实验六 环境水的采取及水质监测

实验六:环境水的采取及水质监测环境是人类赖以生存和发展的基础，环境质量的好坏关系到国计民生、子孙后代，而环境水的质量尤为重要。本实验通过对环境地面水（金水河水、西流湖水）、工业废水（或生活污水）的采取，按照国家标准进行六项水质常规项目的监测，以准确、及时地报告环境水的质量。目的要求通过掌握环境水样的采取及水质监测的全过程。牢固树立环境监测过程中依法办事的概念，即依照国家标准进行一切实验操作的概念。环境水样的采取环境水样的采取具体可见国家环保局编《水和废水监测分析方法》，简述如下：地面水的采取在河流、湖泊、水库中可用水桶直接吸水，采用具塞乙烯瓶或具塞玻璃瓶存放。废水、生活污水的采取为了采集到有代表性的废水样品，应了解污染源的排放规律和废水中污染物的变化规律，合理制定采集时间、地点和频率。一般可从废水排放口或排污管路中采取。水样的保存为了得到准确的结果，水样采集后应尽可能快地进行分析，特别是当被测组分浓度在微克/升范围时。保存措施多采用：（1）选择适当材料的容器。（2）控制溶液的pH。（3）加入化学试剂抑制氧化还原反应和生化作用。（4）冷藏或冷冻以降低细菌活性和化学反应速度。物理性质的检验水温水的物理性质与水温有密切关系，水中溶鲜性气体（如氧、二氧化碳等）的溶解度、水中生物和微生物活动、盐度、pH值等都受水温变化的影响。温度为现场观测项目之一，一般采用水银温度计直接测定，方法是将水温计插入一定深度的水中，放置5分钟后，拿出读取温度值。浊度浊度是由于水中含有泥沙、粘土、有机物、无机物、浮游生物和微生物等悬浮物质所造成的，可造成光散射或吸收。天然水经过混凝、沉淀和过滤后，可使水变得清澈。样品收集于具塞玻璃瓶中，应在取样后尽快测定。如需保存，可在4°C冷暗处保存24h，测试前要激烈振摇水样并恢复到室温。水样浊度测定的国家标准是分光光度法和目视比色法，先介绍前者。（1）方法原理分光光度法测定水的浊度是基于在适当温度下，硫酸肼与六次甲基四胺聚合，可形成高分子聚合物，以此聚合物作参比浊度标准液，在一定条件下与水样相比较得出水样浊度。对于不含碎屑及易沉颗粒的天然水和饮用水，可用此法进行浊度测定。当测定波长为680nm时，天然水的淡黄色、淡绿色不干扰测定。（2）仪器和试剂仪器分光光度计1台、50mL比色管试剂无浊度水：将蒸馏水通过0.2nm滤膜过滤，收集于用滤过水淋洗两次的烧瓶中。硫酸肼溶液：称取1.000g硫酸肼［(CH2)2SO4H2SO4］溶于水中，定容至100mL。六次甲基四胺溶液：称取10.00g六次甲基四胺［(CH2)6N4］溶于水中，定容至100mL。聚合物标准液：吸取5.00mL硫酸肼溶液5.00mL六次甲基四胺溶液于100mL容量瓶中，混匀，于25±3°C温度下反应24h,用水稀释至标线，混匀。此储备液的浊度为400度，可保存一个月。实验步骤标准曲线的绘制：移取浊度标准液0，0.50，1.25,2.50，5.00，10.00，12.50mL，置于50mL比色管中，加水至刻度。摇匀后即得浊度为0，1，10，20，40，80，100的标准系列。于680nm波长，用1cm比色皿，测定吸光度，绘制标准曲线。水样的测定：吸取50.0mL摇匀的水样(若浊度超过100度，应稀释)，于50mL比色管中，按标准曲线或步骤测定吸光度，由标准曲线上查得水样浊度。计算：浊度(度)=A/CX50式中，A为稀释过水样的浊度，C为原水样体积(mL)。3.pH值pH值为水中氧离子活度的负对数PH=-logaHpH值可间接地表示水的酸碱程度。天然水的pH值多在6-9的范围内。pH值是水化学中常用的最重要的检验项目之一。由于pH值受水温影响而变化，测定时应在规定的温度下进行，或者校正温度。pH值测定的国家标准有玻璃电极法。方法原理以玻璃电极为指示电极，饱和甘汞电极为参比电极组成电池。在25C理想条件下，氢离子活度变化10倍，可使电动势偏离59.16mv。许多pH计上有温度补偿装置，以校正温度差异。为了提高测定准确度，校正仪器时选用标准缓冲溶液的pH值应与水样的pH值接近。仪器与试剂仪器各种型号的pH计或离子活度计2台玻璃电极2支、甘汞电极2支、磁力搅拌器4台、50mL烧杯试剂用于校准仪器的标准缓冲溶液，按表1的要求配制。表1pH标准溶液的配制标准物质pH(25C)每1000mt水溶液中所含试剂的质量(25C)酒石酸氢钾(25C饱和)3.5576.4g柠檬酸一氢钾3.776邻苯二甲酸氢钾4.008磷酸二氢钾+磷酸氢二钠6.8653.388g磷酸二氢钾+磷氢二钠7.4131.179g四硼酸钠9.1803.80g磷酸氢钠+碳酸钠10.0122.92g二水合四苯草酸钾1.67912.61g氢氧化钙(25C饱和)12.4541.5gCa(OH)2(3)实验步骤仪器校准：首先阅读仪器使用说明进行准备，然后将标准溶液准备好，应选用与水样pH值相差不超过2个pH单位的标准溶液校正仪器。记录测定温度，将仪器温度补偿旋钮调至该温度，以标准溶液将仪器校准。水样测定：先用水将两个电极冲洗干净，再用水样冲洗。然后将电极浸入水样中，小心搅拌或使其均匀，待读数稳定后记录pH值。(4)注意事项玻璃电极在使用前应在蒸馏水中浸泡24h以上，用毕，冲洗干净，浸泡在水中。测定时，玻璃电极的球泡应全部浸入溶液中，使它稍高于甘汞电极的陶瓷芯端，以免搅拌时碰破。甘汞电极的饱和氯化钾液面必须高于汞体，并应有适量氯化钾晶体存在，以保证氯化钾溶液的饱和，适用前必须拔掉上孔胶塞。注意电极的出厂日期，存放时间过长，电极性能将变劣。无机物的测定一地面水及饮用水中氟化物含量的测定概述氟化物(F-)是人体必须的微量元素之一，缺氟易患龋齿病，而氟摄入过多又会造成斑齿病和氟骨病。饮用水中氟的适宜浓度为0.5-1.0mg/L(F-)。氟化物广泛存在于自然水体中，地面水及饮用水中氟化物含量的多少，直接影响人体健康。因此，监测地面水及饮用水中氟化物的含量是环保监测部门的例行检测项目。为了准确、及时地预报各种水体中氟化物的含量，各部门都制定有测定标准。其中，最具法律效力的是中华人民共和国国家水质标准和国家环保局颁布的“水和废水监测分析方法”。前者称为国家标准，后者称为部颁标准。这两者都是环境监测部门例行检测时所依据的分析方法，也是环境监理、环境执法部门进行环境执法的法律依据。本实验采用国家水质标准测定地面水及饮用水中的氟化物含量。原理当氟电极与含氟的试液接触时，电池的电动势E随溶液中氟离子活度变化而改变(遵守Nernst方程)。当溶液的总离子强度为定值且足够大时服从关系式：E=E0-(2.303RT/F)logCF-E与logCF-成直线关系，2.303RT/F为该直线的斜率，亦电极的斜率。工作电池可表示如下：Ag|AgCl，Cl-(0.3mol/L),F-(0.001mol/L)|LaF3||试液||外参比电极。试剂盐酸(HCl):2mol/L。硫酸(H2SO4):p=1.84g/mL。3.3总离子强度调节缓冲溶液(TISAB)3.3.10.2mol/L柠檬酸钠-1mol/L硝酸钠(TISABI):称取58.8g二水柠檬酸钠和85g硝酸钠，加水溶解，用盐酸调节pH至5-6,转入1000mL容量瓶中，稀释至标线，摇匀。3.3.2氟化物标准储备液：称取0.2210g基准氟化钠(NaF)(预先于105—110°C干燥2h,或者于500—650C干燥40min，干燥器内冷却)，转入1000mL容量瓶中，稀释至标线，摇匀。储存在聚乙烯瓶中，此溶液每毫升含氟100pg。3.3.3氟化物标准溶液：用无分度吸管吸取氟化钠标准储备液(3.3.2)10.00mL，注入100mL容量瓶中，稀释至标线，摇匀。此溶液每毫升含氟(F-)10.00pg。仪器和装置通常的实验室设备及：4.1氟离子选择电极2支。4.2饱和甘汞电极2支。4.3离子活度计、毫伏计或pH计2台：精确到0.1mV。4.4磁力搅拌器4台：具备覆盖聚乙烯或者聚四乙烯等的搅拌棒。4.5聚乙烯杯：100mL12个采样与样品5.1试样：实验室样品应该用聚乙烯瓶采集和储存。如果水样中氟化物含量不高，pH在7以上，也可以用硬质玻璃瓶存放。采样时应先用水样冲洗取样瓶3—4次。5.2试份：试样如果成份不太复杂，可以直接取出试份。如果含有氟硼酸盐或者污染严重，则应先进行蒸馏。步骤6.1仪器的准备，按测定仪器及电极的使用说明书进行。6.2在测定前应使试份达到室温，并使试份和标准溶液的温度相同（温差不得超过土1°C）。6.3测定用移液管移取40mL水样，置于50mL容量瓶中，加入10mL总离子强度调节缓冲溶液，定容，摇匀，将其注入100mL聚乙烯杯中，放入一只塑料搅拌棒，插入电极，连续搅拌溶液，待电位稳定后，在继续搅拌时读取电位值Ex。在每一次测量之前，都要用水充分冲洗电极，并用滤纸吸干。根据测定的毫伏数，由校准曲线上查找氟化物的含量。6.4空白试验用水代替试份，按6.3的条件和步骤进行空白测定。6.5校准6.5.1校准曲线法用移液管分别移取1.00、3.00、5.00、10.0、20.0mL氟化物标准溶液置于50mL容量瓶中，加入10mL总离子强度调节缓冲溶液，用水稀释至标线，摇匀，分别注入100mL聚乙烯杯中，各放入一塑料搅拌棒，以浓度由低到高为顺序，分别依次插入电极，连续搅拌溶液，待电位稳定后，在继续搅拌时读取电位值E。在每一次测量之前，都要用水冲洗电极，并用滤纸吸干。在半对数坐标纸上绘制E（mV）-logCF（mg/L）校准曲线，浓度表示在对数分格上，最低浓度表示在横坐标的起点线上。6.5.2电极的存放电极用后应用水充分冲洗干净，并用滤纸吸去水分，放在空气中，或者放在稀的氟化物标准溶液中，如果短时间不再使用，应洗净，吸取水分，套上保护电极敏感部位的保护帽，电极使用前应充分冲洗，并取掉水分。结果的表示计算方法：氟含量，以mg/L表示。根据测定所得的电位值，从校准曲线上，查得相应的以mg/L表示的氟离子含量。测定结果，可以用氟离子的mg/L表示，也可以用其他认为方便的方式表示。如果试份中氟化物含量低，则应从测定值中扣除空白实验值。注意事项（1）氟电极使用前要用含氟浸泡液浸泡活化1-2个小时才能使用（2）电极要用蒸馏水清洗至电极的纯水电位（空白电位）才可开始测定。水样中化学耗氧量（COD）的测定自然界的水中存在有机物质，它们有的是由于植物腐烂分解后产生的，有的则由于生活污水或工业废水的排放造成的。这些有机物的存在，促使细菌大量繁殖，直接影响水的质量。因而水中有机物含量的多少，在一定程度上反映了被污染的情况。水中化学需氧量的大小是水质污染程度的主要指标之一。它分为化学耗氧量（ChemicalOxygenDemand简称COD)和生物耗氧量(BiochemicalOxygenDemand简称BOD)两种。BOD是水中有机物发生生物过程时所需要的氧的量；而COD是指在特定条件下，采用一定的强氧化剂处理水样时消耗的氧化剂量，用O2mg/L表示。本实验采用KMnO4法测定化学耗氧量(COD)[1]。在酸性溶液中，加入过量的KMnO4溶液，加热使水中的有机物质充分作用后，加入过量的NaCO溶液使之与KMnO充分作用，乘f余的NaCO再用KMnO标准溶液回滴，反应如下：2442444KMnO4+6H2SO4+5C=2K2SO4+4MnSO4+5CO2f+6H2O2MnO4-+5C2O42-+16H+=2Mn2++8H2O+10CO2f水样中含有Cl-的量大于300mg/L，将影响测定结果。稀释降低Cl-浓度可消除干扰，如不能消除其干扰时可加入AgSO，通常加入1克AgSO可消除200mgCl-的干扰。如使用AgSO不242424便，可采用碱性KMnO法测定COD。4水样中如有Fe2+、NO2-、SO：-、S2-等还原物质存在，也干扰测定。因这些物质在室温条件下能被KMnO氧化。4在测定过程中，先加入过量的KMnO标准溶液(以加热煮沸，充分反应后溶液呈红色为标4志)，此KMnO4的量记为V1(mL)。再加入过量的NaC2O4标准溶液(以溶液红色消失为标志)，然后用标准KMnO4溶液回滴，此KMnO4回滴的量记为V「(mL)。计算COD以下式进行：{C(V1+V2)-C0XV0}X8X1000耗氧量(O2mg/L)=V式中:C和V「V2分别为KMnO4的浓度和体积(基本单元是1/5KMnO4)C和V分别为NaCO的浓度和体积(基本单元是1/2NaCO)00224224V为水样的体积注意：必要时，应取与水样同量的蒸馏水，测定空白值，加以校正。试剂KMnO4标准溶液(标定用)：C(1/5KMnO4)=0.01mol/L。称取1.6gKMnO4溶液，以新TOC\o"1-5"\h\z煮沸并冷却的蒸馏水溶样后，定容至500mL，并储存于棕色瓶中保存。4KMnO4标准溶液(测水样用)：C(1/5KMnO4)=0.01mol/L。由0.1mol/L的KMnO4标准溶液稀释而成。。44NaCO标准溶液：C(1/2NaCO)=0.01mol/L。224224准确称取干燥后备用的基准Na2C2O40.67g于100mL小烧杯中，加入少量水溶解后，定量转入1000mL容量瓶中，加水稀释至刻度，充分摇匀后备用。根据所称取Na2C2O4的质量，计算Na2C2O4标准溶液的准确浓度。2241+5硫酸实验步骤分别吸取水样100mL三份于250mL锥形瓶中，加入(1+5)的硫酸溶液8mL，并准确加入10.0mL0.01mol/L的KMnO4溶液，立即加热至沸，从冒第一个大气泡开始计时，准确煮沸十分钟，取下锥形瓶，稍微冷却，加入15.0mL0.01mol/L的Na2C2O4标准溶液，充分摇匀，此时溶液应由红色转为无色，然后以0.01mol/L的KMnO标准溶液滴定，由无色变为稳定的粉红色即4为终点。整个过程温度应在60°C以上。另取100mL蒸馏水代替水样，同上述操作，求空白值。按所给公式计算。KMnO4溶液的标定准确称取0.15-0.20gNa2C2O4基准物三份，分别置于250mL锥形瓶中，加60mL水使其溶解，加30mL(1+5)硫酸溶液，，在水浴上加热到70-80C。然后用0.1mol/LKMnO4标准溶液滴定。第一滴KMnO4溶液加入后退色很慢，所以开始滴定时速度也要很慢，待前一滴退色后再加第二滴，加入数滴后由于退色快，滴定速度也要相应加快。临近终点时要缓慢小心，滴定溶液呈现粉红色，30s内部退色即为终点。终点时溶液的温度也应在60^以上。根据每份Na2C2O4的质量和所消耗KMnO4溶液的体积计算KMnO4溶液的浓度。注解：严格的讲此法得到的结果应称为高锰酸钾盐指数。因为KM