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重金属的水质检测

日期:2024-03-29 05:46
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摘要:

重金属的水质检测      
       重金属的一种定义是密度大于5 g/cm3 的金属,大多数金属都是重金属。主要是指对生物有明显毒性的重金属元素,如汞、镉、铅、铬、锌、铜、钴、镍、锡、钡等。有时也会将一些有明显毒性的轻金属元素及非金属元素列入:如砷、铍、锂与铝。尽管锰、铜、锌等重金属是生命活动所需要的微量元素,但是大部分重金属如汞、铅、镉等并非生命活动所必须,而且所有重金属超过一定浓度都对人体有毒。
重金属污染主要是指:由于采矿、冶炼、制造产品、排放废水废气、处置固体废物、利用污水进行灌溉和使用重金属制品的过程中,重金属或者其化合物给自然环境或者人体带来的损害。

       所谓水质指标是用以评价一般淡水水域、海水水域特性的重要参数。可以根据这些参数对水质的类型进行分类,对水体质量进行判断和综合评价。水质指标已形成比较完整的指标体系。

      重金属的水质检测尤为重要。

      许多水质指标是表示水中某一种或一类物质的含量,常直接用其浓度表示,有些水质指标则是利用某一类物质的共同特性来间接反映其含量。例如水中有机物质具有易被氧化的共同特性,可用其耗氧量作为有机物含量的综合性指标;还有一些水质指标是同测定方法直接联系的,例如混浊度,色度等用人为规定的并配制某种人工标准溶液作为衡量的尺度。水质指标按其性质不同,可分为物理的,生物的和化学的指标。

   (一)水质的物理指标

    水体环境的物理指标项 目颇多,包括 水温、渗透压、混浊度(透明度)、色度、悬浮固体、蒸发残渣以及其它感官指标如味觉、嗅觉属性等等。

     1. 温度 温度是*常用的物理 指标 之一。由于水的许多物理特性、水中进行的化学过程和生物过程 都同 温度有关,所以它经 常是必须加以测定的。天然水的温度因水源的不同而异.地表水的温度与季节气候条件有关,其变化范围大约在0.1--30℃;地下水的温度则比较稳定,一般变化于8--12℃左右,而海水的温度变化范围为-2--30℃。

     2. 嗅与味 被污染的水体往 往具有不正 常 的气味,用鼻闻到的称为嗅,口尝到的称为味。有时嗅与味 不能截然分开。常常根据水的气味,可以推测水中所含杂质和有害成分。

     3.颜色与色度 天然水经常表现出各种颜色。湖沼水常有黄褐色、或黄绿色, 这往往是由腐殖质造成的。水 中悬浮泥沙和不溶解 的矿物质也长带有颜色,例如粘土使水呈黄色;铁的氧化物使水呈黄褐色; 硫化氢氧化析出的硫使水呈蓝色等等。各种水藻如球藻、硅藻等的繁殖使水 呈黄绿色、褐色等。根据水的颜色,可以推测水中杂质的数量和种类。色 度是对天然的或处理之后的各种用水进行水色测定时所规定的指标。目前世 界各国统一用氯化铂酸钾(K2PtCl6)和 氯 化钴(CoCl2.6H2O)配制的混合溶液作为色度的标准。

     4.混浊度与透明度 水中若含有悬浮及胶体状态的物质,常会发生混浊现象。地表水的混浊是由泥沙、粘土、有机物造成的。地下水一般比较清澈透明,但若水中含有Fe2+盐,与空气接触后就可能产生Fe(OH)3,使水呈棕黄色混浊状态;海洋在近岸和河口区由于陆地径流携带大量泥沙、粘土、有机物造成的。不同河流因流经地区的地质土壤条件不同,混浊程度可能有很大的差别。地下水一般比较清澈透明,但若水中含有Fe2+盐,与空气接触后就可能产生Fe(OH)3,使水呈棕黄色混浊状态;海洋在近岸和河口区由于陆地径流携带大量泥沙和其它有机物,水质比较混浊而远岸海区水区水质透明。
    
     5. 固体含量 天然水体中所含物质大部分属于固体物质,经常有必要测定其含量作为直接的水质指标。各种固体含量可以分为以下几类:(1)总固体。即水样在一定温度下蒸发干燥后残存的固体物质总量,也称蒸发残留物;(2)悬浮性固体。
   (二)水质化学指标

    利用化学反应、生物化学的反应及物理化学的原理测定的水质指标,总称为化学指标。由于化学组成的复杂性,通常选择适当的化学特性进行检查或作定性、定量的分析。根据不同的分析方法可以把化学指标归纳如下:

     1.中和的方法 包括水体的碱度、酸度等;

     2.生成螯合物的方法 如Ca2+ Mg2+及硬度等;

     3.加热和氧化剂分解法 将含生物体在内的有机化合物的含量以加热分解时产生CO2的量[总有机碳(TOC);微粒有机碳(POC)]、分解时消耗的氧量[总耗氧量(TOD)]或消耗氧化的量[化学耗氧量(COD)]来表示的指标;

     4.生物化学反应的方法论 以生物化学耗氧量(BOD)为代表,是测定微生物分解有机物时所需消耗的氧量,包括测定微生物在呼吸过程中产生的CO2的量以及利用脱氢酶等酶活性法来测定有效生物量等指标;

     5.氧化还原反应及沉淀法。*典型为溶解氧含量及氯离子含量等指标。

     6.电化学法。有水的电导率,氯化-还原电位(pE)以及包括pH在内的离子选择电极的各种指标,如F-、NH4+以及许多金属离子;

     7.微量成分。以仪器分析为主要检测手段。包括分光光度法,原子吸收光谱法,气相、液相色谱法,中子活化分析法以及等离子发射光谱法等。指标项目众多,如生物营养元素、各种化学形态的重金属离子及非金属微量元素、微量有机物、水已的污染物(如有机农药、油类)以及放射性元素等等。 总之,系统了解各类水质指标的含义具有重要意义。因为对于任何水生生态系统环境都是通过对一系列的、经过严格选择的、具有典型意义代表性的指标进行调查或监测分析结果,而加以综合评价的。必须强调,水质的生物学指标的调查分析结果对于科学评价水环境质量越来越大越显示其重要性。

  二、 我国当前沿用的重金属的水质检测主要水质理化指标及测试系统

    (一) 主要理化指标 当前许多国家都颁布了各自不同的水质质量标准,规定了为数繁多的指标项目。我国于1973年颁布了《工业“三废”排放试行标准》,规定了工业废水中有14项有害物质的*高排放浓度。1976年颁发《生活饮用水水质标准》,其中感官性指标有4项(色、混浊度、嗅与味、肉眼可见物);化学指标有8项(Ph、总硬度、铁、锰、铜、锌、挥发酚、阴离子合成洗涤剂);毒理学指标有8项(氰化物、砷、硒、汞、镐、六价铬、铅);**学指标有3项(**总数、大肠菌群、游离余氯)。1983年发布《地表水环境质量标准》,规定出20种监测项目的三级质量标准,其中包括pH、水温、色、嗅、溶解氧,生化需氧量,挥发性酚类、氮化物、砷、总汞、镉、六价铬、铅、铜、石油类、大肠菌群等。我国先行的《海水水质标准(GB3097-82)》规定的理化指标包括物理感官指标,化学感官指标和微生物指标计25项;《渔业水域水质标准(GB11607-89)》包括感官和化学指标34项。

     水环境调查或监测分析项目在理化指标方面多根据各类水体目前和将来的用途而加以选择和确定的。在养殖生产和有关部门水生生物科学研究中,为了充分利用和改良或控制水的理化条件,常常必须对10多项常规指标进行分析,包括温度、含盐量(盐度)、溶解氧、pH、碱度、硬度、硝酸盐、亚硝酸盐、铵氮、总氮、磷酸盐、总磷、硅酸盐、化学耗氧量等等;对水环境的污染物质的调查中常按基础调查、检测性调查、专题性调查及应急性调查等多种不同类型的用途而选择不同的指标项目。淡水水体和海水水体常常也有所差异。

     从国外报道各种类型的水质调查或监测标准来看,由于国情的不同,其侧重点各异。而且调查或监测指标的选择和确定问题本身也还有一个逐步深入和不断发展的过程,例如对污染指标随着新的化学物质的品种的增加、分析技术的发展,以及在流行病学研究中对致癌、致畸及致突变的生理生化过程的深入研究,监测或调查项目会不断的加以改变,方法也会逐步发展和完善。

     (二) 测试系统 对水质理化指标进行的测试实验可采用现场测试、船上测试和陆上实验室测试三种方式。采用不同方式测试所得结果的确切程度是不同的,特别是深层水样的 采集和储存,其温度、压力产生变化,都将使化学平衡点产生变化。例如[HCO3-]/[CO32-]等离子成分的浓度比值以及溶解气体的含量等都回发生变化。;储存的水样,即使排除了容器污染和通过容器表面散失的可能性,水质也会因为悬浮物的凝聚沉降以及生物提的代谢过程、死亡分解过程等的影响而发生改变。

     目前,可采用现场测试的项目越来越多,遥控遥感技术的发展使许多水质指标项目的测试可以字响当大的范围进行同步观测。但借助仪器的探头作高深度水域(特别是海洋)的现场测试常常遇到很多困难。加在现场测试仪器尚未能普及的情况下,水质理化指标测试工作常常必须先采样后在船上实验室或陆上实验室进行。

     随着自动化分析技术的发展,水质指标的调查、监测分析已经逐步使用自动测试系统。该系统一般由采样装置,水质连续监测仪器,数据传输、记录及处理几部分组成,其特点是自动化、仪器化和连续性。目前已采用自动化试系统的有:水温、Ph、电导率、氧化还原电位、混浊度、悬浮物、溶解氧、COD、TOC、TOD、某些金属离子、氰化物等等。自动测试系统可避免人工采样所得数据的不**性,大大缩短采样分析到获得结果之间的时间。但自动测试系统也有局限性,不能对大部分指标逐一单项进行测定,因为水质化学组成(尤其是污染物)复杂,组分价态、形态多变,干扰严重,需要一系列的化学预处理操作和各种高灵敏度的检测方法。因此,发展规律连续自动测试技术并和实验室(船上和陆上)采样分析技术相结合,是完善水质理化指标的一系列切实可行的途径


   对于电化学溶出分析技术而言,重金属的水质检测在水环境——特别是地表水、饮用水源地等水环境中的含量不高(基本在μg/L数量级),即便是市政以及工业企业污水排放口,也仅仅在几十到几百μg/L数量级,因此检测限低的电化学溶出分析技术在重金属监测中将发挥更大的作用。随着我国重金属污染问题越来越受到重视,重金属监测会得到更大程度的关注。目前的两种重金属监测方法,比色法较为传统,设备成本比电化学分析仪成本低,在一些特殊的场合,特别是待分析重金属成分浓度较高时,可以考虑该类型分析仪。
在中低浓度的重金属监测中,如地表水、饮用水、水处理设施排放口重金属监测,基于电化学溶出分析技术的重金属分析仪能够对μg/L数量级的重金属进行精准定量分析,无疑是优选。

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