机溶剂用量少、不会产生二次污染等优势，可在检测过程中满足节能及环保等要求。

该法萃取溶剂选择1：1的丙酮与正己烷混合溶液，并选择45 min为萃取时间（性能最好）。鉴于当前农业生产中存在大量杀虫剂和肥料残留，造成土壤中有机物含量较高等问题，该法通过超声波使其浸出物呈暗黄色和绿色，并用混合弗罗里硅土柱对其进行纯化。将1 000 mg的无水硫酸钠盐（Na2SO4）及各种吸附剂，按顺序分别添加到弗罗里硅土柱中，其类型及有关参数见表1。

表1 吸附剂种类和相关参数介绍

用真空泵抽提2 min，在Na2SO4浓度维持在1 000 mg的条件下，将弗罗里硅土柱进行压缩，测定各种吸附剂POPs的回收率。在C18型吸附剂中，有33个类型的POPs的回收率为60%～130%。采用硅作为吸收剂的有30种，PSA作为吸附剂的有39种[4]。目前已有21种GCB作为吸附剂，采用碳纳米管作为吸收剂的共有19种。将C18与PSA按不同的配比及用量进行配伍并测试，结果表明，该吸附剂配比为100 mg C18，100 mg PSA，因此该吸附剂可供以后的试验使用。

之后，本文还对某一地区的真实土壤样品进行试验，并对其进行分类。在进行一系列实验后，对其中的5.0 mL、10.0 mL、15.0 mL和20.0 mL清液进行分析。因为POPs不仅含有极性组分，而且还含有某些非极性组分，因此本次实验的洗脱剂主要是用丙酮-正己烷进行配伍。在丙酮和正己烷的比例为1∶19时，42种POPs的回收率都在60%～130%之间，为最佳的回收率。所以本次实验决定选择该混合液作为实验洗脱液。

2.2 水资源污染快速检测技术

需氧量包含多种指标，其也是能够体现水环境质量的重要指标，在这些指标当中，TOC的检测结果之间存在很小的关联度；BOD的检测周期较长；COD的检测结果更具有普遍性。

由于NH3-N不具有典型意义，本项目拟以COD为研究对象，并 对其进行评价。目前常用的COD测量技术主要有重铬酸钾回流法和高锰酸钾指数法两种。重铬酸钾回流法虽然具有广泛的应用前景，但是其效率低、设备占用空间大、成本高，而且在测量过程中会产生大量的汞、铬盐等污染物，如果处理不好还会产生二次污染，不符合节能及环保的需要[5]。

本项目提出的基于微波消解-分光光度的水质检测技术，具有较高的测量准确率和较少的操作步骤，更适合实际应用。用于COD测定的微波消解-分光光度法，其基本原理是：将过量的重铬酸钾（K2Cr2O77）溶液与适量的硫酸镍混合作为催化剂，对水样进行溶解，通过K2Cr2O77推动水中的物质氧化，并将六价铬 离子（Cr6+）还原为三价铬离子（Cr3+）。其具体的反应方程式为（式）1。

与（式）1的反应式相联系，我们可以看出，在溶解以后，水里将会含有Cr6+和Cr3+，在300～700 nm的波长范围内对其进行光谱测量，可以得到一条吸收曲线，见图1。

图1 Cr6+和Cr3+吸收曲线图示

如图1所示，Cr6+和Cr3+在波长350 nm处的吸收态有很大不同，在这种情况下，Cr3+的吸收态不会对Cr6+的探测产生影响。在聚乙烯消解槽内的溶解试管中放置5 mL的真实水样品，并加入0.04 g硫酸盐（HgSO4）粉末、5 mL K2Cr2O77标准溶液、3 mL NiSO4和H2SO4的混合物溶液、2 mL的蒸馏水，摇匀后密封并置于微波消化设备中，在800 W的最大功率下进行4 min的消化。

当消化结束时将其冷却，再由分光光度计根据工作曲线进行相应的测量，将其放大10倍就可以获得实际的COD含量。在含COD的试样中加入邻苯二甲酸氢钾标准溶液，在2.4 mg、2.1 mg、1.8 mg、1.5 mg、1.2 mg时进行测量，测量结果如表2所示。

表2 水资源中COD检测结果分析

通过对比分析，可以发现在不同加标量的条件下，对样品水中COD的检测，其加标回收率均在97%～98%之间，其相对标准偏差均在1.5%以内，说明该方法具有较好的检测效果，能够达到测定准确度的要求，且具有较好的稳定性和较好的应用前景。同时与重铬酸钾回流法比较，微波消解-分光光度法测定水体中COD时所需药剂用量更少，可以减轻二次污染。且使用NiSO4替代常规的Ag2SO4催化体系，可极大减少检测费用，具有更好的经济性。微波消解-分光光度法测定水体中COD具有更高的测定效率、更低能耗、更宽的测定范围，更适合节能及环保的需要。

2.3 大气污染快速检测技术

本项目提出一种以检测VOCs为主要特征的新型大气污染物分析技术，并根据我国节能和环境保护的需求，选用GC-MS联用技术进行VOCs分析。试验选择以Tenax-TA为填充材料的不锈钢吸收器，将其放入热解器中进行陈化，陈化完毕后立刻进行封存。取样时打开吸收管内的密封帽，用聚四氟乙烯短管与取样泵相连，设定好高度后进行取样，经过几次试验得出取样速度为50 mL/min，取样时间为60 min的效果最佳（取样结束后应把吸附管封闭）。在进行样品测定时，应将吸收器置于热解吸收器的底板上，使其与采样时的吸收器相反，并利用相关设备采集样品。

在该试验中，将某个地区的乡村户外作为重点地区，在设置取样泵之后，采集6个1.5升的相同大气样本，并向该样本中加入10纳克和100纳克的VOCs标准物质，进行3组测试，确定试样管的校准及相对标准偏差，最终检测结果如表3所示。

结合表3内容可以看出，加入10 ng或100 ng时，GC-MS测定结果为85.47%～116.79%，相对误差为1.13%～7.03%，符合大气中VCOs含量测定的准确度，且不会引起二次污染，是一项高效、绿色的大气污染物快速测定新技术。

3 结语

综上所述，农村是我国的粮食主产区，其生态环境一旦被污染，将严重危害生态安全和人们的生命安全，因此我们一定要强化对农村生态环境的保护。为此，本文拟研究基于节能、环保并针对农村地区生态环境污染的快速检测方法。本文提出的超声波萃取-固相萃取、微波消解-分光光度和气相色谱--质谱法进行联用的检测技术，既能保证样品的回收率，又能保证样品的精确性，且符合节能、环保、无二次污染的要求，同时还能保证样品的准确度，可以为我国农村生态环境的保护和管理提供科学依据。

表3 空气中20种VOCs检测结果