全国“xx杯”化学类说课大赛课件特等奖作品：教学课件-第二单元 水体监测

第二单元水体监测,授课老师：麦茵茵,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。,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,主要内容,第一节概述,一、水资源及水质污染,1、水资源,全球总贮水量估计为13.9亿立方千米；其中淡水总量仅为0.36亿立方干米；除冰川和冰帽外，可利用的淡水总量不足世界总贮水量的1%。,水体的定义,从自然地理的角度，水体是指地表被水覆盖地区的自然综合体。在环境科学领域上，水体不仅包括水，也包括水中的悬浮物、底泥及水生生物等，是一个完整的生态系统。,水体的类型,按有无径流划分：外流水体降水量蒸发、蒸腾量入海内流水体降水量蒸发、蒸腾量不入海按化学成分和溶解于水中的盐含量划分：咸水体淡水体按成因划分：自然水体人工水体,2、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。,3、水质污染（waterpollution）,三门峡大坝出水口处的水质污染严重,水体污染：污染物含量水体自净能力，导致水体物理和化学特征发生不良变化，破坏水体生态系统、功能及其在经济发展和人民生活中的作用。分为：化学型污染、物理型污染、生物型污染。,水质污染类型,赤潮发生时的红色波涛,船行过赤潮海域时的红色浪花,2000年发生在渤海湾的大面积赤潮,海上溢油事故发生的海域,大肠杆菌,寄生虫,1、水质监测的对象,二、水质监测的对象和目的,2、水质监测的目的,1）地表水及地下水-经常性监测，以掌握水质现状及变化趋势。2）生产和生活过程监视性监测，评价是否符合排放标准。3）事故监测应急监测，分析事故原因及危害。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,2.监测项目的确定原则,选择国家和地方的地表水环境质量标准中要求控制的监测项目；选择对人和生物危害大、对地表水环境影响范围广的污染物；选择国家水污染物排放标准中要求控制的监测项目；所选监测项目有“标准分析方法”、“全国统一监测分析方法”。各地区可根据本地区污染源的特征和水环境保护功能的划分，酌情增加某些选测项目；根据本地区经济发展、监测条件的改善及技术水平的提高，可酌情增加某些污染源和地表水监测项目。,地表水环境质量标准（GB3838-2002）基本项目：水温、pH值、溶解氧、化学需氧量、BOD5、氨氮等；其中：感官性状指标：浊度、水温等；细菌学指标：大肠菌群；保证水质自净的指标：pH值、生化需氧量和化学需氧量等；防止封闭水域富营养化的指标：磷和氮；化学、毒理指标：重金属、氧化物、多环芳烃等其他,江河、湖泊、渠道、水库监测,(1)地表水监测项目,3、监测项目,(2)海水监测项目,海水水质标准GB3097-1997，将水质分成四类。监测项目包括：水温、漂浮物质、悬浮物质、色、臭、味、溶解氧、化学需氧量、汞、镉、氰化物、挥发性酚等；,生活饮用水水质卫生规范（2001年）分为常规和非常规检验项目。常规检验项目：色、臭和味、锰、挥发性酚、阴离子合成洗涤剂、砷、氟化物、总大肠菌群、总放射性等34项非常规检验项目及限值：铍、铊、1,1-二氯乙烯、甲草胺、滴滴涕、乐果、林丹、五氯酚、氯化氰等62项。,(3)生活饮用水监测项目,污水综合排放标准GB8978-1996第一类，在车间或车间处理设施排放口采样测定的污染物，包括总汞、烷基汞、总镉、六价铬、总砷、总铅、总镍、苯并（a）芘、总铍、总银、总放射性、总放射性；第二类，在排污单位排放口采样测定的污染物，包括pH、色度、悬浮物、生化需氧量、化学需氧量、石油类、动植物油、挥发酚、总氰化物、硫化物等；测量废（污）水排放量；,(4)废（污）水监测项目,四、水质监测分析方法,应遵循：灵敏度和准确度能满足测定要求；方法成熟；抗干扰能力好；操作简便。我国环保部将现行方法分为三类：A类为国家或行业的标准方法，是评价其它监测方法的基准方法，也是环境纠纷法定的仲裁方法；B类为统一方法，被实验验证是成熟的方法；C类为试用方法，少数人研究和应用，或直接从国外引进，供监测科研人员试用。,1、选择监测分析方法的原则,2、监测分析方法的分类：,原子吸收法：冷原子吸收法、火焰原子吸收法和石墨炉原子吸收法。分光光度法：可见、紫外和红外分光光度法。等离子体发射光谱(ICP-AES)法：电化学法：库仑分析法、电位分析法和近代极谱分析法离子色谱法：其他方法：化学法、原子荧光法、气相分子吸收光谱法、等离子发射光谱-质谱（ICP-MS),用于测定无机污染物的方法,气相色谱(GC)和高效液相色谱法(HPLC)：分离多种有机物。气相色谱-质谱法(GC-MS)：可对浮渣环境样品中的微量组分进行定性和定量分析。其他方法：常规监测中的有机物类别测定、好氧有机物测定等，分光光度法、化学法等也有一定应用。,用于测定有机污染物的方法,还有生物测定法、放射性监测法和污染物形态分析等用于水和废水污染因子的测定。,部分监测分析方法测定项目,第二节水质监测方案的制定,监测方案是检测程序和技术方法的总体设计。,首先明确监测目的，然后在调查研究基础上确定监测项目；其次，布设监测断面和采样点，安排采样时间与采样频率；再者，选定采样方法和分析测定技术；最后，提出要求，制定质量控制和保证措施及实施进度计划。,明确监测目的确定监测对象设计监测网点安排采样时间和采样频率选定采样方法和分析测定技术提出监测报告要求制订全过程质量保证措施和方案实施的进度计划。,一、地面水质监测方案的制订,1、基础资料收集,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。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。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。历年水质监测资料、水文实测资料、水环境研究成果等。,布置原则,2、监测断面和采样点的设置,A.在对调查研究结果和有关资料进行综合分析的基础上，根据水体尺度范围，考虑代表性、可控性及经济性等因素、确定断面类型和采样点数量，并不断优化。B.有大量废水排入河流的主要居民区、工业区的上游和下游，支流与干流汇合处，入海河流河口处及受潮汐影响河段，国际河流出入国境线出入口，湖泊、水库出入口，应设监测断面。,C.饮用水水源地和流经主要风景游览区、自然保护区，以及与水质有关的地方病发病区、严重水土流失区及地球化学异常区的水域或河段，应设置监测断面。D.监测断面的位置应避开死水区、回水区、排污口处，尽量选择水流平稳、水面宽阔、无浅滩的顺直河流。E.监测断面应尽可能与水文测量断面重合；要求有明显岸边标志。,河流监测断面需设置背景断面、对照断面、控制断面和消减断面,为特定的环境管理还可设管理断面。,问题：,对照断面,控制断面,削减断面,蓄电池生产厂,该厂为蓄电池生产厂（蓄电池污染物主要为Pb、硫酸），但生产废水不外排，仅排员工食堂生活污水。问：如何设置监测断面？并写出监测项目。,湖泊、水库监测垂线（或断面）的布设,湖泊、水库通常只设监测垂线，当水体复杂时，可参考河流的有关规定。在湖（库）的不同水域，如进水区、深水区、湖心区、岸边区，按照水体类别和功能设置监测垂线。湖（库）若无明显功能区别，可用网格法均匀设置监测垂线，其垂线数根据湖（库）面积、湖内形成环流的水团及入湖（库）河流数等因素酌情确定。,海洋,根据污染物在较大面积海域分布不均匀性和局部海域的相对均匀性的时空特征，用统计方法将监测海域分为污染区、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。,3、采样点位的确定,根据水面宽度确定断面上的采样垂线，在根据采样垂线水深确定采样点的数目和位置。对于江、河水系：,中泓线,有明显水流处,采样点位确定,有明显水流处,中泓线,有明显水流处,采样点位确定,等间距设置,采样点位确定,说明:1)监测断面上采样垂线的布设，应避开岸边污染带。对有必要进行监测的污染带，可在污染带内酌情增加垂线。2)对无排污河段或有充分数据证明断面上水质均匀时，可只设一条中泓垂线。3)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垂线。,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。,采样点位确定,水面下0.30.5m处,河底以上0.5m处,水深处,3、采样点位的确定,湖泊、水库监测垂线上采样点的布设与河流相同，但如果存在分层现象，应先测定不同水深处的水温、溶解氧等参数，确定分层情况后，在决定垂线上的采样点位和数目，一般在水面下0.5m处和水底以上0.5m处，还要在每一斜温分层1/2处设点。海域也根据分层设置，如水深500-100m，在表层、10m层、50m层和底层设采样点。,监测断面和采样点确定后，应有固定的天然标识物；如果没有应设人工标识物，或用定位仪（GPS)定位。使每次采集的样品取自同一位置，保证其代表性和可比性。,4、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）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，每次应当采集当天涨、退潮时水样分别测定。,4）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。5）背景断面：每年采样一次。在污染可能较重的季节进行。6）排污渠：全年采样不少于3次。7）海水水质常规监测，每年按丰、平、枯水期或季度采样监测2-4次。,5、采样及监测技术的选择6、结果表达、质量保证及实施计划,二、地下水质监测方案的制订,1、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。,2、采样点的布设,布设两类采样井：对照监测井和控制监测井。对照监测井：设在地下水流方向的上游不受监测地区污染源一下的地方。控制监测井：总体是污染源周围不同位置，特别是地下水流向的下游方向。在含水层渗透性较大的地方易造成块状污染区设在地下水流向的平行和垂直方向上。含水层渗透性较小的地方易造成点状污染区设在近污染源处。污灌区造成的块状污染区可采用网格布点法；排污沟等线状污染源，可在其流向两岸适当地段布点。,3、采样时间和采样频率的确定,每年在丰水期、枯水期分别采样测定；有条件的地区根据地方特点，可按四季采样；已建立长期观测点的可按月采样。每一采样期至少监测1次，饮用水源每一采样期应监测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。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,（二）采样点设置,1、工业废水（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（含酸、碱、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）。,（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1/41/2处采样，作为代表平均浓度水样采集。,生产废水处理站,污水总排水口,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；3）在污水泵站的进水和安全溢流口处布点采样；4）在市政排污管线的入水处布点采样。,（三）采样时间和频率,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：工业废水：每年采样监测24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。,一、水样的的类型,第三节水样的采集和保存,二、地表水样的采集（Collectingofsurfacewatersample）,（一）采集前的准备,（二）采样方法和采样器(SamplingprocessandwaterSampler),三、地下水样的采集,1、监测井（1）利用抽水机设备采集（2）专用采水器2、自喷泉水涌水口直接采样,四、废（污）水样的采集,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日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。,废水样类型,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；测定水温、pH、浊度、溶解氧和电导率等项目宜在现场测定。采样时要同步测量水文和气象参数。2、填写采样记录、标签,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(ms)、流量（m3s）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。,1、流速仪法（流速面积法）对于水深大于0.05m，流速大于0.15ms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。,（四）测量方法：,七、水样的保存和运输,保存方法：1）冷藏或冷冻法2）加入化学试剂保存法见表,第四节水样的预处理,一、水样的消解（一）目的：破坏有机物，溶解悬浮性固体，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。,二、富集与分离(enrichingandseparation),一、酸度和碱度,（一）酸度：凡水中能够给出质子的物质与碱标准溶液作用消耗的量，就叫做酸度。用甲基橙为指示剂所测酸度(终点pH值3.7)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)称酚酞酸度（又称总酸度），它包括强酸和弱酸。测定方法有：酸碱指示剂法和电位滴定法。酸度单位：CaCO3mg/L,第七节非金属无机物的测定,（二）碱度：凡水中能够接受质子的物质与强酸发生中和作用的物质总量，称为碱度。当滴定至酚酞指示剂由红色变为无色时（pH8.3），指示水中氢氧根离子(0H-)已被中和，碳酸盐均被转化为重碳酸盐，此时的滴定结果称为“酚酞碱度”。当滴定至甲基橙指示刘由黄色度为橙红色时（pH4.44.5），指示水中的重碳酸盐已被中和，此时的滴定结果称为“总碱度”。测定方法有：酸碱指示剂法和电位滴定法。,二、pH值,我国分别颁布工业“废水”最高排放浓度pH7.0-8.5，生活饮用水和地面水环境质量标准规定pH6.5-8.5之间，天然水pH6-9。废水PH值表示其酸（碱）性的强弱，而酸（碱度）反应其酸（碱）性大小，是水中所含酸或碱物质的含量。同样酸度的溶液，如0.1mol盐酸和0.1mol乙酸，二者的酸度都是100mmol/L，但其pH值却大不相同,玻璃电极法,以饱和甘汞电极（mercurouschlorideelectrode）为参比，以pH玻璃电极(glasselectrode)为指示电极组成原电池，在25下，每变化1个pH单位，电位差变化59.1mv，将电压表的刻度变为pH刻度，便可直接读出溶液pH值。,比色法,利用某些物质在pH值不同的溶液中呈现不同的颜色来进行与“标准”对比测量pH值。pH试纸法指示剂法酚酞：8.0-9.6无粉红红甲基橙：3.1-4.4红橙黄甲基红：4.4-6.2红黄,三、溶解氧（DO）,（一）定义溶解于水中的分子态氧称为溶解氧（二）测定方法：1、碘量法（清洁水样）2、修正碘量法（受污染地面水和工业废水）3、氧电极法（受污染地面水和工业废水）采样现场加MnSO4-KI固定，冷暗处，几小时之内测定。,1、碘量法(DO),原理：,GB7489-87检测范围：0.2-20mg/L,式中：,水中溶解氧的浓度，mg/LC硫代硫酸钠标准溶液浓度，mol/L;V硫代硫酸钠标准溶液用量，ml。,2、修正碘量法(DO),注意!,3、氧电极法,外电路接通时，有扩散电流通过，大小与O2浓度，阴极面积、膜性质、厚度有关。I=KC(IC),六、含氮化合物,(一)氨氮一、纳氏试剂分光光度法二、水杨酸次氯酸盐分光光度法三、电极法四、滴定法(二)亚硝酸盐氮(三)硝酸盐氮(四)凯氏氮（有机氮）(五)总氮,(一)氨氮,当水体受到含氮有机物污染时，含氮化合物在水中微生物和氧的作用下，进行生物降解，根据不同的氧化阶段可以生成氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮和氮。如果水中只检出氨氮，说明水体刚受污染。氨氮（NH3-N）以游离氨（NH3）或铵盐（NH4+）形式存在于水中，两者组成比例取决于水的PH值，当PH值偏高时，NH3的比例较高，反之，则铵盐比例为高。,1、纳氏试剂光度法（NH3）,本法检测限为:0.025mgL-2mgL,本法适用于地面水、地下水和污（废）水中氨氮化合物的测定,2、水杨酸-次氯酸光度法（NH3）,该法检测限为：0.01mgL1mgL,3、滴定法,当水样中的氨氮较高时，可用该方法取一定量水样，调节pH在6.0一7.4，加入氯化镁使呈微碱性。加热蒸馏，释出的氨用硼酸溶液吸收。取全部吸收液，以甲基红-亚甲蓝为指示剂，用酸标准溶液滴定。,(二)亚硝酸盐氮,亚硝酸盐氮(NO2N)是氮循环的中间产物。在氧和微生物的作用下，可被氧化成硝酸盐，在缺氧条件下也可被还原为氨。亚硝酸盐进入人体后，可使低铁血红蛋白失去输氧能力。还可与仲胺类反应生成具致癌性的亚硝胺类物质。,1、N(1萘基)乙二胺分光光度法在pH值为1.8土0.3的酸性介质中，亚硝酸盐与对氨基苯磺酰胺反应，生成重氮盐N(1萘基)乙二胺偶联生成红色染料，540nm处进行比色测定。方法检出限为：0.003mgL0.20mgL2、离子色谱法：见氟化物测定法3、气相分子吸收光谱法,（三）硝酸盐氮,含氮有机化合物经无机化作用最终阶段的分解产物1、酚二磺酸分光光度法2、紫外分光光度法3、气相分子吸收光谱法,（四）凯氏氮,是指以基耶达（Kjeldahl）法测得的含氮量。它包括氨氮和在此条件下能转化为铵盐而被测定的有机氮化合物。如蛋白质、氨基酸、肽、核酸、尿素等。凯氏氮的测定要点是取适量水样于凯氏烧瓶中，加入浓硫酸和催化剂（硫酸钾）加热消解，将有机氮转变为氨氮，然后在碱性介质中蒸馏出氨，用硼酸溶液吸收，以分光光度法或滴定法测定氨氮含量。,（五）总氮,总氮包括有机氮和无机氮化合物（氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮）。水体总氮含量是衡量水质的重要指标之一。测定方法：1、加和法2、过硫酸钾氧化-紫外分光光度法3、仪器测定法（燃烧法）,八、磷,存在形式：各种磷酸盐、有机磷(如磷脂等)、腐殖质粒子、水生生物。磷是生物生长必需元素之一，但水体中磷含量过高，会导致富营养化，使水质恶化。主要来源：化肥、冶炼、合成洗涤剂等行业的废水和生活污水。测定方法：可按下图所示预处理方法转变成正磷酸盐分别测定。用钼锑抗分光光度法、孔雀绿磷钼杂多酸分光光度法等。,（一）化学需氧量(COD),(一)重铬酸钾法(CODCr)(二)恒电流库仑滴定法化学需氧量是指水样在一定条件下，氧化1升水样中还原性物质所消耗的氧化剂的量，以氧的mgL表示。水中还原性物质包括有机物和亚硝酸盐、硫化物、亚铁盐等无机物。化学需氧量反映了水中受还原性物质污染的程度。,第八节有机化合物的测定,重铬酸钾法(CODCr),原理：在强酸性溶液中，用重铬酸钾将水中的还原性物质（主要是有机物）氧化，过量的重铬酸钾以试亚铁灵作指示剂，用硫酸亚铁铵溶液回滴，根据所消耗的重铬酸钾量算出水样中的化学需氧量，以氧的mg/L表示。计算：CODcr=（V0-V1）c81000/V,式中：c硫酸亚铁铵标准溶液的浓度（mol/L）；V0滴定空白时硫酸亚铁铵标准溶液用量（mL）；V1滴定水样时硫酸亚铁铵标准溶液的用量（mL）；V水样的体积