水和废水监测-PowerPointPresentati.ppt

第二章水和废水监测 目的与要求1 清楚水资源及其水质污染监测的对象 目的 监测项目和主要的水质监测分析方法 2 掌握水质在物理性质 金属化合物和非金属无机物 有机化合物监测的项目及监测方法 3 掌握水质监测方案制订 水样采集保存和预处理以及底质监测 WaterQuality WastewaterMonitoring 学习重点 水质监测方案的制订水样样品的采集技术和保存 优先监测物 BOD5 COD pH SS DO 氨氮等 的测定方法 水质监测方案的制订方法 监测布点的原则和方法BOD5 COD的测定方法 学习难点 2 1概述2 2水质监测方案的制定2 3水样的采集和保存2 4水样的预处理2 5物理性质的检验2 6金属化合物的测定 2 7非金属无机物的测定2 8有机化合物的测定2 9底质监测2 10活性污泥性质的测定2 11水质污染生物监测 本节内容 1 概括介绍我国和世界水资源现状 2 水体和水体污染的基本概念 3 水质监测的对象和目的 4 水质监测项目及确定的依据 5 介绍水质监测分析方法 第一节概述 2 1水质污染与监测 2 1 1水资源及水质污染1 水资源 一 水资源及其水质污染1 水资源 2 水质污染 waterpollution 1 污染源自然 氟化钙 萤石 会引起水体中氟含量增加 饮用此水会出现氟中毒现象 黄曲霉素等 非自然 由于人类的活动产生的污染源 例如 工业废水 生活污水 其他废弃物等 2 水质污染类型 3 水体自净 当污染物进入水体后 首先被大量水稀释 随后经一系列物理 化学和生物变化 其结果使污染物浓度降低 并发生质的变化 二 水质监测的对象和目的 WaterQualityMonitorObjectandGoal 1 水质监测的对象WaterMonitoringSubjects 2 水质监测的目的WaterMonitoringObjectives 1 地表水及地下水 经常性监测2 生产和生活过程 监视性监测3 事故监测 应急监测4 为环境管理 提供数据和资料5 为环境科学研究 提供数据和资料 三 监测项目 monitoringitems 1 确定监测项目的依据MonitoringProgramPrinciples 2 地表水监测项目 表2 1 3 工业废水监测项目 表2 2 4 生活饮用水监测项目 P33 COD BOD 悬浮物 NH3 N 总N 总P 阴离子洗涤剂 细菌总数 大肠菌群等 5 医院污水监测项目 PH 色度 浊度 悬浮物 余氯 COD BOD 致病菌 细菌总数 大肠菌群等 6 海水监测项目 P33 四 水质监测分析方法 WaterQualityMonitoringAnalysisMethod 1 选择分析方法的原则1 灵敏度 准确度能满足定量要求 2 方法成熟 3 操作简便 易于普及 4 抗干扰能力好 2 水质监测分析方法分类 Classification 试用方法 3 水质监测常用的方法 化学法 电化学法 原子吸收分光光度法 离子色谱法 气相色谱法 等离子体发射光谱 ICP AES 法等 其中 化学法 重量法 容量滴定法和分光光度法 目前在国内外水质常规监测中还普遍被采用 占测定方法总数的50 以上 各种方法测定的组分列于表2 1 水污染可连续自动监测的项目及方法见表2 5 表2 1各类分析方法在水质监测中所占比重 表2 4常用水质监测方法测定项目 表2 5水污染可连续自动监测的项目及方法 国外水质监测方法 五 污染物的形态分析 1 污染物的形态 化学状态 价态 异构状态2 形态分析方法 直接测定法 分离测定法 干法 理论计算法 第二节水质监测方案的制订 ImplementationofWaterMonitoringProject 本节内容 1 首先介绍水质监测任务的总体构思和设计原则2 然后学习按照不同水体分类的水质监测方案的制订原则3 要求熟练掌握地面水 地下水 水污染源等各种各类水体的监测方案的制定原则和方法 监测任务的总体构思和设计 制订流程 1 明确监测目的2 进行调查研究3 确定监测项目4 设计监测网点5 安排采样时间和频率6 选定采样和保存方法7 选定分析测定技术8 提出监测报告要求9 制订质量保证程序 措施和方案的实施计划 一 地面水质监测方案的制订 ImplementationofSurfaceWaterMonitoringProject 一 基础资料收集 二 监测断面和采样点的设置 三 采样时间与采样频率的确定 四 采样及监测技术的选择 五 结果表达 质量保证及实施进度计划 一 基础资料收集 PrimaryInformationCollection 1 水体的水文 气候 地质和地貌资料 如水位 水量 流速及流向的变化 降雨量 蒸发量及历史上的水情 河宽 河深 河床结构及地质状况等 2 水体沿岸城市分布 工业布局 污染源及其排污情况 城市给排水情况等 3 水体沿岸水资源现状及用途 如饮用水源分布和重点水源保护区 水体流域土地功能及近期使用计划等 4 历年水质监测资料 水文实测资料 水环境研究成果等 二 监测断面和采样点的设置 SetofSamplePointCrossSection 1 监测断面的布设原则2 监测断面的设置3 采样位置的确定 1 采样垂线的设置 2 采样点的设置 1 在对调查研究结果和有关资料进行综合分析的基础上 监测断面的布设应有代表性 即能较真实 全面地反映水质及污染物的空间分布和变化规律 根据监测目的和监测项目 并考虑人力 物力等因素确定监测断面和采样点 2 有大量废水排入河流的主要居民区 工业区的上游和下游 较大支流汇合口上游和汇合后与干流充分混合处 入海河流的河口处 受潮汐影响的河段和严重水土流失区 湖泊 水库 河口的主要入口和出口 国际河流出入国境线的出入口处 3 饮用水源区 水资源集中的水域 主要风景游览区 水上娱乐区及重大水力设施所在地等功能区 4 断面位置应避开死水区及回水区 尽量选择河段顺直 河床稳定 水流平稳 无急流浅滩处 5 应尽可能与水文测量断面重合 并要求交通方便 有明显岸边标志 2 监测断面设置 1 河流监测断面设置 背景断面 3 湖泊 水库监测断面的设置首先判断湖 库是单一水体还是复杂水体 考滤汇入湖 库的河流数量 水体的径流量 季节变化及动态变化 沿岸污染源分布及污染物扩散与自净规律 生态环境特点等 然后按照前面讲的设置原则确定监测断面的位置 1 进出湖 水库的河流汇合处分别设置监测断面 2 以各功能区 如城市和工厂的排污口 饮用水源 风景游览区 排灌站等 为中心 在其辅射线上设置弧形监测断面 3 在湖库中心 深 浅水区 滞流区 不同鱼类的回游产卵区 水生生物经济区等设置监测断面 4 无明显功能区别 可用网格法等设置监测垂线 4 海洋根据污染物在较大面积海域分布不均匀性和局部的相对均匀性的时空特征 在调查研究的基础上 运用统计方法将监测海域划分成污染区 过渡区和对照区 在三类区域分别设置适量监测断面和采样垂线 5 采样点位的确定 SetSamplingPosition 1 采样垂线的设置 说明 1 垂线布设应避开污染带 要测污染带应另加垂线 2 确能证明该断面水质均匀时 可仅设中泓垂线 3 凡在该断面要计算污染物通量时 必须按上述设垂线 大于100m 2 采样点的设置 说明 1 水深不足1m时 在1 2水深处 2 河流封冻时 在冰下0 5m处 3 若有充分数据证明垂线上水质均匀 可酌情减少采样点数 4 凡布设于河口 要计算污染物排放通量的断面 必须按本规定设置采样点 0 5m 才 才 三 采样时间与采样频率的确定 1 饮用水源地 全年采样不少于12次 采样时间根据具体情况选定 2 河流 较大水系干流和中 小河流全年采样不少于6次 采样时间为丰水期 枯水期和平水期 每期采样两次 流经城市或工业区 污染较重的河流 游览水域 全年采样不少于12次 采样时间为每月一次或视具体情况选定 3 排污渠 全年采样不少于3次 4 底泥 每年在枯水期采样一次 5 背景断面 每年采样一次 在污染可能较重的季节进行 6 潮汐河流 全年按丰 枯 平三期 每期采样2天 分别在大潮期和小潮期进行 每次应当在当天涨潮 退潮时采样 并分别加以测定 涨潮水样应当在各断面涨平时采样 退潮时也应当在各断面退平时采样 若无条件 小潮期可不采样 7 湖泊 水库 设有专门监测站的湖 库 每月采样不少于1次 全年不少于12次 其他湖 库每年采样2次 枯 丰水期各一次 有废水排入 污染较重的湖 库 应酌情增加采样次数 要根据监测对象的性质 含量范围及测定要求等因素选择适宜的采样 监测方法和技术 四 采样及监测技术的选择 对监测中获得的众多数据 应进行科学地计算和处理 并按照要求的形式在监测报告中表达出来 质量保证概括了保证水质监测数据正确可靠的全部活动和措施 质量保证贯穿监测工作的全过程 实施进度计划是实施监测方案的具体安排 要切实可行 使各环节工作有序 协调地进行 详细内容参阅第九章 五 结果表达 质量保证及实施进度计划 二 地下水质监测方案的制订 Implementationofgroundwatermonitoringproject 一 调查研究和收集资料 二 采样点的设置 三 采样时间和采样频率的确定 一 调查研究和收集资料 1 收集 汇总监测区域的水文 地质 气象等方面的有关资料和以往的监测资料 2 调查监测区域内城市发展 工业分布 资源开发和土地利用情况 尤其是地下工程规模应用等 了解化肥和农药的施用面积和施用量 查清污水灌溉 排污 纳污和地面水污染现状 3 测量或查知水位 水深 以确定采水器和泵的类型 所需费用和采样程序 4 在完成以上调查的基础上 确定主要污染源和污染物 并根据地区特点与地下水的主要类型把地下水分成若干个水文地质单元 二 采样点的设置 1 背景值监测点的设置设在污染区外围不受或少受污染的地方 在垂直于地下水流方向的上方设置 2 监测井的布设1 点状污染区 渗坑 渗井和堆渣区的污染物在含水层渗透小的地区形成的 监测井设在距污染源最近的地方 2 块状污染区 污灌区 污养区及缺乏卫生设施的居民区 监测井设在地下水流向的平行和垂直方向上 3 条 带 状污染区 渗坑 渗井和堆渣区的污染物在含水层渗透大地区及沿河 渠排放的工业废水和生活污水 宜用网格布点法设置监测井 一般监测井在液面下0 3 0 5m处采样 三 采样时间和采样频率的确定 1 每年在丰水期 枯水期分别采样测定 四季采样 月采样 2 每一采样期至少监测1次 饮用水每一采样期监测2次 其间隔至少10天 即采一次分析检验一次 10天后再采 检一次 可作为监测数据报出 3 对有异常情况的井点 应适当增加采样监测次数 三 水污染源监测方案的制订 Implementationofwaterpollutionsourcemonitoringproject 一 调查研究 收集资料 二 采样点设置 1 在车间或车间处理设备的废水排放口设置采样点 测一类污染物 汞 镉 砷 铅 六价铬 有机氯化合物 强致癌物质等 2 在工厂废水总排放口布设采样点 测二类污染物 悬浮物 硫化物 挥发酚 氰化物 有机磷化合物 石油类 铜 锌 氟 硝基苯类 苯胺类等 1 工业废水 3 已有废水处理设施的工厂 在处理设施的排放口布设采样点 为了解废水处理效果 可在进出口分别设置采样点 4 在排污渠道上 采样点应设在渠道较直 水量稳定 上游无污水汇入的地方 可在水面下1 4 1 2处采样 作为代表平均浓度水样采集 2 城市污水 生活污水 sanitarywaste 和医院污水 hospitalsewage 综合排污口等 1 城市污水管网 在一个城市的主要排污口或总排污口设点采样 城市污水干管的不同位置 污水进入水体的排放口 非居民生活排水支管接入城市污水干管的检查井 2 城市污水处理厂 在污水处理厂的污水进出口处设点采样 工业废水 每年采样监测2 4次 生活污水 每年采样监测2次 春 夏季各1次 医院污水 每年采样监测4次 每季度1次 环境监测技术规范 对向国家直接报送数据的废水排放源规定 三 采样时间和频率 第三节水样的采集和保存 本节内容 1 水样的类型 2 掌握地面水 废水 底质等水样的采集和采样器使用及水流量测量 3 掌握水样的运输和保存原理与方法 4 其中要求熟练掌握的重点内容是 地面水的采集方法和采样器 水样的类型 瞬时水样 混合水样和综合水样 水样的冷藏或冷冻法与加入化学试剂的保存方法 一 水样的类型 污染源间的水样种类 按分析项目 一 采集前的准备 preparationbeforesampling 二 地表水样的采集 Collectingofsurfacewatersample 二 采样方法和采样器 SamplingprocessandwaterSampler 三 地下水样的采集 Collectingofgroundwatersample 水井 waterwell 利用抽水机设备 涌水口处直接采样 对于自来水 也要先将水龙头完全打开 放水数分钟 排出管道中积存的死水后再采样 四 废水样品的采集 一 采样方法一 浅水采样可用容器直接采集 或用聚乙烯塑料长把勺采集 二 深层水采样可使用专制的深层采水器采集 也可将聚乙烯筒固定在重架上 沉入要求深度采集 三 自动采样采用自动采样器或连续自动定时采样器采集 如自动分级采样式采水器 可在一个生产周期内 每隔一定时间将一定量的水样分别采集在不同的容器中 自动混合采样式采水器可定时连续地将定量水样或按流量比采集的水样汇集于一个容器内 瞬时水样 instantsample 指在某一时间或地点 从水体中随机采集的分散样品 用这种水样监测的结果只说明取样时的水质 对于生产工艺连续 稳定的工厂 所排放废水中的污染组分及浓度变化不大 瞬时水样具有较好的代表性 混合水样 samplingwithmixingwater 平均混合水样 指每隔相同时间 取等量废水混合而成 平均比例混合水样 指采样次数与采样水的流速成正比例关系 废水样品采集注意事项 采样时应除去水面杂物 垃圾等漂浮物 但是 随污水流动的悬浮物或固体颗粒 应看成是污水的一个组成部分 不应在测定前滤除 用水样容器直接采样时 须用水冲洗3次 但采油的容器不能冲洗填写污水采样记录表 四 底质 沉积物 样品的采集 CollectingofSedimentSample 概述 水 底质 sediment 和水生生物组成了一个完整的水环境体系 底质能记录给定水环境的污染历史 反映难降解物质的积累情况以及水体污染的潜在危险 河流沉积物 断面设置 CrossSectionSetting 底质监测断面的设置原则与水质监测断面相同 其位置应尽可能与水质监测断面相重合 以便于将沉积物的组成及其物理化学性质与水质监测结果进行比较 采样次数 SamplingTimes 由于底质比较稳定 受水文 气象条件影响较小 故采样频率远较水样低 一般每年枯水期采样1次 必要时可在丰水期增采1次 采样方法 SamplingProcess 底质样品采集量视监测项目 目的而定 一般为1 2kg 如样品不易采集或测定项目较少时 可予酌减 采集表层底质样品一般采用挖式 抓式 采样器或锥式采样器 前者适用于采样量较大的情况 后者适用于采样量少的情况 管式泥芯采样器用于采集柱状样品 以供监测底质中污染物质的垂直分布情况 沉积物采样器 锥式采样器将沉积物采样器置于9m深的水下一年 收集化学沉积物 方解石 藻类 浮游动物 动物粪便等 中等水深底泥如果水域水深小于3m 可将竹竿粗的一端削成尖头斜面 插入床底采样 浅水底泥当水深小于0 6米时 可用长柄塑料勺直接采集表层底质 五 采集水样注意事项 1 测定悬浮物 pH 溶解氧 BOD 油类 硫化物 余氯 放射性 微生物等项目需单独采样 在测定溶解氧 BOD和有机污染物等项目的水样必须充满容器 测定pH 溶解氧和电导率等项目宜在现场测定 测定不溶解性物质和油类时水箱不能充满容器 采样时要同步测量水文和气象参数 2 填写登记表 六 流量的测量 flowmeasurement 一 测量参数 在采集水样的同时 还需要测量水体的水位 m 流速 m s 流量 m3 s 等水文参数 二 意义 因为在计算水体污染负荷是否超过环境容量 控制污染源排放量 估价污染控制效果等工作中 都必须知道相应水体的流量 三 测量方法原则 对于较大的河流 水文部门一般设有水文监测断面 应尽量利用其所测参数 四 测量方法 1 流速仪法 流速 面积法 对于水深大于0 05m 流速大于0 15m s的河 渠 可用流速仪测定水流速度 2 浮标法浮标法是一种粗略测量流速的简易方法 3 堰板法 溢流沿法 这种方法适用于不规则的污水沟 污水渠中水流量的测量 4 其他方法用容积法测定污水流量也是一种简便方法 现已生产多种规格的污水流量计 测定流量简便 准确 此外 还可以用压差法 根据工业用水平衡计算法或排水管径大小测量法估算污水流量 七 水样的保存和运输 Preservationandtransportationofwatersample 一 水样的运输 注意以下两点 1 塞紧采样器塞子 必要时用封口胶 石蜡封口 避免因震动 碰撞而损失或玷污 因此最好将样瓶装箱 用泡沫塑料或纸条挤紧 2 需冷藏的样品 应配备专门的隔热容器 放入制冷剂 将样瓶置于其中 冬季应注意保温 以防样瓶冻裂 二 水样的保存 1 保存要求 不发生物理 化学 生物变化 不损失组分 不玷污 不增加待测组分和干扰组分 2 容器的要求选性能稳定 不易吸附预测组分 杂质含量低的材料制成的容器 如聚乙烯和硼硅玻璃材质的容器是常规监测中广泛使用的 也可用石英或聚四氟乙烯制成的容器 但价格昂贵 3 保存时间要求 即最长贮放时间 一般污水的存放时间越短越好 清洁水样72h 轻污染水样48h 严重污染水样12h 运输时间24h以内 4 保存方法 1 冷藏或冷冻法2 加入化学试剂保存法见表2 13 1 加入生物抑制剂 2 调节pH值 3 加入氧化剂或还原剂 三 水样的过滤或离心分离 WaterSampleFilter Separation 第四节水样的预处理 第一节水样的消解 slakingofwatersample 第二节富集与分离 enrichingandseparation 一 水样的消解 一 目的 破坏有机物 溶解悬浮性固性 将各种价态的欲测元素氧化成单一高价态或转变成易于分离的无机化合物 二 要求 消解后的水样应清澈 透明 沉淀 三 方法 消解水样的方法有湿式消解法和干式分解法 干灰化法 5 HNO3 KMnO46 多元消解法 表2 14湿式消解法 1 1 湿式消解法 表2 14湿式消解法 2 1 湿式消解法 2 干灰化法 高温分解法 干灰化法又称高温分解法 其处理过程是 取适量水样于白瓷或石英蒸发皿中 水浴蒸干 移入马弗炉 450 550 灼烧到残渣呈灰白色 有机物完全分解除去 取出蒸发皿 冷却 用适量2 HN03 或HCl 溶解样品灰分 过滤 滤液定容后供测定 本方法不适用于处理测定易挥发组分 如砷 汞 镉 硒 锡等 的水样 二 富集与分离 enrichingandseparation 一 挥发 蒸发与蒸馏法 二 萃取法 三 吸附法 四 离子交换法 五 共沉淀法 六 其他富集分离预处理方法 富集与分离常用的方法 一 挥发 气提 蒸发 顶空 与蒸馏法 volatilize evaporatingandstilling 常压蒸馏减压蒸馏分馏法 蒸馏法 二 萃取法 1 溶剂萃取法 液一液萃取 solventextractionmethod 2 固相微萃取 SPE 萃取剂是固体 工作原理 水样中的欲测组分与共存干扰组分在固相萃取剂上作用力强弱不同 使它们彼此分离 固相萃取剂是含C18或C8 腈基 氨基等基团的特殊填料 三 吸附法 四 离子交换法 五 共沉淀法 A 利用吸附作用的共沉淀分离 B 利用生成混晶的共沉淀分离 C 用有机共沉淀剂进行共沉淀分离 六 其他富集分离预处理方法 1 膜分离方法 2 泡沫浮选法 3 离心分离法 4 纸色谱法和薄层色谱法等 第五节物理性质的检验 本节要求 1 熟练掌握水体各项物理指标 2 水温 色度 臭和味道 残渣 电导率 浊度 透明度 矿化度 氧化还原电位等的检验方法原理 适用情况和注意事项 一 水温temperature 意义 水中溶解性气体 如氧 二氧化碳等 的溶解度 水生生物和微生物活动 化学和生物化学反应速度及盐度 pH值等都受水温变化的影响 影响因素 水的温度因水源不同而有很大差异 一般来说 地下水温度比较稳定 通常为8 12 地面水随季节和气候变化较大 大致变化范围为0 30 工业废水的温度因工业类型 生产工艺不同有很大差别 测定要求 水温测量应在现场进行 常用的测量仪器有水温计 颠倒温度计和热敏电阻温度计 水温度计 颠倒温度计用于测量深层水温度 一般装在采样器上使用 它由主温表和辅温表构成 主温表是双端式水银温度计 用于观测水温 辅温表为普通水银温度计 用于观测读取水温时的气温 以校正因环境温度改变而引起的主温表读数的变化 二 臭 Odor 臭是检验原水 rawwater 和处理水 treatedwater 的水质必测项目之一 水中臭气的主要来源是 1 水中动 植物和微生物的大量繁殖 死亡和腐败 2 溶解气体 如硫化氢 沼气等 3 矿物盐类 如铁盐 锰盐等 4 工业废水 如含有酚 煤焦油 coal taroil 等的工业废水 5 氯 饮用水进行氯消毒时 如用氯过多 亦会产生不愉快的气味 尤其当水中含有酚时 产生的氯酚臭气更甚 定性描述法 qualitativedescriptionmethod 取100mL水样于250mL锥形瓶中 检验人员依靠自己的嗅觉 分别在20 和煮沸稍冷后闻其臭 用适当的词语描述其臭特征 并按下表划分的等级报告臭强度 臭阈值法 odorthresholdquantitymethod 该方法是用无臭水稀释水样 直至闻出最低可辨别臭气的浓度 用其表示臭的阈限 水样稀释到刚好闻出臭味时的稀释倍数称为 臭阀值 用水样和无臭水在锥形瓶中配制水样稀释系列 稀释倍数不要让检验人员知道 在水浴上加热至60 1 检验人员取出锥形瓶 振荡2 3次 去塞 闻其臭气 与无臭水比较 确定刚好闻出臭气的稀释样 计算臭阈值 臭阈值 水样体积 mL 无臭水体积 mL 水样体积 mL 三 色度 color 水色可分为 真色 euchroic 和 表色 allochromaticcolor 完全除去水中悬浮物质后呈现的颜色称为 真色 没有除去悬浮物时所呈现的颜色称为 表色 铂钴比色法 colorimetricmethod 用氯铂酸钾与氯化钴的混合液作为标难溶液 称为铂钴标准 适用 较清洁的地表水及地下水的测量 带黄色调 不适用 测量受工业废水严重污染的水体 稀释倍数法 dilutionmethod 在50mL比色管中 将水样稀释至用肉眼观察以与无色水相同的最低稀释倍数作为该水样的色度 污染严重的工业废水通常采用此法 此法用量值表示 且有国家标准 比颜色描述法优越 但因受人的辨色力的差异和主观因素的影响 往往会引起测定的差异 特别在低色度时时更甚 所取水样应无树叶 枯枝等杂物 取样后应尽快测定 否则 于4 保存并在48小时内测定 四 浊度 Turbidity 浊度计 浊度表现水中悬浮物对光线透过时所发生的阻碍程度 水体混浊现象是由水中存在的悬浮物质如泥砂 胶体物 colloidmatter 有机物 浮游生物 planktonorganism 微生物 microorganism 等所造成 浊度的大小不仅与水体中的颗粒物有关 而且与其颗粒大小 形状和表面积有关 1 分光光度法 Spectrophotometry 选用1cm比色皿 corvette 在波长660nm处 测定标准浊度液吸光度值 绘制吸光度 浊度标准曲线 然后测定水样的吸光度值 并从标准曲线上查出相应的浊度 当浊度超过100度时需稀释后测定 计算时应乘上相应的稀释倍数 2 目视比浊法 Visualturbidity 此法根据水样混浊程度 取不同量标准浊度液配制标准系列 然后将同体积水样 100mL比色管 与标准液在黑色底板上进行目视比较 即得水样浊度 3 浊度计测定法依据浑浊液对光进行散射和透射的原理制成的测定水体浊度的专用仪器 一般用于水体的连续自动测定 五 透明度 Transparent 透明度 是指水样的澄清程度 透明度与浊度相反 水中悬浮物和胶体颗粒越多 其透明度就越低 测定透明度的方法 铅字法 赛氏盘法 十字法 透明度盘 萨氏盘 透明度盘是一种测定水质透明度的简单方法 直径20cm的黑白色相间圆盘下沉到恰恰看不到的深度 称为透明度盘深度 透明度是用萨氏盘 黑白间隔的盘 测定水深来间接表示光透入水面的深浅程度 其大小取决于水的浑浊度 指水中混有各种浮游生物和悬浮物所造成的浑浊程度 和色度 悬浮生物和溶解有机物造成的颜色 透明度盘 萨氏盘 六 残渣 Residue 水样中含有的物质可分为溶解性物质与不溶性物质两类 水蒸发后残余物称为残渣 残渣分为总残渣 总蒸发残渣 总可滤性残渣 溶解性蒸发残渣 solubleresidue 总不可滤性残渣 悬浮物 suspendedsubstance 三种 残渣的数量与蒸发温度有密切关系 因为烘干时可因有机物的挥发 机械吸着 水或结晶水 crystallizationwater 的变化及气体挥发等而造成损失 但也可因氧化作用而使质量增加 此外还与蒸发时间有关 一般烘干的温度为103 105 七矿化度 矿化度是水化学成分测定的重要指标 用于评价水中总含盐量 是农田灌溉用水适用性评价的主要指标之一 一般只用于天然水 对于无污染的水样 矿化度值与水样的可滤残渣量相近 重量法 八 电导率 Conductivity 水的电导率与其所含无机酸 碱 盐的量有一定关系 当它们的浓度较低时 电导率随浓度的增大而增加 因此 该指标常用于推测水中离子的总浓度或含盐量 用于推测水中离子的总浓度或含盐量 不同类型的水有不同的电导率 电极常数常选用已知电导率的标准氯化钾溶液测定 九氧化还原电位ORP 水体综合性指标现场测定 第六节金属化合物的测定 本节的重点 1 熟练掌握水体中主要的有害金属 铝 汞 镉 铬 铅 砷重金属的主要测定方法 分光光度法 原子吸收法 阳极溶出伏安法2 特别是分光光度法和原子吸收法等GB方法 一 有毒有害物质分类 定义水中的有毒有害物质是指能够直接或间接对人和生物体构成危害 甚至危及生命的物质 分类 化学性有毒有害物质 金属 非金属和有机有毒有害物质 物理性有毒有害物质 放射性物质 生物性有毒有害物质 各种细菌 病毒 寄生虫等病原微生物 一 金属主要分析方法 种类 水体中的金属元素有些是人体健康必须的常量元素和微量元素 有些是有害于人体健康的 如汞 镉 铬 铅 铜 锌 镍 钡 钒 砷等 受 三废 污染的地面水和工业废水中有害金属化合物的含量往往明显增加 危害 有害金属侵入人的肌体后 将会使某些酶失去活性而出现不同程度的中毒症状 其毒性大小与金属种类 理化性质 浓度及存在的价态和形态有关 方法 测定水体中金属元素广泛采用的方法有分光光度法 原子吸收分光光度法 阳极溶出伏安法及容量法 二 金属元素毒性 元素的性质和浓度自身性质决定其毒性强度 存在浓度 生物效应关系 元素的存在形态金属有机化合物毒性高于相应无机金属化合物元素存在的价态同一元素的价态不同 其毒性差别很大 Cr6 Cr3 元素化合物的水溶性溶解性金属化合物易于被生物吸收利用 毒性增大 三 重金属元素的光谱法测定 1 光谱分类发射光谱 构成物质的分子 原子或离子热 电或化学等能激发所产生的光谱 吸收光谱 物质吸收光源辐射所产生的光谱 1 原子吸收分光光度法基本原理 原子光激发过程可表示为 式中 h为普朗克常数 v为光的频率 电子从基态跃迁到激发态 通常指第一激发态 j 1 所产生的吸收谱线和从该激发态跃迁到基态所辐射的谱线 分别称为该元素原子的共振吸收线和共振发射线 简称共振线 En EjE3 较高激发态E2 E1 第一激发态 EE0 基态 原子的能级状态 当电子在两个能级之间发生跃迁时 所吸收或释放的能量必需等于两个能级的能量之差 即 c为光速 为光谱的波长 共振线是所有谱线中最灵敏的 基态元素原子蒸气吸收信号共振线 原子化技术有 火焰原子化和非火焰原子化 非火焰原子化包括 电热原子化 氢化物发生并原子化 冷原子化等 2 原子吸收分光光度法定量方法 对待测样品的要求清洁水样直接测定工业废水或生活污水固体样品气体样品动植物样品 样品预处理 分为 直接法 萃取法 离子交换AAS法 直接吸入AAS测定镉 铜 铅 锌 萃取火焰AAS测定微量镉 铜 铅 离子交换火焰AAS测定微量镉 铜 铅 石墨炉AAS测定微量镉 铜 铅 3 原子吸收分光光度法 AAS 测定金属元素 清洁水样可不经预处理直接测定 污染的地面水和废水需用硝酸或硝酸 高氯酸消解 并进行过滤 定容 将试样溶液直接吸入喷雾于火焰中原子化 测量各元素对其特征光产生的吸收 本方法适用于含量较低 需进行富集后测定的水样 清洁水样或经消解的水样中待测金属离子在酸性介质中与吡咯烷二硫代氨基甲酸铵 APDC 生成络合物 用甲基异丁基甲酮 MIBK 萃取后吸入火焰进行原子吸收分光光度测定 当水样中的铁含量较高时 采用碘化钾 甲基异丁基甲酮 K重 M重BK 萃取体系的效果更好 其操作条件同直接吸入原子吸收法 用强酸型阳离子交换树脂吸附富集水样中的钢 铅 镉 再用酸洗脱后吸入火焰进行原子吸收测定 将清洁水样和标准溶液直接注入石墨炉内进行测定 定量基础是朗伯 比耳定律 即原子蒸气对特征波长的光的吸收符合下列关系式 A log K L N式中 A为吸光度 I0为入射光强 I为透过光强 K 为原子吸收系数 L为基态原子蒸气的宽度 N为基态原子的数目 在一定实验条件下 K 和L是常数 N与被测元素的浓度成正比 即 A k Ck 常数C 待测元素在溶液中的浓度 定量依据 定量方法 外标法 原子吸收光谱分析的定量方法有标准曲线法 标准加入法和内标法 2 分光光度法分光光度法是建立在分子吸收光谱基础上的分析方法 分子吸收光谱上的吸收峰值波长 吸收峰数目及形状与物质的分子结构紧密相关 这是进行定性分析的基础 吸收峰值波长处的吸光度与被测物质的浓度之间的关系符合郎伯比尔定律 即在一定的实验条件下二者呈线性关系 这是定量分析的基础 分光光度计基本组成flash 双硫腙分光光度法测定水中金属 1 基本原理 水样经消解后 在不同pH值和化学物质存在的条件下 几种金属离子与双硫腙生成具有特征颜色的螯合物 用三氯甲烷或四氯化碳萃取后 在相应特征波长下比色可进行相应金属含量的定量 双硫腙 2 双硫腙分光光度法测汞原理 有机汞 无机汞 H 氧化剂95 测其吸光度 标准曲线定量 Hg2 485nm 橙色螯合物 CCl4萃取 酸性介质 GB7469 87 3 双硫腙分光光度法测镉原理 Cd测定 在强碱溶液中 水样中的Cd2 可与双硫腙反应 生成红色络合物 其三氯甲烷萃取液在518nm波长处进行分光光度测定 可得到Cd2 的含量 其反应式为 双硫腙 红色络合物 4 双硫腙分光光度法测铅原理 GB7470 87 Pb测定 在pH8 5 9 5的氨性柠檬酸盐 氰化物的还原介质中 Pb2 与双硫腙反应生成淡红色螯合物 其三氯甲烷萃取液在510nm波长处进行比色测定 可得到Pb2 的含量 其反应式为 5 常见金属与双硫腙反应的条件及显色情况 能与双硫腙络合的金属共有20多种 在用双硫腙络合金属时 需注意以下几方面的条件 溶液的pH值双硫腙的浓度加入掩蔽剂以排除其它金属元素的干扰 6 常见金属与双硫腙反应的条件及显色情况 3 阳极溶出伏安法伏安法是以测定电解过程中电流 电压曲线 伏安曲线 为基础的一大类电化学分析方法 它是一类应用广泛而重要的电化学分析方法 极谱分析属于伏安法 它以滴汞电极为工作电极 也称极谱法 极谱分析的依据 极谱分析的装置图 极谱分析是应用浓差极化现象来测量溶液中待测离子的浓度的 在电流密度较大 不搅拌或搅拌不充分的条件下 由于电解反应电极表面周围的离子浓度迅速降低 溶液本体中离子来不及扩散到电极表面进行补充 而会至使电极表面附近离子浓度降低 由于电极附近待测离子浓度的降低而使电极电位偏离原来的平衡电位的现象称为极化现象 这种由于电解时在电极表面的浓度差异而引起的极化现象称为浓差极化 当外加电压较大时 电极表面周围的待测离子浓度会降为零 此时电流不会随外加电压的变化而变化 而完全由待测离子从溶液本体向电极表面的扩散速度决定 并达到一个极限值 称为极限电流 这时有电流 离子浓度的关系 这就是极谱分析的依据 溶出伏安法 又称反向溶出伏安法 该方法是使被测物质在适当的条件下电解一定的时间 然后改变电极的电位 使富集在电极上的物质重新溶出 根据溶出过程中所得到的伏安曲线来进行定量分析 溶出伏安法分为 阳极溶出伏安法 阳极溶出反应 和阴极溶出伏安法 阴极溶出反应 溶出伏安法优点 灵敏度高 二 汞 Mercury 汞及其化合物有强烈毒性 易被吸收和蓄积 天然水中含汞量少于0 1 g L 我国饮用水标准为0 001mg L 汞的测定方法有双硫腙比色法 冷原子吸收法等 目前冷原子吸收法测定汞应用较广泛 该法施测简便 快速 灵敏度高 干扰小 冷原子吸收法 检测下限 05 g L 冷原子荧光法 检测下限 05 g L 双硫腙分光光度法 检测下限 2 g L GB7468 87 一 冷原子法测汞 国际标准化组织 ISO 确定的测Hg标淮方法中提出三种预处理方法 1 高锰酸盐 过硫酸铵消化法用高锰酸盐 过硫酸铵在95 消化 以使各种形式的汞变为Hg2 离子 适用 地表水 生活污水 工业废水 最低检出限为0 5 g L 2 紫外线照射 辐射 消化法适用 饮水和食品 饮料加工业用水 最低检出限0 2 g L 3 溴消化法适用 淡水 软水 海水 饮水和水中含有少量有机物类型的水 最低检出限达0 05 g L 测定要点 1 预处理方法 二 冷原子荧光法 与冷原子吸收测汞仪相比 不同之处在于是测定吸收池中的汞原子蒸气吸收特征紫外光后被激发后所发射的特征荧光 波长较紫外光长 强度 而汞原子吸收测汞仪测量特征紫外光在吸收池中被汞蒸气吸收后的透射光轻度 该方法是将水样中的汞离子还原为基态汞原子蒸气 吸收253 7nm的紫外光后 被激发而产生特征共振荧光 在一定的测量条件下和较低的浓度范围内 荧光强度与汞浓度成正比 方法最低检出浓度为0 05 g L 适用于地面水 生活污水和工业废水的测定 三 镉 Cadmium 镉具有很强的毒性 可在人体内蓄积引起镉中毒 cumulativetoxicity 镉中毒产生呕吐 头痛 肺气肿 肝 肾病等症状 海水中镉浓度在0 1 g L以下 淡水和土壤在1 g kg以下 溶于水中的镉易被人体吸收 必须严格控制饮水中镉含量 我国规定饮用水镉浓度小于0 01mg L 镉的测定方法有双硫腙比色法 分光光度法 原子吸收分光光度法和阳极溶出伏安法等 镉和被镉污染的人 锌也是人体必不可少的有益元素 每升水含数毫克锌对人体和温血动物无害 但对鱼类和其他水生生物影响较大 锌对鱼类的安全浓度约为0 1mg L 此外 锌对水体的自净过程有一定抑制作用 原子吸收分光光度法测定锌 灵敏度较高 干扰少 适用于各种水体 此外 还可选用双硫腙分光光度法飞阳极溶出伏安法或示波极谱法 铅是可在人体和动植物组织中蓄积的有毒金属 其主要毒性效应是导致贫血 神经机能失调和肾损伤等 铅对水生生物的安全浓度为0 16mg L 测定水体中铅的方法与测定镉的方法相同 广泛采用原子吸收分光光度法和双硫腙分光光度法 也可以用阳极溶出伏安法和示波极谱法 四 铬Cr 水中铬的测定方法主要有二苯碳酰二肼分光光度法 原子吸收分光光度法 硫酸亚铁铵滴定法等 分光光度法是国内外的标准方法 滴定法适用于含铬量较高的水样 五砷As 新银盐分光光度法GB T11900 89痕量砷的测定二乙氨基二硫代甲酸银分光光度法GB7485 87总砷的测定 第七节非金属无机物的测定 酸碱的质子理论 根据酸碱质子理论 在化学反应中 凡是能给出质子 H 的物质叫做酸 凡能接受质子的物质叫做碱 根据酸碱质子理论 酸和碱是同时存在且可以相互转化的 酸和碱是一种相对的概念 一种物质是酸还是碱要看它在反应中所起的作用 一 酸度和碱度 AcidityandAlkalinity 测定方法 酸碱滴定法和电位滴定法 1 酸碱指示剂滴定法它可以分为甲基橙酸度 methylorangeacidity 和酚酞酸度 DihydroxyPhalophenoneacidity 总酸度 两种 酸度的单位规定用CaCO3mg L表示 用甲基橙为指示剂所测酸度 终点pH值3 7由橙红色变桔黄色 称为甲基橙酸度或强酸酸度 以酚酞为指示剂所测酸度 终点pH值8 3 粉红色不退 称酚酞酸度 又称总酸度 它包括强酸和弱酸 酸碱指示剂滴定法 用甲基橙或酚酞为指示剂 用NaOH或Na2CO3标准溶液滴定至终点 根据所消耗碱标准液的用量计算水样的酸度 计算式如下 酸度 CaCO3 mg L cV 50 05 1000 V水式中 C NaOH或Na2CO3标准溶液的浓度 mol L V 消耗NaOH或Na2CO3标准溶液的体积 ml V水 所取水样的体积 ml 50 05 CaCO3的当量质量 g mol 2 电位滴定法 以pH玻璃电极为指示电极 甘汞电极为参比电极 与被测水样组成原电池并接入pH计 用氢氧化钠标准溶液滴定至pH计指示4 5和8 3 据其相应消耗的氢氧化钠溶液量分别计算两种酸度 本方法适用于各种水体酸度的测定 不受水样有色 浑浊的限制 测定时应注意温度 搅拌状态 响应时间等因素的影响 二 碱度 Alkalinity 水的碱度是指水中所含能与强酸发生中和作用的物质总量 包括强碱 弱碱 强碱弱酸盐等 水中碱度的形成主要是由于重碳酸盐 碳酸盐及氢氧化物的存在 硼酸盐 磷酸盐和硅酸盐也会产生一些碱度 此外还有有机碱等 引起碱度的污染源主要是造纸 印染 化工 电镀等行业排放的废水及洗涤剂 化肥和农药在使用过程中的流失 测定方法 酸碱滴定法和电位滴定法 酚酞碱度 pH为8 3 此时OH 已经被中和 CO32 被中和为HCO3 红色变无色 甲基橙碱度 总碱度 pH为4 4 4 5 桔黄色变为橙红色 碱度测定可能出现的五种情况 设水样以酚酞为指示剂滴定消耗酸的量为P 继续以甲基橙为指示剂滴定消耗强酸量为M 二者之和为T 总碱度计算公式 总碱度 以CaCO3计 mg L c P M 50 05 1000 V式中 C 酸标准液当量浓度 mol L P M 所消耗酸标准液的量 ml V 水样体积 ml 50 05 CaCO3当量质量 g mol 对于OH CO32 HCO3 碱度含量的计算 可根据滴定结果的判断 并参考总碱度计算公式进行定量计算 二 pH值 pH值是水中氢离子活度的负对数 pH lg H 我国分别颁布工业 废水 最高排放浓度pH值为6 9 生活饮用水和地面水环境质量标准规定pH值为6 5 8 5之间 区分酸度和pH值 酸度和碱度是反映水中所含酸或碱物质的量 同样酸度的溶液pH值却大不相同 如0 1mol盐酸和乙酸 二者的 相等 但 却相差很远 盐酸pH值 1 而乙酸pH值 2 9 测定pH值的方法 电极法和比色法 比色法 ColorimetricMethod 一种指示剂在一定的pH范围内 显示出不同颜色 在pH标准溶液中加入指示剂 以所显示的颜色作标准 然后于水样中加入相同的指示剂 显色后与标准系列进行比较 即测得水样的pH 比色法不适用于有色 浑浊或含较高游离氯 氧化剂 还原剂的水样 如果粗略地测定水样pH值 可使用pH试纸 但对工业废水测定最大误差可达1 2个pH单位 将玻璃电极 glasselectrode 和甘汞电极 mercurouschlorideelectrode 置于待测水样中作为两极 玻璃电极为溶液中H 离子活度指示电极 饱和甘汞电极作为参比电极 两电极和待测液组成原电池 当玻璃电极的玻璃薄膜的两端溶液氢离子活度不同时 则产生电位差 该电位差可通过测量两电极间的电位差求得 2 玻璃电极法 Glasselectrodelaw GB 三 溶解氧DO DissolvedOxygen 水体与大气交换或经化学 生物化学反应后溶于水中的分子态氧称为溶解氧 其溶解度随水温的升高及水中含盐量的增加而降低 清洁地表水溶解氧接近饱和 当有大量藻类繁殖时 溶解氧可能过饱和 当水体受到有机物质 无机还原物质污染时 会使溶解氧含量降低 甚至趋于零 此时厌氧细菌繁殖活跃 水质恶化 测定水中溶解氧的方法有碘量法及其修正法和氧电极法 清洁水可用碘量法 受污染的地面水和工业废水必须用修正的碘量法或氧电极法 DOf GB T7489 87 在水样中加入硫酸锰和碱性碘化钾 水中的溶解氧将二价锰氧化成四家锰 并生成白色沉淀 加酸后 沉淀溶解 四价锰又可氧化碘离子而释放出游离的碘 以淀粉作为指示剂 硫代硫酸钠作为滴定剂滴定碘 从而计算出溶解氧含量 碘量法化学反应式 MnSO4 2NaOH Na2SO4 Mn OH 2 白色沉淀2Mn OH 2 O2 2MnO OH 2 棕色沉淀MnO OH 2 2H2SO4 Mn SO4 2 3H2OMn SO4 2 2KI MnSO4 K2SO4 I22Na2S2O3 I2 Na2S4O6 2NaI 氧的固定 碘的析出 滴定碘 2 修正碘量法 叠氮化钠修正法 排除NO2 干扰 高锰酸钾修正法 排除Fe2 干扰 明矾絮凝修正法 消除颜色 藻类及悬浮物等的干扰 硫酸铜 氨基磺酸絮凝修正法 排除活性污泥等悬浮物干扰 3 膜电极法 根据分子氧透过薄膜的扩散速率来测定水中的溶解氧 膜电极法具有操作简便 快速和干扰少等优点 并可实现现场监测和在线监测 应用十分广泛 台式溶解氧测定仪 便携式溶解氧测定仪 四 氰化物 Cyanide 氰化物包括简单氰化物 络合氰化物和有机腈等 简单氰化物易溶于水 毒性大 测定氰化物时需预蒸馏消除干扰 同时将大部分氰化物变成简单氰化氢蒸出 蒸馏法有两种 异烟酸 异烟酸 显色反应如下 五 氟化物 Fluoride 氟是人体必需的微量元素之一 缺氟易患龋齿病 饮用水中含氟的适宜浓度为0 5 1 0mg L F 当长期饮用含氟量高于1 5mg L的水时 则易患魔齿病 如水中含氟高于4mg L时 则可导致氟骨病 测定水中氟化物的主要方法有 氟离子选择电极法GB7484 87原理 三氟化镧LaF3单晶对F 的选择性响应工作电池 指示电极 LaF3膜电极参比电极 饱和甘汞优点 测定简便 快速 灵敏 选择性好 可测定浑浊 有色水样等优点 检出浓度范围 0 05mg L 1900mg L 以F 计 氟离子选择电极 氟试剂分光光度法GB T7483 87试剂及原理 茜素络合剂 ALC 和硝酸镧介质 pH4 1的乙酸盐缓冲介质显色反应产物颜色 蓝色的三元络合物 最大吸收波长 620nm检出浓度范围 0 05mg L 约1 80mg L适用水体范围 地面水