4培训教材水质分析篇

1都匀市污水处理厂（一期）水质化验培训教材成荣焕2008年6月编制2目录1.1化验原理....................................................31.1.1重铬酸钾法..............................................31.1.2碘量法..................................................51.1.3分析方法...............................................141.2测定方法...................................................151.2.1化学需氧量的测定方法...................................151.2.2五日生化需氧量的测定方法...............................201.2.3溶解氧的测定的方法.....................................241.2.4氨氮的测定方法.........................................261.2.5总氮的测定方法.........................................321.2.6磷(总磷、溶解性正磷酸盐和溶解性总磷)的测定方法.........341.2.7残渣的测定方法.........................................391.2.8生活杂用水水质标准及检验方法...........................431.2.9《污水综合排放标准》(GB8979-1996)摘录...................441.3实验.......................................................471.3.1光学显微镜的操作及细菌、放线菌和蓝绿细菌的个体形态的观察471.3.2酵母菌、霉菌、藻类、原生物及微型后生物的个体形态观察...501.3.3教学用染色液的配制.....................................501.3.4几种常用染色方法.......................................521.3.5微生物的染色...........................................533水质分析对于一个污水处理厂，准确可靠的化验分析数据，是必不可少的必备条件。污水处理厂的分析化验数据主要包括水质分析指标和活性污泥指数，主要通过它来了解进出水的污染物浓度的变化情况，了解对需要去除的污染物的实际去除能力，了解每个处理单元的实际运行状况，了解活性污泥的性状。这些指标的分析方法包括物理分析方法和化学分析方法，其中如活性污泥浓度、沉降比、生物相等项目采用重量法、光学纤维等物理分析方法，操作比较简单，结果的准确性也容易控制；化学需氧量(COD)、生化需氧量(BOD)、氨氮(NH3-N)和溶解氧等项目采用的重铬酸钾法、碘量法、电极法等化学分析方法，操作和原理比较复杂，对操作人员的要求较高。对于分析化验人员要保证分析化验数据的准确可靠，单独了解操作步骤是达不到要求的，必须掌握一些基本的化学分析原理，对分析过程中可能出现的问题具有一定的预见能力。1.1化验原理1.1.1重铬酸钾法重铬酸钾法(PotassiumDichromateMethod)：以重铬酸钾K2Cr2O7为滴定剂的方法，是氧化还原滴定法中的重要方法之一。在水质分析中常用于测定水中的化学需氧量(简称COD)。1.1.1.1重铬酸钾的特性重铬酸钾K2Cr2O7，橙红色晶体，溶于水。它的主要特点如下。1.K2Cr2O7固体试剂易纯制并且稳定。在120℃时2～4h，可直接配制标准溶液，而不需标定。2.K2Cr2O7标准溶液非常稳定，只要保存在密闭容器中，浓度可长期保持不变。3.滴定反应速度较快，通常可在常温下滴定，一般不需要加入催化剂。4.需外加指示剂，滴定过程中，Cr2O72-被还原为绿色的Cr3+，但因K2Cr2O7溶液浓度不是很深，所以不能根据自身颜色的变化来确定滴定终点，而要外加指示剂。如用K2Cr2O7法测定水中化学需氧量时，用试亚铁灵作指示剂；用K2Cｒ2O7法测定水中Fe2+时，用二苯胺磺酸钠或试亚铁灵作指示剂。K2Cr2O7是一强氧化剂。在酸性溶液中，K2Cr2O7与还原性物质作用时，Cr2O72-获得6mol电子被还原为Cr3+，反应式为：Cr2Ｏ72-+14H++6e＝2Cr3++7H２O重铬酸钾的氧化能力(Cr2o72-/Cr3+=1.33V)小于KMnO4，但是重铬酸钾的稳定性大于高锰酸钾，且高锰酸钾溶液易自身分解为二氧化锰，而MnO2/Mn2+电对φMnO2/Mn2+=1.23φCr2O72-/Cr3+=1.33V，这可能是测定水中有机物时K2Cr2O7法的氧化率大于KMnO4的原因之一。1.1.1.2化学需氧量的测定原理化学需氧量是水体中存在有机物污染综合指标之一。在一定条件下，水中能被重铬酸钾氧化的有机物质的总量，以mgO2/L表示。水样在强酸性条件下，过量的K2CrO7标准溶液与水中有机物等还原性物质反应后，以试亚铁灵为指标剂，用硫酸亚铁铵标准溶液回滴剩余的K2Cr2O7，计量点时，溶液由浅蓝色变为红色指示滴定终点，根据标准溶液的用量求出化学需氧量(COD，mgO2/L)。反应式如下:令C4表示水中有机物等还原性物质。2Cr2O72-+3C+16H+=4Cr3++3CO2+7H2O(过量)(有机物)Fe2++Cr2O72-+14H+=Fe3++2Cr3++7H2O(剩余)计量点时Fe(C12H8N2)33+Fe(C12H8N2)32+(蓝色)(红色)由于K2Cr2O7溶液呈橙色黄，还原产物Cr3+呈绿色，所以用(NH4)2Fe(SO4)2反滴定过程中，溶液的颜色变化是逐渐由橙黄色→蓝绿色→蓝色，滴定终点时立即由蓝色变为红色。同时取无有机物蒸馏水做空白试验。计算OHVLOCODCVV2)/mg(1008)(210式中0V——空白试验消耗(NH4)2Fe(SO4)2标准溶液的量，mL;1V——滴定水样时消耗(NH4)2Fe(SO4)2标准溶液的量，mL;C——硫酸亚铁铵标准溶液的浓度(NH4)2Fe(SO4)2，mg/L;8——氧的摩尔质量(1/2O2)，g/mol;OHV2——水样的量，mL.应该指出，在滴定过程中所用K2CrO7标准溶液的浓度是1/6K2Cr2O7(mol/L)。1.1.1.3化学需氧量——COD的测定方法1.回流法回流法是目前国内外采用的标准方法。取水样50.0mL，25.0mLK2Cr2O7标准溶液(1/6K2CrO7，0.2500mol/L，75.0mL浓H2SO4和1gAg2SO4)，逐一放入500mL带有回流冷凝管的磨口三角瓶中，加热回流2h，冷却后，用25mL蒸馏水洗涤冷凝管壁，水样稀释至350mL左右，加入试亚铁灵指示剂，用(NH4)2Fe(SO4)2标准溶液[(NH4)2Fe(SO4)2，0.2500mol/L]滴定至溶液由橙黄色经蓝绿色渐变为蓝色后，立即转为棕红色，即为终点。由(NH4)2Fe(SO4)2标准溶液的用量求出COD值。(1)水样中如有Cl-产生COD值，其反应Cr2O72++6Cl-+14H+==2Cr3++3Cl2+7H2O理论上Cl-的氧量为0.1128gO2/gCl-，此情况下可加入HgSO4，使Hg2+与Cl-生成可溶性络合物，可消除干扰：Hg2++Cl-[HgCl]+lgβ1=6.74[HgCl]++Cl-HgCl2lgβ2=13.22[HgCl2]+Cl-[HgCl3]-lgβ3=14.07[HgCl3]-+Cl-[HgCl4]2-lgβ4=15.07一般HgSO4/Cl-=14可获得满意结果。(2)硫酸银作为催化剂，加快反应速度。(3)回流法的缺点：回流法需药品量大，不经济，氧化率低，占空间大，不能批量分析，且汞盐、银盐用量大，既增加试剂费用，又带来环境污染，因此可用密封法测定COD。52.密封法测定COD密封法测定COD的原理同回流法。准确吸取水样2.50mL，放入50mL具塞磨口比色瓶中，加消化液2.50mL和催化剂溶液3.5mL，盖上塞并旋紧，用聚四氟乙烯生料带将管中缠上两圈密封好，然后置于固定支架上，恒温(15±1)ºC消化2h(视水样中有机物种类可缩短消化时间)。取出冷却至室温，向消化液中加无有机物蒸馏水30mL，加2滴试亚铁灵指示剂，然后用微量滴定管和0.1000mol/L(NH4)2Fe(SO4)2溶液，回滴至终点，同时做空白试验，求得COD值。计算方法同回流法。如果水样COD值50mgO2/L，则取水样5.0mL，消化液2.5mL，其中，K2Cr2O7标准溶液0.250mol/L(1/6K2Cr2O7)，催化剂溶液7.5mL回滴时(NH4)2Fe(SO4)2溶液的浓度为0.0100mol/L。消化液:溶液中含HgSO4和H2SO4的K2Cr2O7标准溶液(1/6K2Cr2O7=0.2500mol/L)催化剂溶液:含Ag2SO4的浓H2SO4溶液。密封法测定COD的最大从特点是用简单的比色管消化，掘弃了烦琐的回流程序和装置。省药、省电、省水、省设备。减少了环境污染，可批量分析40个样品。方法简单，准确，可靠。密封法测定COD，除可用回滴法测定外，还可用分光光法测定(详见《密封法测定COD》等文献)。化学需氧量COD的测定方法适用于江河湖水、生活污水和工业废水。1.1.2碘量法碘量法(Iodometry)是利用I2的氧化性和I-的还原性来进行滴定的方法，广泛用于水中余氯、二氧化氯ClO2、溶解氧DO、生物化学需氧量BOD5、BOD20以及水中有机物和无机还原性物质(如S2-、SO33+，S2O32-、As3+、Sn2+等)的测定。碘量法主要用于水中氧化性物质的测定。1.1.2.1碘量法工作原理在酸性溶液中，水样中氧化性物质与碘化钾KI作用，定量释放出I2，淀粉为指示剂，用硫代硫酸钠Na2S2O3标准溶液滴至蓝色消失为滴定终点。根据Na2S2O3标准溶液的用量，间接求出水中氧化性物质的含量的方法为碘量法。基本反应式为:2I--2e－====I2(1)2S2O32-+I2====2I-+S4O62-(连四硫酸盐)I2/I=0.536V，S4O62-/S2O32-=0.08V应该指出，固体I2在水中的溶解度很小(0.0133mol/L)，但I2易溶于KI溶液中，此时I2在溶液中以I3-形势存在：I2-I-=I3-(2)为方便起见，一般写成I2。1.碘滴定法—直接碘量法用I2标准溶液直接滴定S-、As3+、S2O32-、S2O32-、Sn2+等还原性物质的方法称为碘滴定法。碘滴定法的基本反应为:I2+2e-=2I-(3)碘滴定法受如下限制。6(1)I2/I-=0.536V。I2为较弱的氧化剂，只有少数还原能力较强，而且不受H＋浓度影响的物质，才能定量发生反应。(2)碘滴定法必须在中性或酸性溶液中进行，否则在碱性溶液中，I2发生歧化反应：3I2+6OH—=IO3－+5I－+3H2O(4)所以，碘滴定法受到限制。2.碘量法——间接碘量法间接碘量法的基本反应如上面的(1)式。利用标准溶液间接滴定碘化钾(I－)被氧化并定量析出的I2、求出氧化性物质含量的方法。这些氧化性物质有氯(Cl2)、次氧酸盐(CLO－)、二氧化氯CKlO2、亚氯酸盐(ClO2)、氯酸盐(ClO3－)、臭氧O3、H2O2、Fe3+、Cu2+、AsO43-、IO3-、Cr2O72-、NO2-等等。也可用Na2S2O3标准溶液间接滴定过量碘标准溶液与有机物反应完全后的I2，求出有机物等还原物质的含量。例如，常用此法标定醛标准溶液等，这在水处理、水质