技能大赛综合组实验题目1.docx

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技能大赛综合组实验题目1

技能大赛综合组实验题目（11环境工程，12环境监测专业）

采用紫外-可见分光光度法测定溶液未知物浓度。

提供条件：

五种已知标准试剂（苯甲酸、对羟基苯磺酸、水杨酸、邻菲啰啉、苯磺酸钠），未知物（五种之一）溶液，紫外-可见分光光度计，必需的玻璃器皿。

目标：

测定溶液中未知物浓度。

特别说明：

比赛时给出的至少五种标准试剂及未知样在不同场次或不同组别间可能不一样，浓度等也可能不同；

要求：

提供详细的实验方案（包括实验原理），进行可行性分析。

以组为单位于周四提交实验方案。

（可以查阅网络、专业书籍、学术论文等参考文献，请在实验方案后标注参考文献。

）实验方案通过后进一步进行比赛。

实验方案应包含以下部分：

溶液中未知物浓度测定

方案依据：

实验原理：

实验所需仪器药品等（实验室依据此项提供）：

实验步骤：

可行性分析：

人工湖环境问题（10环境工程，11环境监测）

背景：

我校的人工湖于6月份进行了一次换水，水面降低，清澈见底，组织了美化校园生态环境景观鱼放养入湖”活动，受到广大师生的欢迎。

但在8月份，人工湖出现了大量生物疯长现象，湖面整个被藻类和水草类覆盖，景观鱼也没了踪影。

请针对这次人工湖的环境问题进行分析，找出可能的原因并提出解决方案，另外，在问题解决之后，学校决定定期监测水质，以免再次出现环境问题，请写出你认为应该进行监测的水质指标，并从中选择最重要的一项，写出详细的实验方案。

要求：

提供详细的报告，找出原因，提出解决方案并进行可行性分析，并制定未来的监测指标，并选择你认为最重要的一项写出完整实验方案（采样，实验器材，步骤等）。

以组为单位于下周五提交。

（可以查阅网络、专业书籍、学术论文等参考文献，请在报告后标注参考文献。

）报告实验方案通过后进一步进行比赛。

报告应包含以下部分：

人工湖环境问题…………

环境问题产生原因：

解决方案：

可行性分析：

监测指标：

重要指标：

选择依据，实验所需仪器药品等（实验室依据此项提供），实验步骤。

近5O年来，中国平均每年有近20个天然湖泊消亡，75％的天然湖泊和人工湖泊出现富营养化。

我国的天然湖泊和人工湖泊正面临着大规模的生态威胁。

湖泊生态系统不仅维持着相关自然资源的产能，而且长期地为人类提供用水、灌溉、防洪、交通、观光游憩等服务。

如今，由于人类经济活动等的影响，我国湖泊水质污染严重，部分湖泊富营养化已经接近临界点，湖体水质出现加快恶化的趋势。

后果是生物多样性的破坏，严重损害人民群众的环境权益，对于社会的稳定和经济的可持续发展将会产生非常不利的影响[1]。

城市景观水体是现代城市建设的重要组成元素，营造城市的优美景观，为城市居民提供休闲游憩的场所，主要包括城市里的天然湖泊、人工湖泊、景观池塘、景观河道等[2]。

城市景观水体多为静止或流动性差的封闭缓流水体，水域面积小、水深较浅、水环境容量小、自净能力差、容易受污染，部分城市景观水体甚至出现了不同程度的富营养化现象，颜色泛绿，发出难闻的腥臭味，严重影响周边的自然环境和人居环境，丧失了水体的景观功能[3]。

湖南农业大学人工湖既是城市人工湖泊的一个组成部分，也是校园景观的重要组成要素，并兼具调节小气候、分隔不同功能区、阻隔噪音、休闲娱乐等功能      。

为了发挥和利用好景观水体的功能，营造优美的校园环境，必须做好校园景观水体富营养化的防治工作。

2  研究现况及进展

所谓水体富营养化，是指工业废水、生活污水和含氮、磷等营养元索的农业退水大量进人湖泊、水库、海湾等封闭性或半封闭性水体以及某些河流水体内，导致氮、磷等营养元素富集，某些特征性藻类尤其是微囊镶（Microcptis）鱼腥藻Anabaem）、束丝藻（Aphonimmenon）、额藻（Oarillatorin）等异常增殖，使水质恶化的过程[4]。

藻类的大量滋生、繁殖、分解需要消耗大量溶解氧，释放大量溶解性有机物，导致水质恶化，藻类代谢过程中释放具有强毒理作用的藻毒素会危及水环境、破坏水体的生态平衡[5]。

人类对富营养化的关注最初起源于20世纪50年代, 并逐步开展了研究, 经过半个多世纪的探索, 已相继取得一些进展。

目前, 在一些经济发达、财力雄厚的国家, 如美国、日本、德国、瑞典等国, 围绕水域富营养化的治理, 尤其是湖泊的恢复已取得了较多的研究成果, 并相继采取了一些切实可行的治理措施, 使一些富营养化湖泊得到了恢复和控制。

特别是采取了以防为主的方针, 如建立大型的（投资巨大的）污水处理厂, 使进入湖泊水体中的氮、磷等营养物质得到有效去除, 从而避免或延缓了一些湖泊的富营养化进程。

与国外相比, 我国在该方面的研究要晚一些, 但也陆续取得了一些技术成果, 并逐步开展了一些湖泊富营养化方面的治理工作。

我国大多数湖泊为平原型或高原型淡水湖泊, 水体富营养化都不同程度地存在, 尤其是一些距离城市较近的公园游览性湖泊, 富营养化程度比较严重, 亟待治理。

目前国内投入大量人力、资金着手治理的湖泊有杭州西湖、云南滇池、江苏太湖。

根据相国内外评价湖泊富营养化的指标，调查国内相关研究资料可知，目前我国37个主要湖泊的富营养状况为：

中营养型和中一富营养型的占55.8％，富营养型的占14.7％，重富营养型的占8.8％。

其中太湖和滇池富营养化较为严重，国内针对其富营养化进行了大量研究，研究显示太湖水质为Ⅳ类和劣于Ⅳ类的水域面积占湖泊总面积的83％左右，滇池的水质以Ⅳ类为主，占评价面积的69％，劣于Ⅳ类水质的水域面积占评价面积的31％[6]。

最近几年，全国湖泊水环境的恶化趋势还在发展，富营养化趋势明显。

根据大量理论和研究实践，在对已污染湖泊进行外源控制基础上，进行湖内修复成为治理富营养化的重点。

目前广泛应用的控制技术主要有：

①化学方法：

如加入化学药剂杀藻、加入铁盐促进磷的沉淀、加入石灰脱氮等，但是易造成二次污染；②物理方法：

疏挖底泥、机械除藻、引水冲淤等，但往往治标不治本。

由于以上方法实际应用中所存在的不可避免的问题，越来越多的研究集中于寻找生态的、对环境友好的、投资少的生物方法。

使用生物技术解决水体富营养化问题此前在国内外尚处于研究阶段，由江苏省农业科学院与中国科学院地理湖泊研究所合作研究的“固定化细菌技术”最近在贵阳“温流水”养殖场试验成功。

有效地遏制了水体富营养化[7]。

利用生物技术来治理富营养化水体。

控制水华具有工艺简单、无需建构筑物、基建省，投资少等特点，同时生物技术旨在修复生态平衡已遭破坏的水体．从生态本身人手对水体进行治理修复，已逐渐成为国内外治理富营养化水体的热点技术。

但是由于生态系统的复杂性，这种技术还很不成熟，随着基因工程与生态工程逐渐结合运用。

有望通过生物技术的运用使富营养化的水体得到较好的修复，并且可以通过该技术使水生生态环境得到良好的控制。

防止修复后的水体出现富营养化和水华。

3  研究方法

根据中国环境科学出版社《水和废水监测分析方法》2002年第四版所记录的标准分析方法[8]，对水样进行基础指标的检测以研究其富营养化程度，其中包括pH值、TP、TN、NH3-N和叶绿素a。

其中，TP的测定采取钼锑抗分光光度法；TN的测定选用过硫酸钾氧化紫外分光光度法；NH3-N的测定则采用纳氏试剂光度法；pH值采用玻璃电极法测定；叶绿素a采用丙酮研磨法进行测定。

3.1  样品采集

农大校园内景观水体主要分布在八教与十教中间，十一教后面，生科楼与校医院中间的鱼塘和逸苑的两个湖，逸苑的两个湖以及八教后面的湖中都有桥，在靠近湖心处的桥上采样，其他无桥的小型水池则直接用采水器尽量往池中心处抛出采集。

因为校内的景观水体多为人工湖，水域面积小且水深不足两米，因此采样时采取浅层水即可。

研究过程中采样次数共为5次，其中四月采样3次，5月采样2次。

3.2  样品测定方法

    实验均采用中国环境科学出版社《水和废水监测分析方法》2002年第四版上的标准方法。

3.2.1  TP测定

预处理：

过硫酸钾消解法

仪器：

①手提式高压蒸汽消毒器。

②电炉2KW。

③50ml（磨口）具塞比色管。

试剂：

5%过硫酸钾溶液（溶解5g过硫酸钾于水中，并稀释至100 ml）。

步骤：

①吸取25.0 ml混匀水样（必要时，酌情少取水样，并加水至25ml ，使含磷量不超过30μg）于50ml具塞刻度管中，加过硫酸钾溶液4ml，加塞后管口包一小块纱布并用线扎紧，以免加热时玻璃塞冲出。

将具塞刻度管放在大烧杯中，置于高压蒸汽消毒器中加热，待锅内压力达1.1kg/cm2（相应温度为120℃）时，调节电炉温度使保持此压力30min后，停止加热，待压力表指针降至零后，取出放冷。

如溶液浑浊，则用滤纸过滤，洗涤后定容。

②试剂空白和标准溶液系列也经同样的消解操作。

测量方法：

钼锑抗分光光度法（A）

仪器：

分光光度计

试剂：

①（1+1）硫酸。

    ②10%抗坏血酸溶液：

溶解10g抗坏血酸于水中，并稀释至100ml。

该溶液贮存在棕色玻璃瓶中，在约4℃可稳定几周。

如颜色变黄，则弃去重配。

③钼酸盐溶液：

溶解13g钼酸铵（NH4）6Mo7O24·4H2O于100ml水中。

溶解0.35g酒石酸锑钾（K（SbO）C4H4O6·1/2H2O）于100ml水中。

在不断搅拌下，将钼酸铵溶液徐徐加到300ml（1+1）硫酸中，加酒石酸锑钾溶液并且混合均匀。

贮存在棕色的玻璃瓶中约4℃保存。

至少稳定几个月。

④浊度-色度补偿液：

混合两份体积的（1+1）硫酸和一份体积的10%抗坏血酸溶液。

此溶液当天配置。

⑤磷酸盐储备溶液：

将优级磷酸二氢钾（KH2PO4）于110℃干燥2h，在干燥器中放冷。

称取0.2197g溶于水，移入1000ml容量瓶中。

加（1+1）硫酸5ml，用水稀释至标线。

此溶液每毫升含50.0μg磷（以P计）。

⑥磷酸盐标准溶液：

吸取10.00ml磷酸盐储备液于250ml容量瓶中，用水稀释至标线。

此溶液每毫升含2.00μg磷。

临用时现配。

    步骤：

1）校准曲线的绘制

    取数支50ml具塞比色管，反别加入磷酸盐标准使用也0、0.50、1.00、3.00、5.00、10.0、15.0ml，加水至50ml。

    ①显色：

向比色管中加入1ml10%抗坏血酸溶液，混匀。

30s后加2ml钼酸盐溶液充分混匀，放置15min。

    ②测量：

用10mm后30mm比色管，于700nm波长处，以零浓度溶液为参比，测量吸光度。

2）样品测定

分取适量经滤膜过滤或消解的水样（使含磷量不超过30μg）加入50ml比色管中，用水稀释至标线。

以下按绘制校准曲线的步骤进行显色和测量。

减去空白试验的吸光度，并从校准曲线上查出含磷量。

    计算

磷酸盐（P，mg/L）=m/V

式中：

m——由校准曲线查得的磷量（μg）；

      V——水样体积（ml）

3.2.2  TN测定

    仪器：

①紫外分光光度计；

②压力蒸汽消毒器或民用压力锅压力为1.1~1.3kg/cm2,相应温度为120~124℃；

③25ml具塞玻璃磨口比色管。

    试剂：

1）无氨水：

每升水中加入0.1ml浓硫酸，蒸馏。

收集蒸馏出液于玻璃容器中或用新制备的去离子水。

2）20%氢氧化钠溶液：

称取20g氢氧化钠，溶于无氨水中，稀释至100ml。

3）碱性过硫酸钾溶液：

称取40g过硫酸钾（K2S2O8），15g氢氧化钠，溶于无氨水中，稀释至1000ml。

溶液存放在聚乙烯瓶内，可贮存一周。

4）（1+9）盐酸。

5）硝酸钾溶液：

①标准贮备液：

称取0.7218g经105~110℃烘干4h的优级纯硝酸钾（KNO3）溶于无氨水中，移至1000ml容量瓶中，定容。

此溶液每毫升含100μg硝酸盐氮。

加入2ml三氯甲烷为保护剂，至少可稳定6个月。

②硝酸钾标准使用液：

将贮备液用无氨水稀释10倍而得。

此溶液每毫升含10μg硝酸盐氮。

测量方法：

过硫酸钾氧化紫外分光光度法（A）

步骤：

1）校准曲线的绘制

①分别吸取0、0.50、1.00、2.00、3.00、5.00、7.00、8.00ml硝酸钾标准使用液于25ml比色管中，用无氨水稀释至10ml标线。

②加入5ml碱性过硫酸钾溶液，塞紧磨口塞，用纱布及纱绳裹紧管塞，一防迸溅出。

③将比色管置于压力蒸汽消毒器中，加热0.5h，放气使压力指针回零。

然后升温至120~124℃开始计时（或将比色管置于民用压力锅中，加热至顶压阀吹起开始计时），使比色管在过热水蒸气中加热0.5h。

④自然冷却，开阀放气，移去外盖，取出比色管并冷至室温。

⑤加入（1+9）盐酸1ml，用无氨水稀释至25ml标线。

⑥在紫外分光光度计上，以无氨水作参比，用10mm石英比色皿分别在220nm及275nm波长处测定吸光度。

用校正的吸光度绘制校准曲线。

2）样品测定步骤

    取10ml水样，或取适量水样（使氨氮含量为20~80μg）。

俺校准曲线绘制步骤②至⑥操作。

然后校正吸光度，在校准曲线上查出相应的总氮量，在用下列公式计算总氮含量。

总氮（mg/L）=m/V

式中：

m——从校准曲线上查得的含氮量（μg）；

      V——所取水样体积（ml）。

3.2.3  氨氮测定

预处理：

絮凝沉淀法

仪器：

100 ml具塞比色管

试剂：

①10%硫酸锌溶液：

称取10g硫酸锌溶于水，稀释至100 ml.

②25%氢氧化钠溶液：

称取25g氢氧化钠溶于水，稀释至100 ml.，贮于聚乙烯瓶中。

③硫酸，ρ=1.84。

步骤：

取100 ml.水样于具塞比色管中，加入1ml.10%硫酸锌溶液和0.1~0.2ml.25%氢氧化钠溶液，调节pH至10.5左右，混匀。

放置使沉淀。

用经无氨水充分洗涤过的中速滤纸过滤，弃去初滤液20ml。

测量方法：

纳氏试剂光度法（A）

仪器：

①分光光度计。

②pH计。

试剂：

配制试剂用水均为无氨水。

1）纳氏试剂：

称取16g氢氧化钠，溶于50ml水中，充分冷却至室温。

另称取7g碘化钾和10g碘化汞（HgCl2）溶于水，然后将此溶液在搅拌下徐徐注入氢氧化钠溶液中，用水稀释至100ml，贮于聚乙烯瓶中，密塞保存。

2）酒石酸钾钠溶液：

称取50g酒石酸钾钠（KNaC4H4O6·4H2O）溶于100ml水中，加热煮沸以出去氨，放冷，定容至100ml。

3）铵标准储备溶液：

称取3.819g经100℃干燥过的优级纯氯化铵（NH4Cl）溶于水中，移入1000ml容量瓶中，稀释至标线。

此溶液每毫升含1.00mg氨氮。

4）铵标准使用液：

移去5.00ml铵标准储备液于500ml容量瓶中，用水稀释至标线。

此溶液每毫升含0.010mg氨氮。

步骤：

（1）标准曲线的绘制

①吸取0、0.50、1.00、3.00、5.00、7.00、和10.0ml铵标准使用液于50ml比色管中，加水至标线，加1.0ml酒石酸钾钠溶液，混匀。

加1.5ml纳氏试剂，混匀。

放置10min后，在波长420nm处，用光程10mm比色皿，以无氨水为参比，测量吸光度。

②有测得吸光度，减去零浓度空白吸光度后，得校正吸光度，绘制以氨氮含量（mg）对校正吸光度的标准曲线。

（2）水样的测定

①分取适量经絮凝沉淀预处理后的水样（使氨氮含量不超过0.1mg），加入50ml比色管中，稀释至标线，加1.0ml酒石酸钾钠溶液。

以下同标准曲线的绘制。

（3）空表实验

以无氨水代替水样，做全程序空白测定。

计算：

由水样测得的吸光度减去空白实验的吸光度后，从校准曲线上查得氨氮含量（mg）。

氨氮（N，mg/L）=1000m/V

式中：

m——由校准曲线查得的氨氮量（mg）；

      V——水样体积（ml）。

3.2.4  叶绿素a的测定

    1）仪器设备

①分光光度计；

②真空泵；

③离心机；

④乙酸纤维滤膜（孔径0.45μm）；

⑤抽滤器；

⑥组织研磨器其他细胞破碎器；

⑦碳酸镁粉末；

⑧90%丙酮。

    2）试验程序

    ①以离心或过滤浓缩水样，在抽滤器上装好乙酸纤维滤膜。

倒入定量体积的水样进行抽滤，抽滤是负压不能过大（约为50KPa）。

水样抽完后，继续抽1~2min，以减少滤膜上的水分。

如需短期保存1~2d时，可放入普通冰箱冷冻，如需长期保存（30d），则放入低温冰箱（－20℃）保存。

②取出带有浮游植物的滤膜，在冰箱内低温干燥6~8h后放入组织研磨器中，加入少量碳酸镁粉末及2~3ml90%丙酮，充分研磨，提取叶绿素a。

用离心机（3000~4000r/min）离心10min。

将上清液倒入5ml或10ml容量瓶。

③再用2~3ml的90%丙酮，继续研磨提取，离心10min，并将上清液再转入容量瓶中。

重复1~2次，用90%的丙酮定容为5ml或10ml，摇匀。

④将上清液再分光光度计上，用1cm光程的比色皿，分别读取750nm、663nm、645nm、630nm波长的吸光度，并以90%的丙酮作空白吸光度测定，对样品吸光度经行校正。

    3）计算方法

    叶绿素a的含量按如下公式计算：

叶绿素a（mg/m3）={[11.64×（D663－D750）－2.16×（D645－D750）+0.10×（D630－D750）]·V1}/V·δ

式中：

V——水样体积（L）；

      D——吸光度；

      V1——提取液定容后的体积（ml）；

      δ——比色皿光程（cm）。

3.2.5  pH值的测定

    仪器：

pH计和玻璃电极

    步骤：