Analysis of Heavy Metals in Sewage Sludge and Sewage by ICPE-9820

Význam tématu

Analýza těžkých kovů v odpadních vodách a kalu je klíčová pro ochranu životního prostředí a lidského zdraví. Splnění emisních limitů a možnost recyklace kalu jako stavebního materiálu, hnojiva či suroviny pro průmysl vyžaduje přesné stanovení stopových i vysokých koncentrací kovů.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem studie bylo ověřit schopnost spektrometru Shimadzu ICPE-9820 detekovat a kvantifikovat těžké kovy (Cd, Pb, Zn, Cu, Fe, B, Mn, Ni, Cr + Cr6+) v procesech čištěných odpadních vod a kalu po jeho spalování. Porovnání měření bylo provedeno také s metodou ICP-MS (Shimadzu ICPM-8500).

Použitá instrumentace

• Spektrometr: Shimadzu ICPE-9820 ICP-AES, automatické přepínání mezi axiálním (AX) a radiálním (RD) režimem
• Plazmová hořáková trubice: vertikální Mini Torch
• Nebulizátor s cyklónovou komorou, nosný plyn: 0,7 L/min
• Parametry plazmy: 1,2 kW, Ar plazmový plyn: 10 L/min, pomocný plyn: 0,6 L/min

Použitá metodika

Vzorky odpadní vody a popela kalu byly povařeny v kyselině dusičné a perchlorové, přidán interní standard yttrium. Po úpravě pH a objemu byla vzorku analyzována metodou kalibrační křivky s interním standardem. Měření kombinovalo vysokou citlivost axiálního režimu pro stopové koncentrace a radiální režim pro vysoké koncentrace.

Hlavní výsledky a diskuse

• Úrovně paměťových artefaktů po vysokokoncentrovaném vzorku klesly pod 1/1000 emisních limitů, čímž se zabránilo falešně vysokým hodnotám.
• Mez detekce pro většinu kovů dosahovala méně než 1/10 hodnot stanovených emisními limity.
• Analytické výsledky měření pomocí ICPE-9820 byly srovnatelné s ICP-MS, i při koncentracích desetitisícin mg/L.
• Kalibrační křivky pro Zn ukázaly korelační koeficienty r > 0,9999 v rozsahu 0–100 mg/L.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda umožňuje simultánní analýzu širokého rozsahu koncentrací s vysokou průchodností a krátkými dobami výplachu mezi vzorky. Uplatnění nachází v environmentálních laboratořích, při kontrole kvality vody, v průmyslové analýze i pro splnění legislativních požadavků.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Automatizace přípravy vzorků a integrace s robotickými systémy.
• Další minimalizace paměťových efektů a zrychlení analýzy.
• Rozšíření o speciační analýzu kovů a sloučenin.
• Vývoj přenosných ICP zařízení pro terénní měření.
• Využití pokročilých datových nástrojů pro řízení kvality a prediktivní údržbu.

Závěr

Shimadzu ICPE-9820 prokázal schopnost přesné a citlivé analýzy stopových i vysokých koncentrací těžkých kovů v odpadních vodách a popelu kalu. Metoda splňuje požadavky na emisní limity, nabízí vysokou efektivitu a spolehlivost, což ji činí vhodnou pro široké uplatnění v praxi.

Reference

• Official Specifications Related to Typical Fertilizer Based on the Fertilizer Control Act. Ministry of Agriculture, Forestry and Fisheries, Notification No. 284, 1986 (rev. 2012).
• Enforcement Regulations Regarding the Soil Contamination Countermeasures Law. Ministry of the Environment Ordinance No. 29, 2002.
• Ordinance on Test Method for Water Quality of Sewage. Ministry of Health and Welfare/Ministry of Construction Ordinance No. 1, 1962 (rev. 2012).
• Ordinance for Determination of Effluent Standards. Prime Minister's Office Ordinance No. 35, 1971 (rev. 2013).
• JIS K0102-2013: Industrial Wastewater Test Method.