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环境监测 EnvironmentalMonitoring 第二章水与废水监测 本章内容 2 1水质污染与水质监测介绍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水质生物监测2 10底质监测 教学重点 水和废水的监测 包括 1 制定监测方案2 水样的采样3 样品预处理4 分析测试等 2 1 1概念2 1 2水质监测对象2 1 3水质监测的目的2 1 4水质监测项目2 1 5水质监测分析方法 2 1水质污染与监测 2 1 1概念 2 1水质污染与监测 水资源 地球水总量1 36 1018m3 地球南 北极的冰川 冰盖及深层地下 水的分布 按人均拥有水量计 我国仅有2300m3 人 约占世界平均水平的1 4 据上海2000年的统计 上海淡水资源 总量 595 6亿m3 地表水593 5亿m3可利用118 8亿m3 地下水2 1亿m3 上海2000年需水量为158 5亿m3 我国水资源 2 1 1概念 2 1水质污染与监测 水和水体 水体是地表水 地下水及其包含的底质 水中生物等的总称 从自然地理角度看 水体是指地表水覆盖地段的自然综合体 其中 不仅有水 还包括水中的悬浮物 底泥 水生物 在环境污染研究中区分 水 和 水体 的概念非常重要 视频 水体的分类 2 1 1概念 2 1水质污染与监测 水污染定义 水体自净 污染物进入水体 先被稀释 挥发 水解 氧化还原 生物分解等发生物理化学反应 使污染物浓度不断降低 该过程称为水体自净 当污染物排入量超过水体自净能力时 就会造成水质恶化 即为水质污染 2 1 1概念 2 1水质污染与监测 我国水污染现状 目前我国年排污水量达到620多亿吨 包括工业农业 生活 医院 事故等废水 七大水系普遍受到污染 辽河水系属严重污染 海河水系 淮河干流 黄河干流属重度污染 松花江水系属中度污染 长江干流和珠江水系水质基本良好 水质污染类型 2 1 1概念 2 1水质污染与监测 环境科学大辞典 的解释是 水环境是地球上分布的各种水体以及与其密切相连的诸环境要素如河床 海岸 植被 土壤等 视频 水环境问题的表现与分布 水环境 水环境质量 渤海 赤潮 2002年我国海域共发现赤潮73次 赤潮发生面积累计超过1万km2 11月福建连江海域发生的裸甲藻赤潮对当地的水产养殖业造成了近千万元的经济损失 视频1 揭开赤潮的面纱视频2 赤潮现象视频3 太湖的水华 赤潮发生时的红色波涛 2000年发生在渤海湾的大面积赤潮 船行过赤潮海域时的红色浪花 2002年中国沿海各省 市 自治区赤潮发现次数 2002年中国沿海各省 市 自治区赤潮发生面积百分比 海上溢油事故发生的海域 海洋生物污染监测样品 鱼内脏的采集 泰晤河的演变 太湖水滑 2 1 2水质监测对象 2 1水质污染与监测 2 1 3水质监测的目的 2 1水质污染与监测 1 对水环境 地表水 地下水 监测 了解水质现状和变化趋势 2 对污染源监测 了解是否达标 为管理提供依据 3 对污染事故的应急监测 了解污染状况 为采取对策提供依据 4 为政府部门制定法律法规提供数据和资料 5 为评价环境质量以及为研究提供数据 视频 水质监测的重要性 swf 地下水 已建的42个水质自动监测站 2 1 4水质监测项目 2 1水质污染与监测 1 地面水监测项目 根据 地面水环境质量标准 GB3838 20022 海水监测项目 根据 海水水质标准 GB3097 19973 生活饮用水监测项目 根据 生活饮用水水质卫生规范 4 废水监测项目 根据 污水综合排放标准 GB8978 1996及应执行相关标准 监测规范 pdf 2 1 4水质监测项目 2 1水质污染与监测 确定监测项目的依据 地表水监测项目 1 2 工业废水监测项目 1 2 生活饮用水监测项目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 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 海水监测项目 2 1 4水质监测项目 生活饮用水监测项目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 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 海水监测项目 生活饮用水监测项目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 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 海水监测项目 2 1 5水质监测分析方法 2 1水质污染与监测 2 1 5水质监测分析方法 2 1水质污染与监测 监测分析方法分为三类 即 A类方法 为国家或行业的标准方法 B类方法 经过国内较深入研究 多个实验室验证 证明是较成熟的统一方法 C类方法 不成熟的 不能用于执法上 见 水和废水监测分析方法 第四版 2 1 5水质监测分析方法 2 1水质污染与监测 为国内仅少数单位研究 应用过 或直接从发达国家引用的方法 尚未经国内多个实验室验证 宜作为试用的方法 根据监测目的 如果是环境监测或执法 选择A类和B类方法 C类用于参考或研究等 2 1 5水质监测分析方法 2 1水质污染与监测 化学法 50 以上 仪器分析方法 生物监测法等 水质监测常用的方法 各类分析方法在水质监测中所占比重 常用水质监测方法测定项目 水污染可连续自动监测的项目及方法 2 2 1概念2 2 2地面水监测方案的制定2 2 3地下水监测方案的制定2 2 4污染源监测方案制定 2 2水质监测方案的制定 2 2 1概念 1 基础资料收集2 监测断面和采样点的设置3 采样时间与采样频率的确定4 采样及监测技术的选择5 结果表达 质量保证及实施进度计划 2 2 2地面水监测方案的制定 水文 气候 地质 地貌等资料 水位 水量 降雨等 工业 污染源分布情况 水资源用途 历年监测情况等 为明确监测目的 项目 标准 布点等提供依据 2 2 2地面水监测方案的制定 原则 要考虑有代表性 可控性 经济性因素 并且尽量与水文断面一致 2 采样点确定步骤 3 采样点设置 2 2 2地面水监测方案的制定 3 采样点设置 1 确定监测断面 监测断面的布设原则 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 监测断面的布设原则 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 监测断面的布设原则 2 2 2地面水监测方案的制定 3 采样点设置 1 确定监测断面 2 2 2地面水监测方案的制定 3 采样点设置 1 确定监测断面河流监测断面常设四种 即 背景断面 对照断面 控制断面 削减断面 见P38图2 1 2 2 2地面水监测方案的制定 背景断面 为了评价一个完整水系的污染程度而提供水环境的背景值 断面数目 根据需要而设 设置方法 基本上未受人类活动的影响 应设在清洁河段上 2 2 2地面水监测方案的制定 对照断面 了解污染监测断面前的水质状况 提供该区域本底值 断面数目 一个河段区域设一个对照断面 设置位置 设在该区域所有污染源上游处 排污口上游100 500m处 见图2 1A A 2 2 2地面水监测方案的制定 也称监测断面 评价监测河段污染源影响情况 设置方法 较大支流汇合之前 如E E C C B B 排污口下游充分混合处 500 1000 如F FD D 有特殊要求的地区 如水产区 风景游览区 自然保护区 与水源有关的地方病发区等河段上 2 2 2地面水监测方案的制定 削减断面 为了解经稀释扩散 自净后河流水质情况而设 设置方法 设在调查段的最后一个排污口下1500m或污染物明显下降处 如 G G 数目 设一个即可 背景断面 对照断面 控制断面 削减断面 控制断面 简单河流监测断面设置 排污口 排污口 A A B B C C D D E E F F G G 河流监测断面设置示意图 A A 对照断面G G 削减断面B B C C D D F F 控制断面 污染源 排污口 水流方向 自来水取水口 2 2 2地面水监测方案的制定 1 河流监测断面设置 视频1 2 2 2地面水监测方案的制定 3 采样点设置 2 垂线的设置当监测断面设置好后 应根据水面的宽度在断面上设采样垂线 2 采样垂线的设置 中泓线 有明显水流处 采样垂线的确定 有明显水流处 中泓线 有明显水流处 采样垂线的确定 等间距设置 采样垂线的确定 思考 当河道有支流汇入时应如何设置断面呢 对照断面 控制断面 削减断面 断面 点位 2 2 2地面水监测方案的制定 采样点位确定 水面下0 3 0 5m处 河底以上0 5m处 水深处 2 2 2地面水监测方案的制定 案例分析 有1个工厂将大量的污水 经过一条宽和深约为1 2的河道排入一条宽为120米 深为6米的河流 如何确定监测采样点 2 2 2地面水监测方案的制定 湖泊 水库不需设断面 在有代表性的区域设垂线即可 垂线一般设在 进水区 出水区 深水区 湖心区 如果没有明显的功能区别 可用网格法均匀设置监测垂线 然后根据水深在垂线上设采样点 2 湖泊 水库 监测断面设置 视频2 2 2 2地面水监测方案的制定 海洋面积较大 首先将监测区划分为污染区 过渡区和对照区 在三种区域中分别设置适当的监测垂线或监测断面 然后根据水深在垂线上设采样点 2 2 2地面水监测方案的制定 采样时间和采样频率 根据 水质监测规范 3 3 1要求 饮用水源 水系干流 污染严重河段 每年不少于12次 原则是每月一次 中小河流 污染严重的湖泊 水库 全年采样不得少于6次 隔月一次 潮汐河流 水系背景断面 一般湖泊 水库 水质站每年采样3次 丰 平 枯水期各1次 2 2 2地面水监测方案的制定 明确采样方法和分析方法 根据组分的性质 含量范围以及测定要求等因素 选择适宜的采样方法和分析方法 后面讲 明确监测结果的表达方式 在编制监测方案时要考虑数据表达方式 例如 平均 最大 最小 图等来表示监测结果 2 2 3地下水监测方案的制定 水文地质 气象资料 监测区工业分布 土地利用情况 化肥 农药使用情况 水位 水深 确定污染源和污染物 为布点 选择分析项目 分析方法等提供依据 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 2 2 3地下水监测方案的制定 地下水地质结构复杂 因此流向很复杂 采样点通常布设2种 对照监测点和控制监测点 1 对照监测井 设在地下水流向的上游 不受污染源影响的地方 2 控制监测井 设在污染源周围不同位置 特别是地下水流向的下游方向 2 2 3地下水监测方案的制定 明确采样方法 时间和频率 根据 水质监测规范 4 2 2要求 地下水 1 对照井每年采样一次 2 全国重点基本站每年采样二次 丰 枯水期各一次3 地下水污染严重的控制井 每季度采样一次 4 以地下水作生活饮用水源的地区每月采样一次 5 专用监测井按设置目的与要求确定 2 2 3地下水监测方案的制定 明确采样方法和分析方法 根据组分的性质 含量范围以及测定要求等因素 选择适宜的采样方法和分析方法 明确监测结果的表达方式 在编制监测方案时要考虑数据表达方式 例如 平均 最大 最小 图等来表示监测结果 2 2 4污染源监测方案制定 2 2 4污染源监测方案制定 用水情况 废水类型及排放情况 主要污染物 排放去向等 水污染源一般经管道 沟渠排放 水截面积较小 不需要设监测断面 根据污染物类型 一类和二类 直接确定采样点 2 2 4污染源监测方案制定 1 第一类污染物采样 废水排放标准 中表一污染物 汞 镉 砷 铅的无机化合物 六价铬等高毒物质共13项 必须在车间排放口设采样点 五毒及强致癌物 2 2 4污染源监测方案制定 2 第二类污染物采样即 污水综合排放标准 中表二 表四中的污染物 在工厂废水总排放口设采样点 3 污水处理设施 在处理设施的最后排放口布设采样点 一般在进 出口分别设置采样点 视频 日本重金属导致的事件视频 测汞仪 2 2 4污染源监测方案制定 4 城市污水采样点 1 城市污水管网采样 环保局 应设在非居民污水管接入处 城市污水总管的不同位置 污水进入水体的排放口等 2 城市污水处理场 采样点设在进口 出口 根据需要各污水处理单元分别设采样口 2 2 4污染源监测方案制定 采样时间和频率 1 工业废水 每个生产周期不得少于3次 初期 中期 末期 监督性监测每年不少于1次 被列为重点排污单位的 每年2 4次 现自动监测 2 城市污水 污水管网 丰枯 平水期和枯水期 在总排口各采集一次混合水样 1次 4小时 采24小时 污水场 根据需要确定采样频率 监测方案小结 方案内容包括 调查 采样点布设 采样时间和频次 采样方法和分析方法 数据处理 地表水 河流 水库 海洋 地下水污染源 工业 城市管网 监测方案小结 采样点的布设 1 地表水 河流 四种断面 垂线 点水库 进水 出水 深水 湖心等代表区设垂线海洋 对照 过度 污染区2 地下水 对照监测点 控制监测点3 污染源 工业 一类污染物和二类污染物城市管网 非居民排入点 总管不同位置 进入水体污水厂 进口 出口 各单元等 2 3水样的采集和保存 主要内容 2 3 1水样的类型2 3 2地面水样的采集2 3 3地下水样的采集2 3 4废水和污水的采集2 3 5流量的测量2 3 6水样的运输和保存参考 水环境监测规范 2 3 1水样的类型 瞬时水样 在某点随机采集的水样 当水体水质比较稳定 瞬时水样具有很好的代表性 混合水样 指在同一采样点在不同时间所采集的水样混合后的水样 也叫时间混合水样 常用于观察平均浓度 综合水样 把不同采样点同时采集的各个瞬时水样混合后得到的样品 常用于建综合污水处理场 2 3 1水样的类型 2 3 2地面水样的采集 大小适合 不吸附待测组分 易清洗的采样器 一般选用玻璃G和硬质塑料P 1 表层水样采集 可直接采取 一般将其沉至水面下0 3 0 5m处采集或水深的1 2处 2 深层水样采集 在垂线上不同深度处采集 用深层采样器 采水泵或自动采样器等 2 3 2地面水样的采集 1 带重锤采样器 绳上带有标尺 沉下去后 上提细绳打开瓶塞 待水样充满容器后提出 视频各种采水器1 swf 2 3 2地面水样的采集 2 急流采样器 一根长钢管6固定在铁框1上 管内装一根橡胶管 其上部用夹子8夹紧 排气用 下部与瓶塞上的短玻璃管5相连 瓶塞上另有一长玻璃管2通至采样瓶底部 进水用 采样前塞紧橡胶塞 然后垂直伸入要求水深处 打开上部橡胶管夹排气 水样就沿长玻璃管2流入样品瓶中 瓶内空气由短玻璃管沿橡胶管排出 图2 3急流采水器1 铁框 2 长玻璃管 3 采样瓶 4 橡胶塞 5 短玻璃管 6 钢管 7 橡胶管 8 夹子 2 3 2地面水样的采集 图2 6泵式采水器示意图 3 泵式采样器 采样方法和采样器 SamplingprocessandwaterSampler 视频 各种采水器2 2 3 3地下水样的采集 1 井水 启动水泵后 先放水数分钟 然后用采样容器接取水样 2 泉水 在涌水口处直接采样 3 自来水 先排出管道中积存的死水后再采样 地下水的水质稳定 采集瞬时水样 Collectingofgroundwatersample 2 3 3地下水样的采集 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 视频 地下水的采集 2 3 4废水和污水的采集 1 浅层废水 用采样器直接采集 2 深层废水 对填埋较深的废水管线 可用深层采水器沉入监测井内采样 3 自动采样器 在采样点安装自动采样器 可自动采集瞬时水样或混合水样 视频 液体采样 2 3 4废水和污水的采集 自动采样器 图2 7废 污 水自动采水器示意图 2 3 4采集水样注意事项 1 有的项目需单独采样 有的项目的水样必须充满容器 有的项目宜在现场测定2 采样时要同步测量水文和气象参数 3 填写登记表 2 3 5水量的测量 1 流速 面积法 将测量断面分成若干块 测出每小块的面积和流速 计算流量 累加起来即是断面流量 该方法十分麻烦 一般不采用 2 3 5水量的测量 2 浮标法 该方法用于粗略测量 测定方法如下 选一直流段 取其中2米 测2米间距内的平均断面积 即起点 中点和终点三点的平均面积S 在上游投浮标 球 泡沫塑料等 测量浮标流经2米需要的时间 重复几次测平均时间 得出流速V 流量Q为 Q M3 秒 K v s式中 K 浮标系数 一般取0 84 0 9 标定确定 v 浮标平均流速m s 即 2米 t秒 s 平均面积m2 2 3 5水量的测量 1 流量计法 第一类 自由水面的敞开水路的流量计 如超声波流量计 第二类 充满水的管道流量计 如电磁流量计 压差流量计 2 容积法 将污水导入已知容器中 测量污水充满容器需要的时间 来计算流量 2 3 5水量的测量 3 溢流堰法 常用 适用于不规则的沟渠污水流量的测定 有三角堰 矩形堰 梯形堰拦住水流 形成溢流堰 测量堰板前后水位计算水量 对于这些堰板 前人已总结出不同的堰板流量计算公式 三角堰为例 式中 Q 水流量m3 h h 过堰水头高度m K 流量系数 D 从水流底至堰缘的高度m B 堰上游水流宽度m 公式 图2 8直角三角堰示意图 2 3 5水量的测量 三角堰 2 3 6水样的运输和保存 每一个样品要贴好标签 塞紧采样容器口 必要时胶封 避免碰撞和破损 最好装箱 需要冷藏的样品要进行冷藏 隔热 冬季注意保暖 以防冻裂样品瓶 2 3 6水样的运输和保存 1 对容器的要求 性能稳定 杂质含量低 不吸附 不玷污 常用容器 硬质玻璃瓶 G 聚氯乙烯瓶或桶 P 有机物用G 氟化物和氰化物用P 其它G和P 2 3 6水样的运输和保存 1 冷藏或冷冻法 为了抑制微生物生长 缓解挥发和化学反应 测氨氮 硫化物 BOD或COD等项目就需要冷藏保存 2 加入生物抑制剂 如测氨氮 硝酸盐氮 COD时 在水样中加入HgCl2 可抑制生物的氧化作用 测苯酚 用H3PO4调pH为4时 加入少量的CuSO4 可抑制苯酚菌分解 2 3 6水样的运输和保存 3 调节pH值 测金属离子的水样时 常用HNO3调pH为1 2 既防止金属离子沉淀 又可避免金属被器壁吸附 测氰化物或