第二章 水和废水监测10.ppt

南通大學,第二章水和废水监测,2.1水体污染与监测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物理指标检验2.6金属化合物的测定2.7非金属无机化合物的测定2.8有机污染物的测定,南通大學,一、水体及其水体污染,第一节水体污染与监测,动画演示,南通大學,我国水资源现状,我国是一个干旱缺水严重的国家。淡水资源总量为28000亿立方米，占全球水资源的6%，居世界第四位。但人均只有2300立方米，仅为世界平均的1/4，是美国的1/5，是全球13个贫水国之一。可现实利用的仅为11000亿立方米左右，人均可利用约为900立方米。全国600个城市中，已有400个城市存在供水不足问题。日趋严重的水污染降低了水体的使用功能，进一步加剧了水资源短缺的矛盾。工业用水的重复利用率为0.62，发达国家一般为0.7到0.8。农业灌溉用水有效利用系数为0.45，发达国家一般为0.6。,南通大學,城市美得如欧洲，农村脏得像非洲,农村的河塘成了“天然垃圾场”。农药化肥不减量，秸秆粪便不利用，污水危害无人问，河道淤塞无人清，生活垃圾无人管。垃圾围村庄，臭水满河塘，室内现代化，室外脏乱差，进门换拖鞋，出门穿胶鞋。60年代饮用灌溉，70年代淘米洗菜，80年代水质变坏，现在是恶臭难耐。,南通大學,动画演示,南通大學,水体自净当污染物进入水体后，被大量水稀释，随后进行一系列复杂的物理、化学变化和生物转化。这些变化包括挥发、絮凝、水解、络合、氧化还原及微生物降解等，其结果使污染物浓度降低，并发生质的变化，该过程称为水体自净。,南通大學,水污染监测的对象,二、水污染监测的对象和目的,南通大學,水污染监测的目的,地表水：掌握水质现状及其发展趋势经常性监测生产和生活废水：为污染源管理和排污收费提供依据监视性监测事故监测：为分析事故原因、危害及采取对策提供依据应急监测、仲裁监测为政府制订标准、法规，开展环境管理提供数据和资料特定目的监测为环境科学研究提供数据和资料研究性监测为开展水环境质量评价、预测预报及进行环境科学研究提供基础数据和手段研究性监测,南通大學,三、监测项目和分析方法,确定监测项目的依据,南通大學,地表水监测项目,水温、pH值、溶解氧、高锰酸盐指数、化学需氧量、五日生化需氧量、氨氮、总氮（湖、库）、总磷、铜、锌、硒、砷、汞、镉、铅、铬（六价）、氟化物、氰化物、硫化物、挥发酚、石油类、阴离子表面活性剂、粪大肠菌群。,南通大學,生活饮用水监测项目,常规检验项目：肉眼可见物、色、嗅和味、浑浊度、pH、总硬度、铝、铁、锰、铜、锌、挥发酚类、阴离子合成洗涤剂、硫酸盐、氯化物、溶解性总固体、耗氧量、砷、镉、铬（六价）、氰化物、氟化物、铅、汞、硒、硝酸盐、氯仿、四氯化碳、细菌总数、总大肠菌群、粪大肠菌群、游离余氯、总放射性、总放射性。,南通大學,废（污）水监测项目,第一类：总汞、烷基汞、总镉、总铬、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。在车间或车间处理设施排放口采样测定第二类：pH、色度、悬浮物、生化需氧量、化学需氧量、石油类、动植物油、挥发性酚、总氰化物、硫化物、氨氮、氟化物、磷酸盐、甲醛、苯胺类、硝基苯类、阴离子表面活性剂、总铜、总锌、总锰。在排污单位排放口采样测定,南通大學,选择分析方法的原则灵敏度高；准确性好；方法成熟、操作简便、易于普及；选择性好、抗干扰能力强；,监测分析方法,南通大學,南通大學,监测分析方法,用于无机污染物的方法原子吸收法分光光度法等离子发射光谱法（ICPAES）电化学法离子色谱法用于测定有机污染物的方法气相色谱法、高效液相色谱法气相色谱质谱法,监测分析方法的分类,南通大學,污染物形态分析,污染物形态是指污染物在环球部呈现的化学状态、价态和异构状态。污染物在环境中会发生正式成立和变化，不同形态具有不同的毒性。Cr3+Cr6+对污染物的形态进行分析常用的方法有直接测定法分离测定法理论计算法波谱分析法X衍射、核磁共振等,南通大學,监测方案的总体构思和设计明确监测目的进行调查研究确定监测对象设计监测网点安排采样时间和频率选定采样和保存方法选定分析测定技术提出监测报告要求制订质量保证程序、措施和方案的实施计划,第二节水质监测方案的制定,南通大學,基础资料的收集水体的水文、气候、地质和地貌资料。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。水体沿岸的资源现状和水资源的用途，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。历年的水质资料等监测对象河流、湖泊、海洋,一、地面水质监测方案的制定,南通大學,监测断面和采样点的设置,南通大學,监测断面的设置原则有大量废水排入河流的主要居民区、工业区的上下游。湖泊、水库、河口的主要出入口。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。,监测断面的设置原则,南通大學,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。国际河流出入国境线的出入口处。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。,南通大學,河流断面的设置,动画演示,南通大學,采样点位的确定,南通大學,动画演示,南通大學,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。经城市工业区、污染较重的河流、游览水域、饮用水源地全年采样不少于12次，采样时间为每月一次。,采样时间和采样频率的确定,南通大學,潮汐河流全年在丰、枯、平水期采样，每期采样两天，分别在大潮和小潮进行，每次应采集当天涨、退潮水样分别测定。排污渠每年采样不少于三次。湖泊、水库全年采样9次，枯、丰水期各1次。有废水排入、污染较重的湖、库，应酌情增加采样次数。背景断面每年采样1次,南通大學,采样及监测技术的选择,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，其详细内容将在本章以下各节中分别介绍。,南通大學,结果表达、质量保证及实施计划,结果表达水质监测所测得的众多化学、物理以及生物学的监测数据，是描述和评价水环境质量，进行环境管理的基本依据，必须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。详细内容参阅第九章。实施计划实施计划是实施监测方案的具体安排，要切实可行，使各个环节工作有序、协调地进行。,二、地下水质监测方案的制订（自学）,南通大學,三、水污染源监测方案的制定,南通大學,工业废水一类污染物：在车间或车间设备废水排放口。二类污染物：在工厂废水总排放口。已有废水处理设施的工厂：在处理设施的排放口。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。生活污水和医院污水采样点设在污水总排放口。对污水处理厂，应在进、出口分别设置采样点采样监测。,采样点的设置,动画演示,南通大學,一般情况下，可在一个生产周期内每隔半小时或1小时采样1次，将其混合后测定污染物的平均值如果取几个生产周期（如35个周期）的废水样监测，可每隔两小时取样1次。排污情况复杂、浓度变化大的废水，采样时间要缩短，有时需要510分钟采样1次。城市排污管道，可每隔1小时采样1次，连续采集8小时，也可连续采集24小时，然后将其混合制成混合样。向国家直接报送数据的废水排放源：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。,采样时间和频率,南通大學,2.3.1地面水样的采集2.3.2废水样品的采集2.3.3地下水样的采集（自学）2.3.4底质(沉积物)样品的采集（自学）2.3.5流量的测量（自学）2.3.6水样的运输和保存,第三节水样的采集和保存,南通大學,一、水样的类型,南通大學,采样前的准备,二、地表水样的采集,南通大學,采样方法和采水器,南通大學,采水器动画演示,常用采水器,急流采水器,溶解氧采水器,南通大學,采样方法浅水采样可用容器直接采集，或用聚乙烯塑料长把勺采集。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。自动采样采用自动采样器或连续自动定时采样器采集。,三、废水样品的采集,南通大學,采集水样注意事项,测定悬浮物、pH、溶解氧、生化需氧量、油类、硫化物、余氯、放射性、微生物等项目需要单独采样；其中，测定溶解氧、生化需氧量和有机污染物等项目的水样必须充满容器；pH、电导率、溶解氧等项目宜在现场测定。另外，采样时还需同步测量水文参数和气象参数。采样时必须认真填写采样登记表；每个水样瓶都应贴上标签（填写采样点编号、采样日期和时间、测定项目等）；要塞紧瓶塞，必要时还要密封。,南通大學,四、流量的测量,地表水流速法浮标法污水流量计溢流堰,动画演示,动画演示,动画演示,南通大學,五、水样的运输和保存,南通大學,要塞紧采样容器器口塞子，必要时用封口胶、石蜡封口(测油类的水样不能用石蜡封口)。为避免水样在运输过程中因震动、碰撞导致损失或沾污，最好将样瓶装箱，并用泡沫塑料或纸条挤紧。需冷藏的样品，应配备专门的隔热容器，放入致冷剂，将样品瓶置于其中。冬季应采取保温措施，以免冻裂样品瓶。,水样的运输,南通大學,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）容器的要求性能稳定、杂质含量低的材料。常用的容器材质有硼硅玻璃、石英、聚乙烯和聚四氟乙烯。保存时间要求：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。,水样的保存,动画演示,南通大學,冷藏或冷冻法抑制微生物活动，减缓物理挥发和化学反应速度。加入化学试剂保存法加入生物抑制剂如在测定氨氮、硝酸盐氮、化学需氧量的水样中加HgCl2，可抑制生物的氧化还原作用。对测定酚的水样，用H3PO4调至pH为4时，加入适量CuSO4，即可抑制苯酚菌的分解活动。,保存水样的方法,南通大學,调节pH值测定金属离子的水样常用HNO3酸化至pH为12，既可防止重金属离子水解沉淀，又可避免金属被器壁吸附。测定氰化物或挥发性酚的水样加入NaOH调pH为12时，使之生成稳定的酚盐等。加入氧化剂或还原剂测定汞的水样需加入HNO3(至pH1)和K2Cr2O7(0.05)，使汞保持高价态。测定硫化物的水样，加入抗坏血酸，可以防止被氧化。测定溶解氧的水样则需加入少量硫酸锰和碘化钾固定溶解氧(还原)等。,南通大學,如果测定可滤(溶解)态组分的含量，国内外均采用以0.45m微孔滤膜过滤的方法，这样可以有效地除去藻类和细菌，滤后的水样稳定性好，有利于保存。测定不可过滤的金属时，应保留过滤水样用的滤膜备用。如没有0.45m微孔滤膜，对泥沙型水样可用离心方法处理。含有机质多的水样，可用滤纸或砂芯漏斗过滤。用自然沉降后取上清液测定可滤态组分是不恰当的。,水样的过滤或离心分离,南通大學,为什么要进行预处理?环境水样所含组分复杂，并且多数污染组分含量低，存在形态各异，所以在分析测定之前，往往需要进行预处理，以得到欲测组分适合测定方法要求的形态、浓度和消除共存组分干扰的试样体系。预处理的目的得到适合形态适合浓度消除共存组分干扰,第四节水样的预处理,南通大學,水样预处理的原则：最大限度去除干扰物回收率高操作简便省时成本低、对人体和环境无影响,第四节水样的预处理,南通大學,一、水样的消解,当测定含有有机物水样中的无机元素时，需进行消解处理。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要求：消解后的水样应清澈、透明、无沉淀方法：消解水样的方法有湿式消解法和干式分解法(干灰化法),南通大學,（1）湿式消解法,利用各种酸或碱进行消解硝酸消解法适用水样：较清洁水样硝酸高氯酸消解法适用水样：含难氧化有机物的水样注：高氯酸能与羟基化合物反应生成不稳定的高氯酸酯，有发生爆炸的危险，故先加入硝酸，氧化水中的羟基化合物，稍冷后再加高氯酸处理。,南通大學,硝酸硫酸消解法不适用水样：易生成难溶硫酸盐组分（如铅、钡、锶）的水样。注：硫酸沸点高，可提高消解温度和消解效果。硫酸磷酸消解法适用水样：含Fe3+等离子的水样注：硫酸氧化性较强，磷酸能与Fe3+等金属离子络合，二者结合消解水样，有利于测定时消除Fe3+等离子的干扰。,南通大學,硫酸高锰酸钾消解法适用：消解测定汞的水样注：过量的高锰酸钾用盐酸羟胺溶液除去。多元消解法指三元以上酸或氧化剂组成的消解体系。如处理测定总铬的水样时，用硫酸、磷酸和高锰酸钾消解。碱分解法适用：当酸体系消解水样易造成挥发组分损失时，可改用碱分解法。即：NaOH+H2O2或NH3H2O+H2O2,南通大學,（2）干灰化法,（2）干灰化法（干式分解法、高温分解法）过程：水浴蒸干马福炉内450-550灼烧至残渣呈灰白色冷却后用2%HNO3（或HCl）溶解样品灰分过滤滤液定容后供测定。不适用：处理测定易挥发组分（如砷、汞、镉、硒、锡等）的水样。,南通大學,目的方法过滤、挥发、蒸馏、溶剂萃取、离子交换、吸附、共沉淀、层析、低温浓缩等,二、富集与分离,南通大學,气提是利用某些污染组分挥发度大，或者将欲测组分转变成易挥发物质，然后用惰性气体带出而达到分离的目的。顶空法用于挥发性有机物和无机物根据气液平衡，测定气相浓度,1、气提、顶空和蒸馏法,南通大學,蒸馏法,南通大學,气提和蒸馏法实例,南通大學,原理溶剂萃取法是基于物质在不同的溶剂相中分配系数不同，而达到组分的富集与分离分配系数分配比,2、溶剂萃取法,南通大學,分配比不是一个常数，它随被萃取物的浓度、溶液的酸度、萃取剂的浓度、萃取温度等条件而变化。分配比反映萃取体系达到平衡时的实际分配情况，有较大的实用价值。萃取率分配比与萃取率的关系,南通大學,南通大學,例：有一弱酸HA的离解常数Ka=2.010-5，在有机溶剂和水中的分配系数为30，问当pH值分别为1、5时的分配比为多少？解：HAH+A-,南通大學,类型有机物质的萃取分散在水相中的有机物质易被有机溶剂萃取，可以富集分散在水样中的有机污染物质无机物的萃取物质在水相中均以水合离子状态存在，要先加入试剂，使其与水相中的离子态组分相结合，生成一种不带电、易溶于有机溶剂的物质。该试剂与有机相、水相共同构成萃取体系。根据生成可萃取物类型的不同，可分为螯合物萃取体系、离子缔合物萃取体系、三元络合物萃取体系和协同萃取体系等。螯合物萃取体系用的较多。,南通大學,3、吸附法,物理吸附化学吸附常用吸附剂：活性炭对微量的铜、镉、铅、铁离子等分离，回收率达93%氧化铝、多孔高分子聚合物巯基棉分离烷基汞、汞、铍、铜、镉、铅、砷、硒、碲等,南通大學,4、离子交换法,南通大學,5、共沉淀法,吸附作用的共沉淀金属氢氧化物生成混晶的共沉淀硫酸铅硫酸锶体系有机共沉淀剂沉淀选择性好沉淀纯净可去除共沉淀剂,南通大學,第五节物理指标检验,一、水温水温影响水中气体的溶解度。如氧在10时为11.33mg/L，在20时为9.17mg/L，30时为7.63mg/L。影响水中进行的化学和生化反应。通常每升高10，反应速率增加1倍。水温对水体自净、水中碳酸盐的平衡、各种碱度的计算等。,南通大學,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计法颠倒温度计法注意：地面水的温度受气温影响较大，应同时测定气温。测定气温时应避免阳光直射，且离地面至少1米。,南通大學,南通大學,二、臭和味,臭强度等级,南通大學,臭阈值法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“臭阈值”。,南通大學,三、色度,天然水的颜色来源于水生生物的浮游生物、腐殖质、泥砂、金属离子或矿物质等。生活污水和工业废水含有多种有机、无机组分，呈现不同的颜色。是水体外观的指标色度会降低水体的透光性，影响水生生物的生长。,南通大學,水的颜色可分为真色和表色两种真色是指去除悬浮物后水的颜色没有去除悬浮物的水所具有的颜色称为表色水的色度一般是指真色而言测定色度时，应同时测定溶液的pH值方法稀释倍数法测定时，首先用文字描述水样颜色的种类和深浅程度，如深蓝色、棕黄色、暗黑色等。然后取一定量水样，用蒸馏水稀释到刚好看不到颜色，根据稀释倍数表示该水样的色度。,南通大學,铂钴标准比色法是用氯铂酸钾与氯化钴配成标准色列，再与水样进行目视比色确定水样的色度。规定每升水中含1mg铂和0.5mg钴所具有的颜色为1度也可用铬钴色列：用重铬酸钾代替氯铂酸钾浑浊水样应放置澄清，或离心沉降，也可用0.45m的滤膜过滤。绝不能用滤纸过滤,动画演示,南通大學,分光光度法任何一种颜色可以用不同数量比例的红、绿、黄三个原色来组配。三个原色的数量称为三激励值用分光光度法求出有色水样的三激励值，然后查色度图和表，得知水样的色调(红、绿、黄等)，以主波长表示、色调、明度、纯度表示水样的颜色,南通大學,定义悬浮于水中的胶体颗粒产生的散射现象，浊度是表现水中悬浮物对光线透过时所发生的阻碍程度。目视比浊法用150目，经烘干的硅藻土配制成标液规定1000mL水中含1mg硅藻土产生的浊度为1度将水样与用硅藻土(或白陶土)配制的标准浊度系列进行比较，以确定水样的浊度。,四、浊度,南通大學,分光光度法将一定量的硫酸肼与六次甲基四胺聚合，生成白色高分子聚合物，以此作为浊度标准溶液，用分光光度计于680nm处测吸光度。该方法适用于天然水、饮用水浊度的测定。取浓度为10mg/L的硫酸肼溶液和浓度为100mg/L的六次甲基四胺溶液各5mL于100mL容量瓶中于253下反应24h。定容后，制得浊度为400的标准贮备液。浊度计测定法浊度计是依据浑浊液对光进行散射或透射的原理制成的测定水体浊度的专用仪器，一般用于水体浊度的连续自动测定。,动画演示,南通大學,定义透明度是指水样的澄清程度，洁净的水是透明的。透明度与浊度相反，水中悬浮物和胶体颗粒物越多，其透明度就越低。测定透明度的方法有铅字法、塞氏盘法、十字法等。方法铅字法该法为检验人员从透明度计的筒口垂直向下观察，刚好能清楚地辨认出其底部的标准铅字印刷符号时的水柱高度为该水的透明度，并以厘米数表示。超过30cm时为透明水。适用于天然水或处理后的水。,五、透明度,南通大學,塞氏盘法这是一种现场测定透明度的方法。塞氏盘为直径200mm黑白各半的圆盘，将其沉入水中，以刚好看不到白色时的水深(cm)表示透明度。,南通大學,十字法在内径为30mm，长为0.5或1.0m的具刻度玻璃筒的底部放一白瓷片，片中部有宽度为lmm的黑色十字和四个直径为lmm的黑点。将混匀的水样倒入筒内，从筒下部徐徐放水，直至明显地看到十字，而看不到四个黑点为止，以此时水柱高度(cm)表示透明度。当高度达lm以上时即算透明。,南通大學,固体物分为总固体物、溶解固体物和悬浮物三种。总固体物是水和废水在一定的温度下蒸发、烘干后剩余的物质。取适量(如50mL)振