03环境生物技术 第二章 第二节 水和废水监测.docx

1、03环境生物技术 第二章 第二节 水和废水监测第二章 环境监测第二节 水和废水监测本节主要内容一 水质污染与监测二 水质监测方案制订三 水样的采集和保存四 水样的预处理五 物理指标检验六 金属化合物的测定七 非金属无机物的测定八 有机污染物的测定九 底质监测十 活性污泥性质的测定一 水质污染与监测1、水资源及其水质污染 水是人类社会的宝贵资源可利用的淡水资源只有江河、淡水湖和地下水的一部分按人均拥有水量计，我国仅有2200m3/人，约占世界平均水平的1/4。（一）水质污染分类化学型污染由酸碱、有机和无机污染造成的污染；物理型污染色度、浊度、悬浮固体、热污染、放射性；生物型污染生活污水、医院污水

2、。（二）水体自净和水体环境容量 污染物进入水体后首先被稀释，随后经过复杂的物理、化学和生物转化，使污染物浓度降低、性质发生变化，水体自然地恢复原样的过程称为自净。 自净能力决定着水体的环境容量（洁净水体所能承载的最大污染物量。 水解酶生活污水（淀粉、蛋白质、脂肪等） 氨基酸、脂肪酸、甘油、低分子糖 好氧菌 CO2、H2O、无机盐2、水质监测的对象和目的 水质监测的分类 环境水体监测 水污染源监测 水质监测的对象 环境水体：地表水（江、河、湖、库、海水） 地下水 水污染源：工业废水 生活污水和医院污水等水质监测的目的： (1) 对江、河、水库、湖泊、海洋等地表水和地下水中的污染因子进行经常性的监

3、测，以掌握水质现状及其变化趋势。 (2) 对生产、生活等废（污）水排放源排放的废（污）水进行监视性监测，掌握废（污）水排放量及其污染物浓度和排放总量，评价是否符合排放标准，为污染源管理提供依据。 (3) 对水环境污染事故进行应急监测，为分析判断事故原因、危害及制订对策提供依据。 (4) 为国家政府部门制定水环境保护标准、法规和规划提供有关数据和资料。 (5) 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。3、监测项目 监测项目受人力、物力、财力的限制，不可能将所有的监测项目都加以测定，只能是对那些优先监测污染物加以监测。 优先监测污染物： 标准中要求控制、在环境中难以

4、降解； 危害大、毒性大、影响范围广； 出现频率高，有可靠检测方法。（一）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。（二）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。

5、（三）废（污）水 监测项目第一类： 是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、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。第二类： 是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 。4、水质监测分析方法1. 国家或行业的标准分析方法 其成熟性和准确度好，是评价其他监测分析方法的基准方法，也是环境污染纠纷法定的仲裁方法；水和废水标准分析方法（第四版）2. 统一分析方法 是经

6、研究和多个单位的实验验证表明是成熟的方法。3. 试用方法 是在国内少数单位研究和应用过，或直接从发达国家引进，供监测科研人员试用的方法。 标准分析方法和统一分析方法均可在环境监测与执法中使用。（一）选择监测分析方法的原则（二）监测分析方法的分类1. 用于测定无机污染物的方法 原子吸收法 分光光度法 等离子发射光谱（ICP-AES）法 电化学法 离子色谱法 其他方法：化学法、原子荧光法、等离子发射光谱-质谱（ICP-MS）法、气相分子吸收光谱法等。2. 用于有机污染物的监测分析方法 气相色谱法（GC）高效液相色谱法（HPLC） 气相色谱-质谱法（GC-MS） 其他方法：有机污染物类别测定、耗氧有

7、机物测定5、污染物形态分析 1)污染物形态 污染物形态是指污染物在环境中呈现的化学状态、价态和异构状态。一定形态的污染物在环境中有其发生和演变过程，并且在不同的条件下可转变为其他形态，具有不同强度的毒性。 2)了解污染物形态的意义 深入认识其环境行为 正确评价对环境的影响 设计污染物分析监测方案和治理方法 3) 对污染物形态进行分析常用的方法 直接测定法：专一性的化学方法或物理化学方法，测定样品中污染物的各种形态，如用离子选择电极法测定离子态元素。 分离测定法：是将样品中不同形态的待测组分用物理法（离心、超滤、渗析等）或物理化学法（萃取、层析、离子交换等）先进行分离，然后逐一测定。 干法：是用

8、电子探针、X射线衍射仪、核磁共振波谱仪等对颗粒状样品或生物样品进行非破坏性的形态分析。 理论计算法：是利用被研究体系有关热力学数据进行计算，确定其形态的方法。 二 水质监测方案制订1、地面水水质监测方案的制订 基础资料的收集 监测断面和采样点的设置 采样时间和采样频率的确定 采样及监测技术的选择 结果表达、质量保证及实施计划 （一）基础资料的收集 （1）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；河流的宽度、深度、河床结构及地质状况；湖泊沉积物的特性、间温层分布、等深线等。 （2）水体沿岸城市分布、工业布局、污染源及其排污情况、城市给排水情况

9、等。 （3）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。 （4）历年水质监测资料。（二）监测断面和采样点的设置 1. 监测断面的设置原则 应在水质、水量发生变化及水体不同用途的功能区处设置监测断面 （1）大量废水排入河流的居民区、工业区上下游； （2）湖泊、水库的主要出入口； （3）饮用水源区、水资源区域等功能区； （4）入海河流的河口处、较大支流汇合口上游和汇合后与干流混合处； （5）国际河流出入国际线的出入口处； （6）尽可能与水文测量断面重合。2. 监测断面和采样点的设置 为评价完整江河水系的水质，需要设置背景断面、对照断面、控制断面

10、和削减断面；对于某一河段，只需设置对照、控制和削减（或过境）三种断面。(1)背景断面：设在基本上未受人类活动影响的河段，用于评价一完整水系污染程度。(2)对照断面：为了解流入监测河段前的水体水质状况而设置。一个河段一般只设一个对照断面。(3)控制断面：控制断面的数目应根据城市的工业布局和排污口分布情况而定，设在排污区（口）下游，污水与河水基本混匀处。(4)削减断面：是指河流受纳废水和污水后，经稀释扩散和自净作用，使污染物浓度显著降低的断面，通常设在城市或工业区最后一个排污口下游1500m以外的河段上。3. 采样点位的设置 设置监测断面后，应根据水面的宽度确定断面上的采样垂线，再根据采样垂线处水

11、深确定采样点的数目和位置。（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）对于较大水系干流和中、小河流，全年采样监测次数不少于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，全年采样监测不少于12次。采样时间为每月一次或视具体情况选定。底质每年枯水期采样监测一次。 （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。其他湖、库全年采样监测两次，枯、丰水期各

12、1次。有废（污）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24次。（四）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。（五）结果表达、质量保证及实施计划 1.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。 2.质量保证

13、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。 3.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。2、地下水监测方案制订（一）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。例如，地质图、剖面图、测绘图、水井的成套参数、含水层、地下水补给、径流和流向，以及温度、湿度、降水量等。 （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。（

14、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。 （二）采样点的布设 对照监测井 控制监测井 （三）采样时间和采样频率的确定 采样时间 采样频率3、水污染源监测方案制订（一）采样点的设置 1. 工业废水 （1）在车间或车间处理设施的废水排放口设置采样点监测一类污染物；在工厂废水总排放口布设采样点，监测二类污染物。 （2）已有废水处理设施的工厂，在处理设施的总排放口布设采样点。如需了解废水处理效果，还要在处理设施进口设采样点。2.城市污水 (1)城市污水管

15、网的采样点设在：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。 (2)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。如需监测各污水处理单元效率，应在各处理设施单元的进、出口分别设采样点。另外，还需设污泥采样点。(二)采样时间和采样频率 工业废水和城市污水的排放量和污染物浓度随工厂生产及居民生活情况常发生变化，采样时间和频率应根据实际情况确定。三 水样的采集和保存1、水样的类型 （一）瞬时水样 瞬时水样是指在某一时间和地点从水体中随机采集的分散水样。 （二）混合水样 混合水样是指在同一采样点于不同时间所采集的瞬时水样的混合水样，有时称“时间混

16、合水样”，以与其他混合水样相区别。 （三）综合水样 把不同采样点同时采集的各个瞬时水样混合后所得到的样品称综合水样。 2、地表水样的采集 (一) 采样前的准备 选择适宜材质的盛水容器和采样器，并清洗干净。准备好交通工具。交通工具常使用船只。 (二) 采样方法和采样器（或采水器）3、地下水样的采集 井水、泉水、自来水4、废（污）水样的采集 (一) 浅层废（污）水 可从浅埋排水管、沟道中采样，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。 5、采集水样注

17、意事项 (1)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。 (2)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。6、水样的运输与保存 (一) 水样的运输 (1)为避免水样在运输过程中震动、碰撞导致损失或沾污，将其装箱，并用泡沫塑料或纸条挤紧，在箱顶贴上标记。 (2)需冷藏的样品，应采取致冷保存措施；冬季应采取保温措施，

18、以免冻裂样品瓶。(二) 水样的保存方法 1. 冷藏或冷冻法 冷藏或冷冻的作用是抑制微生物活动，减缓物理挥发和化学反应速度。 2. 加入化学试剂保存法（1）加入生物抑制剂 HgCl2可抑制生物的氧化还原作用；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。(2) 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调至pH为12时， 使之生成稳定的酚盐等。 (3) 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

19、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。 (三) 水样的过滤或离心分离 如欲测定水样中某组分的含量，采样后立即加入保存剂，分析测定时充分摇匀后再取样。 如果测定可滤（溶解）态组分含量，所采水样应用0.45m微孔滤膜过滤，除去藻类和细菌，提高水样的稳定性，有利于保存。 如果测定不可过滤的金属时，应保留过滤水样用的滤膜备用。对于泥沙型水样，可用离心方法处理。对含有机质多的水样，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。四 水样的预处理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

20、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 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。 1、水样的消解水样预处理的原则： 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（一）湿式消解法 1. 硝酸消解法 对于较清洁的水样，可用硝酸消解。 2. 硝酸-高氯酸消解法 两种酸都是强氧化性酸，联合使用可消解含难氧化有机物的水样。 3. 硝酸-硫酸消解法 两种酸都有较强的氧化能力，其中硝酸沸点低，而硫酸沸点高，二者结合使用，可提高消解温度

21、和消解效果。常用的硝酸与硫酸的比例为52。 4.硫酸-磷酸消解法 两种酸的沸点都比较高，其中硫酸氧化性较强，磷酸能与一些金属离子如Fe3+等络合，故二者结合消解水样，有利于测定时消除Fe3+等离子的干扰。 5.硫酸-高锰酸钾消解法 该方法常用于消解测定汞的水样。高锰酸钾是强氧化剂，在中性、碱性、酸性条件下都可以氧化有机物，其氧化产物多为草酸根，但在酸性介质中还可继续氧化。 6.多元消解法 为提高消解效果，在某些情况下需要采用三元以上酸或氧化剂消解体系。例如，处理测总铬的水样时，用硫酸、磷酸和高锰酸钾消解。7.碱分解法 当用酸体系消解水样造成易挥发组分损失时，可改用碱分解法，即在水样中加入氢氧化

22、钠和过氧化氢溶液，或者氨水和过氧化氢溶液，加热煮沸至近干，用水或稀碱溶液温热溶解。 （二）干灰化法 又称高温分解法。其处理过程是：取适量水样于白瓷或石英蒸发皿中，置于水浴上或用红外灯蒸干，移入马福炉内，于450550灼烧到残渣呈灰白色，使有机物完全分解除去。取出蒸发皿，冷却，用适量2%HNO3（或HCl）溶解样品灰分，过滤，滤液定容后供测定。 本方法不适用于处理测定易挥发组分（如砷、汞、镉、硒、锡等）的水样。 2、富集与分离 富集 富集是分离的一种，即从大量试样中搜集欲测定的少量物质至一较小体积中，从而提高其浓度至其测定下限之上。 分离 分离是将欲测组分从试样中单独析出，或将几个组分一个一个地

23、分开，或者根据各组分的共同性质分成若干组。(一) 气提、顶空和蒸馏法 1.气提法 该方法基于把惰性气体通入调制好的水样中，将欲测组分吹出，直接送入仪器测定，或导入吸收液吸收富集后再测定。 2.顶空法 该方法常用于测定挥发性有机物（VOCs）水样的预处理。例如，测定水样中的挥发性有机物（VOCs）或挥发性无机物（VICs）时，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，经一定时间，容器内的气液两相达到平衡。3.蒸馏法 蒸馏法是利用水样中各污染组分具有不同的沸点而使其彼此分离的方法，分为常压蒸馏、减压蒸馏、水蒸汽蒸馏、分馏法等。(二) 萃取法 1.溶剂萃取法 溶剂萃取法

24、是基于物质在互不相溶的两种溶剂中分配系数不同，进行组分的分离和富集。2.固相萃取法(SPE) 固相萃取法的萃取剂是固体，其工作原理基于：水样中欲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 吸附法是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，再用适宜溶剂、加热或吹气等方法将欲测组分解吸，达到分离和富集的目的。 按照吸附机理分类物理吸附化学吸附（四）离子交换法 该方法是利用离子交换剂与溶液中的离子发生交换反应进行分离的方法。离子交换剂分为无机离子交换剂和有机离子交换剂两大类，广泛应用的是有机离子

25、交换剂，即离子交换树脂。 操作程序交换柱的制备交换洗脱（五）共沉淀法 1. 利用吸附作用的共沉淀分离 共沉淀法系指溶液中一种难溶化合物在形成沉淀（载体）过程中，将共存的某些痕量组分一起载带沉淀出来的现象。共沉淀现象在常量分离和分析中是力图避免的，但却是一种分离富集痕量组分的手段。 2. 利用生成混晶的共沉淀分离 当欲分离微量组分及沉淀剂组分生成沉淀时，如具有相似的晶格，就可能生成混晶共同析出。 3. 用有机共沉淀剂进行共沉淀分离 有机共沉淀剂的选择性较无机沉淀剂高，得到的沉淀也较纯净，并且通过灼烧可除去有机共沉淀剂，留下欲测元素。 五 物理指标检验1、水温 (一) 水温计法 (二) 颠倒温度计

26、法2、嗅和味 (一) 定性描述法 (二) 嗅阈值法3、色度 水颜色的分类 真色假色 测定方法 （一）铂钴标准比色法 （二）稀释倍数法4、浊度 浊度是反映水中的不溶解物质对光线透过时阻碍程度的指标，通常仅用于天然水和饮用水，而污水和废水中不溶物质含量高，一般要求测定悬浮物。测定浊度的方法有目视比浊法、分光光度法、浊度计法等。测定方法 (一) 目视比浊法 (二) 分光光度法 (三) 浊度仪法5、透明度 (一) 铅字法 (二) 塞氏盘法6、残渣 水中的残渣分为总残渣、可滤残渣和不可滤残渣三种。它们是表征水中溶解性物质、不溶解性物质含量的指标。7、矿化度 矿化度是水化学成分测定的重要指标，用于评价水中

27、总含盐量，是农田灌溉用水适用性评价的主要指标之一。该指标一般只用于天然水。 矿化度的测定方法有重量法、电导法、阴、阳离子加和法、离子交换法、比重计法等。重量法含意明确，是较简单、通用的方法。8、电导率 电导仪是测定溶液电导或电导率的专用仪器。 9、氧化还原电位六 金属化合物的测定 金属测定中常用仪器分析方法 分子吸收（紫外可见）分光光度法 原子吸收分光光度法 电位分析法 极谱分析法（阳极溶出伏安法）1、铝 铝是自然界中的常量元素，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抑制作用。我国饮用水限值为0.2 mg/L。 电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）1. 间接火

28、焰原子吸收法2. 分光光度法2、汞汞及其化合物属于剧毒物质，主要来源于金属冶炼、仪器仪表制造、颜料、塑料、食盐电解及军工等废水。天然水中汞含量一般不超过0.1g/L；我国饮用水标准限值为0.001mg/L。3、镉 镉属剧毒金属，可在人体的肝、肾等组织中蓄积，造成脏器组织损伤，尤以对肾脏损害最为明显。还会导致骨质疏松，诱发癌症。我国生活饮用水卫生标准规定镉的浓度不能超过0.005mg/L。 （一）原子吸收分光光度法 火焰原子吸收法 石墨炉原子吸收法测定镉、铜、铅（二）双硫腙分光光度法 （三）阳极溶出伏安法1. 经典极谱分析法原理极谱分析是一种在特殊电解条件下，根据被测物质在电极上进行氧化还原反应

29、得到的电流-电压关系曲线进行定性、定量分析的方法，其基本装置如图2.27所示。E为直流电源，AB为均匀滑线电阻，加于电解池（极化池）D两电极上的电压可借助移动触点C来调节。V为伏特计，G为检流计（见下页图2.27） 。4、铅铅是可在人体和动植物中蓄积的有毒金属，其主要毒性效应是导致贫血、神经机能失调和肾损伤等。铅对水生生物的安全浓度为0.16mg/L。 原子吸收分光光度法 双硫腙分光光度法 阳极溶出伏安法 示波极谱法 电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-AES）5、铜铜是人体所必需的微量元素，缺铜会发生贫血、腹泄等病症，但过量摄入铜亦会产生危害。铜对水生生物的危害较大，有人认为铜对鱼类的毒性浓

30、度始于0.002mg/L，但一般认为水体含铜0.01 mg/L对鱼类是安全的。 原子吸收分光光度法 二乙氨基二硫代甲酸钠萃取分光光度法 新亚铜灵萃取分光光度法 阳极溶出伏安法 示波极谱法 ICP-AES法6、锌锌也是人体必不可少的有益元素，每升水含数毫克锌对人体和温血动物无害，但对鱼类和其他水生生物影响较大。锌对鱼类的安全浓度约为0.1mg/L。 原子吸收分光光度法 双硫腙分光光度法 阳极溶出伏安法 示波极谱法 ICP-AES法 7、铬铬是生物体所必需的微量元素之一。铬的毒性与其存在价态有关，六价铬具有强毒性，为致癌物质，并易被人体吸收而在体内蓄积。 二苯碳酰二肼分光光度法 六价铬、总铬 火焰原子吸收法测定总铬 硫酸亚铁铵滴定法8、砷元素砷毒性极低，而砷的化合物均有剧毒，三价砷化合物比其他砷化物毒性更强。砷化物容易在人体内积累，造成急性或慢性中毒。 新银盐分光光度法 二乙氨基二硫代甲酸银分光光度法 氢化物发生-原子吸收法 原子荧光法测定砷、硒、锑、铋9、其他金属化合物详细内容可查阅水和废水监测分析方法和