工业分析-第三章-水质分析

第三章水质分析•本节内容：了解工业用水的水质指标＆水质标准；了解各种水质指标的测定原理及方法：悬浮物、含盐量、硬度、碱度、pH值、溶解氧、氯化物、亚硫酸盐、磷酸盐等；掌握水的硬度、碱度、pH值、溶解氧、COD、挥发酚的测定方法§3．1概述一、水的用途•水是生物生长和生活所必需的资源，人类生活离不开水。•在工业生产中，也需要用到大量的水，主要用作原料（溶剂、辅助材料）；传热介质（冷却水、蒸汽）；传动介质等。•水的质量的好坏，对于人们的生活以及工业生产等都有直接的影响，必须经过分析检验。二、水的分类–天（自）然水–生活用水–工业用水§3．1概述1．天（自）然水•自然界的水称为天然水。包括：–雨水–地表水（江、河、湖水）–地下水（井水、泉水）•因为在自然界中存在，或多或少地含有一些杂质，如气体、尘埃、可溶性无机盐等，如矿泉水中含有多种微量元素。§3．1概述2．生活用水•人们日常生活中所使用的水称为生活用水：主要是自来水，也有少量直接使用天然水的。•对生活用水的要求，主要是不能影响人类的身体健康，因此应检验分析一些有害元素的含量，对其含量都有标准规定，不能超标。–比如[F-]的含量，正常情况下应为0.5~1.0mg/L，–如果[F-]＜1.0~1.5mg/L，易得黄斑病，–如果[F-]4.0mg/L，则易得氟骨病。3．工业用水•指工业生产所使用的水，要求不影响产品质量，不损害设备、容器及管道。使用时也要经过分析检验，不合格的水要先经处理后才能使用。•另外还有废水，特别是工业废水，污染环境，必须符合一定的标准才允许排放。三、水质指标和水质标准•水质——水和杂质共同表现的综合特性。•水质指标——用来评价水质好坏的项目。（用来衡量水的各种特性的尺度）•水质标准——水中各种指标的最高容许浓度和限量阈值的具体限制和要求。•水质指标种类繁多，主要有以下几类：1．物理性质（温、色、浊、嗅＆味、透明、SS等）2．化学性质（pH、酸碱度、硬度、硫酸盐、有机物等）3．微生物学（细菌总数、大肠菌群、余氯等）•工业中不同用途的水对水质有不同的要求。如：–锅炉用水——要求SS、[O2]、CO2含量少，硬度低；–纺织工业用水——硬度低，[Fe3+]、[Mn2+]含量极低•化验室根据水的来源与用途，选择相应的水质标准为依据，按标准规定的项目进行分析。如：•锅炉用水和冷却水的分析项目有：硬度、碱度、浊度、pH值、氯化物、SS、溶解氧、硫酸盐、磷酸盐、硅、铝、铁、钠、钾、铜等。三、水质指标和水质标准四、水质分析项目•水质分析项目繁多，主要有以下几类：1．物理性质2．金属化合物3．非金属化合物4．有机化合物三、水质分析项目1．物理性质–主要包括：水温、外观、颜色、臭、浊度、透明度、pH值、残渣、矿化度、电导率等2．金属化合物–主要包括：钾、钠、钙、镁、铁、铜、锌、镍、锰、汞、铅、铬、铬、砷、硒等3．非金属化合物–主要包括：酸度、碱度、二氧化碳、溶解氧、氮（氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、总氮）、磷、氯化物、氟化物、碘化物、氰化物、硫化物、硫酸盐、硼、可溶性二氧化硅等。四、水质分析项目4．有机化合物•主要包括：化学需氧量、生化需氧量、总有机碳、矿化油、挥发酚、苯系物、多环芳烃、有机磷、苯胺类、硝基苯类、阴离子洗涤剂、各类农药等。•不同用途的水，对水质的要求各不相同，因此其分析检测项目也有区别。•水中的各种组分，可分为主要组分、次要组分和痕量组分，测定时应运用适当的化学分析及仪器分析方法。五、水质指标的测定方法六、采样要求•现场测定如pH值、浓度、色度•加试剂处理(酸化)如COD•冷藏如色度、硬度§3－2水的物理性质检验§3－2水的物理性质检验一、颜色表色：原始水样的颜色真色：除浊度后水的颜色•测定方法：–1、铂钴标准比色法（清洁水样）•铂氯酸钾、氯化钴作为标准色阶•水样与标准目视比色•（1度：1L水含1mgPt和0.5mgCo）–2、稀释倍数法（工业废水）•文字描述：深兰、黄色、黑色•方法：将工业废水稀释接近无色的倍数即为水样色度二、浊度•浊度：由泥沙、胶体物、有机物、浮游生物及微生物对透光产生散射或吸收所产生。•测定方法1、分光光度法（天然水、饮用水）–方法：配制标准系列于680nm处测吸光度–参照标准：一定温度下5.00ml10g/L硫酸肼和5.00ml100g/L六次甲基四胺反应24h，用水稀释至100ml的溶液，浊度为400度2、目视比色法（一般水样）–标准：1mg硅藻土配成100ml溶液产生的浊度为1度。§3－2水的物理性质检验三、pH值pH值——表示水中酸碱性的强弱，用溶液中氢离子活度的负对数表示：pH值是最常用的水质指标之一。•天然水的pH值多在6-9范围内；•饮用水在6.5-8.5间；•工业锅炉用水的pH值在10以上。•pH值对水中各种杂质的型体分布有决定性的左右，对锅炉的正常运行有很大影响。HpHlg§3－2水的物理性质检验pH值的测定•测定方法：玻璃电极法•玻璃电极法的测定原理：–以饱和甘汞电极为参比，以pH玻璃电极为指示电极，组成原电池，其电池电动势E随着溶液的pH变化而变化。–在25℃下，每变化1个pH单位，电位差变化59.1mv，将电压表的刻度变为pH刻度，便可直接读出溶液pH值，温度差异可通过仪器上补偿装置进行校正。–该法不受溶液色度、浊度、悬浮物、氧化剂的影响。•pH＞10时，有“钠差”——偏低•克服的办法：选用锂玻璃电极并在较低液温下测量；或选用与被测溶液pH相近的标准缓冲溶液来加以校正。•pH＜1时，有“酸差”——偏高pH计的操作步骤(1)清洗、活化电极；(2)仪器校正；(3)定位；(4)复定位；(5)水样测定。四、残渣–残渣——水蒸发后，残余物质称为残渣。–分为：总残渣＝可滤残渣＋不可滤残渣。不可滤残渣G4玻璃过滤器(孔径3～4μm)滤渣滤液洗涤，105－110℃烘1h恒重后称量,计算置于蒸发皿中,水浴蒸干，105－110℃烘1h恒重后称量,计算可滤残渣水样§3－2水的物理性质检验四、残渣（水中固体）•测定方法测定方法烘干温度总残渣（总固体）103—105℃，直接水浴上蒸干，烘干可滤性残渣（溶解固体）103—105℃，过滤后水样，水浴上蒸干，烘干不可滤残渣（悬浮固体）103—105℃，不可过滤的残渣，烘干五、矿化度•矿化度——水中所含无机矿物成分的总量•测定意义：用于评价水中的总含盐量，一般只用于天然水。•测定方法：重量法，103—105℃烘干时的可滤残渣值。§3－2水的物理性质检验§3~3金属化合物的测定一、总硬度的测定二、铁的测定三、铬的测定四、重金属测定硬度H——表示水中高价金属离子的含量。包括：Ca2+、Mg2+、Mn2+、Fe2+等。•硬水——含有较多钙、镁金属化合物的水。•硬水的危害：–金属盐和肥皂反应，生成难溶的硬脂酸盐沉淀而使肥皂失效；–加热时在炉壁上形成水垢，增加燃料消耗，严重时导致锅炉局部过热，破裂或爆炸。–因此工业上对锅炉用水的钙镁含量有严格的要求。•硬度的单位：单元摩尔浓度：1/2CaOmmol/L或德国度(°G)——每升水中含10mgCaO为1°•1°G＝10mg(CaO)/L=1/2.8mmol(1/2CaO)/L一、硬度•硬度的分类：•碳酸盐硬度H碳——水中Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2、CaCO3、MgCO3的总含量；•非碳酸盐硬度H非——水中钙镁的硫酸盐、硝酸盐及氯化物的含量；H总＝H碳＋H非•暂时硬度——Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2的含量，煮沸时会生成碳酸盐和氢氧化物沉淀而离开水体(重碳酸盐硬度)。•永久硬度——钙镁的硫酸盐、硝酸盐及氯化物，煮沸时不会分解，仍留在水中(非碳酸盐硬度)。•硬度的分类：•总硬度H总——水中钙镁化合物的总量；•钙硬度H钙——水中钙化合物的含量；•镁硬度H镁——水中镁化合物的含量。H总＝H钙＋H镁硬度的测定测定方法：EDTA滴定法1）总硬度的测定•原理:在pH＝10的氨性溶液中，以铬黑T(EBT)为指示剂，直接用EDTA标液滴定，溶液由酒红色→纯蓝色为终点。•Ca+Y=CaY无色Mg+Y=MgY无色•Ca+EBT=Ca-EBT(酒红色)Mg+EBT=Mg-EBT(酒红色)•Ca-EBT+Y=CaY+EBT(纯蓝色)Mg-EBT+Y=MgY+EBT(纯蓝色)•总硬度的计算：•注意事项：若在滴定前加热溶液到30－40℃，可使终点更明显;当水样存在铜、锌离子的干扰，可加入少量Na2S溶液，使其生成硫化物沉淀；当水样中存在Fe3＋、Al3＋时，应加入三乙醇胺形成配合物掩蔽；存在高价锰时，用盐酸羫胺还原。)/(1LmolVcV总硬度2)钙硬度的测定在pH=12-13时，镁离子被沉淀，以钙－羧酸为指示剂，用EDTA标液滴定水样中的钙离子，颜色由酒红色→纯兰色为终点。3)镁硬度的测定镁硬度＝总硬度－钙硬度硬度的测定•水硬度分类：0~44~88~16极软水软水中等硬度16~3030硬水极硬水§3－3金属化合物的测定二、铁的测定•测定方法:1、火焰原子吸收法•铁元素灯λ测定=248.3nm•操作条件：灯电流，燃助比，燃烧器高度，光谱通带•检测范围：0.03~5.0mg/L二、铁的测定2、邻二氮菲分光光度法•灵敏度高、干扰少、配合物稳定•试样→加盐酸羟胺→铁全部转化Fe2+在pH=5~6（HAC-NaAC）加邻二氮菲，产生桔红色配合物于510nm处测吸光度，根据A与C关系求出浓度三、铬的测定•存在形式：Cr(Ⅵ)：CrO42-、HCrO4-、»Cr(Ⅲ)：[Cr(OH)]2+、[Cr(OH)2]+•毒性：Cr(Ⅵ)比Cr(Ⅲ)大100倍。1、Cr(VI)的测定——分光光度法–试样加H2SO4加二苯碳酰二肼产生紫红色配合物，于540nm处测吸光度。–摩尔吸光系数为4×104–范围：0.004~1mg/L2、总铬测定——分光光度法•试样加KMnO4转化为Cr(VI)，加二苯碳酰二肼产生紫红色配合物。•过量KMnO4加NaNO2分解；过量NaNO2用尿素处理。•显色条件：•酸度0.2mol/LH2SO4介质–若酸度小，显色慢–若酸度高，配合物不稳定•温度：15℃•显色时间5~15min•缺点：处理时间长，样品易受污染。•富集管：•一端：活性氧化铝（碱性），表面带负电荷，可吸附Cr(Ⅲ)：Cr3+,[Cr(OH)]2+,[Cr(OH)2]+•另一端：阴离子交换树脂，交换CrO42-,HCrO4-•洗脱液：–NH4NO3只对Cr(VI)有洗脱作用，对Cr(Ⅲ)无影响；–HNO3对Cr(VI)和Cr(Ⅲ)都有洗脱作用。–先用NH4NO3洗脱Cr(VI)，出峰，测Cr(VI)；–再用HNO3洗脱Cr(Ⅲ)，出峰，测Cr(Ⅲ)。•线性范围：–Cr(VI)：2—100ug/L，–Cr(Ⅲ)：1—100ug/L;灵敏度高，重现性好，分析速度快3、流动注射在线富集分离－火焰原子吸收光谱法联用四、重金属的测定•Cu,Zn,Pb,Cd,Co,Ni,Hg,As•测定方法：1、直接吸入火焰原子吸收法：重金属含量高，污染不严重水样,mg/L.2、萃取火焰原子吸收法:用溶剂萃取，再测定。3、离子交换火焰原子吸收法：简便、无毒、成本低。阴离子交换树脂：逆流交换顺流洗脱，精密度好、简便。洗脱、浓缩数百倍，达ug/L级。•测定方法4、石墨炉原子吸收光度法试样利用率100%,停留时间提高2个数量级,直接测定ug/L级含量的金属元素。但分析精密度差。5、氢化物原子吸收法As,Sb,Bi,Ge,Sn,Pb等金属先形成氢化物，引入原子化器测定ug/L级。特点：最常用方法,快速,灵敏度高,干扰少。四、重金属的测定6、冷原子吸收法•冷原子吸收法——汞的测定•Hg2++Sn2+还原Sn4++Hg，通过循环泵进入吸收池，再用测汞仪（253.7nm）测定。•总汞量测定：加KMnO4,使有机汞,无机汞转化为Hg2+。•无机汞测定：直接加还原剂•有机汞：总汞—无机汞•特点：属低温原子化技术,用于痕量汞分析(ug/L),干扰少,测汞的特异方法。§3~4非金属无机物的测定一、酸碱度测