清华余刚环境工程监测.

1、环境工程监测主讲教师：主讲教师：余余 刚刚 教授教授实验指导：实验指导：师绍琪师绍琪 副教授副教授助助 教：教：杨宏伟杨宏伟 博士生博士生2022-5-29环境工程监测2教师联系方式余刚：研究组办公室（系馆306）Tel: 62773519科研办公室（系馆102） Tel: 62785685Email: yg-师绍琪、杨宏伟：系馆318 Tel: 62782049环境工程实验室监测实验室 Tel: 627729872022-5-29环境工程监测3教学计划与方法_教学计划(教学日历)_教学参考书_成绩与考核方法_网络辅助教学http:/:2222/期终考试期终考试30%30%课内练习课内练习20

2、%20%监测方案设监测方案设计计15%15%实验实验35%35%2022-5-29环境工程监测4第一章 课程导言一、环境分析、环境监测与环境工程监测二、环境监测的任务、特点和分类三、教学内容四、学习要求2022-5-29环境工程监测5一、环境分析、环境监测与环境工程监测一、环境分析、环境监测与环境工程监测环境分析环境分析环境监测环境监测环境工程监测环境工程监测对各种环境样品进行定性和定量分析、测试。单一的分析对描述环境质量的各种标志进行鉴定和测试。既有单一的污染物分析，又有多种污染物的相互影响，也可能在一定的范围内较长时间应用分析手段，研究环境要素的组成和性质，了解环境质量和污染状况，为污染控

3、制工程的研究、设计和运行服务2022-5-29环境工程监测6二、环境监测的任务、特点和分类任务任务 判断环境质量状况 掌握环境质量背景数据（ “七五”科技攻关、环境承载力与可持续发展） 确定污染物的浓度、分布状况、发展趋势 预测环境污染造成的影响特点特点 高灵敏度、高准确度、高分辩率 自动化、标准化、计算机化 多学科交叉：化学、物理、生物、生态、水文、地学、气象等分类分类 监视类 事故类 研究类2022-5-29环境工程监测7三、教学内容_ 水环境的监测重点（水污染防治的重要性、各种介质监测的类似性、与其它专业课程的教学范围界定）_ 大气环境的监测_ 土壤环境的监测_ 噪声监测_ 环境监测质量

4、控制与环境质量评价_ 环境监测新技术2022-5-29环境工程监测8四、学习要求_ 了解天然水和废水的成分和性质以及水质标准的有关内容及其制定原则_ 掌握各项主要水质指标的环境意义和主要分析方法_ 了解监测数据在水污染控制工程中的应用及对水和废水的物理化学性质作出质量评价的方法_ 了解大气、土壤和噪声污染的来源以及主要污染物质的性质和分析测定方法_ 培养独立开展环境监测的技能2022-5-29环境工程监测92022-5-29环境工程监测100 050501001001501502002002502503003003503504004004504508585 86868787 8888 8989

5、9090 9191 92929393 9494 95959696 9797 9898我国历年废水排放量我国历年废水排放量_ 乡镇工业污染占全国总污染的52_ 城市污水处理率小于15_ 工业废水达标排放率小于75%2022-5-29环境工程监测11_三分之一以上河段不能满足灌溉水质标准；_主要淡水湖泊富营养污染严重；_50%城市地下水水质日趋恶化；_饮用水水源水质显著下降；_世界银行：健康损失20亿元/年_国家环境污染控制的重点：三河三湖两区一市一海我国水污染现状我国水污染现状2022-5-29环境工程监测12_ 6060年代以前年代以前3 3次次_ 7070年代年代9 9次次_ 8080年代年

6、代7474次次_ 19901990年年3434次次 _ 19981998年年2222次次_ 19991999年年7 7月月3 3日渤海赤潮面积达日渤海赤潮面积达15001500kmkm2 2 我国沿海海域赤潮出现的频率我国沿海海域赤潮出现的频率2022-5-29环境工程监测13第二章 水与水污染、水质与水质指标和水质标准一、水二、水污染三、水质与水质指标四、水质标准2022-5-29环境工程监测14一、水1、水的重要性_ 地球上一切生命存在的基础_ 对人的重要性 人体的2/3是水； 人体失去10的水，将难以运动； 失去20的水将导致死亡_ 水是重要的资源(？花钱如流水)2022-5-29环境工

7、程监测152、水的物化特性(1) 相图与三态O(三相点)单相1区两相共存线三相点(0.00980C0.006026atm)温度大气压2022-5-29环境工程监测16(2) 热容量热容量_在所有的液体和固体物质中，水具有最大比热_4.18 焦耳/克度(1个大气压和15) (3) 密度密度_水在4时具有最大密度 1.00000 g/cm3_在04时水的反常膨胀现象状态4水0水0冰密度(g/cm3) 1.000000.999870.916752022-5-29环境工程监测17(4) 表面性质表面性质_ 所有常温液体中，除汞以外，水具有最大的表面张力(7.28x10-4牛顿/cm)(5) 溶解与反应

8、能力溶解与反应能力_ 水是一个极好的积性溶剂。可以溶解：极性分子物质晶体化合物部分非极性化合物 （如葡萄糖等）气体 （O2, N2, CO2, NH3）_ 参与反应，与活泼金属金属氧化物非金属氧化物等2022-5-29环境工程监测182、水的分布与循环(1) 地球上水的分布_ 总量14亿立方千米。其中97.252为海水，2.163存在与冰川、冰帽，而可被人类开发利用的淡水总量仅占0.3，约400万立方千米_ 中国：地面水年迳流量27210亿m3，在各国中排第六，但人均每年为2720 m3，仅为世界平均拥有量的1/4(2) 水的自然循环和社会循环2022-5-29环境工程监测19二、水污染1、自

9、然污染与人为污染_环境容量：自然环境体系对其中的各种物质的变化所具有的一定程度的调节和缓冲能力_水的自净能力：水体所具有的在一定程度下自然降低污染的能力2022-5-29环境工程监测202、水体污染物的分类和影响_ 化学性污染：无机污染物、有机污染物等_ 物理性污染：热污染、放射性污染、悬浮物质污染_ 生物性污染：细菌、病毒等2022-5-29环境工程监测21三、三、水质与水质指标1、水质和水质指标(1) 水质指标的定义_ 水质是指水和其中所含的杂质共同表现出来的综合特性_ 水质指标是水质的具体衡量标准，表示出水中杂质的种类、成分和数量2022-5-29环境工程监测22_ 物理性水质指标温度T

10、emperature色度Color浊度Turbidity嗅Odor味Taste电导率Conductivity(2) 水质指标类别2022-5-29环境工程监测23_化学性水质指标化学需氧量COD生物需氧量BOD总有机碳TOCH+浓度pH酸度Acidity碱度Alkalinity多环芳烃PAHs多氯联苯PCBs硝酸盐Nitrate汞Mercury2022-5-29环境工程监测24_生物性水质指标细菌总数Colony counts大肠杆菌数Total coliform叶绿素aChlorophyll a2022-5-29环境工程监测252、天然水的成分和性质_ 降水 （含盐量较低、水质较软；酸雨pH

11、小于5.65）_ 地下水（比较干净，但含盐量高于降水；矿泉水；地下水污染）_ 地面水 （江、河、湖、海；浑浊度高、水质较软、水体易被污染）2022-5-29环境工程监测263、废水的成分和性质(1) 生活污水_ 特征：浑浊、深色、恶臭的液体、pH在78之间；固体物含量仅为0.1-0.2_ 需监测的项目：pH、悬浮固体、可沉固体、COD、BOD、氨氮、硝酸盐氮等_ 变化因素多，水质不稳定，需综合出污水水质的平均值2022-5-29环境工程监测273、废水的成分和性质(2) 工业废水_ 污染强度大、污染物质多、治理难度大_ 无机工业废水：冶金、建筑等工业废水_ 有机工业废水：食品、农药、石油化工等

12、废水_ 混合工业废水：焦化废水、皮革废水等2022-5-29环境工程监测28四、水质标准我国的环境标准体系分为六类两级：_六类标准：环境质量标准、污染物排放标准、环保基础标准、环保方法标准、环境标准样品标准、环保仪器设备标准_两级标准：国家环境标准地方环境标准标准(要求低于国家标准？)_我国已有环境国家标准300多项2022-5-29环境工程监测291、饮用水水质标准(1) 水质标准制定的原则_ 流行病学上安全可靠，不含各种病源细菌和寄生虫卵，防治传染病的传播_ 化学组成上对人体无害，所含的有毒有害物质的浓度对人体健康不产生毒害或不良影响_ 感官性状良好，对感官无不良刺激(2) 饮用水水质标准

13、(中国、WHO、美国)2022-5-29环境工程监测302、工业用水水质标准_生产技术用水原料用水、生产工艺用水和生产过程用水_锅炉用水悬浮固体、硬度、溶解氧指标_冷却用水尽可能低的水温、无水垢或泥渣沉积、对金属腐蚀小、避免微生物或其它生物的繁殖2022-5-29环境工程监测313、农业用水水质标准_ 灌溉用水水质指标中，总含盐量是一个重要指标。_ 用总含盐量小于500mg/L的水灌溉农田不会引起盐碱化问题，我国规定灌溉用水的总含盐量不得超过1500mg/L4、渔业用水水质标准_ 考虑鱼类的生存和繁殖以及毒物通过食物链在鱼体内的富集2022-5-29环境工程监测325、水体污染控制标准(1)

14、地面水环境质量标准（GB3838-88） 将水体划分为五类（pH、DO、CODMn）I 类源头水、国家自然保护区II 类集中式生活引用水源地一级保护区、珍贵鱼类保护区、鱼虾产卵场等III 类集中式饮用水源地二级保护区、一般鱼类保护区及游泳区IV 类一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区V 类农业用水区及一般景观要求水域_同一水体兼有多种功能的，以高功能分类；_有季节性功能的，可按季节分类。2022-5-29环境工程监测33(2) 污水综合排放标准（GB8978-1996）_ 地面水环境质量标准中的I类和II类水域，不得新建排污口_ 排入III类水域的污水，执行一级标准_ 排入IV类和V类水

15、域的污水，执行二级标准_ 排入城镇下水道并进入二级污水处理厂进行生物处理的污水执行三级标准2022-5-29环境工程监测34两类污染物：_第一类污染物是指能在环境和动物、植物中蓄积，对人体健康产生长远不良影响的污染物质(13种）_第二类污染物是指其长远影响小于第一类的污染物质（pH、SS、BOD5、COD）GB8978-1996(1)GB8978-1996(2)GB8978-1996(3)2022-5-29环境工程监测352022-5-29环境工程监测36第三章：水质分析概论第三章：水质分析概论 一、水质分析 二、污染调查 三、水样的采集、保存和预处理 四、水质分析的基本方法 五、水质分析结果

16、的表示方法2022-5-29环境工程监测37水质分析 目的 一般方法2022-5-29环境工程监测38污染调查（一） 1、工业污染源调查 企业自然背景和社会背景 企业的基本情况和厂区布局 生产和排污工艺 能源、水源和原材料 操作情况和管理水平 污染危害 污染物治理现状和规划 生产发展规划和环境保护措施2022-5-29环境工程监测39污染调查（二） 2、水体污染调查水体水体调查频率调查频率常规分析项目常规分析项目注意事项注意事项江河每月或每季度浑浊度、温度、pH、电导率、悬浮固体、溶解固体、溶解氧、BOD、氨氮、细菌总数、有害物质等1、丰水期、枯水期与平水期的差别2、涨潮和落潮的差别湖泊水库每

17、月或每季度浑浊度、温度、pH、电导率、悬浮固体、溶解固体、溶解氧、BOD、氨氮、细菌总数、有害物质等港湾海域盐度、pH、溶解氧、BOD、COD、氧化还原电位等涨潮和落潮的差别地下水每年总含盐量、总硬度、pH、好氧量、氨氮、硝酸盐氮、钾钠、钙、镁、碳酸根、硫酸根、氯离子、酚、氰、汞、镉、铬、砷、油、细菌等丰水期、枯水期和平水期的差别底质烧灼减重 COD、有机氮、硫化物、重金属（汞、镉、铬、铅、铜、锌等） 、氰、砷、杀虫剂、农药、洗涤剂、石油、氧化还原电位由排放污染源至适当距离2022-5-29环境工程监测40水样的采集、保存和预处理采样布点采样时间和频率采样设备和技术一般水体工 业 废 水 和

18、生 活污水水水样样的的采采集集1 在污染源的上、中、下游和支流入口等处布设断面2 小河流在其中心的主流线单点采样，大河流采 35 个样3 表层水样（水面下 0.5-1.0 米处） 、中层水样、深层水样（据底质 0.5-1.0 米处）4 一般采水面下 0.2-0.5 米处1 水面下 1/4 至 1/2水深处取样2 接纳水体离废水入口 2030 倍管径处1 瞬时水样2 平均混合水样3 平均混合比例水样4 连续比例混合水样5 单独水样1 采样器2 盛水器3 采样量 （单项 分 析 ：0.5-1升 ，一般理化全分析：3 升）水 样保存1. 冷冻或冷藏2. 加入药剂水 样预 处理1. 去除浑浊度干扰：离

19、心分离、过滤、溶剂萃取、挥发或蒸发2. 消除有机物干扰：消解3. 提高浓度：浓缩富集（蒸发、蒸馏、萃取、吸附/解附等）2022-5-29环境工程监测41水质分析的基本方法2022-5-29环境工程监测42水质分析结果的表示方法 Molar concentration Molar (M, mole/L) = moles per liter Mass Concentration Mass/Volume = Mass of substance per volume of solution mg/L, ug/L, ug/mL Weight/Weight=Mass of substance per ma

20、ss of solution ppm: parts per million,10-6 ppb: parts per billion, 10-9 Percent (%) W/V (%) V/V Normal (N) = Equivalents per liter2022-5-29环境工程监测43第四章第四章 水的感官物理性状水的感官物理性状 一、温度(Temperature) 二、嗅和味(Odor and Taste) 三、色度 (Color) 四、浑浊度 (Turbinity)2022-5-29环境工程监测44温度 水中的反应速率（化学反应、生物反应） 水中的溶解氧（9.17 mg/L at

21、20 and 1 atm） 现场测定、温度计、深水温度计2022-5-29环境工程监测45嗅和味 嗅、嗅气强度的六级标准（见右表） 嗅阈值：水样用无嗅水稀释至刚能察觉的稀释倍数。（水样体积无嗅稀释水体积）/水样体积 我国规定饮用水的嗅阈值必须小于2 味：也可用类似嗅的六级表示级嗅气强度性状0无不可察觉1极微弱有经验的工作者才能察觉2微弱一般使用者可以察觉3明显容易察觉，并感觉水不好4强具有显著的、不愉快的嗅气5极强有很强烈的嗅气，完全不适于饮用2022-5-29环境工程监测46色度 真色：由水中的溶解物质和或胶体物质产生的颜色。水质分析中一般指真色 表色：由水中的溶解物质和胶体物质以及悬浮物质

22、综合产生的颜色 测定方法：钴比色法规定一升水中含有相当于1mg铂时所产生的颜色为一度稀释倍数法分光光度法三激励值法 (Tristimulus value) 饮用水规定小于15度2022-5-29环境工程监测47浑浊度 测定：目视法：浊光，比浊法 测定范围：01000 （烛光浊度计251000， 比浊法：0100）散射法：NTU (Ref 1989 pp 2-11 to 2-16) 测定范围：040 饮用水规定浊度小于32022-5-29环境工程监测48第五章第五章 水中的固体物质水中的固体物质 一、水中的固体 二、污泥中的固体 三、含盐量与电导率2022-5-29环境工程监测49水中的固体 总

23、固体（TS）在105110下将水样蒸发至干时所残余的固体物质总量 溶解固体和悬浮固体 挥发性固体和固定性固体水样中的固体物质在600灼烧时所失去的重量为挥发性固体，残余物的重量为固定性固体 可沉固体1升水样在可沉固体锥形筒内静置1小时后所沉下的悬浮物质重量 饮用水中的TS 应小于500 mg/L2022-5-29环境工程监测50污泥中的固体 初沉泥、活性污泥、生污泥、孰污泥 污泥浓度(MLSS)、污泥沉降比(SV)、污泥体积系数(SVI)或污泥指数(SI)2022-5-29环境工程监测51含盐量与电导率 总含盐量溶解固体1/2 HCO3- 溶解固体（TDS）(0.550.70)电导率2022-

24、5-29环境工程监测52第六章 水中的酸碱物质 一、酸碱质子理论 二、水的pH 三、水的酸度(Acidity) 四、水的碱度(Alkalinity)2022-5-29环境工程监测53酸碱质子理论（一） 1、传统的酸碱理论释放出H+、OH- 2、酸碱质子理论给出和接受质子H+HA + B = A- + HB共轭酸碱对水溶液中物质的酸碱强弱取决于它对水分子给予和夺取质子的强弱酸碱可以是分子、离子等形式酸碱可以相互转化、酸碱实质上是同时存在的酸碱反应的实质是质子在化合物之间的转移过程质子水合质子、H+H3O+H9O4+2022-5-29环境工程监测54酸碱质子理论（二） 3、水的酸碱性质指标pH、酸

25、度、碱度酸度和碱度可以同时存在pH水中氢离子浓度的负对数，表示酸的强度酸度水中酸性物质的含量碱度水中碱性物质的含量2022-5-29环境工程监测55水的pH（一） 1、pH值的概念（1）pH值是溶液中氢离子活度的负对数 pH-logH+ 活度与浓度：考虑离子强度影响（2）水的离子积 KwH+OH-=1x10(E-14) (25时)（3）天然水的pH 二氧化碳、重碳酸盐、碳酸盐平衡系统 4.58.52022-5-29环境工程监测56水的pH（二） 2、pH值测定的意义（1）供水和给水处理 饮用水：6.5-8.5 锅炉用水：7-8.5 影响水的混凝、消毒、软化、脱盐、腐蚀控制等处理过程（2）排水和

26、废水处理 生活污水：7.2-7.6 工业废水进入下水道：69 影响生物处理工艺（3）影响有毒物质的毒性2022-5-29环境工程监测57水的pH（三） 3、pH值的测定方法（1）电位测定法pH计 构成：r溶液中的指示电极（玻璃电极）和参比电极（饱和甘汞电极）构成电池 原理：能斯特方程 EE0+0.059logH+E0-0.059pH 标准溶液校准磷酸二氢钾磷酸氢二钠 温度补偿 精度：0.1pH单位（2）比色测定法 利用常用pH指示剂 pH试纸2022-5-29环境工程监测58水的酸度（一） 水的酸度是水中所有能与强碱相互作用的物质的总量，包括强酸、弱酸、强酸弱碱盐等 1、水中酸度来源（1）主要

27、的弱酸碳酸来源于二氧化碳在水中的平衡 溶于水中的二氧化碳决大多数为游离二氧化碳 水中的二氧化碳来源于大气中的二氧化碳和有机物的分解（2）强酸来源于冶金、化工等工业废水（3）味精等含硫废水在硫酸盐菌作用下产生硫酸2022-5-29环境工程监测59水的酸度（二） 2、酸度的分类总酸度、酚酞酸度酚酞终点时的酸度 8.3强酸酸度、无机酸酸度、甲基橙酸度甲基橙终点时的酸度 4.42022-5-29环境工程监测60水的酸度（三） 3、酸度的测定（1）酸碱滴定法 （2）计算法求水中游离二氧化碳含量 CO2H+HCO3-/K1 诺模图 p258图13-5 4、测定意义防止酸性腐蚀水中二氧化碳高于15mg/L时

28、，混凝土腐蚀酸性废水和其它废水反应形成有害物质废水处理的适宜酸度影响水生生物的生长繁殖2022-5-29环境工程监测61水的碱度（一） 水的碱度是水中所有能与强酸相互作用的物质的总量，包括强碱、弱碱、强碱弱酸盐等 1、水中碱度来源天然水：重碳酸盐、碳酸盐、氢氧化物等藻类吸收水中游离和化合的二氧化碳废水中的洗涤剂、农药、化肥等含有磷酸盐造纸、印染、化工、电镀等工业废水含有碱度2022-5-29环境工程监测62水的碱度（二） 2、碱度的分类氢氧化物碱度、碳酸盐碱度、重碳酸盐碱度 p260图13-6酚酞碱度酚酞终点时的酸度 8.3甲基橙碱度（总碱度）甲基橙终点时的酸度 4.42022-5-29环境工

29、程监测63水的碱度（三） 3、碱度的测定和计算（1）酸碱滴定法（2）三种碱度的计算法 由总碱度、酚酞碱度测定值计算 T总碱度 P酚酞碱度 M由酚酞碱度滴定至总碱度时消耗的酸量 TP+M 根据碱度和pH值的测定计算(p262) 根据平衡方程式的计算(p263)2022-5-29环境工程监测64水的碱度（四） 水的混凝处理酸化后影响效果 水的软化处理石灰苏打法 水质稳定和管道腐蚀控制 碱性工业废水的中和处理 生物处理的适宜酸碱度2022-5-29环境工程监测65第七章 水中的硬度 一、硬度及其分类 二、硬度测定的意义 三、硬度的测定 四、（非）碳酸盐硬度的计算2022-5-29环境工程监测66硬度

30、及其分类（一） 1、水的硬度：是由于能与肥皂作用生成沉淀和与水中某些阴离子化合生成水垢的两价金属离子的存在而产生的。致硬金属离子：钙、镁和铁、锰、锶与致硬金属离子有关的阴离子：HCO3-, CO32-,SO42-, Cl-, NO3-, SiO3-2022-5-29环境工程监测67硬度及其分类（二） 2、硬度的分类总硬度钙硬度镁硬度总硬度碳酸盐硬度（暂时硬度）非碳酸盐硬度（永久硬度）碳酸盐硬度（暂时硬度）：钙镁的碳酸盐和重碳酸盐，可经煮沸除去非碳酸盐硬度（永久硬度）：钙镁的硫酸盐、氯化物等，不受加热影响 3、硬度单位mg/L CaO计mg/L CaCO3计度 ： 1 升 水 中 含10mg/L

31、 CaO时所引起的硬度（我国的定义同德国度）2022-5-29环境工程监测68硬度测定的意义 1、雨水的硬度极低，地面水稍高（长江水47度），地下水更高 2、水质软硬的分类（见下表） 3、日常生活：消耗肥皂、产生水垢、口感不好 4、工业：锅炉内结垢、冷却水管路堵塞、产品质量种类度CaCO3很软水4软水4-8303002022-5-29环境工程监测69硬度的测定 总硬度测定：络合滴定法滴定剂：EDTA（乙二胺四乙酸或其钠盐）的标准溶液指示剂：EBT（铬黑T）终点现象：由酒红色变为蓝色注意事项：控制溶液的pH在10左右2022-5-29环境工程监测70（非）碳酸盐硬度的计算 1、S碳酸盐碱度重碳酸

32、盐碱度（见下表） 2、阳离子、阴离子的假想化合顺序表 3、图解法S 与总硬度关系 碳酸盐硬度非碳酸盐硬度 解释S总硬度总硬度0无硫酸钙2022-5-29环境工程监测71第八章 水中的氯离子 一、水中氯化物的来源 二、水中氯化物的测定意义 三、水中氯化物的测定方法2022-5-29环境工程监测72水中氯化物的来源(一） 1、来源水源流经含有氯化物的地层水源受工业废水或生活污水的污染近海水源受海水影响地面水：海水倒灌（潮汐、枯水期）地下水：海水渗透补给过分开采海面上吹过来的海水夹带氯离子2022-5-29环境工程监测73水中氯化物的来源(二） 2、含量几乎所有天然水中都含有不同数量的氯化物一般来说

33、：总含盐量高的水，氯离子浓度也高水体氯离子含量(mg/L)山水、溪水几几十河水、地下水几十几百苦咸水1.2k5k海水15k20k2022-5-29环境工程监测74水中氯化物的测定意义 1、饮用水影响：少量对人体无害多了有咸味（钠离子多时易感觉）太多超过4000mg/L影响健康水质标准：（mg/L）中国：不大于250美国：不大于250日本：不大于200缺水国家常高达2000，将苦咸水作生活用水，未影响健康 2、工业：对锅炉、金属管道、建筑物有腐蚀作用 3、农业灌溉：不大于300mg/L，影响作物生长 4、在环境工程、水文、水利等工程实践中作示踪剂研究地下水动力学2022-5-29环境工程监测75

34、水中氯化物的测定方法（一） 1、Mohr法最常用方法滴定剂：硝酸银标准溶液指示剂：铬酸钾终点现象：白色变成砖红色注意事项： 水样pH在6.310，最佳78。 过高pH：产生氢氧化银沉淀 过低pH：铬酸根变成重铬酸根。无终点现象 适量指示剂2022-5-29环境工程监测76水中氯化物的测定方法（二） 2、其它方法硝酸汞法电位滴定法离子选择性电极，银氯化银电极离子色谱法分析方法：EPA标准方法 采样前处理分析（GC, HPLC, GC/MS等）2022-5-29环境工程监测77第九章 水中的余氯和需氯量 一、水的氯化和消毒（Chlorination and Disinfection） 二、余氯及其

35、分类（Chlirine Residual） 三、需氯量（Chlorine Demand） 四、余氯的测定2022-5-29环境工程监测78水的氯化和消毒（一） 1、水中的细菌和病毒病原微生物传播疾病：伤寒、痢疾、上海甲肝 2、消毒：杀灭水中的病原菌及其它有害微生物不是杀灭一切，与灭菌不同即使病原病微生物，也不能绝对杀灭。如芽孢病毒方法：煮沸、氯、紫外线、臭氧、ClO22022-5-29环境工程监测79水的氯化和消毒（二） 3、水的氯化氯消毒起源于1850年，1904年英国正式用于给水消毒氯药剂：液氯（压缩氯气）漂白粉（Ca(OCl)Cl,有效氯2535液氯）漂粉精（次氯酸钙）Ca(OCl)2，

36、6070液氯水处理中的水的氯化是指水的消毒或处理（作氧化剂脱出氮和色度等）2022-5-29环境工程监测80水的氯化和消毒（三） 4、氯的性质与水作用Cl2H2OHOClHClCl2， HOCl， OCl-的比例与H+有关。杀菌作用：仅HOCl有，或认为Cl2 ，HOCl， OCl+均有。与氨作用：生成氯胺。氯胺水解可变成HOCl，能杀菌。作用较慢，但稳定，持续时间长。与杂质作用：还原性物质Fe2+， Mn2+， S2- ，SO32-， 有机物等。2022-5-29环境工程监测81余氯及其分类（一） 1、余氯水经过氯消毒，接触一定时间后（30分钟）还应有适量的剩余氯留在水中以保证持续的杀菌作用

37、，这中剩余的氯称为余氯为了保证水中所有的病原细菌都能受到氯的作用而加入的过量的氯保证饮用水安全：接触量和接触时间2022-5-29环境工程监测82余氯及其分类（二） 2、余氯的分类总余氯自由性余氯（Free CR）化合性余氯(Combined CR)自由性余氯：Cl2， HOCl， OCl-化合性余氯：氯胺化合物NH2Cl， NHCl2， NCl3 3、饮用水水质标准接触30分钟后：FCR不小于0.3mg/L Cl2，管网末端的FCR不小于0.05mg/L Cl2加入过多的氯产生氯嗅味和副产物，特别是与酚时，2,5氯酚最有嗅味。2022-5-29环境工程监测83需氯量（一） 1、定义需氯量加氯

38、量余氯量（单位体积水中，在一定条件下（T, t, pH）需氯量代表了水中那些能被氯氧化的杂质的量，如细菌、还原性有机物等 2、用途自来水厂的投氯量污水厂出水消毒的投氯量粗略反映水体受污染的程度2022-5-29环境工程监测84需氯量（二） 3、需氯量试验同一水样，加入不同量的氯，经过一定时间接触后测余氯，以余氯对加氯量作图。（p285 Figure 16-4)45度斜线：加氯余氯，需氯量0折线：代表需氯量不为零的情况a余氯量 b需氯量2022-5-29环境工程监测85需氯量（三）I 区加入氯全部与还原性 Fe2+,Mn2+ ,NO2-等作用，且无氯胺生成。余氯0消毒不可靠II 区生产氯胺，有余

39、氯，但为化合性余氯一定消毒效果III 区Cl，NH3比例增大，部分氨、氯胺被氧化成 N2, HCl, NO3-，这些不是余氯，故余氯降低。折点 B 以前为化合性余氯。VI 区B 点后是 45 度线，所增加的投氯量完全以自由性余氯存在消毒效果最好根据上表分成四个区折点加氯法：按大于出现折点的量来投加。更安全2022-5-29环境工程监测86余氯的测定（一） 1、淀粉碘量法（容量法，氧化还原法）滴定剂：NA2S2O3标准溶液，碘指示剂：淀粉终点现象：蓝色消失注意：酸性条件，pH34，用HAC调pH，不能用HCl, H2SO42022-5-29环境工程监测87余氯的测定（二） 2、联邻甲苯胺法酸性条

40、件下联邻甲苯胺与氯、氯胺生成黄色化合物，用比色分析测定 3、联邻甲苯胺、亚砷酸盐法可分别测总余氯、自由性余氯、化合性余氯两份水样：加联邻甲苯胺，510分钟后测定为总余氯加联邻甲苯胺，混合5秒后加亚砷酸盐以抑制化合性余氯继续与联邻甲苯胺作用，测定得到自由性余氯。2022-5-29环境工程监测88第十章 水中的溶解气体和溶解氧 一、水中溶解气体的来源 二、影响气体在水中溶解度的因素 三、水中溶解氧的来源 四、水中溶解氧的测定 五、水中的氨 六、水中的硫化氢和甲烷2022-5-29环境工程监测89水中溶解气体的来源 1、空气的溶入空气中的氮气78、氧气21在水中都有一定的溶解度 2、水中有机物质的分

41、解二氧化碳主要分解产物，一部分以气态溶于水中，一部分变成碳酸盐和重碳酸盐氨含氮物质的分解产物。pH升高时有气态氨硫化氢和甲烷厌氧分解产物 3、水生生物的新陈代谢藻类呼吸作用：氧气和二氧化碳2022-5-29环境工程监测90影响气体在水中溶解度的因素(一） 1、气体性质与水反应的程度约大，溶解度越大溶解度增大：氧气、氮气、氢气二氧化碳、二氧化硫、硫化氢氨2022-5-29环境工程监测91影响气体在水中溶解度的因素(二） 2、气体的分压Herry定律：温度不变时，气体在溶液中的溶解度正比于该气体在液体上方的分压C1P1Herry常数：其值等于当该气体分压为1个大气压时在溶液中的溶解度常见气体的He

42、rry常数值Daltons 分压定律：混合气体的总压力等于各分压力之和分压正比于该气体在混合气体中所占的体积百分数或摩尔百分数2022-5-29环境工程监测92影响气体在水中溶解度的因素(三） 3、温度温度升高，溶解度下降 4、其它杂质，如对氧：清水100，生活污水95，海水822022-5-29环境工程监测93水中溶解氧的来源 1、水中的溶解氧是指水中的分子氧 2、来源大气中21氧在水中的溶解，水生生物的新陈代谢等 3、影响其含量的因素（见下表）诺模图由温度、大气压、溶解氧得出氧饱和度影响因素溶解氧含量大气压正比水温反比含盐量反比2022-5-29环境工程监测94水中溶解氧的测定（一） 1、

43、测定意义衡量地面水体污染的一个重要指标清洁水DO 接近饱和地面水含大量藻类水体DO 过饱和（光合作用）受污染水体DO 小于饱和值微生物氧化有机物耗氧地下水一般较小，深层为零2022-5-29环境工程监测95水中溶解氧的测定（二）在废水生化处理过程中 控制曝气速度：既保持好氧条件，又避免过多DO，浪费能源 DO对活性污泥和生物膜的生长及活性影响很大DO是BOD测定的基础给水水源中，DO过高 加速水处理设备（泵、管道等金属）的腐蚀 锅炉给水：DO不大于0.05mg/L（高压）0.1mg/L（中压），除氧处理 使供水带有铁味造成玷污 Reason: Fe2+ 氧化成Fe3+，从而生成Fe(OH)3沉

44、淀，造成水中的Fe2+浓度下降，平衡被破坏，使新的铁溶解2022-5-29环境工程监测96水中溶解氧的测定（三） 2、测溶解氧水样的采集避免和空气接触、避免搅动用溶解氧瓶(BOD瓶)，磨口塞、装满，不留气泡河、湖、水池取水，专用取样器最好现场测定，避免生物活动引起DO变化保存样品于暗处，在6小时内测定2022-5-29环境工程监测97水中溶解氧的测定（四） 3、Wenkler测定法实质：容量法、氧化还原法、碘量法基本原理：氧在碱性溶液中使二价锰氧化成四价锰，而四价锰在酸溶液中使碘离子氧化成碘分子，释放出来的碘量水中的溶解氧量，碘用硫代硫酸钠溶液测定普通法适用于比较清洁的水叠氮化钠修正法用于消除

45、亚硝酸盐的干扰高锰酸盐修正法用于消除亚硝酸盐、铁及有机物的干扰2022-5-29环境工程监测98水中溶解氧的测定（五） 4、溶解氧电极法原理：将两个金属电极浸没在一个电解质溶液中，电极和电解质溶液装在一个用氧半透膜（仅氧和其它一些气体可以通过）包围的容器内。当外加电压时，产生电极反应产生一个扩散电流。该扩散电流在一定温度下与水中氧的浓度成正比优点： 干扰少 易于现场测定和深水测定 易于自动连续测定2022-5-29环境工程监测99水中的氨2022-5-29环境工程监测100水中的硫化氢和甲烷2022-5-29环境工程监测101第十一章 水中的有机物质 一、水中的有机物质的来源 二、水中有机物质

46、的测定方法 三、化学需氧量和好氧量(COD and OC) 四、生化需氧量(BOD) 五、总有机碳(TOC) 六、水中有机物质的其他测定方法2022-5-29环境工程监测102水中的有机物质的来源（一） 1、自然界的碳循环碳是构成有机物的核心元素。是地壳、岩石及矿物燃料的主要成分环境中的碳循环主要通过二氧化碳来进行动物植物呼吸和矿物燃烧CO2进入气圈通过光合作用进入生物圈的植物中6CO2 + 6H2O + 能（日光）= C6H12O6 + 6 O2糖：为植物消耗，提供能量，反应向左，二氧化碳进入气圈被动物消耗，食物氧化，产生二氧化碳，进入气圈动物植物死亡后：被微生物分解，碳变成二氧化碳，进入气

47、圈沉积，亿万年，变成矿物燃料2022-5-29环境工程监测103水中的有机物质的来源（二）环境中碳的小循环（见下表）整体构成一个大循环水圈中除了无机碳外，还有有机碳。尽管其数量相对于整个碳循环很小，但在环境工程中有着十分重要的作用气圈水圈通过溶解平衡，CO2，CO32-，HCO3-生物圈水圈通过呼吸作用、光合作用岩石圈水圈通过沉积作用、风化作用2022-5-29环境工程监测104水中的有机物质的来源（三） 2、水中有机物的来源 3、水中有机物的分类2022-5-29环境工程监测105水中有机物质的测定方法（一） 综合指标测定环境工程中常用综合指标来间接测定水中的有机物。因为水中的有机物质分别测

48、定比较困难种类繁多组成复杂分子量范围大环境中的含量较低2022-5-29环境工程监测106水中有机物质的测定方法（二）常用的综合指标（见上表）在环境工程中最普遍适用和最有重要意义的指标带的指标测定的要点是：在一定的条件下，水样中的有机物质经过微生物或强氧化剂的作用被氧（水中的溶解氧或外加强氧化剂的化合氧）氧化，根据所消耗的氧量来间接表示水样中有机物质含量的多少。物理性指标化学性指标生物化学性指标悬浮固体的烧灼减重水的外观指标，如色度、嗅阈值等化学需氧量COD好氧量 OC总需氧量 TOD总有机碳 TOC氯仿抽提物 CCE生化需氧量BOD2022-5-29环境工程监测107化学需氧量和好氧量（一）

49、 在一定的条件下，水中的各种有机物质与外加的强氧化剂（如K2Cr2O7、KMnO4等）作用时所消耗的的氧量（强氧化剂的化合氧，而不是溶解氧）。结果一般用mg/L表示 根据所用的强氧化剂的不同，可分成：重铬酸钾好氧量习惯上称化学好氧量，COD高锰酸钾好氧量习惯上称好氧量，OC，又称高锰酸钾指数2022-5-29环境工程监测108化学需氧量和好氧量（二） 1、化学需氧量COD（1）、标准法的测定原理 在水样中加入一定量的K2Cr2O7，在一定条件（强酸性、加热回流2小时、Ag2SO4作催化剂）与水中的有机物相互作用，剩余的K2Cr2O7 用硫酸亚铁铵Fe(NH4)2(SO4)2滴定。 指示剂：试亚

50、铁灵（硫酸亚铁和1,10-phenanthroline） 终点现象：溶液颜色由黄经绿、灰兰到最后的棕红色2022-5-29环境工程监测109化学需氧量和好氧量（三）（2）、主要反应式 CnHaObcCr2O72-8cH+nCO2(a+8c)/2H2O2cCr3+c2n/3a/6b/3 6Fe2+Cr2O72-14 H+6 Fe3+3Cr3+H2O（3）、注意事项 可将水中的大部分有机物氧化，但不能氧化芳香烃 实际上代表的是水中还原性污染物：有机物、无机物NO2- 、Fe2+、S2- 、Cl- 2022-5-29环境工程监测110化学需氧量和好氧量（四） 通常污水中的有机物含量远远大于水中的无机

51、还原物，因此可认为COD是有机污染物的指标 如果水中无机还原物的含量太大，就要设法消除干扰。如：氨基磺酸除NO2- 干扰，硫酸汞消除Cl-干扰（生成难离解的HgCl2） 测定范围：用0.25mol/L K2Cr2O7 可测定大于50mg/L的COD值，用0.025mol/L的K2Cr2O7 可测定550mg/L的COD值 应进行空白试验，扣除试剂和溶液中带入的误差2022-5-29环境工程监测111化学需氧量和好氧量（五）硫酸亚铁铵易氧化，应经常标定该标准溶液一些改进的快速方法可以大大缩短测定时间，但必须做对照试验，且注意其适用性可用邻苯二甲酸氢钾标准溶液检查试剂质量和操作技术。1克邻苯二甲酸

52、氢钾的理论COD为1176mg/L。溶解0.4251g邻苯二甲酸氢钾于1L蒸馏水中，其COD值为500mg/L2022-5-29环境工程监测112化学需氧量和好氧量（六）水样体积(mL)0.25mol/LK2Cr2O7 mLH2SO4-Ag2SO4mLHgSO4gFeSO4(NH4)2SO4mol/L滴定前总体积 mL10.05.0150.20.0507020.010.0300.40.10014030.015.0450.60.15021040.020.0600.80.20028050.025.0751.00.2503502022-5-29环境工程监测113化学需氧量和好氧量（七）（4）、库仑法

53、-COD仪 方法原理：水样以K2Cr2O7 为氧化剂，在10.2mol/L硫酸介质中回流氧化后，过量的K2Cr2O7 用电解产生的亚铁离子作为库仑滴定剂，进行库仑滴定。根据电解产生亚铁离子所消耗的电量、按照法拉第定律进行计算。 COD=(Qs-Qm)/96478*8000/V Qs, Qm分别为标定K2Cr2O7和过量K2Cr2O7 所消耗的电量，V为水样的体积(mL) 特点：简便、快速、试剂用量少可制作成仪器，注意仪器的使用说明书适用范围：可测定23 mg/L2022-5-29环境工程监测114化学需氧量和好氧量（八） 2、好氧量OC的测定（1）、测定原理 在水中加入一定量的高锰酸钾，煮沸十

54、分钟，使水中有机物氧化（红色） 加入草酸，使过量的高锰酸钾与草酸作用（无色） 最后用高锰酸钾反滴定多余的草酸（红色出现时为终点，自身指示剂） 根据用去的高锰酸钾量计算出好氧量。以mg/L计2022-5-29环境工程监测115化学需氧量和好氧量（九）（2）、测定OC的意义 污水处理厂的运转效率 废水处理科学研究 天然水水质 估算BOD 我国地面水环境质量标准(GB3838-88)规定类别IIIIIIVIVOC(mg/L)2468102022-5-29环境工程监测116化学需氧量和好氧量（十）（3）、注意事项 此法只能将一部分不含氮的有机物（含碳的有机物）氧化，而含氮的有机物较难在此条件下氧化。因

55、此，此法一般用于天然水、轻污染的水、一般生活污水 只是相对结果，因此一定要按照规定的条件进行（所用试剂、加入顺序、煮沸） 英国、德国、东欧、前苏联、以色列等国家的标准方法用在沸水浴上加热30分钟 我国和日本用直接煮沸10分钟 美国在1971年的第13版Standard method for the Standard method for the examination of water and wastewaterexamination of water and wastewater就不用此法。2022-5-29环境工程监测117化学需氧量和好氧量（十一） 但测定OC仍有其优点：速度较快，20

56、30分钟（COD3小时，BOD5需5天） 水中如存在还原性无机物，如NO2- 、Fe2+、SO32- 、S2-等，也要消耗高锰酸钾。消除干扰的方法：在不加热煮沸的情况下，用高锰酸钾滴定至粉红色，测定时扣除此部分 水中的氯离子大于300mg/L采用碱性条件，避免氯离子与硫酸加热时生成盐酸，而盐酸消耗高锰酸钾。 酸性条件下，E0( MnO4- / Mn2+ )1.51V，而： E0( Cr2O72- / Cr3+ )1.36V 表明：高锰酸钾比重铬酸钾的氧化能力更强。但实际上：CODOC2022-5-29环境工程监测118化学需氧量和好氧量（十二） 氧化条件的不同：测定条件加热条件试剂量COD回流

57、 2 小时30ml 浓硫酸，催化剂OC加热 10 分钟5 毫升 1:3 硫酸2022-5-29环境工程监测119生化需氧量（一） 1、生化需氧量的定义：在有氧的条件下，水中可分解的有机物由于好气微生物（主要是细菌）的作用而被氧化分解，变成稳定的物质，完成该过程所需要的氧量称为生化需氧量。结果用氧的mg/L表示可分解的有机物指可以作为细菌食料的有机物微生物把这些有机物作为营养来源的食料，通过自身的生命活动（氧化、呼吸、合成），“吃掉”有机物，也就是分解了这些有机物。但有些有机物是不能被有机物分解的，如不溶性有机物、洗衣粉等必须在好氧的条件下（水中的溶解氧，不是化合氧）在好气微生物的作用下2022

58、-5-29环境工程监测120生化需氧量（二）氧化分解： 微生物将有机物氧化分解成简单的化合物和能量 微生物又利用简单化合物和能量合成细胞，生长繁殖。 微生物体内的细胞质也要进行呼吸氧化，也会分解一些有机物质、释放能量。这种呼吸氧化称为内源呼吸。在有机物充足时不显著，但食料不足时靠此供给能量 稳定的物质分解的最终产物，无机化，二氧化碳、水等2022-5-29环境工程监测121生化需氧量（三）消耗的氧量： 氧化“吃”进体内的有机物所需要的氧Qa 细胞质自身氧化（内源呼吸）所需要的氧Qb 生化需氧量QaQb 但生化需氧量不包括： 不可分解的有机物 用于合成细胞质的那部分有机物 因此生化需氧量不代表有

59、机物的全部，低于有机物完全氧化的理论值2022-5-29环境工程监测122生化需氧量（四） 2、生化需氧量的测定（1）、BOD测定的条件 基本条件足够的氧气（溶解氧）加稀释水微生物（不能有毒物抑制它）接种(seed)必要的营养物质（K, Na, Ca, Mg, Fe, S, P, N) 测定温度微生物活动与温度有关尽可能和天然条件下有机物的生物氧化分解情况相似统一规定，测定时的温度应保持在201（这是温带地区缓慢流动的河水的平均温度）2022-5-29环境工程监测123生化需氧量（五）测定时间生物氧化过程是一个缓慢的过程理论上讲要无限长的时间才终结至少大约100天左右才基本完成实验证明：20天

60、大约完成9599，BOD20各国规定：5天，约完成7080，BOD5标准条件：5天，20。BOD5(20)2022-5-29环境工程监测124生化需氧量（六）（2）、直接法测定BOD 培养前测溶解氧 另一水样在201的恒温箱内培养5天后再测溶解氧 两次溶解氧的差值即为BOD5 适用范围：BOD5小于7mg/L的较清洁水 不能用于一般生活污水、工业废水、处理厂出水2022-5-29环境工程监测125生化需氧量（七）（3）、稀释法测定BOD 用特别的稀释水将原水稀释后再测定。 稀释水几乎饱和的溶解氧89mg/L丰富的营养物质（FeCl3,MgSO4,CaCl2,NH4Cl,磷酸盐等）适宜的pH6.