环境监测毕业论文-东江水中重金属的测定及水质评价.doc

广东环境保护工程职业学院毕 业 设 计（论 文） 题 目： 东江水中重金属的测定及水质评价 系 别： 环境监测系 专 业： 环境监测与评价（环境监测方向） 班 级： 11环境监测4班 姓 名： 李剑锋 指导教师： 李彩霞 完成时间： 2014年4月25日 广东环境保护工程职业学院毕业设计（论文）任务书环境监测系 环境监测与评价（环境监测方向） 专业兹发给 11环境监测4 班学生 李剑锋 毕业设计（论文）任务书，内容如下：1.毕业设计（论文）题目： 东江水中重金属的测定及水质评价 2.应完成的项目(如页面不够可另附纸张)：(1).选题背景及依据 （2）水环境重金属研究现状. （3）影响水环境的主要因素 （4）.水环境中重金属测定方法 （5）测定结构分析方法 （6）水质评价方法. 3.参考资料以及说明(如页面不够可另附纸张)：（1）伍丽萍.姜海萍 东江干流惠州至潼湖河段水质现状、预测及保护措施J.珠江现状建设.1997 3 （2）刘永伟，毛小苓，孙莉英，等.深圳市工业污染源重金属排放特征分析J.北京人学学报(自然科学版)，2010 46(2):279-285.（3）刘金铃，冯新斌，朱伟，等.东江沉积物重金属分布特征及污染评价J.生态学杂志，2011，30(5):981-986.（4）刘绮，欧阳茉.重金属Hg，Cu，Pb, Cd入海通量实例研究兼论珠江河口重金属污染防治对策J.丹东海工，2008, (12):31-35.（5）刘雷斌，刘文君.高盐度对突发重金属污染水源水应急处理的影响研究J.丄业水马废水，2011，24(3). 18403:8-12.（6）王文强，地下水水质评价方法浅析J，地下水2007年06期，37-38200 4. 本毕业设计（论文）任务书于 2014年1月1日发出，应于2014年 4月25日完成，提交系进行答辩。系负责人（签名） 批准 年 月 日 教研室负责人（签名） 审核 年 月 日 指导教师（签名） 审核 年 月 日诚信承诺书 我承诺在毕业设计(论文)活动中，遵守学校有关规定，恪守学术规范，本人毕业设计(论文)内容除特别注明和引用外，均为本人观点，不存在剽窃、抄袭他人学术成果，伪造、篡改实验数据的情况，如果有违规行为，我愿意承担一切责任，接受学校的处理。 学生(签名)： 年 月 日东江水中重金属的测定及水质评价【学生署名】 11环境监测4班 李剑锋【指导教师署名】 李彩霞【系部署名】 环境监测系【内容摘要】随着我国人口增长，经济发展，人们对水资源的需求不断增加，而我国的水环境遭到较为严重的破坏，加剧了水资源供需矛盾。东江是华南地区最重要的饮用水源地，是河源、惠州、东莞以及深圳和广州东部地区的主要供水水源，还每年提供香港所需用水量的大部分。因此，东江水安全问题不仅是资源和环境安全问题，也是关系到国家经济、社会发展的重大战略问题。本文以东江上游博罗自来水厂至下游新角自来水厂河段的东江水为研究对象，每月通过乘船至江中心各个布点采取水样，利用火焰原子吸收分光光度法测定东江水中镉、铜、铅、锌四种重金属的含量，并根据GB 38382002国家地面水环境质量标准中规定的水污染指数对东江水质进行评价，以判断东江水受重金属的污染程度，为政府制定保护环境相关政策及今后的污染修复工作提供实验基础和数据资料。通过测定研究表明，上游博罗自来水厂至下游新角自来水厂河段的东江水均没有受到污染，但丰水期和枯水期污染指数有差别；东江水重金属的测定结果评价为未污染，水质为类水。【关键词】东江水；重金属；火焰原子吸收法；水质评价目录1 引言11.1 选题背景及依据11.2 水环境重金属研究现状21.3 研究内容42 水环境中重金属测定方法42.1 水样样品的采集及保存42.2 重金属含量测定42.3 水质评价方法83 测定结果与分析93.1 测定结果93.2 测定结果分析及水质评价104 结论与展望114.1 结论114.2 展望11参考文献：12致谢131 引言1.1 选题背景及依据东江是其中下游地区及香港的饮用水源，而东江中下游的惠州、东莞、深圳和香港是南中国经济最活跃地区。因而，东江水资源在量和质上，对于中下游地区国民经济建设的十分重要。随着东江流域经济发展和人口的增长，以及东深引水工程的发展，对东江水的需求迅速增加，水资源的供需矛盾日益暴露出来，尤其是在中下游河段工业污染物的检出率、超标频率、超标倍数在逐年增加；其上游河源段水质保护好，较为清洁，因而作为承上启下的中游水质，其质量及其变化趋势对于东江水源的保护有重大意义1。历年东江水质状况从表1.1可以看出2。氨氮含量在0.03mg/L1.18mg/L，除1999年外各年皆超标，超标率最大为16.7% ( 1994、1996年)，高锰酸盐指数含量在1.1mg/L5.1mg/L,1995年超标，超标率为5.6%，亚硝酸盐氮含量在 0.005mg/L0.628mg/L, 1994、1995年超标，超标率分别为16.7%、5.6%，生化需氧量含量在1.0mg/L3.0mg/L;硝酸盐氮含量在0.11mg/L0.99mg/L，挥发性酚类含量在0.00mg/L1 0.006mg/L, 1998 年超标, 超标率为11.1% ;六价铬含量在 0.002mg/L 0.012mg/L;石油类含量为0.02mg/L0.54mg/L , 除1996年外各年皆超标, 最大超标率为66.7%( 1995 年) ; 汞1995年超标, 超标率为5.6%。其余项目含量较为稳定, 氰化物为 0.002mg/L; 砷为0. 004mg/L;汞为0. 00005mg/L; 铅为0.005mg/L; 镉为0. 0005mg/L。表1.1 历年东江水水质状况表重金属污染与其他有机化合物的污染不同。不少有机化合物可以通过自然界本身物理的、化学的或生物的净化，使有害性降低或解除。而重金属具有富集性，很难在环境中降解。目前国内由于在重金属的开采、冶炼、加工过程中，造成不少重金属如铅、汞、镉、钴等进入大气、水、土壤引起严重的环境污染。如随废水排出的重金属，即使浓度小，也可在藻类和底泥中积累，被鱼和贝类体表吸附，产生食物链浓缩，从而造成公害。水体中金属有利或有害不仅取决于金属的种类、理化性质，而且还取决于金属的浓度及存在的价态和形态，即使有益的金属元素浓度超过某一数值也会有剧烈的毒性，使动植物中毒，甚至死亡。金属有机化合物（如有机汞、有机铅、有机砷、有机锡等）比相应的金属无机化合物毒性要强得多；可溶态的金属又比颗粒态金属的毒性要大；六价铬比三价铬毒性要大等。重金属在人体内能和蛋白质及各种酶发生强烈的相互作用，使它们失去活性，也可能在人体的某些器官中富集，如果超过人体所能耐受的限度，会造成人体急性中毒、亚急性中毒、慢性中毒等，对人体会造成很大的危害，例如，日本发生的水俣病（汞污染）和骨痛病（镉污染）等公害病，都是由重金属污染引起的。重金属在大气、水体、土壤、生物体中广泛分布，而底泥往往是重金属的储存库和最后的归宿。当环境变化时，底泥中的重金属形态将发生转化并释放造成污染。重金属不能被生物降解，但具有生物累积性，可以直接威胁高等生物包括人类。因此，底泥重金属污染问题日益受到人们的重视。重金属进入水体环境后，通过溶解、沉淀、凝聚、络合吸附等各种反应，可以形成不同的化学形态，且各形态之间受土壤理化特性及其环境因素的影响而处于一个动态平衡中，并随环境条件的变化而互相转化。这些重金属在土壤中的形态变化影响到它的活性和生物有效性并最终通过土壤-植物系统经食物链进入动物和人体，危害人类健康和安全。因此，对水体中重金属的含量进行测定，并进行水质评价，以判断东江水受重金属的污染程度，为政府制定保护环境相关政策及今后的污染修复工作提供实验基础和数据资料具有非常重要意义。1.2 水环境重金属研究现状水环境重金属污染是指排入水体的重金属含量超出了水环境的自清洁能力，导致水的组成和性质发生变化，水环境生长条件恶化，从而使人类生活和健康受到不良影响的情况。(1) 国内水环境重金属污染研究现状由于重金属污染事件，尤其是突发性的重金属污染事件发生越来越多，国内近年来对水环境重金属污染的研究也开始增多。陈明等3对2009年典型重金属污染事件进行了解析，其中指出涉铅企业利润高，税收也高，因此得到地方政府支持，而这些企业违法排污被无视，导致血铅事件频发。刘永伟等4分析了深圳市工业污染源重金属排放特征，指出近10年深圳市工业污染源重金属等标污染负荷大小排序为六价Cr Cd Pb Hg As,而污染负荷最大的行业均为电子及通讯设备制造业和金属制品业。邓书平等5对松花湖重金染情况进行了调查分析，指出松花湖水样中Cd、Cr、Cu、Hg、Pb、Zn等六项指标是主要污染源，提出控制工业污染源等减少污染措施。徐林波等6对靖海湾重金属污染及铅稳定同位素溯源进行了研究，指出悬浮颗粒物中的铅污染主要来源于工业排放和含铅汽油燃烧等人类活动。刘金铃等7对东江沉积物重金属分布特征进行了研究，并进行了污染评价，指出东江流域沉积物的重金属污染物主要是Cu、Zn、Cd、Hg和Pb。刘绮等8研究了重金属Hg、Cu、Pb、Cd入海通量，指出珠江口重金属溶解态通量小于颗粒态通量。车越等9研究了河水中泥沙的再悬浮对水中重金属的影响，研究指出泥沙再悬浮中重金属会再次释放，最终影响水中重金属的含量，而泥沙的再悬浮与水动力有关。梁宁10在金矿区地表水重金属污染特征研究中指出水体和沉积物之间重金属含量差异明显，沉积物中重金属含量明显高于水体中的重金属含量，重金属运移以水力搬运为主，受到距离污染源远近的影响，离污染源越近，沉积物中重金属分配系数越高。刘雷斌等11研究了西江下游在咸潮发生时盐度对突发重金属污染中重金属含量造成的影响，指出盐度对铅离子的测定有较大影响。王桂林等12对铅在湘江悬浮物上的吸附速率进行了研究，指出悬浮物有机质对铅的吸附有显著影响而悬浮物浓度对铅的吸附速率影响不大。(2)国外水环境重金属污染研究现状在国外，水环境受重金属污染也非常严重，类似的研究和报告都不少。以船舶修理制造和重化工产业等为主导产业的哥本哈根海港区的浅海沉积物已被重金属等污染。20世纪中期给世界造成重大影响的日本水误病事件就是由汞污染引起的。英国斯旺西是世界金属溶炼工业中心，而当地水环境中的Cu、Zn、Pb、Cd等重金属污染较严重。在波兰有大约50%的地表水已经达不到3级水质标准，主要是受到重金属污染和氯化物污染，这些水污染事件污染物的来源是采矿和冶炼等行业产生的大量废弃物。1.3 研究内容本人在惠州环境监测站实习，主要实习内容为水质监测，所以本文以东江上游博罗自来水厂至下游新角自来水厂河段的东江水为研究对象，每月通过乘船至江中心各个布点采取水样，利用火焰原子吸收分光光度法测定东江水中镉、铜、铅、锌四种重金属的含量，并根据GB38382002国家地面水环境质量标准中规定的水污染指数对东江水质进行评价，主要研究内容分两部分：（1）东江水中重金属镉、铜、铅、锌含量的测定（2）东江水质重金属污染评价2 水环境中重金属测定方法2.1 水样样品的采集及保存采集江河水时可以用适当的容器如水桶采集。水体中的重金属污染物容易被悬浮物质吸附。因此必需边摇动采样器边向样品容器灌装样品，以减少被测定物质的沉降，保证样品的代表性。为了防止水体发生生物、化学和物理作用，应立即过滤处理或加入固定剂保存。采样深度一般讲其容器沉至水面下0.3-0.5m处采集。本次采样均为乘船只至江中心区域采样，采样点分别布设在东江上游博罗自来水厂，下游新角自来水厂。采样时先冲洗采样容器23次，然后再重新采集的水样分装到各个采样容器中，不能用力搅拌水源，以免沙石、浮土等杂质进入采样容器中。采样量一般在满瓶的70%80%，当场加入优级纯的HNO3，按1L水样中加10mL，并且摇匀密封保存。2.2 重金属含量测定2.2.1水样的前处理和消解技术水样的前处理一般为过滤。而水样的消解为湿法消解中的硝酸消解法：取混匀的水样50200ml于烧杯中，加入510ml浓硝酸，在电热板上加热煮沸，蒸发至小体积，试液应清澈透明，呈浅色或无色，否则，应补加硝酸继续消解。蒸至近干，取下烧杯，稍冷后加入2%HNO3(或HCl)20ml，温热溶解可溶盐。若有沉淀，应过滤，滤液冷至室温后于50ml容量瓶中定容备用。2.2.2 水中重金属含量测定1. 测定原理测定重金属的方法有两种，一是使火焰原子吸收分光光度法（AAS）来测定，该方法简便、快速、干扰少。二是使用电感耦合等离子体发射光谱法，简称ICP-AES，具有准确度高和精密度高、检出限低、测定快速、线性范围宽、可同时测定多种元素等优点。下面简单介绍这两种方法的原理。火焰原子吸收分光光度法，是将水样或消解处理好的试样直接进样，通过雾化，经过高温火焰形成基态原子蒸气，次基态原子蒸汽对光源发射的特征电磁辐射产生吸收，且吸光度和样品的含量符合朗伯-比尔定律，将测得的样品吸光度和标准溶液的吸光度进行比较，采用标准工作曲线法进行定量，确定样品中被测元素的含量。电感耦合等离子体发射光谱法，即ICP-AES法，是可以同时测定多元素含量的仪器。当氩气通过等离子体火炬时，经射频发生器所发生的交变电磁场使其电离、加速并与其他氩原子碰撞。这种链锁反应使更多的氩原子电离，形成原子、离子、电子的粒子混合气体，即等离子体。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。不同元素的原子在激发或电离时，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. 测定方法、条件及步骤根据水和废水监测分析方法第四版增补版（中国环境科学出版社）中镉、铜、铅、锌的测定方法，分别使用原子吸收分光光度法和电感耦合等离子体发射光谱法进行了测定。（1）原子吸收分光光度法（AAS）选择GGX-9型原子吸收分光光度计，用0.2%硝酸调零，按照表2.1给出的测定镉、铜、铅、锌四种金属离子所选择的分析线和火焰，表2.2测定镉、铜、铅、锌仪器工作参数调节仪器，按浓度从低到高的顺序逐个吸入空白样、标准溶液和试样，分别测量其吸光度。扣除空白样吸光度后，从校准曲线上查出待测试样中的金属浓度，也可以从仪器上直接读出试样中的金属浓度。表2.1 测定镉、铜、铅、锌分析线和火焰类型元素分析线波长（nm）火焰类型镉228.8乙炔-空气，氧气型铜324.8乙炔-空气，氧气型铅283.3 乙炔-空气，氧气型锌213.9 乙炔-空气，氧气型表2.2 测定镉、铜、铅、锌仪器工作参数助燃气流量（L/min）燃气流量（L/min）火焰高度（mm）氖灯电流(A)测量时间(S)681.01.2752定量方法采用标准工作曲线法，配制标准曲线，吸取混合标准溶液0、0.50、1.00、3.00、5.00、和10.00ml，分别放入六个100ml容量瓶中，用0.2%硝酸稀释定容。此混合标准系列各金属的浓度见表2.3。接着按样品测定的步骤测量吸光度，用经空白校正的各标准的吸光度对相应的浓度作图，绘制校准曲线。表2.3 镉、铜、铅、锌标准系列的配制和浓度混合标准使用液体积（ml）00.501.003.005.0010.00标准系列各金属浓度镉00.050.100.300.501.00（mg/L）铜00.250.501.502.505.00铅00.501.003.005.0010.00锌00.050.100.300.501.00注：定容体积100ml。被测金属 式中：m从校准曲线上查出或仪器直接读出的被测金属量（g）V分析用的水样体积（mL）；（2）电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-AES）按表2.4所列参数选择分析线和调节火焰，按表2.5调节工作参数。仪器为 Optima 8000型ICP-OES，将预处理好的样品及空白溶液，在仪器最佳工作参数条件下，测定其含量。表2.4测定镉、铜、铅、锌分析线波长和火焰类型元素分析线波长（nm） 火焰类型镉214.44氩气-空气铜324.75氩气-空气铅220.35氩气-空气锌213.86氩气-空气表2.5测定镉、铜、铅、锌仪器工作参数高频功率（KW）反射功率（W）观测高度（mm）载气流量（L/min）等离子气流量（L/min）进流量（ml/min）测量时间（s）1.01.456161.01.51.01.51.53.0120定量方法也是选择标准工作曲线法，配制混合标准溶液0、1.00、2.00、4.00、6.00、和8.00ml，分别放入六个100ml容量瓶中，用1%硝酸稀释定容。此混合标准系列各金属的浓度见表2.6。接着按样品测定的步骤得到测定值，用经空白校正的各标准的测定值对相应的浓度作图，绘制校准曲线。表2.6 镉、铜、铅、锌标准系列的配制和浓度混合标准使用液体积（ml）01.002.004.006.008.00标准系列各金属浓度镉00.100.200.400.600.80（mg/L）铜00.100.200.400.600.80铅00.100.200.400.600.80锌00.100.200.400.600.80注：定容体积100ml。被测金属 式中：m从校准曲线上查出或仪器直接读出的被测金属量（g）V分析用的水样体积（mL）；2.3 水质评价方法水质评价即按照评价目标，选择相应的水质参数、水质标准和评价方法，对水体的质量利用价值及水的处理要求作出评定。水质评价是合理开发利用和保护水资源的一项基本工作。根据不同的评价类型，采用相应的水质标准。评价水环境质量，采用地面水环境质量标准；评价养殖水体的质量,要采用渔业用水水质标准;评价集中式生活饮用水取水点的水源水质,用地面水卫生标准;评价农田灌溉用水，采用农田灌溉水质标准等。一般都以国家或地方政府颁布的各类水质标准作为评价标准。在没有规定的水质标准情况下，可采用水质基准或本水系的水质背景值作为评价标准。而水质评价方法有两大类13，一类是以水质的物理化学参数的实测值为依据的评价方法；另一类是以水生物种群与水质的关系为依据的生物学评价方法。较多采用的是物理化学参数评价方法，其中又分：单项参数评价法即用某一参数的实测浓度代表值与水质标准对比，判断水质的优劣或适用程度。多项参数综合评价法即把选用的若干参数综合成一个概括的指数来评价水质，又称指数评价法。指数评价法用两种指数即参数权重评分叠加型指数和参数相对质量叠加型指数两种。参数权重评分叠加型指数的计算方法是，选定若干评价参数，按各项参数对水质影响的程度定出权系数，然后将各参数分成若干等级，按质量优劣评分，最后将各参数的评分相加，求出综合水质指数。数值大表示水质好，数值小表示水质差。用这种指数表示水质，方法简明，计算方便。参数相对质量叠加型指数的计算方法是，选定若干评价参数，把各参数的实际浓度与其相应的评价标准浓度相比，求出各参数的相对质量指数，然后求总和值。根据生物与环境条件相适应的原理建立起来的生物学评价方法，通过观测水生物的受害症状或种群组成，可以反映出水环境质量的综合状况，因而既可对水环境质量作回顾评价，又可对拟建工程的生态效应作影响评价，是物理化学参数评价方法的补充。缺点是难确定水污染物的性质和含量。本文选择采用单因子污染指数法进行水质评价，即将水体各监测项目的监测结果与GB 38382002国家地面水环境质量标准相应的功能区分类标准进行比较，以确定水质污染特征，判断该区域的水质类别。单因子污染指数法计算公式为: 式中：Pi为某一评价指标的相对污染值； Ci为某一评价指标的实测值；Co为某一评价指标的最高允许标准值。污染程度划分及环境评价：根据P数值的大小，把污染程度划分为未污染（P1）、轻污染（1P2）、中度污染（2P4）、重污染（46）。3 测定结果与分析3.1 测定结果监测数据选取半年时间为期限，每单月一次，各点的平均浓度作为重金属测定的数据，原子吸收分光光度法和电感耦合等离子发射光谱法测定结果如表3.1、表3.2所示：表3.1 水中镉、铜、铅、锌重金属含量（AAS法）单位：mg/L时间2013/092013/112014/12014/3重金属上游博罗自来水厂下游新角自来水厂上游博罗自来水厂下游新角自来水厂上游博罗自来水厂下游新角自来水厂上游博罗自来水厂下游新角自来水厂铜0.0050.0010.0060.0010.0040.0010.0050.001锌0.0200.0100.0210.0100.0240.0100.0230.010铅0.0010.0010.0010.0010.0010.0010.0010.001镉0.0010.0010.0010.0010.0010.0010.0010.001表3.2水中镉、铜、铅、锌重金属含量(ICP-AES法)单位：mg/L时间2013/092013/112014/12014/3重金属上游博罗自来水厂下游新角自来水厂上游博罗自来水厂下游新角自来水厂上游博罗自来水厂下游新角自来水厂上游博罗自来水厂下游新角自来水厂铜0.0010.0010.0010.0010.0010.0010.0010.001锌0.0100.0100.0100.0100.0100.0100.0100.010铅0.0010.0010.0010.0010.0010.0010.0010.001镉0.0010.0010.0010.0010.0010.0010.0010.0013.2 测定结果分析及水质评价3.1.1 水质评价方法根据表3.1、表3.2所示数据，按照单因子污染指数法计算公式: 式中：Pi为某一评价指标的相对污染值； Ci为某一评价指标的实测值；Co为某一评价指标的最高允许标准值，分别计算镉、铜、铅、锌的单因子污染指数，并依据GB 38382002国家地面水环境质量标准对水质进行评价，结果如表3.3表3.3 镉、铜、铅、锌金属单因子污染指数及水质评价P值（无量纲）时间铜锌铅镉上游下游上游下游上游下游上游下游2013/90.50.10.40.20.10.1112013/110.60.10.420.20.10.1112014/10.40.10.480.20.10.1112014/30.50.10.460.20.10.111污染程度未污染未污染未污染未污染按国家地面水环境质量标准水域功能分区方法对照得出，东江水为类水。因此，从单因子评价来看，东江水重金属均未污染，同时，从表3.3得出铅、镉的污染指数最稳定，而铜和锌的污染指数都是上游比下游大。4 结论与展望4.1 结论（1）通过原子吸收分光光度法和电感耦合等离子体发射光谱法，对东江上游博罗自来水厂至下游新角自来水厂河段的水中镉、铜、铅、锌金属的含量进行了测定，得到了可靠的原始数据。（2）对东江上游博罗自来水厂至下游新角自来水厂河段的水质进行了评价，根据单因子污染指数，水质未受到镉、铜、铅、锌金属污染，为类水。但不同时期，单因子污染指数存在差别，这主要是由季节丰枯水期和枯水期所引起。 4.2 展望由于各种原因，本研究还存在不少问题，这需要在以后的工作中进一步学习完善，主要有：（1）没有深入考察所研究流域的周边环境，没有分析可能产生污染的潜在因素（2）水中重金属测定会因水质条件、实验环境和试剂器皿等原因而存在误