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1、1,水 分 析 与 监 测,主讲教师：黄 梅联系方式：6955（短号）,2,思 考,（1）纯净水、自来水、矿泉水、地下水、河湖水、海水、城市污水等本质的区别是什么？科学的鉴别方法是什么？（2）如何评价环境水体质量？水中有哪些污染物？含量是多少？对环境、生物有没有危害？（3）城市给水、污水处理工艺的确定依据是什么？处理效果如何评定？(4)新的水处理工艺技术研发评价的依据？.,3,课程定位,给水排水工程专业的专业技术基础课，是专业指导委员会指定十门骨干课程之一。教学时数60学时，其中课堂教学30学时，实验教学30学时。先修课程：普通化学、有机化学和物理化学,4,水分析化学课程的学习目标,第1章 概
2、论 第2章 水分析过程质量保证 第3章 酸碱滴定法 第4章 络合滴定法 第5章 沉淀滴定法 第6章 氧化还原滴定法 第7章 电化学分析法 第8章 吸收光谱法 第9章 色谱法 第10章 原子光谱法 复习,内容安排及学时分配,实验1：浊度测定实验2：色度测定实验3：SS测定实验4：溶解氧的测定 实验5：高锰酸钾指数的测定实验6：COD的测定 实验7：水中六价铬的测定实验8：水中挥发酚的测定实验9：水中氨氮的测定实验10：水中余氯的测定,理论部分：30学时,实验部分：30学时,6,第1章 绪论,1.1 水分析化学性质和任务1.2 水分析化学的分类1.3 水质指标与水质标准 1.4 国内外水质指标体系
3、（自学）,7,分析化学(analytical chemistry)是发展和应用各种方法、仪器和策略，以获得有关物质在空间和时间方面组成和性质的信息科学。,1.1 水分析化学性质和任务,8,社会科学、考古学人类学和法医学,分析化学,化学学科的所有分支,物理、天体物理、天文和生物物理,工程学、民事、化学、电以及机械,医学、临床化学药物化学、药学毒物学,生物学、植物学、遗传学、微生物学、分子生物学和动物学,地质学、地球物理学、地球化学和古生物学,环境科学、生态学和海洋科学,农业、动物科学农作物科学、食品科学、园艺学和土壤科学,材料科学、冶金学和高分子科学等学科,9,水的循环与水质污染,水的自然循环,
4、10,水的特性,与同族元素（硫等）氢化物相比，具有相对高的熔点和沸点温度体积效应异常：冻结时膨胀、04时体积随温度升高而降低、4 是体积最小，密度最大热容量最大：除液氨外，所有液体和固体物质中，水的热容量最大调节气温具有强溶解性、强反应能力的溶剂：介电常数很大（使溶质电离能力强），许多物质在水中溶解度大，电离度大，可发生各种化学反应强流动能力较大的表面张力：液体中除汞以外，水的表面张力最大,水的存在形式及其水资源量,水体污染,15,（1）化学型污染：指排入水体的碱、酸、无机和有机污染物造成的水体污染。（2）物理型污染：指引起水体的色度、浊度、悬浮性固体、水温和放射性等监测指标明显变化的物理因素
5、造成的污染。（3）生物型污染：未经处理生活污水、医院污水等排入水体，引入某些病原菌而造成的污染。,水质污染类型,16,1、水分析化学的任务,研究水及其杂质、污染物的组成、性质研究水中杂质的含量及其变化情况研究水中杂质的分析方法,本课程重点解决的问题,17,2、水分析化学的作用,分析测试结果是：给水排水设计 水处理新工艺开发 的依据水环境评价 废水综合利用效果,水资源保护、利用、开发和治理的“眼睛”和“哨兵”,18,水分析化学与传统分析化学的关系,建立在传统分析化学基础之上，突出水质指标的工程应用地位，由水质分析技术引出相关的分析化学理论内容,19,按分析方法的原理和手段分：1、化学分析法(常量
6、组分)：以化学反应为基础的分析方法定义：将水中被分析物质与已知成分、性质和含量的物质发生化学反应，产生具有特殊性质的新物质，由此确定被测物质的存在以及组成、性质和含量。重量分析：Ba2+、Mg2+、残渣分析 滴定分析：酸碱、络合、氧化还原、沉淀,1.2水分析方法分类,20,2、仪器分析法(微量或痕量组分)：用仪器测定被测物质的物理或物理化学性质，以确定水样组成和性质的方法 光学分析法：紫外-可见、红外、荧光、磷光、激光拉曼、核磁共振、原子发射、原子吸收 电化学分析法：电位、电导、库仑、极谱 色谱法：GC、HPLC、IC 其他：质谱、电子能谱、活化分析、热分析等,例：分光光度法测定水中微量铁,2
7、1,按所需试样量大小分方法 固体试样质量(mg)液体试样体积(mL)常量 1001000 10半微量 10100 110 微量 0.110 0.011,按分析任务：定性分析，定量分析，结构分析,22,（一）重量分析法（Gravimetry),是通过化学反应及一系列操作步骤使试样中的待测组分转化为另一种化学组成恒定的化合物，再称量该化合物的质量，从而计算出待测组分的含量。,称重,计算,转化方法有：沉淀、气化、电解、萃取等,23,重量分析法应用,水中不可滤残或悬浮物(SS),总残渣,Ca2+、Mg2+、Ba2+,硫酸盐,总残渣灼烧减重,24,（二）滴定分析法（Titrimetry）,滴定分析法又称
8、容量分析法：将已知准确浓度的试剂溶液和被分析物质的组分定量反应完全，根据反应完成时所消耗的试剂溶液的浓度和用量（体积），计算出被分析物质的含量的方法,标准溶液,化学计量点滴定终点,25,（1）常用术语,化学计量比,若A、B物质的量分别为nA、nB，滴定的反应比为 a：b，则滴定反应的化学计量关系为：,26,（2）滴定误差的产生:用 HCl 滴定NaOH,甲基橙为指示剂（变色范围 pH 3.14.4）,化学计量点pH=7,HCl标准溶液,NaOH溶液甲基橙,滴定前,过量,红 橙 黄,pH 3.1 3.1-4.4 4.4,滴定终点,黄色 橙色 红色,27,终点误差来源：（1）变色点和计量点pH不一
9、致；（2）指示剂变色范围大小影响；（3）滴定操作过程的误差,28,(3)分析化学中的4大滴定,a.酸碱滴定质子传递(最基础的滴定分析)用途：检验碱度、酸度b.络合滴定络合反应 M+Y MY用途：测定 Ca2+、Mg2+、Fe3+、Al3+另外，络合反应可用于掩蔽技术，消除非测定离子的干扰c.沉淀分析沉淀反应（银量法）Ag+Cl-AgCl用途：测定水中Cl-d.氧化还原滴定氧化还原反应(特点：电子转移)用途：测COD等有机污染指标氧化还原反应也用于废水的化学处理,(如脱CN-，CN-+ClO2 N2),29,（4）滴定分析对化学反应的要求,置换滴定：用K2Cr2O7标定Na2S2O3(KI),K
10、MnO4,1.按一定的反应式定量完成(99.9%以上)2.快(或可加热、催化剂)3.有适当的方法确定终点(指示剂),返滴定:Al3+EDTA(过量),30,（三）化学分析和仪器分析的定量方法比较,化学分析法绝对定量（根据样品的量、反应产物的量或所消耗试剂的量及反应的化学计量关系，通过计算得待测组分的量。）仪器分析法相对定量（标准工作曲线）,标准工作曲线的绘制,31,化学分析与仪器分析方法比较,32,天然水的组成：由于水的强溶解性、强反应性、强流动性，循环过程中混入各种杂质 水（主要物质）悬浮物质细菌、藻类、原生动物、泥砂、粘土等颗粒物 胶体物质硅、铝、镁的水合氧化物、粘土、腐殖质等高分子 化合
11、物 8大离子：Ca2+Mg2+K+Na+HCO3-SO42-Cl-NO3-离子状物质 少量重要离子：H+OH-CO32-溶解物质 金属离子：Mn+（水合氧化物）溶解气体：CO2 O2 有机物，等,1.3 水质指标与水质标准,一、水质指标定义：表示水中杂质的种类和数量，它是判断水污染程度的具体衡量尺度。分类：物理指标(Physical)、化学指标(Chemical Index)、微生物指标(Micro-organism Index)。在水质标准中，生活饮用水标准常分为：微生物指标、感观性状（物理指标）和一般化学指标、毒理学指标、放射性指标。,（一）物理指标1、水温，臭、味A、温度 水体的物理性质
12、与水温有关。（1）水温计法：地表水、污水等浅层水温，5min。（2）颠倒温度计法：装在采水器上使用。湖库等深层水温，10min。（主表-235，分度值0.1，测水；辅表-2050，分度值0.5，测环境）。,（一）物理指标1、水温，臭、味B、臭臭阈值表示法：水样被稀释至刚刚可以闻出臭味的稀释倍数。臭阈值=（A+B）/A A、B分别为水样和无臭水的体积。无臭水常用自来水脱氯的方法制取，用3.5g/L硫代硫酸钠溶液1毫升可脱去1毫克余氯。文字描述法：六等级记录法。,六等级记录法:0级、无味、无任何气味；1级、微弱、敏感者可觉察；2级、弱、一般饮用者刚刚觉察；3级、明显、已能明显觉察，不加处理不能饮用
13、；4级、强、有明显臭味；5级、很强、强烈臭味。C、味：通常用无味、酸、甜、苦、咸来描述。,2、色度真色与表色；真色是指除去悬浮物后的水的颜色，色度一般是指真色。定量方法分为铂钴比色法稀释倍数法分光光度法。铂钴比色法：规定铂的浓度为1mg/L和钴的浓度为0.5mg/L时产生的颜色为1度。实践中常用重铬酸钾代替氯铂酸钾。我国生活饮用水水质卫生规范规定生活饮用水色度不得高于15度。,3、浊度（饮用水1NUT，特殊情况3）浊度是指水中的悬浮及胶体杂质产生不透明的浑浊现象，这是一种光学效应，表现出光线透过水层时受阻的程度，与颗粒的数量、大小、形状有关。浊度的测定分为目视比色法、分光度法和浊度仪法，而浊度
14、仪法中又分为透过光或散射光浊度测定。目视比浊法中规定1L水中含1mg一定粒度的硅藻土所产生的浊度为1度，单位是“JTU”；而光度法和浊度仪法测定的单位是“NTU”，浊度仪法是用0.13mg/L的硅藻土用浊度仪测定时，规定其浊度为1度。NTU指散射浊度单位，表明仪器在与入射光成90角的方向上测量散射光强度。FNU指福尔马肼散射法单位，同样表明仪器在与入射光成90角的方向上测量散射光强度。NTU用于USEPA的方法180.1和水和废水标准检验法。FNU用于欧洲的ISO7027浊度方法。JTU，即杰克逊浊度单位是一个过去使用的单位，当时人们利用杰克逊浊度计目测浊度：将待测水样倒入一支竖直置于火焰正上
15、方的玻璃管中，直到无法看清玻璃管为止。,4、透明度(略)：反映水样透明程度，常用厘米数表示。通常有铅字法和塞氏盘法。铅字法：长330mm直径25mm的刻度玻璃圆筒，底部为带“E”印刷符号磨砂玻璃片。水深超过30cm仍可见“E”字的水样为透明水样；塞氏盘法：将直径20cm的白色铁圆板放入水中，到刚好不能见盘的白色时的深度（cm）即为水的透明度。,5、电导率：用电导率仪测定。电极插入水中，距离1厘米，截面积1平方厘米的两个电极间所测得电阻倒数为该水样的电导率。它反映了水样中离子成份的总浓度。6、残渣：（重量法）总残渣（总固体）：水浴蒸干，103-105烘干称重（每次加热1h，直至恒重（相邻两次称重
16、相差0.0005g）。总可滤残渣（可溶性固体）：将水通过0.45m膜过滤后的水样用水浴蒸干，103-105烘干称重。总不可滤残渣（悬浮物，SS）：将水通过0.45m膜过滤后的过滤器上的固体物质用水浴蒸干，103-105烘干称重。,总残渣 TS=总可滤残渣DS+总不可滤残渣SS,7、氧化还原电位（略）可用pH（酸度）计测定，是反映废水生物处理过程的重要参数。8、紫外吸光度值（略）用紫外分光光度计测定。反映水中有机物含量,43,二、微生物指标,（1）细菌总数：各种细菌病毒的总和，反映污水中病原菌、病毒存在的可能性。饮用水标准为：细菌总数100 个（细菌落）/mL（2）总大肠菌群：反映污水被粪便污染
17、程度。饮用水标准为：总大肠菌群不得检出（3）游离性余氯：Cl2+H2O=HOCl+H+Cl-国家饮用水标准规定：集中式给水出厂水游离性余氯不低于0.3mg/L，管网末梢水不低于0.05mg/L（4）二氧化氯：国家饮用水标准规定：集中式给水出厂水余量不低于0.8mg/L，管网末梢水不低于0.02mg/L,44,三、化 学 性 指 标,（一）无 机 性 指 标,植物营 养元素,pH和酸碱度,硬度与重金属,过多的氮、磷进入天然水体易导致富营养 化，导致水生植物尤其是藻类的大量繁殖，造成水中溶解氧的急剧变化，影响鱼类生 存，并可能使某些湖泊由贫营养湖发展为 沼泽和干地。,一般要求处理后污水的pH在69
18、之间。当天然水体遭受酸碱污染时，pH发生变 化，消灭或抑制水体中生物的生长，妨碍 水体自净，还可腐蚀船舶。碱度指水中能与强酸定量作用的物质总量,作为微量金属元素;重金属的主要危害：生物毒性，抑制微生 物生长，使蛋白质凝固;逐级富集至人体，影响人体健康。,45,H+与水的 酸度 水中能与强碱发生中和反应的物质 H2CO3 缓冲 HCO3-能力 OH-有关 碱度 水中能与强酸发生中和反应的物质 CO32-HCO3-Alk=OH-+CO32-+HCO3-H+,1、pH值与酸碱度测量酸碱滴定法等,我国饮用水标准为：pH 6.58.5,46,（1）硬度络合滴定法按阳离子划分总硬度钙硬度镁硬度按阴离子划分
19、碳酸盐硬度：钙镁的碳酸盐和重碳酸盐暂时硬度非碳酸盐硬度：钙镁的硫酸盐和氯化盐永久硬度 我国饮用水标准为：总硬度450mg/L(以CaCO3计）（2）重金属离子：主要是五毒：Hg Cd Cr Pb As还有：铊、锡、铝、铁、锰、铜、锌等等,2、硬度与重金属含量测定,47,含氮指标：有机氮 KN,不稳定，易被微生物分解 a.总氮 NH3-N（TN）NO2-N NO3-N b.凯氏氮（KN）有机氮 判断生物处理中微生物 一般生活污水中KN=40mg/L NH3-N 氮营养的充足依据 NH3-N c.NH3-N NH4+-N 有机氮=KN-（NH3-N）d.(NO3-+NO2-)-N=TN-KN,3、
20、氮磷等植物性营养元素指标,48,含磷指标 有机磷 生活污水有机磷约3mg/L 总磷（TP）无机磷 生活污水无机磷约7mg/L,氮磷指标的测量方法：1、酸碱滴定法2、分光光度法3、离子色谱法,49,4、其他无机物指标,总含盐量:水中全部阴、阳离子总量各种阴离子，Cl-、SO42-、PO43-、各种阳离子：Na+、K+、H+、溶解氧(DO),50,（二）有 机 物综合指标,化学需氧量（CODCr）,高锰酸盐指数,理论需氧量（ThOD）,总需氧量（TOD）,生化需氧量（BOD）,总有机碳（TOC）,化学需氧量,（三）有机污染物确定指标,51,环境标准体系,1.3.2 水质标准分类,52,生活饮用水卫生标准（106项水质指标）工业用水水质要求 农业用水与渔业用水水质要求 污水综合排放标准 环境标准 地面水环境质量标准（五类水质标准）地下水质量标准 海洋环境标准。,水质标准,53,污水处理厂出水与地表水环境质量标准,单位：mg/L,54,样品测定指标的确定,根据样品测定目的、要求、测定条件选择测定项目,
