氧化还原电位研究论文

2022-04-20

【摘要】参考SL94-1994《氧化还原电位的测定(电位测定法)》,对该类氧化还原电位(ORP)测定仪的电位示值误差、近似等效输入阻抗、电子单元稳定性、仪器示值误差、仪器重复性主要校准参数的校准方法进行简要介绍。今天小编为大家推荐《氧化还原电位研究论文(精选3篇)》的相关内容,希望能给你带来帮助!

氧化还原电位研究论文 篇1:

自动控制悬浮填料序批式反应器脱氮除磷的研究

摘要: 選用球形多孔悬浮填料,利用序批式生物膜反应器对模拟城市污水进行试验研究,确定可以以氧化还原电位作为工艺主要控制参数。稳定运行时COD、TN、TP的平均去除效率分别达到97%、83%、94%,出水水质达到了《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)的一级A标准。

作者:陈龙 张唯 杨灵宵 宋陵超

氧化还原电位研究论文 篇2:

氧化还原电位测定仪的校准方法

【摘要】 参考SL 94-1994《氧化还原电位的测定(电位测定法)》,对该类氧化还原电位(ORP)测定仪的电位示值误差、近似等效输入阻抗、电子单元稳定性、仪器示值误差、仪器重复性主要校准参数的校准方法进行简要介绍。

【关键词】 氧化还原电位测定仪;校准方法

【DOI编码】 10.3969/j.issn.1674-4977.2021.03.011

Calibration Method of Oxidation-reduction Potential Tester

DONG Jia,WANG Lin,HONG Tao

(Liaoning Institute of Measurement,Shenyang 110004,China)

Key words: ORP tester;calibration method

化还原电位(ORP)测定仪指的是一种测量水溶液中的金属电极和参比电极间电动势的仪器,该仪器用来反映水体中所有物质表现出来的宏观氧化还原性,氧化还原电位越高,氧化性越强,氧化还原电位越低,还原性越强。氧化还原电位(ORP)测定仪广泛应用于环保检测领域。

1 计量特性

氧化还原电位(ORP)测定仪的技术指标应满足表1的要求。

2 校准方法

2.1 环境条件

环境温度:(23±10) ℃;相对湿度不大于85%;标准溶液和电极系统的温度恒定性:±0.2 ℃;附近无明显的机械振动和强电磁干扰。

2.2 測量标准及其他设备

1)有证标准物质:应使用经政府计量行政部门批准的pH有证标准物质。标准物质的不确定度不大于0.01(k=3)。

2)pH检定仪(以下简称检定仪):0.0006级。

3)温度计:测量范围为5~60 ℃,测温误差不超过±0.1 ℃。

4)恒温水槽:控温范围5~60 ℃,温度均匀性不超过±0.2 ℃,温度波动度不大于0.2 ℃。

5)单标线容量瓶:1 L容量瓶,A级。

6)天平:实际分度值不大于0.01 mg,I级。

2.3 标准溶液的配制

2.3.1 试剂

邻苯二甲酸氢钾(KHC8H4O4)、磷酸二氢钾(KH2PO4)、磷酸氢二钠(Na2HPO4)、醌氢醌、去离子水

2.3.2 配制方法

pH标准溶液(pH4.008,25 ℃):称取在110~130 ℃下干燥2~3 h的邻苯二甲酸氢钾10.12 g,溶于水并在容量瓶中定容至1 L。

pH标准溶液(pH6.865,25 ℃):称取在110~130 ℃下干燥2~3 h的磷酸二氢钾3.388 g和磷酸氢二钠3.533 g,溶于水并在单标线容量瓶中定容至1 L。

pH为4.00及pH为6.86标准溶液的配制:称取两份10 g醌氢醌分别加入至1000 mL,pH为4.00及1000 mL,pH为6.86的标准溶液中,混匀,应有部分醌氢醌存在,以保证醌氢醌的饱和状态。

所得两种缓冲溶液在25 ℃下的标准电位见下表2。

2.3 校准方法

氧化还原电位(ORP)测定仪必须有仪器名称、制造厂、型号、编号、测量范围、计量单位等清晰的标识。仪器应能正常显示,仪器上的按键、开关等能正常使用。仪器应按照厂家使用说明书进行校准后再进行校准。

2.3.1 电位示值误差

连接氧化还原电位(ORP)测定仪和检定仪,检定仪高阻断开。调节检定仪,使其输入直流电压信号,校准点为:0 mV,10 mV,20 mV,30 mV,…100 mV,200 mV,…1000 mV,记录示值。输出电位正、负两个方向各重复测量二次取平均值,按式(1)计算氧化还原电位示值误差。

式中:[ΔEEf]——氧化还原电位示值准确度,%FS;

[Em]——两次测量平均值,mV;

[El]——输入电位的标称值,mV;

[Ef]——氧化还原电位满量程值,mV。

2.3.2 近似等效输入阻抗

连接氧化还原电位(ORP)测定仪和检定仪,检定仪高阻断开,检定仪输入零电势,调整氧化还原电位单元的示值于0 mV。然后,检定仪输入电势1000 mV,记录氧化还原电位(ORP)测定仪示值[E0];检定仪接入高阻(1GΩ)。,检定仪输入零电势,调整氧化还原电位单元的示值于0 mV。然后,检定仪输入电势1000 mV,记录氧化还原电位(ORP)测定仪示值[E]。各测量二次取平均值[E0]和[E],按式(2)计算近似等效输入阻抗。

式中:[R]——电子单元的输入阻抗,Ω;

[R0]——串联电阻,Ω。

2.3.3 电子单元稳定性

新制造、修理后的自动连续监测仪器需要做稳定性校准。稳定性校准前,电子单元需开机预热半小时。

按2.3.1款电位示值误差的校准方法。首先输入1000 mV电势,记录[Eh]示值,然后每隔1 h按2.3.1款方法操作,记录示值。连续测量24 h。以24 h内偏离最大的一点示值与起始点相减的差值,按式(1)计算氧化还原电位示值稳定性。

2.3.4 仪器示值误差

选用2.3款中的标准溶液,置于恒温水槽中很稳。在氧化还原电位(ORP)测定仪正常工作条件下,用标准溶液校准,之后测量另一种校准时未使用的标准溶液。重复上述操作6次。按式(3)计算仪器示值误差。

式中:[mV]——待测标准溶液6次测量平准值,mV;

[mVss]——标准溶液电位,mV。

2.3.5 仪器示值重复性

取2.3.4中6次测量数据,按式(4)计算仪器测量重复性[s]。

式中:[mV]——待测标准溶液的测量值,mV;

[mV]——待测标准溶液6次测量平准值,mV;

[n]——测量次数,[n=6]。

3 结语

本文对氧化还原电位(ORP)测定仪的电位示值误差、近似等效输入阻抗、电子单元稳定性、仪器示值误差、仪器重复性的校准方法进行了详细论述,从而为氧化还原电位(ORP)测定仪的校准提供了可行、有效的方法,相关试验检测人员可以加以借鉴和参考。

【参考文献】

[1] 水质综合分析仪检定规程:JJG 715-1991[S].

[2] 傅家乐.氧化还原电位测试仪校准方法的探讨[J].计量技术,2015(9):54-57.

【作者简介】

董佳(1987-),女,工程师,硕士,研究方向为化学计量。

王琳(1989-),女,工程师,硕士,研究方向为化学计量。

洪滔(1987-),男,工程师,硕士,研究方向为化学计量。

作者:董佳 王琳 洪滔

氧化还原电位研究论文 篇3:

砷的危害及其污染治理技术

摘 要:综述砷的危害及其转移途径,总结改变种植品种、施用磷肥、采用稀释法和吸附法、提高土壤氧化还原电位等措施治理砷污染。

关键词:砷;毒性;转移污染;治理技术

DOI: 10.13651/j.cnki.fjnykj.2017.06.024

Arsenic hazards and its pollution control technology

CHEN Qiang

(College of Resources and Environment of Fujian Agriculture and Forestry University, Fujian Province 350002)

Key words: Arsenic; toxicity; transfer pollution; treatment technology

我国土壤污染问题日益严重,据2014年国家相关部门公布的土壤调查报告表明,全国土壤总的点位超标率为16.1%,其中砷的超标率为2.7%,在调查的无机污染物中居第三[1]。砷在地壳中的含量为1.5 mg/kg,但是砷较容易转移到土壤、水中。转移的途径主要有两个方面,分别为包含大气沉降、雨水侵蚀、微生物作用下砷化物的代谢等的生物地球化学循环过程,以及涉及施用农药、开采矿物等的人类生活生产活动。我国砷污染呈南北走向,海拔越高,土壤砷含量越高。砷超标区域主要位于砷的矿区附近,其附近农田土壤砷污染最为严重,土壤砷含量高达1000 mg/kg[2]

砷的化合物被用于工业和医疗等方面,合理的砷含量可以促进人体新陈代谢。但砷也是一种有毒的元素,不合理的利用、排放含砷物质,累积到一定程度,会对人类造成伤害,导致器官变异等。在自然力和人为的影响下,砷可以在环境中迁移。三价砷与人体中酶的结合,可抑制酶活性,导致糖代谢紊乱、中毒性神经衰弱症候群等问题。五价砷的毒性是慢性的,可造成脊髓炎、再生不良贫血等后遗症。因此,对砷的理化性质分析以及对砷的治理刻不容缓,并且针对不同程度的污染,从经济、地理环境等方面考虑采用不同的技术治理。

1 砷的性质

1.1 理化性质

砷呈灰色,是一种类金属。砷位于元素周期表第5主族,原子量为74.92,核电荷和电子数为33,电负性为2.20。砷及其化合物毒性很强,三价砷毒性最强,砷酸盐的有机态毒性较小[3]

1.2 毒性

在正常途径中,砷主要是通过饮食和饮水进入体内,经过呼吸系统进入人体的比较少见。砷会对人体造成比较强的毒性,并且有使细胞组织变异等能力。因此,国家对饮用水的砷含量有相应规定和约束。

砷本身毒性很小,进入身体后绝大部分不被吸收,并且经过新陈代谢被排出体外。但是三价砷和五价砷有毒性,三价砷毒性强。据相关研究表明,三价砷和五价砷对动物有致畸的作用[4]。台湾西南沿海地区的一种地方性疾病乌脚病与砷有关,这种疾病会导致病人肢体出现溃烂等症状[5]

2 砷的转移途径

在自然情况下,地下水中的砷大部分来自水和岩石的相互作用,且其含量随时间和位置而改变,环境因素也会影响砷在各方面的转移。对我国台湾台北市关渡平原农地土壤进行检测,发现其土壤中砷含量超过标准(60 mg/kg)的面积达100多hm2 [6],可能是由于地热谷附近累积的的砷铅铁矾矿物所致。土壤中的砷以不同的形态存在,主要影响因素是氧化还原电位,一般以砷酸盐形态在土壤中存在,在氧化还原电位较低的地点,以亚砷酸盐形式存在[7]

2.1 机械方法扩散转移

砷在多孔结构的物质中转移时,由于多孔结构的存在和渗透性的差异,与地下水运动方向不同,砷的扩散表现在水平和垂直方向上。根据Fick定律,机械方法扩散量与水体中的物质浓度有关,砷浓度越大,在水中的扩散速度就越快。

2.2 氧化还原电位和酸碱度对砷的转化转移

在水中主要以砷酸盐和亚砷酸盐的形态转移。水中占主要地位的氧化剂是DO、三价铁离子、四价锰,还原剂是硫化氢、二价铁离子和锰离子。水体中的氧化还原点位与酸碱度有关。

在pH值5~7时,带负电的二氧化砷离子、砷酸盐离子和亚砷酸盐离子容易吸引正电的物质,并與这些物质产生难溶物,尤其在氧化剂的作用下,臭葱石可以与砷发生反应,形成难溶物,这抑制了砷的转移,也会让水中的砷含量降低。在具有还原性的条件下,一些矿物粘土带有更多的负电子,这大大减少了对砷污染物的吸引,导致水中砷含量较高,随着水体自身的流动,使其转移转化速度得到提高。

在偏碱性条件下,Fe(OH)3带负电,对正电荷具有吸引作用,尤其在有氧化剂的条件下,绝大部分的砷都被释放到水中,大大提高了砷的转化转移率。在pH值4~7时,砷酸盐会向氢氧化铝不断靠拢,pH值4~9时,靠拢能力基本稳定。因此,随着地下水的酸碱度不断提高,偏碱性物质的不断聚集,溶解出来的砷酸盐含量超过亚砷酸盐,从而使地下水中的砷酸盐含量提高[8]

在还原剂较多的状态下,三价砷和五价砷比较,三价砷的活性更强。随着氧化还原电位的减弱,绝大部分的砷以亚酸盐存在。因此提高了砷的转化转移率。

2.3 生物体对砷转化转移的影响

水中有機物的浓度和生物的活动影响砷的迁移转化,同时也引起水的电位和酸碱度的变化,沉积物中的有机质含量在同一垂直方向电位不同,有一定的差异。水中的生物死后残体在化学作用下经多年的沉淀变成含砷的物质,动植物的排泄物经过一系列的反应生成硫化氢,硫化氢又会促进砷形成难溶化合物或者与其他重金属形成沉淀物,抑制了砷的转化转移速度。

许多酸和植物的残体也会影响着砷的转移。一定的条件下,酸的一些生色团与砷进行结合,影响到水中砷的含量。同时酸性物质具有还原性,导致砷价态变低并且析出,促进了砷的转移。3 砷污染防治

更换土壤、改变种植品种、使用改良农药、改变土地用途等在农业治理砷污染中广泛运用。对于小面积、污染不严重的地块,可以将表面受污染的土壤更换正常的土壤,使砷的含量减低。对于污染较严重、面积较大的地块,选择施用适宜的药剂例如石灰、钙镁氧化物,这些药剂与砷形成不溶物使砷被固定,可减弱砷的转化转移以及对动植物的毒性。施用马粪等也可以有效降低砷的毒性和含量。砷污染主要是大气以及污水灌溉导致的,因此控制大气和灌溉水的砷含量是防治砷污染的根本途径。

3.1 优化种植品种

砷在土壤中可以转移,被农作物吸收后通过食物链,最后在人的身体中富集,危害人体健康。因此,可以通过种植没有食用价值的具有超富集砷能力的植物,收割植物从土壤中带走砷,以实现对砷污染土壤的治理。我国台湾台北市关渡平原农地等土壤砷污染严重,通过种植蜈蚣草对污染土壤进行有效治理。蜈蚣草在我国热带、亚热带地区分布较广,在欧美等西方国家也有分布,对不同地区的不同气候适应性很强,且其对土壤环境酸碱度要求不高,pH值4.5~8.5均可正常生长,是治理土壤砷污染的首选植物[9]

3.2 施用降砷肥料

研究结果表明,砷污染的土壤施用适宜的磷肥,可以降低砷的毒性。土壤砷浓度小于40 mg/kg,磷与砷的比例4∶1,砷对植物的负面影响(生产缓慢,植株矮化、瘦弱、枯黄死叶等)大幅度减弱,同时磷肥有利于蔬菜作物的生长。施用含有铁、铝盐类的肥料也有控制砷污染的效果,肥料中的铁、铝与砷等结合形成沉淀,附着在土壤颗粒上,可减少土壤中的水溶态砷,降低了植物对其的吸收,从而达到控制污染的目的[10]

3.3 换土法、客土法、稀释法

换土法和客土法是消除砷污染等重金属污染比较传统的方法。换土法是将受污染土壤表土部分或者全部转移,换上没有污染的土壤。客土法则是将没有污染的土壤置于污染土壤的表层,使植物的根部与污染物隔离,控制污染物的转移。稀释法是对受污染的土壤进行分层处理,将受污染较为严重的土壤用污染较轻或者没有污染的土壤充分混合,降低土壤中砷的浓度,从而减少对植物的危害。

3.4 提高氧化还原电位

合理调整氧化还原电位可以降低土壤中的可溶性砷 [6],并且促进三价砷转化为五价砷,降低对植物的毒性。通过改变田地的性质,将水田变为旱田,或者水田定期晒田和排水,均可降低土壤氧化还原电位。但是植物体内有一定的氧化还原电位,要求土壤的氧化还原电位要与植物所需要的相适应,适合旱田生长的植物对砷的耐受能力相对较高。微生物类群也能影响土壤的氧化还原电位,增加硝化细菌的密度可以提高氧化还原电位,能够降低砷对植物的负面影响。

3.5 采取改良后的吸附法

海泡石是一种富含镁纤维状硅酸盐黏土矿物,是目前比表面积最高的天然无机矿物质[7] ,材料环保,没有二次污染,具有较高的经济价值[10]。对砷有很强的吸附性能,并且价格低,加工程序简单。用HCl溶液改进的海泡石,可以用于铬、汞重金属离子的处理。用三氯化铁对海泡石进行改良后,可有效吸附去除水中的砷,去除率大于95%,处理后的砷含量低于饮水用的标准。

4 结论与展望

砷在环境中的迁移转化受到多种因素影响,砷污染不仅对环境有影响,对生物体也有重大影响。砷在农业等各方面被广泛应用,其用量要严格控制。随着科技的不断发展进步,对砷污染的去除技术也取得明显进步,例如膜处理技术的应用,除砷效果好,操作简单且无二次污染。但从根本上解决砷污染,应实现清洁生产,对需要利用砷的原料、工艺等实现无砷排放,从而控制砷污染的源头,达到保护环境、保证健康的目的。

参考文献:

[1]陈寻峰.砷污染土壤淋洗修复技术研究[D].长沙:湖南大学,2016.

[2]张靖佳,单世平.我国砷污染现状及生物修复技术的应用与展望[J].农业网络信息,2016(11):64-67.

[3]王东华,赫春曦.环境中的砷[M].北京:中国环境科学出版社,1992.

[4]王敏华,赵伦山,吴悦斌.山西山阴、应县一带砷中毒区砷的环境地球化学研究[J].现代地质,1998,12(2):243-248.

[5]CHIN-HSIAO TSENG,CHOON-KHIM CHONG,CHING-PING TSENG.台湾乌脚病:它与饮用水中无机砷接触的关系[J]. AMBIO-人类环境杂志,2007,36(1):78-80.

[6]李昌静,卫钟鼎.地下水水质及其污染物[M].北京:中国建筑工业出版社,1983.

[7]陈怀满.土壤中化学物质的行为与环境质量[M].北京:科学出版社,2002.

[8]林熊,唐建,宋锐,等.氧化还原电位水在农业中的应用概述[J].四川农业科技,2014(1):56-58.

[9]陈同斌,韦朝阳,黄泽春,等.砷超富集植物蜈蚣草及其对砷的富集特征[J].科学通报,2002(3):207-210.

[10]张琦.海泡石吸附性能研究[D].石家庄:河北工业大学,2002.

作者:陈强