水和废水的监测.docx

1、水和废水的监测第二章 水和废水的监测一、 本章内容提要：主要介绍水和废水监测方面的基本概念和知识，介绍水质监测方案的内容和制订的基本要求，介绍代表性项目的测定原理和方法，介绍所涉及的重要的仪器分析方法原理。要求同学们熟悉水体中的主要污染物质来源及其分布和迁移转化规律，掌握水体的布点和取样方法，掌握必测项目的分析理论。通过实验达到对重点项目的实验操作水平。二、 教学目的与要求：1 了解我国水资源的状况、水体污染的概况，水质监测的对象及需要测定的项目；2 掌握地表水、地下水、污水监测方案的制订方法，掌握重点项目的具体测定操作。三、 重点与难点：1 各种污水监测方案的制订方法，操作过程；2 掌握悬浮

2、物、pH、电导率、酸碱度、硬度、Hg2+、Cd2+、Cr（）、Pb2+、As（）、CN-、F-、三氮（NH3-N、NO-2-N、NO3N）及三氧（DO、BOD、COD）、挥发酚、硫化物的具体测定原理和方法、通过实验掌握实际的操作技能。四、本章学时数 16五、教学内容：第一节 水质污染与监测一、 水资源及其水质污染水表现的对人类特别有用的属性就叫水资源。 水的用途：1 水是构成细胞的要素，没有水就不可能有生命；2 水是环境要素，正是水的循环使地球充满了勃勃生机；3 水是生产和生活必不可少的物质。广义的水资源：地球上各种形态的水；估计在地球存在的总水量约为1.371018m3，其中淡水仅占2.7%

3、，并且主要分布于地球的南、北两极和深层地下，可被人们直接利用的水不到淡水总量的1%。狭义的水资源：可被人们直接利用的水；可利用水=动态水量+储存水量（地下水） 在一个特定的地区，可利用水是非常有限的，多年取水量大于循环水量时，就产生水荒，给生产、生活带来危害。人们在利用时必须要求水达到一定的质量标准。水质就是指水和其中所含的杂质共同表现出来的综合特性。描述水质量的参数就是水质指标，用水中杂质的种类和数量表示。水是天然的溶剂，地质环境中不存在纯水。水质污染：进入水体中污染物质含量，超过了水体的自净能力，使水质受到损害，以至对水的用途产生不利和不合理的影响。二、 水质监测的对象和目的对象：环境水质

4、监测 污染源监测目的：掌握水质现状及其变化趋势；对废水监测，为污染源管理提供依据；对污染事故进行应急监测，为分析和判断事故原因、危害及制定对策提供依据；为全面环境管理服务（制订修改环境标准、法律、法规等）；为开展水环境质量评价和预测、预报及进行环境科学研究提供基础数据和技术手段。三、 监测项目：监测项目要根据水体被污染情况、水体功能和废水所含污染物及经济条件等因素确定。按优先污染物优先监测的原则，我国列出了68 种优先污染物，包括14个种类，其中有机物58 种。不同功能的水监测项目不同；掌握不同污水的具体监测项目，以当时国家的法规、标准为准。（一） 地表水监测项目1 江河、湖泊、渠道、水库监测

5、地表水环境质量标准（GB38382002）中，为满足地表水各类使用功能和生态环境质量要求，将监测项目分为基本项目、集中式生活饮用水地表水源地补充项目和集中式生活饮用水地表水源地特定项目三类。基本项目包括：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。2 海水监测项目按海水水质标准（GB30971997）执行。（二） 生活饮用水监测项目生活饮用水质卫生规范（2001年）中分为常规检测项目和非常规检测项目。1 常规检测项目 肉眼可见物、色、臭和味

6、、浑浊度、pH、总硬度、铝、铁、锰、铜、锌、挥发酚、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、游离余氯、总放射性、总放射性。2非常规检测项目见教材33页。（三） 废（污）水监测项目不同行业排放的废（污）水监测项目有些是相同的，有些是不同的。祥见教材33页。四、 水质监测分析方法（一） 选择监测分析方法的原则：灵敏度能满足定量要求；方法成熟准确；操作简便易于普及；抗干扰能力好（二）监测分析方法的分类：1用于测定无机污染物的方法（1）原子吸收法（2）分光光度法（3）等离子发射光谱法（4）电化

7、学法（5）离子色谱法（6）其他方法2用于测定有机污染物的方法（1）气相色谱法和高效液相色谱法（2）气相色谱质谱法（3）其他方法目前我国把监测方法分为三级：一）国家标准分析方法（A 级） 二）统一分析方法（B 级） 三）等效方法（C 级）最常用分析方法：重量法；容量法；分光光度法；原子吸收分光光度法；气相色谱法；电化学分析法；离子色谱法等。第二节 水质监测方案的制定环境监测是一项系统工程，需要许多人协同动作，因此必须有一个行动的方案和计划，是每个人知道干什么，应该怎样干。内容包括：目的目标，在调查研究的基础上确定监测对象；设计监测网点；合理安排采样时间和频率；选定采样方法和分析方法；提出监测报告

8、要求；制定质量保证程序、措施；具体的实施计划。对环境监测的全过程进行指导。水质监测方案：对整个环境监测过程进行指导的纲领性文件。一、 地面水水质监测方案的制定一）基础资料的收集 1水体的水文、气候、地质、地貌等自然环境状况的资料；2水体沿岸城市分布、工业布局、污染源及其排污情况、城市给、排谁水情况等社会环境方面的资料；3水体沿岸资源植被破坏及水土流失情况，水资源的用途，流域土地功能等；4历年的水监测资料；二）监测断面和采样点的设置 1设置原则：（1）在对调查研究结果和有关资料进行综合分析的基础上，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。（2）有

9、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，入海河流河口及受潮汐影响河段，国际河流出入国境线出入口；湖泊、水库、河口的主要入口和出口应设置监测断面；（3）饮用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；（4）监测断面的位置要避开死水区、回水区、排污口处，尽量选择水流平稳、水面宽阔、无浅滩的顺直河段；（5）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。 2河流监测断面的布设：背景断面：设在基本上未受人类影响的河段，用于评价一完整水系的污染程度。对照断面：为了解流入监测河段前的水

10、体水质状况而设置。控制断面：为评价监测河段两岸污染源对水体水质影响而设置。削减断面：经稀释扩散和自净作用，使污染物浓度显著降低的断面。3 湖泊、水库监测垂线（或断面）的布设 首先判断湖、库是单一水体还是复杂水体。单一水体，可用网格布点法均匀设置监测垂线。复杂水体按下列原则设置监测断面。（1）在进出湖、库河流汇合处分别设置监测断面；（2）以各功能区为中心，在其辐射线上设置弧型监测断面；（3）在湖、库中心，深浅水区，滞流区，不同鱼类的回游产卵区，水生生物经济区等设置监测断面。4海洋在调查研究的基础上，运用统计方法将监测海域划分为污染区、 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。5

11、采样点位的确定：在一个采样断面上，水面宽50m，中泓一条垂线；50100m，左、右两条垂线，应在有明显水流处；1001000m，左、中、右三条垂线；水面宽1500m，设五条等距离的垂线。在一条垂线上，5m时，水面下0.3m0.5m处取样，水深不足1m时，在水1/2深处设采样点；5m10m时，水面下0.3m0.5m ，河底上1m处两点取样；水深10m50m时，水面下、河底上、水1/2深处各点取样；水深超过50m时，酌情增加采样点。湖泊采样要考虑到间温层，菜样点确立后要有明显的岸边标志。（三）采样时间和采样频率的确定 （1）饮用水源地全年采样监测12次，采样时间根据具体情况选定。（2）对于较大水系

12、干流和中、小河流，每年采样不少于68次，多在丰、枯、平水期，冰封期、洪水期采样；最好每月测一次；可在一天内按不同时间间隔分别采样，特殊情况随时增加采样次数。（3）潮汐河流全年在丰、枯、平水期采样监测，每期采样两天，分别在大潮期和小潮期进行，每次应采集当天涨、退潮水样分别测定。（4）设有专门监测站的湖泊、水库，每月采样监测一次，全年不少于12次。（5）背景断面每年采样监测一次，在污染可能较重的季节进行。（6）排污渠每年采样监测不少于三次。（7）海水水质常规监测，每年按丰、平、枯水期或季度采样监测24次。（四）采样及监测技术的选择（五）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储存土壤

13、和岩石空隙中的水统称地下水。特点：1。流动缓慢，一旦污染,很难恢复，无法治理；自监测井所取水仅代表井周围很小的区域；2。地下水所受条件与地面水不同，一旦取出，立即发生变化，因此监测方案的制定更复杂。（一）调查研究和收集资料 监测区域的水文、地质、气象资料和以往的监测资料；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；调查采样井的有关参数；确定主要污染源和主要污染物，划分水文地质单元。（二）采样点的布设 1背景值监测井的设置原则：弄清地下水的分层和流向。污染区的外围，在垂直地下水流向的上方；新开发地区应在污染源尚未引入之前设置；2 监测井的布设原则：工业区和重点污

14、染源所在地的监测井，根据污染物在地下水中的扩散形式确定：条带状，在含水层渗透性较大的地方和排污渠道的两岸，此时可沿地下水流向及其垂直方向分别布设采样点；点状，在含水层渗透性小的地方，监测井宜设在近污染源处。块状，污灌区、大量施用农药和化肥的农田、没有给排水设施的小城镇易造成块状污染，可采用网格法均匀布点。漏斗区根据地下水流向和污染源所在位置而定而定；（三）采样时间和采样频率的确定 按丰、枯水期，四季或月采样，每期采样两次；对用水井、回灌井应监测水质情况，要队井位进行编号，标在地区分布图上；三、水污染源监测方案的制定调查：用水情况，污水的类型，主要污染物及排污去向和排放量；车间、工厂或地区排污口

15、的数量及位置；污水处理情况，排放区域，是否有渗坑等。（一）采样点的设置 1工业废水在车间排污口设点测一类污染物；在工厂总排污口设点测二类污染物； 在处理设施的排出口处布点，进水口处布点可判断处理效率；2城市污水城市污水管网，采样点应设在非居民生活排水支管接入城市污水干管的检查井，城市污水干管的不同位置，污水进入水体的排放口等。城市污水处理厂，在污水进口和处理后的总排口布设采样点；（二）采样时间和频率 1工业废水车间排污口：平均水样 定时水样 混合水样；工厂排污口：在一个生产周期内连续定时采样，单独分析，找出高峰，每季度测一次污水排放量，每月测两次水质；环境保护行政主管部门进行不定期的监督性监测

16、。2城市污水对城市管网污水，可在一年的丰、枯、平水期，从总排放口分别采集一次流量比例混合水样，每次进行一昼夜连续定时采样或用连续自动采水器采样；在城市污水处理厂，为指导调节处理工艺参数和监督外排水水质，每天都要对一些项目进行例行监测。第三节 水样的采集和保存一、 水样的类型 1瞬时水样，在某一时间和地点从水体中随机采集的分散水样。2混合水样（时间），在同一采样点于不同时间所采集的瞬时水样混合后的水样。3综合水样（空间）把不同采样点同时采集的各个瞬时水样混合后所得到的水样。二、地表水样的采集（一）采样前的准备 容器 采水器 交通工具 保存剂 其它必须的表格及工具等（二）采样方法和采样器 采样方法

17、：涉水采样；船只采样；桥梁采样；索道采样； 监测船采样；采样器：简易采水器 ；急流采水器；双层溶解气体采样器；各种手动、电动泵自动采水器三、地下水样的采集 （一）井水 常利用抽水机设备，将积留在管道内的杂质及陈旧水排除，排净井内滞水；亦可用专用采水器采样；（二）泉水、自来水 对于自喷泉水，在涌水口处采样；一般只采集瞬时水样。四、废（污）水样的采集（一）浅层废（污）水 用采样容器直接采集，也可用长把塑料勺采集。（二）深层废（污）水 可用深层采水器或固定在负重架内的采样容器，沉入检测井内采样。（三）自动采样，采用自动采水器可自动采集瞬时水样和混合水样。五、采集水样注意事项1有些项目需单独采样，有些

18、项目需现场测定。2填写采样记录一式三份；容器瓶应贴上标签。3底质能记录给定水环境的污染历史，反映难降解物质的积累情况，以及水体污染的潜在危险。地质的性质对水质、水生物有着明显的影响，是天然水是否被污染及污染程度的重要标志。监测断面的设置原则与水质相同，尽量重合；一般每年枯水期采样一次；采用挖式或锥式采样器、管式泥芯采样器；水浅时可用勺直接采。六、流量的测量（一）地表水流量测量1流速面积法 2浮标法 （二）废（污）水流量测量1流量计法2容积法 3溢流堰板法 Q=kh5/2 七、水样的运输和保存（一）水样的运输：（1）装箱运输；（2）注意冷藏或保暖；（二）水样的保存方法：容器的选择：聚乙烯 硼硅玻

19、璃 石英 聚四氟乙烯；根据相似相溶原理，无机项目应用塑料瓶，有机项目应用玻璃瓶。容器与水样的反应：材质溶解 器壁吸附 生物化学反应；1冷藏或冷冻法；2加入化学试剂保存法：a.加入生物抑制剂；b.调节pH；c.加入氧化剂或还原剂；保存剂：可以现场加，必要时在实验室预先加入。保存剂应是优级纯的试剂，不对以后的测定产生干扰，还应做相应的空白实验，对测定结果进行校正。三）水样的过滤和离心分离 将一个断面各点的水样混合均匀,自然沉降后用0.45um滤膜过滤,滤液装入测各项目的容器中。第四节 水样的预处理预处理的目的：1污染物存在体系复杂，排除干扰；2污染物存在形态各异，无法测定；3污染物含量太低，方法灵

20、敏度达不到，无法测定。一、水样的消解 多用于金属化合物的测定，一是将水样中的有机物、悬浮物的干扰除去；二是将金属转变为稳定的简单离子状态；三是达到分析方法所要求的分析浓度。（一）湿式消解法 1HN03消解法 用于较清澈水样；2HNO3HCl04消解法 用于含难氧化有机物水样；3HNO3H2SO4消解法 可提高消解温度和效果,但不适合含与SO42-生成沉淀的Pb、Ba、Sr的水样；4H2SO4H3PO4消解法 有利于消除Fe3+的干扰；5H2SO4KMn04消解法 用于消解测定Hg的水样，Cr（）的水样，破坏有机物的同时氧化待测物；6多元消解法 消解 掩蔽 氧化；7碱分解法 用于酸消解造成易挥发

21、组分损失时的消解；（二）干灰化法 蒸干后于450550灼烧，使有机物完全分解除去，用2HNO3或HCl溶解灰分，然后过虑。二、富积与分离方法：气提法、顶空法、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；（一）气提、顶空和蒸馏法 1气提法 使待测组分从水样中分离出来，把惰性气体通入调制好的水样中，将欲测组分吹出，如Hg、S2-的测定。2顶空法 先在密闭的容器中装入水样，容器上部留存一定空间，再将容器置于恒温水浴中，经过一定时间，容器内的气液两相达到平衡，从顶空装置取气样测得XG后，即可利用下式计算出水样中欲测物的原始浓度。3蒸馏法 利用水样中各组分具有不同的沸点，而使其彼

22、此分离的方法，主要用于无机非金属，如CN- F- NH4+-N 挥发酚等。（二）萃取法1溶剂萃取法 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和分离的目的。分配系数 分配比 萃取率 有机物可直接萃取，无机物可用鳌合萃取体系。2、 固相萃取法 固相萃取法的萃取剂是固体，其工作原理基于：水样中预测组分与共存干扰组分在固相萃取剂上作用力强弱不同，使它们彼此分离。固相萃取剂是含C18或C8、腈基、氨基等基团的特殊填料。（三）吸附法 利用多孔性的固体吸附剂将水样中一种或数种组分吸附于表面，以达到分离的目的。常用吸附剂为：活性碳、氧化铝、分子筛、大网状树脂；（四）离子交换法 利用离子交换树脂与溶

23、液中的离子发生交换反应进行分离的方法。强酸性阳离子交换树脂活性基团 -SO3H -SO3Na ；强碱性阴离子树脂活性基团 N（CH3）3+OH- ；操作程序：交换柱的制备 用HCl或NaOH浸泡树脂；交换 将试液倾入交换柱；洗脱 洗下交换在树脂上的离子；（五）共沉淀法 系指溶液中一种难溶化合物在形成沉淀过程中，将共存的某些痕量组分一起载带沉淀出来的现象。1利用吸附作用的共沉淀分离；2利用生成混晶的共沉淀分离（难再分开）；3。用有机共沉淀剂进行共沉淀分离（可灼烧除去有机物）；第五节 物理指标检验物理指标主要包括水温、臭和味、色度、浊度、透明度、残渣、矿化度、电导率、氧化还原电位。这些项目在测定时

24、一般不复杂，可在取样时测定并记录，为以后的测定提供信息。一、水温水温的影响：1水中气体溶解度；2水生物生长状况；3生物化学反应速度；4盐度及pH等；测定方法：1水温计法 安装于金属半圆槽壳内的水银温度计，沉入水面下预定深度5分钟，带水提出迅速读数；2颠倒温度计法 用于测量深层水温；二、臭和味水中各种物质挥发出来产生的气味，直接给使用者产生不快。（一）定性描述法 取100ml水样于250ml锥形瓶中，检验人员依靠自己的嗅觉，分别在20和煮沸稍冷后闻其臭，用文字描述；臭强度分为6级。（二）臭阈值法 水样稀释到刚好闻出臭味时的稀释倍数称为“臭阈值”；配制系列稀释倍数水样，在水浴上加热直601，与无臭

25、水比较，确定刚闻到臭的稀释倍数；三、色度来源：植物的叶、皮、根、腐殖质、泥沙、矿物质；工业污水的污染；危害：影响水的使用，使工业产品的质量降低；水中悬浮物完全除去后所呈现的颜色称真色；没有除去悬浮物时所呈现的颜色为表色；颜色指真色，用离心或澄清的方法除去悬浮物，不能过滤，如测定表色，须注明。1铂、钴标准比色法 用K2PtCl6 和 CoCl26H2O配成标准溶液,目视比色；适用于土黄色系列；2稀释倍数法 以文字描述颜色性质，用最大稀释倍数表示颜色的深浅；3分光光度法 用分光光度法求出水样的三激励值，然后查图和表；三激励值即是：明度、色调和饱和度。四、浊度 反映水中的不溶解物质对光线透过时阻碍程

26、度的指标，主要用于天然水和饮用水。（一）目视比浊法 将水样与用精制的硅藻土配制的系列浊度标准溶液进行比较。规定1l蒸溜水中含1mg一定粒度的硅藻土所产生的浊度为一个浊度单位；（二）分光光度法 以甲簪聚合物（由硫酸肼和六次甲基四胺反应而成）配制标准浊度溶液，用分光光度计于680nm波长处测其吸光度，与在同样条件下测定水样的吸光度比较，得知其浊度。（三）浊度仪法 标准块校准，蒸馏水调零，测水样浊度；五、透明度水对光线的阻碍程度。（一）铅字法 透明度计是一种长33cm，内径2.5cm，并具有刻度的无色玻璃圆筒，筒底有一磨光玻璃片和放水侧管。（二）塞氏盘法 塞氏盘为直径200mm的白铁片圆板，板面从中

27、心分为4个部分，黑白相间。六、残渣（一）总残渣： 水样蒸干后剩余的物质重量； （二）可滤残渣：将过滤后的水样蒸干后剩余的物质重量；（三）不可滤残渣：又名悬浮物，系指残留在滤器上并与103105烘至恒重的固体物质重量。严格受滤纸型号的影响。测定时取一定体积的水样用已知重量的滤膜过滤，将滤膜及残渣烘至恒重并称量，根据增加的重量和取样体积计算悬浮物浓度（单位：mg/l）。七、矿化度水中含有的可溶解盐量。重量法测定是用过滤后的水样蒸干，加H2O2去除有机物的干扰，再移至105110烘箱中烘至恒重，单位mg/l。八、 电导率用于推测水中离子的总浓度或含盐量。相距1cm的两平行电极间充以1cm3溶液所具有

28、的电导。用电导率仪可以很容易地测定电导率；衡量水的纯度。电导池常数已知，进行温度补偿，可直接读出。九、氧化还原电位描述水体氧化还原能力的指标。以Pt电极为指示电极，饱和甘汞电极为参比电极。第六节 金属化合物的测定主要包括的项目为： Al Hg Cd Pb Cu Zn Cr As共性：1一般为人体所必须的微量元素，对人有一个适量的范围；2元素一般无毒，有毒的为离子状态，且价态越高，毒性越大。处理方法：常用消化预处理测定方法： 分光光度法； 原子吸收分光光度法；阳极溶出伏安法；电感耦合等离子体原子发射光谱法一、 铝 铝是自然界的常量元素，毒性不大，但过量摄入人体，能干扰磷的代谢，对胃蛋白酶的活性有

29、抑制作用。我国饮用水限值为0.2mg/l。（一） 电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICPAES）1 方法原理电感耦合等离子体焰矩温度可达60008000K，当将试样由进样器引入雾化器，并被氩载气带入焰矩时，则试样中组分被原子化、电离、激发，以光的形式发射出能量。不同元素的原子发射不同波长的特征光谱，故根据特征光的波长可进行定性分析；元素的含量不同时，发射特征光的强弱也不同，据此可进行定量分析。2仪器装置 见68页3测定要点水样预处理；硝酸消解。配制标准溶液和试剂空白溶液；测量 调节好仪器工作参数，选两个标准溶液进行两点校正后，依次将试剂空白溶液、水样喷入ICP焰测定，扣除空白值后的元素测定值即

30、为水样中该元素的浓度。（二）间接火焰原子吸收法二、汞唯一在常温下呈液态的金属，元素及其化合物都有毒，而且在环境中富集，是重要的工业原料。主要来源于仪表制造、贵金属冶炼、医学、化工等。（一） 双硫腙分光光度法 1 分光光度法简介2 汞的测定水样于95，在酸性介质中用KmnO4和过硫酸钾消解，将无机汞和有机汞转化为二价汞，用盐酸羟胺将过剩的氧化剂还原；酸性条件下，Hg2+与双硫腙生成橙色鳌合物，用有机溶剂萃取，再用碱液洗去过剩的双硫腙，于485nm波长处测定吸光度，用标准曲线法求水样中汞的含量。检出范围0.0020.04mg/l；HgCl2配制标准溶液。（二）冷原子吸收法 1方法原理： 基于汞蒸气对波长253.7nm的紫外光选择性吸收 2测定要点： 在硫酸和硝酸介质中，KmnO4热消解水样。各形态的汞转化为Hg2+，用Sn2+还原，用载气或震荡使之挥发。原子吸收专用汞分析仪主要有光源、吸收管、试样系统、光电检测系统、指示系统组成。 用HgCl2配制系列汞标准溶液。（三）冷原子荧光法