水环境与水污染检测技术.ppt

水环境与水污染检测技术22011328宋国强22011329王安 1概述2水质一般指标及其检测方法3水质污染度指标4水质污染成分指标及其检测方法5水质的生物指标6水质自动监测系统 1 概述 水污染 定义 水体因某种物质的介入 而导致其化学 物理 生物或者放射性等方面特性的改变 从而影响水的有效利用 危害人体健康或者破坏生态环境 造成水质恶化的现象 分类 据不同来源 分为生活废水和工业废水据污染物的化学类别 可分无机废水与有机废水按工业部门或产生废水的生产工艺分类 焦化废水 冶金废水 制药废水 食品废水 水质 原来是水质量的略语 但水质现在已成为一条具有特定科技内容的用语 水质监测可分为环境水体监测和水污染源监测 水质污染自动监测系统是由水样的采集装置 检测仪器 数据的传递及处理系统三部分组成 水的监测指标由以下几部分组成 一般指标 水温 电导 氧化还原电位 溶解氧 浊度 悬浮物等 水质的污染度指标 BOD COD TOC TOD UV吸收等 水质的污染成分 金属离子 氰化物 酚 农药等 水质的生物指标 大肠杆菌 细菌总数等 2水质一般指标及其检测方法 2 1水温2 2pH值2 3电导率2 4溶解氧2 5浊度2 6色度2 7连续自动监测水质一般指标系统 水温 测量方法及原理水温计法热敏电阻温度计法 水温计 LM 86104 名称 水温计编码 LM 86104温度测量范围 从 40 0 到70 0 40 0 to158 0 可设定测温范围 摄氏华氏对换功能 如果所测温度超出测量范围 将每十分钟报警一次 适用于水族馆 温泉 游泳池 婴儿浴池 电池寿命 6个月测量方法 将水温计探头放置于待测深度感应5min 通过仪表直接读数 热敏电阻温度计法 热敏电阻是一种敏感元件 其特点是电阻随温度的变化而显著变化 因而能直接将温度的变化转换为电量的变化 也就是说能将温度信号转化为电信号 从而实现了非电量的测量 热敏电阻一般是用半导体材料制成的温度系数范围约为 0 003 0 6 惠斯通电桥原理 当电桥平衡时 B D之间的电势相等 桥路电流I 0 B D之间相当于开路 则UB UD I1 Ix I2 I0 于是由I1R1 I2R2 I1RX I2R0得RX R0R1 R2 热敏电阻温度计法 pH值 测量方法及原理比色法玻璃电极法pH监测仪 比色法 比色法 colorimetry 是通过比较或测量有色物质溶液颜色深度来确定待测组分含量的方法 包括两个步骤 首先是选择适当的显色试剂与待测组分反应 形成有色化合物 然后再比较或测量有色化合物的颜色深度 玻璃电极法 玻璃电极为指示电极 饱和甘汞电极为参比电极 插入溶液中组成原电池 当H 的浓度发生变化时 玻璃电极和甘汞电极之间的电动势随之改变 在25 溶液中每变化1个pH单位 电位差改变为59 16毫伏 据此在仪器上直接以pH的读数表示 电导率 由于水中含有各种溶解盐类 并以离子的形式存在 当水中插入一对电极时 通电之后 在电场的作用下 带电的离子就产生一定方向的移动 水中阴离子移向阳极 使水溶液起导电作用 水的导电能力的强弱程度 就称为电导率 电导率是电阻率的倒数 反映了水中含盐量的多少 是衡量水质的一个很重要的指标 它能反映出水中存在的电解质的程度 测量方法 电导率分析仪 电极式 电磁感应式 电极式 电极与溶液直接接触 因而容易发生腐蚀 污染 极化等问题 测量范围受到一定限制 它适用于低电导率洁净介质的测量 常用于工业水处理装置的水质分析等场合 测量原理 按欧姆定律测定平行电极间溶液部分的电导 但是 当电流通过电极时 会发生氧化还原反应 从而改变电极附近溶液的组成 产生 极化 现象 从而引起电导测量的严重误差 电磁感应式 感应线圈用耐腐蚀的材料与溶液隔开 为非接触式仪表 所以不会发生腐蚀 污染等问题 由于没有电极 也不存在电极极化问题 但电磁感应对溶液的电导率有一定要求 不能太低 它适用于高电导率 一般为mS cm级 强腐蚀性 脏污介质的测量 常用于强酸强碱等浓度分析和污水 造纸 医药 食品等行业 平衡电桥式电导仪 由标准电阻R1 R2 R3和电导池Rx构成惠斯顿电桥 由正弦波震荡器产生的幅度稳定 波形没有明显失真的电流从A B两端通过电桥 经交流放大器放大后 再整流将交流信号变成直流信号推动电表 当电桥平衡时电表指零 C D两端的电位相等 此时由此可求出溶液的电导 电阻分压法电导仪 由振荡器输出的不随Rx改变而改变的高频电压为U 则通过电导池 Rx 及负载Rm 分压电阻 回路中的电流强度I为 通过负载的电流强度为 Um为负载两端的电势差 所以Um 当Rm Rx时 上式可简化为Um URmG Um是电导G的函数 即 Um f G 所以只要测得分压Um 就可求得电导G值 溶解氧 测定方法碘量法修正碘量法a叠氮化钠修正法b高锰酸钾修正法电化学探头法叠氮化钠修正法 CIGMA8420溶解氧监测仪 CIGMA8420溶解氧监测仪 重复性 0 5 线性度 0 5 显示精度 0 010 11 报警 3个红色LCD 5A继电器 探头工作温度 0 50度10 54kg cm2 浸入式探头 碘量法 是基于溶解氧的氧化性能 当水样中加入硫酸锰和碱性KI溶液时 立即生成Mn OH 2沉淀 Mn OH 2极不稳定 迅速与水中溶解氧化合生成锰酸锰 在加入硫酸酸化后 已化合的溶解氧 以锰酸锰的形式存在 将KI氧化并释放出与溶解氧量相当的游离碘 然后用硫代硫酸钠标准溶液滴定 换算出溶解氧的含量 叠氮化钠修正法 水样中含有亚硝酸盐会干扰碘量法测溶解氧 可加入叠氮化钠 使水中亚硝酸盐分解而消除其干扰 在不含其他氧化 还原性物质 水样中含Fe3 达100 200mg L时 可加入lml40 氟化钾溶液消除Fe3 的干扰 也可用磷酸代替硫酸酸化后滴定 浊度 浊度是一项反映水的感官物理性状的重要指标 它是指水中悬浮物对光线透过时所发生的阻碍程度 测定方法及原理分光光度法目视比浊法浊度计法 浊度监测仪 分光光度法 分光光度法是通过测定被测物质在特定波长处或一定波长范围内光的吸光度或发光强度 对该物质进行定性和定量分析的方法 基本原理 当一束强度为I0的单色光垂直照射某物质的溶液后 由于一部分光被体系吸收 因此透射光的强度降至I 则溶液的透光率T为 根据朗伯 Lambert 比尔 Beer 定律 A abc式中A为吸光度 b为溶液层厚度 cm c为溶液的浓度 g dm 3 a为吸光系数 其中吸光系数与溶液的本性 温度以及波长等因素有关 色度 测定方法铂钴标准比色法稀释倍数法分光光度法 连续自动监测水质一般指标系统 铂钴标准比色法 以視覺比色法將水樣和一系列不同色度之鉑鈷標準溶液進行比對 測定出水樣之色度 比對方式亦可以使用附有校正證明之玻璃製標準色盤進行 一個色度單位 係指1mg鉑以氯鉑酸根離子 Chloroplatinateion 態存在於1L水溶液中時所產生之色度 在某些特殊情況下 可改變鉑和鈷之比例 以接近水樣之色調 3水质污染度指标 3 1生化需氧量 BOD 3 2化学需氧量 COD 3 3 紫外 吸光度3 4TOC3 5总需氧量 TOD BOD 生化需氧量 BOD 是指在有溶解氧的条件下 好氧微生物在分解水中的有机物的生物化学氧化过程中所消耗的溶解氧量 测定方法五天培养法检压法库仑法微生物电极法 库仑法BOD监测仪 五天培养法 实验步骤 采集水样 水样稀释 水样培养测定 数据处理测量原理 将水样注满培养瓶 塞好后应不透气 将瓶置于恒温条件下培养5天 培养前后分别测定溶解氧浓度 由两者的差值可算出每升水消耗掉氧的质量 即BOD5值 由于多数水样中含有较多的需氧物质 其需氧量往往超过水中可利用的溶解氧 DO 量 因此在培养前需对水样进行稀释 使培养后剩余的溶解氧 DO 符合规定 COD 化学需氧量 COD 是指水样在一定的条件下 氧化1升水样中还原性物质所消耗的氧化剂的量 以氧的mg l 表示 测定方法重铬酸钾法酸性高锰酸钾法 在线cod监测仪 在线cod监测仪 技术性能测量原理 电化学氧法反应时间 30S样品制备 免维护粒子分离器显示 背光LCD连接 电源220VAC 50HZ通讯串行废水排出管道内径30mm套管外径32mm螺纹管防护等级 IP65外形尺寸 600X600X350mm重量 45kg广州鑫诚科学仪器有限公司 重铬酸钾法 测量原理 在强酸性溶液中 准确加入过量的重铬酸钾标准溶液 加热回流 将水样中还原性物质 主要是有机物 氧化 过量的重铬酸钾以试亚铁灵作指示剂 用硫酸亚铁铵标准溶液回滴 根据所消耗的重铬酸钾标准溶液量计算水样化学需氧量 高锰酸钾指数自动监测仪器 紫外 吸光度 紫外可见分光光度法是选一定波长的光照射被测物质溶液 测量其吸光度 再依据吸光度计算出被测组分的含量 计算的理论根据是 吸收定律 即朗伯 比尔定律 紫外吸收法 UV法 基于测定试样对紫外光的吸收来测定物质成分和含量的方法 紫外吸收法是选定一定波长的光照射被测物质溶液 测量其吸光度再依据吸光度计算被测组分的含量计算的 理论根据是吸收定律它是朗伯定律和比尔定律结合而成故称朗伯比尔定律它是所有吸光度法的理论基础 UV 紫外 吸收监测仪 TOC TOC是以碳的含量表示水中有机物质总量的一项综合项指标 单位为mgC L 测定原理 将一定量水样注入高温炉内的石英管 在900 950 温度下 以铂和三氧化二铬为催化剂 使有机物燃烧裂解转化为二氧化碳 然后用红外线气体分析仪测定CO2含量 从而确定水样中碳的含量 TOC分析仪流程 TOC水质连续自动监测仪 TOC水质连续自动监测仪 主要技术特点 仪器采用燃烧氧化 非分散红外吸收法 燃烧氧化 非分散红外吸收法只需一次性转化 流程简单 重现性好 灵敏度高 此方法广为国内外所采用 TOC分析仪主要由以下几个部分构成 进样口 高温燃烧室 气液分离器 非分光红外CO2分析器 数据处理部分 测量范围 50 5000mg L 测量误差 10 参数 外型 600mm 600mm 1400mm 重量 43kg 电源功率 2kW锦州华冠环境科技实业公司 TOD 总需氧量 TOD 是指水中有机物和还原性无机物在高温下燃烧生成稳定的氧化物时的需氧量 用TOD表示 单位为mgO2 L TOD测定示意图 原理是将一定量水样注入装有铂催化剂的石英燃烧管 通入含已知氧浓度的载气 氮气 作为原料气 则水样中的还原性物质在900 下被瞬间燃烧氧化 测定燃烧前后原料气中氧浓度的减少量 便可求得水样的总需氧量值 TOD测定仪 4水质污染成分指标及其检测方法 4 1镉4 2汞4 3铅4 4铬4 5氰化物4 6矿物油 镉 来源 铅锌矿的开采 选矿和冶炼过程中产生的废水 合金钢的生产和加工过程 电镀镉的生产废水 染料 农药 油漆 玻璃 陶瓷 照像材料等生产和加工过程 危害 当水中镉超过0 2mg L时 居民长期饮水和从食物中摄取含镉物质 可引起 骨痛病 使肾脏器官等发生病变 并影响人的正常活动 造成贫血 高血压 神经痛 骨质松软 肾炎和分泌失调等病症 检测方法 原子吸收光谱法 最普遍的方法 氢化物发生 原子荧光光谱法双硫踪分光光度法电感耦合等离子体发射光谱法 高效液相色谱法等 原子吸收光谱法 镉分析最早和最普遍采用的方法之一 主要有火焰和石墨炉原子吸收光谱法两种 其特点为准确 快速 干扰小 火焰原子吸收法 用火焰将样品气化为基态原子 然后根据被测元素对特定频率辐射线的吸收进行分析石墨炉原子吸收法 利用石墨管使样品原子化 然后根据被测元素对特定频率辐射线的吸收进行分析 镉离子浓度测定仪 汞 来源 电池工业和电子工业等排放的废水是水体中汞的主要来源危害 在微生物作用下转化成甲基汞进入人体很容易被吸收 不易降解 排泄很慢 特别是容易在脑中积累 造成神经系统损害和染色体缺陷 可引起 水俣 y 病 检测方法冷原子吸收法 0 1 0 5 g L以上 冷原子荧光法 0060 g L 1 0 g L 双硫腙比色法 002 0 04mg L 冷原子吸收法 用KMnO4 K2S2O8消解法或KIO3 KBr消解法 将各种形态的汞转变成Hg2 再用SnCl2将Hg2 还原为元素汞 利用汞易挥发的特点 在室温下通入空气或氮气将其气化 载入冷原子吸收测汞仪 汞原子蒸气对253 7nm的紫外光有强烈吸收 并在一定浓度范围内 吸光度与浓度成正比 冷原子荧光法 水样的汞被还原剂还原为单质汞 形成汞蒸气 其基态汞原子受到波长253 7nm的紫外光激发 当激发态汞原子被激发时便辐射出相同波长的荧光 在一定条件和较低浓度范围内 荧光强度与汞的浓度成正比 双硫腙比色法 水样于95 在酸性介质中用高锰酸钾和过硫酸钾消解 将无机汞和有机汞转变为二价汞 用盐酸羟胺还原过剩的氧化剂 加入双硫腙溶液 与汞离子生成橙红色螯合物 用CHCl3或CCl4萃取 再用碱溶液洗去过量的双硫腙 于485nm波长处测定吸光度 以标准曲线法定量 冷原子吸收测汞仪 铅 来源 工农业生产活动排放的铅污染水源 输水管道内腐蚀造成的铅释放 危害 神经系统主要表现为神经衰弱 多发性神经病和脑病 消化系统轻者表现为一般消化道症状 重者出现腹绞痛 血液系统主要是铅干扰血红蛋白合成过程最终导致贫血 中毒性肾病 伴有高血压 女性孕期和哺乳期 可引起不育 流产 早产 死胎及婴儿铅中毒 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 双硫腙分光光度法 在pH为8 5 9 5的氨性柠檬酸盐氰化物的还原性介质中 铅与双硫腙形成可被氯仿萃取的淡红色的双硫腙铅螯合物 萃取的氯仿混色液于5l0nm波长下进行光度测量 从而求出铅的含量 其反应式为 铬 来源 主要来自铝矿石加工 金属表面处理 皮革鞣制 印染 照相材料等行业的废水 危害 自然界铬主要以三价铬和六价铬的形式存在 三价铬参与人和动物体内的糖与脂肪的代谢 是人体必需的微量元素 六价铬则是明确的有害元素 能使人体血液中某些蛋白质沉淀 引起贫血 肾炎 神经炎等疾病 长期与六价铬接触还会引起呼吸道炎症并诱发肺癌或者引起侵入性皮肤损害 严重的六价铬中毒还会致人死亡 检测方法 二苯碳酸二肼分光光度法原子吸收分光光度法硫酸亚铁铵滴定法重铬酸钾法 二苯碳酰二肼分光光度法 在酸性溶液中 六价铬离子与二苯碳酰二肼反应 生成紫红色络合物 其最大吸收波长为540nm 吸光度与浓度的关系符合比尔定律 反应式 氰化物 氰化物包括简单氰化物 络合氰化物和有机氰化物 腈 来源 水源受炼焦 电镀 选矿 冶炼等工业废水污染时 往往含有大量的氰化物 危害 饮用含氰化物浓度高的水 会产生中毒 即氰化物会与某些呼吸酶作用 引起组织内窒息 慢性中毒主要表现为神经衰弱综合症 眼及上呼吸道刺激 皮疹 皮肤溃疡等 测量方法 硝酸银滴定法分光光度法a 异烟酸 吡唑啉酮分光光度法b 吡啶 巴比妥酸分光光度法 异烟酸 吡唑啉酮分光光度法 在中性条件下 样品中的氰化物与氯胺T反应生成氯化氢 再与异烟酸作用 经水解后生成戊熄二醛 最后与吡唑啉酮缩合生成蓝色染料 在一定浓度范围内 其色度与氰化物质量浓度成正比 吡啶一巴比妥酸比色法 在中性条件下 氰离子和氯胺T的活性氯反应生成氯化氰 氯化氰与吡啶反应生成戍烯二醛 戍烯二醛与两个巴比妥酸分子缩合生成红紫色染料 可用比色的方法测定 氰离子浓度自动监测仪 矿物油 来源 水体中矿物油主要来源于工业污水 城市生活废水 港口设施的泄漏 船舶航行作业的排放 运输事故 井喷事故 采油作业中废水的排放等 危害 一方面陆地上泄漏的矿物油类物质会随着降雨进入土壤 在造成土壤污染的同时 农作物也受到污染 最终会威胁到人类的身体健康 另一方面海洋水域受到矿物油类物质的污染 不但会使海洋生物逐渐死亡 而且当太阳光照射水面时 会使部分水蒸发到空气中 给空气环境造成危害 同样也会危及到人类的生命安全 测定矿物油的方法有重量法 非色散红外法 紫外分光光度法 荧光法 比浊法等 其中受到国内外广泛使用的是三维荧光光谱分析法 三维荧光光谱分析法 能够发出荧光的物质 大多为有机芳族化合物或者含芳烃基团和它们的烃基同系物 不同芳烃组分和分子结构的烷基或环烷芳烃同系物 它们将在各不相同的特征发射和激发波长下产生各自的特征荧光 指纹 并具不同的荧光强度 当光作用于光子时 势必引起电子能级 振动能级及转动能级的变化 将分子内部发生某种运动所吸收的光强度变化 或受光激发后产生的辐射光强度信号按波长或波数递增的顺序记录下来 就得到所谓的光谱 三维荧光谱的三个维度通常是指荧光强度 激发波长和发射荧光波长 经过重新采样和曲面拟合处理 由此构成的反映荧光强度随激发波长和发射波长变化的立体图谱能够表征石油样品荧光谱的完整信息 可用峰位置 荧光强度 主峰陡度以及走向角等特征参数对样品进行识别 原油的组成中有95 99 的各种烃类化合物 其中芳香烃含量占总烃的25 70 主要含有烷烃 环烷烃和芳香烃这三类烃类化合物 分别属于脂肪族 脂环族和芳香族 原油被开采后 经过一系列分馏提炼的过程 进一步精制可以得到生产出燃料 溶剂 润滑油 沥青等各种成品油 在迁移和风化以及物理化学过程中 具有较高荧光效率的芳香烃不容易断裂 表现出很强的物理和化学稳定性 是我们利用荧光谱分析法进行组分测定和鉴别所依赖的石油荧光源 三维荧光谱由不同激发波长情况下对应的二维荧光谱累计叠加而形成 然后基于激发 发射矩阵 EEM 数据以等角投射图或等高线的形式形象地描绘出来 也可以通过每次激发后以一定的时间间隔扫描发射荧光谱而获得随时间和波长变化的时间分辨三维荧光谱 三维荧光光谱分析法 5水质的生物指标 5 1概述5 2生物毒性测定仪 概述 生物监测是水环境污染监测的方法之一 它是指利用生物个体 种群或群落对环境污染或变化所产生的反应阐明环境污染状况 具有敏感性 富集性 长期性和综合性等特点 鱼是最早用于生物预警的 此后水蚤 双壳类软体动物 虾 细菌等活生物 以及细胞 酶等也开始应用 这些生物对不同污染物的敏感性相差很大 常根据应用环境选用 水生生物对污染物的反应是综合性的 理论上 各种特征反应都可用作检测变量 然而 为达到连续 自动监测目的 同时使系统具有良好的应时 灵敏性 一般优先检测行为 生理或生化反应 特点 生物监测能反映各种污染物的综合影响 理化监测是定期采样 结果不能反映采样前 后的情况 而水中生物 汇集了整个生长期环境因素改变的情况 有些水生生物对污染物很敏感 有些连精密仪器都测不出的微量元素的浓度 却能通过 生物放大 作用在生物体内积累而被测出 检测方法 利用水生生物来监测研究水体污染状况的方法较多 如生物群落法 生产力测定法 残留测定法 急性毒性试验 细菌学检验等 生物毒性测定仪 生物毒性 污染 测