环境分析化学-水质监测

环境分析化学（环境检测）EnvironmentAnal.Chem.EnvironmentTesting郑州大学化学系冶保献教授第二章水和废水监测•一、水资源及其水质污染•水是人类社会的宝贵资源，分布于由海洋、江、河、湖和地下水、大气水分及冰川共同构成的地球水圈中。据估计，地球上存在的总水量大约为1.37×109km3,其中，海水约占97.3%，淡水仅占2.7%．淡水不但占的比例小，而且大部分存在于地球南北极的冰川、冰盖中，可利用的淡水资源只有河流、淡水湖和地下水的一部分，总计不到总量的l%．其分布情况见表。第一节概述地球上水的分布比•总水量分布比（％）：海水：97.3•淡水：2.7•淡水量分布比（％）：冰盖、冰川：77.2•地下水、土壤水：22.4•湖泊、沼泽：0.35•大气：0.04•河流：0.01•水是人类赖以生存的主要物质之一。除供饮用外，更大量的用于生活和工农业生产。随着世界人口的增长及工农业生产的发展，用水量也在日益增加。工业发达国家的用水量几乎每十年翻一番。我国属于贫水国家，低于世界上多数国家。此外，由于人类的生产和生活活动，将大量工业废水、生活污水、农业回流水及其他废弃物未经处理直接排入水体，造成江、河、湖、地下水等水源的污染．引起水质恶化，使水资源显得更加紧张，亦使保护水资源显得更加重要。•当污染物进入水体后，首先被大量水稀释，随后进行一系列复杂的物理、化学变化和生物转化。这些变化包括挥发、絮凝、水解、络合、氧化还原及微生物降解等，其结果使污染物浓度降低并发生质的变化，该过程称为水体自净。但是，当污染物不断地排入，超过水体的自净能力时，就会造成污染物积累，导致水质日趋恶化。水质概况地球表面有70.8%为海洋所覆盖，占地球总水量的97.3%，淡水只占2.7%，可供人类使用的淡水资源约为850万km3，仅占地球总水量的0.64%。我国水资源比较丰富，约为27210亿m3，居世界第六位。目前用水量仅次于美国。对44个城市水质调查:地下水93.2%被污染，地表水100%污染.天然水体天然水系的类别天然水体水的硬度水中所含钙、镁离子总量称为水的总硬度。水的硬度分级总硬度水质0~4度很软水4~8度软水8~16度中等硬水16~30度硬水30度以上很硬水常用“度”作为硬度单位。例如l0mg/L的CaO称为1德国度，l0mg/L的CaCO3称为法国度。天然水体海洋水海洋覆盖着70.8%的地球表面，总面积约3611012m2，平均深度3800m，总体积为13701015m3。海水离子强度I约为0.7。温度和盐度是决定海水各种性质的决定性因数。海水pH值在表层为8.1~8.3，在深层可下降到7.8。溶解于海水中的物质按它们存在的数量分为三类，即主要离子、少量物质和微量元素。天然水体天然水体Ⅰ类：适用于源头水、国家自然保护区；Ⅱ类：适用于集中式生活饮用水水源地一级保护区、珍贵鱼类保护区、鱼虾产卵场等；Ⅲ类：适用于集中式生活饮用水水源地二级保护区、一般鱼类保护区及游泳区；Ⅳ类：适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区；Ⅴ类：适用于农业用水区及一般景观要求水域。天然水的水质二、水质监测的对象和目的•水质监测可分为环境水体监测和水污染源监测。•环境水体包括地表水（江、河、湖、库、海水）和地下水。•水污染源包括生活污水、医院污水及各种废水。•对它们进行监测的目的可概括为以下几个方面：(1)对进入江、河、湖泊、水库、海洋等地表水体的污染物质及渗透到地下水中的污染物质进行经常性的监测，以掌握水质现状及其发展趋势。(2)对生产过程、生活设施及其他排放源排放的各类废水进行监视性监测．为污染源管理和排污收费提供依据。(3)对水环境污染事故进行应急监测，为分析判断事故原因、危害及采取对策提供依据。(4)为国家政府部门制订环境保护法规、标准和规划，全面开展环境保护管理工作提供有关数据和资料。(5)为开展水环境质量评价、预测预报及进行环境科学研究提供基础数据和手段。三、监测项目•监测项目依据水体功能和污染源的类型不同而异，其数星繁多，但受人力、物力、经费等各种条件的限制，不可能也没有必要一一监测，而应根据实际情况，选择环境标准中要求控制的危害大、影响范围广，并已建立可靠分析测定方法的项目。根据该原则，提出优先监测污染物。我国环境监测总站提出了68种水环境优先监测污染物黑名单．例：地面水监测项目四、水质监测分析方法•正确选择监测分析方法．是获得准确结果的关键因素之一。选择分析方法应遵循的原则是：灵敏度能满足定量要求；方法成熟、准确；操作简便，易于普及；抗干扰能力好。根据上述原则．为使监测数据具有可比性，各国在大量实践的基础上，对各类水体中的不同污染物质都编制了相应的分析方法．这些方法有以下三个层次，它们相互补充，构成完整的监测分析方法体系。•（一）国家标准分析方法•我国已编制60多项包括采样在内的标准分析方法，这是一些比较经典、准确度较高的方法，是环境污染纠纷法定的仲裁方法，也是用于评价其他分析方法的基准方法。•（二）统一分析方法•有些项目的监测方法尚不够成熟，但这些项目又急需测定，因此经过研究作为统一方法予以推广，在使用中积累经验，不断完善，为上升为国家标准方法创造条件。•（三）等效方法•与（一）、（二）类方法的灵敏度、准确度具有可比性的分析方法称为等效方法。这类方法可能采用新的技术，应鼓励有条件的单位先用起来，以推动监侧技术的进步。但是，新方法必须经过方法验证和对比实验．证明其与标准方法或统一方法是等效的才能使用．第二节水质监测方案的制订•监测方案是一项监测任务的总体构思和设计，制订时必须首先明确监测目的，然后在调查研究的基础上确定监测对象、设计监侧网点，合理安排采样时间和采样颇率，选定采样方法和分析测定技术，提出监测报告要求，制订质量保证程序、措施和方案的实施计划等。关于监测目的、对象及选择监测方法的原则等问题在第一节中已介绍，下面按照不同水体介绍其他内容。一、地面水质监测方案的制订（一）基础资料的收集•在制订监测方案之前，应尽可能完备地收集欲监测水体及所在区域的有关资料，主要有：(l）水体的水文、气候、地质和地貌资料。如水位、水量、流速及流向的变化；降雨量、燕发量及历史上的水情，河流的宽度、深度、河床结构及地质状况；湖泊沉积物的特性、间温层分布、等深线等．(2）水体沿岸城市分布、工业布局、污染源及其排污情况、城市给排水情况等。(3）水体沿岸的资源现状和水资源的用途，饮用水源分布和重点水源保护区，水体流域土地功能及近期使用计划等。(4）历年的水质资料等。（二）监测断面和采样点的设置•在对调查研究结果和有关资料进行综合分析的基础上．根据监测目的和监测项目，并考虑人力、物力等因素确定监测断面和采样点．1.监测断面的设置原则(1)有大量废水排入河流的主要居民区、工业区的上游和下游。(2)湖泊、水库、河口的主要入口和出口。(3)饮用水源区、水资源集中的水域、主要风景游览区、水上娱乐区及重大水力设施所在地等功能区。(4)较大支流汇合口上游和汇合后与干流充分混合处，入海河流的河口处。(5)国际河流出入国境线的出入口处。(6)应尽可能与水文测量断面重合，并要求交通方便，有明显岸边标志。•2.河流监测断面的设置•对于江、河水系或某一河段，要求设置三种断面，即对照断面、控制断面和削减断面。(l)对照断面：为了解流入监测河段前的水体水质状况而设置。这种断面应设在河流进入城市或工业区以前的地方，避开各种废水、污水流入或回流处。一个河段一般只设一个对照断面。有主要支流时可酌情增加。(2)控制断面:为评价、监测河段两岸污染源对水体水质影响而设置。控制断面的数目应根据城市的工业布局和排污口分布情况而定。断面的位置与废水排放口的距离应根据主要污染物的迁移，转化规律，河水流速和河道水力学特征确定，一般设在排污口下游500～l000m处．因为在排污口下游500m横断面上的1/2宽度处重金属浓度一般出现高峰值。对特殊要求的地区，如水产资源区、风景游览区、自然保护区、与水源有关的地方病发病区、严重水土流失区及地球化学异常区等的河段上也应设置控制断面。•(3）削减断面：是指河流受纳废水和污水后，经稀释扩散和自净作用．使污染物浓度显著下降，其左、中、右三点浓度差异较小的断面。通常设在城市或工业区最后一个排污口下游1500m以外的河段上.水量小的小河流应视具体情况而定。3.湖泊、水库监测断面的设置•对不同类型的湖泊、水库应区别对待。为此，首先判断湖、库是单一水体还是复杂水体，考虑汇入湖、库的河流数量，水体的径流量、季节变化及动态变化，沿岸污染源分布及污染物扩散与自净规律、生态环境特点等．然后按照前面讲的设置原则确定监测断面的位置：(1)在进出湖泊、水库的河流汇合处分别设置监测断面。(2）以各功能区（如城市和工厂的排污口、饮用水源、风景游览区、排灌站等）为中心，在其轴射线上设置弧形监侧断面。(3）在湖库中心，深、浅水区，滞流区．不同鱼类的回游产卵区，水生生物经济区等设置监测断面。•4.采样点的确定•设置监测断面后，应根据水面的宽度确定断面上的采样垂线，再根据采样垂线的深度确定采样点位置和数目。•对于江、河水系的每个监侧断面，当水面宽小于50m时，只设一条中泓垂线；水面宽50～100m时，在左右近岸有明显水流处各设一条垂线；水面宽为100～l000m时，设左、中、右三条垂线（中泓、左、右近岸有明显水流处）；水面宽大于1500m时，至少要设置5条等距离采样垂线；较宽的河口应酌情增加垂线数。•在一条垂线上:•当水深小于或等于5m时，只在水面下0.3～0.5m处设一个采样点；•水深5～l0m时，在水面下0.3～0.5m处和河底以上约0.5m处各设一个采样点；•水深10～5Om时，设三个采样点，即水面下0.3～0.5m处一点，河底以上约0.5m处一点，1/2水深处一点；•水深超过5Om时，应酌情增加采样点数。•监测断面和采样点的位置确定后，其所在位置应该有固定而明显的岸边天然标志。如果没有天然标志物，则应设置人工标志物，如竖石柱、打木桩等。每次采样要严格以标志物为准，使采集的样品取自同一位置上。以保证样品的代表性和可比性。（三）采样时间和采样频率的确定(1)对于较大水系干流和中、小河流全年采样不少于6次，采样时间为丰水期、枯水期和平水期，每期采样两次。流经城市工业区、污染较重的河流、游览水域、饮用水源地全年采样不少于12次，采样时间为每月一次或视具体情况选定。底泥每年在枯水期采样一次。(2)潮汐河流全年在丰、枯、平水期采样，每期采样两天，分别在大潮期和小潮期进行，每次应采集当天涨、退潮水样分别侧定。(3)排污渠每年采样不少于三次。(4)设有专门监侧站的湖、库，每月采样1次，全年不少于12次。其他湖泊、水库全年采样两次，枯、丰水期各1次。有废水排入、污染较重的湖、库，应酌情增加采样次数。(5)背景断面每年采样1次。（四）采样及监测技术的选择•要根据监测对象的性质、含量范围及测定要求等因素选择适宜的采样、监测方法和技术，其详细内容将在本章以下各节中分别介绍。（五）结果表达、质量保证及实施计划•水质监测所侧得的众多化学、物理以及生物学的监测数据，是描述和评价水环境质量，进行环境管理的基本依据，必须进行科学地计算和处理，并按照要求的形式在监测报告中表达出来。•质量保证概括了保证水质监测数据正确可常的全部活动和措施。实施计划是实施监测方案的具体安排，要切实可行，使各环节工作有序、协调地进行。二、地下水质监测方案的制订•储存在土壤和岩石空隙（孔隙、裂隙、溶隙）中的水统称地下水。地下水埋藏在地层的不同深度，相对地面水而言．其流动性和水质参数的变化比较缓慢。地下水质监测方案的制订过程与地面水基本相同。•（一）调查研究和收集资料(l)收集、汇总监测区域的水文、地质、气象等方面的有关资料和以往的监测资料。例如，地质图、剖面图、测绘图、水井的成套参数、含水层、地下水补给、径流和流向．以及温度、湿度、降水量等。(2)调查监测区域内城市发展、工业分布、资源开发和土地利用情况，尤其是地下工程规模，应用等。了