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重金屬的水質檢測

日期:2022-08-16 16:22
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摘要:

重金屬的水質檢測      
       重金屬的一種定義是密度大于5 g/cm3 的金屬,大多數金屬都是重金屬。主要是指對生物有明顯毒性的重金屬元素,如汞、鎘、鉛、鉻、鋅、銅、鈷、鎳、錫、鋇等。有時也會將一些有明顯毒性的輕金屬元素及非金屬元素列入:如砷、鈹、鋰與鋁。盡管錳、銅、鋅等重金屬是生命活動所需要的微量元素,但是大部分重金屬如汞、鉛、鎘等并非生命活動所必須,而且所有重金屬超過一定濃度都對人體有毒。
重金屬污染主要是指:由于采礦、冶煉、制造產品、排放廢水廢氣、處置固體廢物、利用污水進行灌溉和使用重金屬制品的過程中,重金屬或者其化合物給自然環境或者人體帶來的損害。

       所謂水質指標是用以評價一般淡水水域、海水水域特性的重要參數。可以根據這些參數對水質的類型進行分類,對水體質量進行判斷和綜合評價。水質指標已形成比較完整的指標體系。

      重金屬的水質檢測尤為重要。

      許多水質指標是表示水中某一種或一類物質的含量,常直接用其濃度表示,有些水質指標則是利用某一類物質的共同特性來間接反映其含量。例如水中有機物質具有易被氧化的共同特性,可用其耗氧量作為有機物含量的綜合性指標;還有一些水質指標是同測定方法直接聯系的,例如混濁度,色度等用人為規定的并配制某種人工標準溶液作為衡量的尺度。水質指標按其性質不同,可分為物理的,生物的和化學的指標。

   (一)水質的物理指標

    水體環境的物理指標項 目頗多,包括 水溫、滲透壓、混濁度(透明度)、色度、懸浮固體、蒸發殘渣以及其它感官指標如味覺、嗅覺屬性等等。

     1. 溫度 溫度是*常用的物理 指標 之一。由于水的許多物理特性、水中進行的化學過程和生物過程 都同 溫度有關,所以它經 常是必須加以測定的。天然水的溫度因水源的不同而異.地表水的溫度與季節氣候條件有關,其變化范圍大約在0.1--30℃;地下水的溫度則比較穩定,一般變化于8--12℃左右,而海水的溫度變化范圍為-2--30℃。

     2. 嗅與味 被污染的水體往 往具有不正 常 的氣味,用鼻聞到的稱為嗅,口嘗到的稱為味。有時嗅與味 不能截然分開。常常根據水的氣味,可以推測水中所含雜質和有害成分。

     3.顏色與色度 天然水經常表現出各種顏色。湖沼水常有黃褐色、或黃綠色, 這往往是由腐殖質造成的。水 中懸浮泥沙和不溶解 的礦物質也長帶有顏色,例如粘土使水呈黃色;鐵的氧化物使水呈黃褐色; 硫化氫氧化析出的硫使水呈藍色等等。各種水藻如球藻、硅藻等的繁殖使水 呈黃綠色、褐色等。根據水的顏色,可以推測水中雜質的數量和種類。色 度是對天然的或處理之后的各種用水進行水色測定時所規定的指標。目前世 界各國統一用氯化鉑酸鉀(K2PtCl6)和 氯 化鈷(CoCl2.6H2O)配制的混合溶液作為色度的標準。

     4.混濁度與透明度 水中若含有懸浮及膠體狀態的物質,常會發生混濁現象。地表水的混濁是由泥沙、粘土、有機物造成的。地下水一般比較清澈透明,但若水中含有Fe2+鹽,與空氣接觸后就可能產生Fe(OH)3,使水呈棕黃色混濁狀態;海洋在近岸和河口區由于陸地徑流攜帶大量泥沙、粘土、有機物造成的。不同河流因流經地區的地質土壤條件不同,混濁程度可能有很大的差別。地下水一般比較清澈透明,但若水中含有Fe2+鹽,與空氣接觸后就可能產生Fe(OH)3,使水呈棕黃色混濁狀態;海洋在近岸和河口區由于陸地徑流攜帶大量泥沙和其它有機物,水質比較混濁而遠岸海區水區水質透明。
    
     5. 固體含量 天然水體中所含物質大部分屬于固體物質,經常有必要測定其含量作為直接的水質指標。各種固體含量可以分為以下幾類:(1)總固體。即水樣在一定溫度下蒸發干燥后殘存的固體物質總量,也稱蒸發殘留物;(2)懸浮性固體。
   (二)水質化學指標

    利用化學反應、生物化學的反應及物理化學的原理測定的水質指標,總稱為化學指標。由于化學組成的復雜性,通常選擇適當的化學特性進行檢查或作定性、定量的分析。根據不同的分析方法可以把化學指標歸納如下:

     1.中和的方法 包括水體的堿度、酸度等;

     2.生成螯合物的方法 如Ca2+ Mg2+及硬度等;

     3.加熱和氧化劑分解法 將含生物體在內的有機化合物的含量以加熱分解時產生CO2的量[總有機碳(TOC);微粒有機碳(POC)]、分解時消耗的氧量[總耗氧量(TOD)]或消耗氧化的量[化學耗氧量(COD)]來表示的指標;

     4.生物化學反應的方法論 以生物化學耗氧量(BOD)為代表,是測定微生物分解有機物時所需消耗的氧量,包括測定微生物在呼吸過程中產生的CO2的量以及利用脫氫酶等酶活性法來測定有效生物量等指標;

     5.氧化還原反應及沉淀法。*典型為溶解氧含量及氯離子含量等指標。

     6.電化學法。有水的電導率,氯化-還原電位(pE)以及包括pH在內的離子選擇電極的各種指標,如F-、NH4+以及許多金屬離子;

     7.微量成分。以儀器分析為主要檢測手段。包括分光光度法,原子吸收光譜法,氣相、液相色譜法,中子活化分析法以及等離子發射光譜法等。指標項目眾多,如生物營養元素、各種化學形態的重金屬離子及非金屬微量元素、微量有機物、水已的污染物(如有機農藥、油類)以及放射性元素等等。 總之,系統了解各類水質指標的含義具有重要意義。因為對于任何水生生態系統環境都是通過對一系列的、經過嚴格選擇的、具有典型意義代表性的指標進行調查或監測分析結果,而加以綜合評價的。必須強調,水質的生物學指標的調查分析結果對于科學評價水環境質量越來越大越顯示其重要性。

  二、 我國當前沿用的重金屬的水質檢測主要水質理化指標及測試系統

    (一) 主要理化指標 當前許多國家都頒布了各自不同的水質質量標準,規定了為數繁多的指標項目。我國于1973年頒布了《工業“三廢”排放試行標準》,規定了工業廢水中有14項有害物質的*高排放濃度。1976年頒發《生活飲用水水質標準》,其中感官性指標有4項(色、混濁度、嗅與味、肉眼可見物);化學指標有8項(Ph、總硬度、鐵、錳、銅、鋅、揮發酚、陰離子合成洗滌劑);毒理學指標有8項(氰化物、砷、硒、汞、鎬、六價鉻、鉛);**學指標有3項(**總數、大腸菌群、游離余氯)。1983年發布《地表水環境質量標準》,規定出20種監測項目的三級質量標準,其中包括pH、水溫、色、嗅、溶解氧,生化需氧量,揮發性酚類、氮化物、砷、總汞、鎘、六價鉻、鉛、銅、石油類、大腸菌群等。我國先行的《海水水質標準(GB3097-82)》規定的理化指標包括物理感官指標,化學感官指標和微生物指標計25項;《漁業水域水質標準(GB11607-89)》包括感官和化學指標34項。

     水環境調查或監測分析項目在理化指標方面多根據各類水體目前和將來的用途而加以選擇和確定的。在養殖生產和有關部門水生生物科學研究中,為了充分利用和改良或控制水的理化條件,常常必須對10多項常規指標進行分析,包括溫度、含鹽量(鹽度)、溶解氧、pH、堿度、硬度、硝酸鹽、亞硝酸鹽、銨氮、總氮、磷酸鹽、總磷、硅酸鹽、化學耗氧量等等;對水環境的污染物質的調查中常按基礎調查、檢測性調查、專題性調查及應急性調查等多種不同類型的用途而選擇不同的指標項目。淡水水體和海水水體常常也有所差異。

     從國外報道各種類型的水質調查或監測標準來看,由于國情的不同,其側重點各異。而且調查或監測指標的選擇和確定問題本身也還有一個逐步深入和不斷發展的過程,例如對污染指標隨著新的化學物質的品種的增加、分析技術的發展,以及在流行病學研究中對致癌、致畸及致突變的生理生化過程的深入研究,監測或調查項目會不斷的加以改變,方法也會逐步發展和完善。

     (二) 測試系統 對水質理化指標進行的測試實驗可采用現場測試、船上測試和陸上實驗室測試三種方式。采用不同方式測試所得結果的確切程度是不同的,特別是深層水樣的 采集和儲存,其溫度、壓力產生變化,都將使化學平衡點產生變化。例如[HCO3-]/[CO32-]等離子成分的濃度比值以及溶解氣體的含量等都回發生變化。;儲存的水樣,即使排除了容器污染和通過容器表面散失的可能性,水質也會因為懸浮物的凝聚沉降以及生物提的代謝過程、死亡分解過程等的影響而發生改變。

     目前,可采用現場測試的項目越來越多,遙控遙感技術的發展使許多水質指標項目的測試可以字響當大的范圍進行同步觀測。但借助儀器的探頭作高深度水域(特別是海洋)的現場測試常常遇到很多困難。加在現場測試儀器尚未能普及的情況下,水質理化指標測試工作常常必須先采樣后在船上實驗室或陸上實驗室進行。

     隨著自動化分析技術的發展,水質指標的調查、監測分析已經逐步使用自動測試系統。該系統一般由采樣裝置,水質連續監測儀器,數據傳輸、記錄及處理幾部分組成,其特點是自動化、儀器化和連續性。目前已采用自動化試系統的有:水溫、Ph、電導率、氧化還原電位、混濁度、懸浮物、溶解氧、COD、TOC、TOD、某些金屬離子、氰化物等等。自動測試系統可避免人工采樣所得數據的不**性,大大縮短采樣分析到獲得結果之間的時間。但自動測試系統也有局限性,不能對大部分指標逐一單項進行測定,因為水質化學組成(尤其是污染物)復雜,組分價態、形態多變,干擾嚴重,需要一系列的化學預處理操作和各種高靈敏度的檢測方法。因此,發展規律連續自動測試技術并和實驗室(船上和陸上)采樣分析技術相結合,是完善水質理化指標的一系列切實可行的途徑


   對于電化學溶出分析技術而言,重金屬的水質檢測在水環境——特別是地表水、飲用水源地等水環境中的含量不高(基本在μg/L數量級),即便是市政以及工業企業污水排放口,也僅僅在幾十到幾百μg/L數量級,因此檢測限低的電化學溶出分析技術在重金屬監測中將發揮更大的作用。隨著我國重金屬污染問題越來越受到重視,重金屬監測會得到更大程度的關注。目前的兩種重金屬監測方法,比色法較為傳統,設備成本比電化學分析儀成本低,在一些特殊的場合,特別是待分析重金屬成分濃度較高時,可以考慮該類型分析儀。
在中低濃度的重金屬監測中,如地表水、飲用水、水處理設施排放口重金屬監測,基于電化學溶出分析技術的重金屬分析儀能夠對μg/L數量級的重金屬進行精準定量分析,無疑是優選。

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