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1、污染源自动在线监测系统（水）简介及设备维护,李 雷 2017.12,水质监测系统,水质在线自动监测系统是一套以在线自动分析仪器为核心，运用现代传感器技术、自动测量技术、自动控制技术、计算机应用技术以及相关的专用分析软件和通讯网络所组成的一个综合性的在线自动监测系统。 实施水质自动监测，可以实现水质的实时连续监测和远程监控，达到及时掌握主要流域重点断面水体的水质状况、预警预报重大或流域性水质污染事故、解决跨行政区域的水污染事故纠纷、监督总量控制制度落实情况、排放达标情况等目的。,监测系统简介,水质监测系统,采样系统 留样系统 监测设备 数据传输系统 辅助系统,监测系统组成,水质监测系统,水质监测
2、系统,监测系统框图,监测系统示意图,水质监测系统,水质监测技术,检测原理分类： 比色法：化学需氧量、氨氮、总磷、总氮、重金属 电极法：pH、浊度、溶解氧、电导率、氨氮（气敏电极法） 非分散红外：TOC 监测特征分类： 间歇性：化学需氧量、氨氮、总磷、总氮、重金属、TOC 连续性：pH、浊度、溶解氧、电导率、流量,水质监测技术,监测技术简介,排污企业 污水排放口、特征因子排放口 污水处理厂 入水口、出水口 自来水厂 水源、供水 环保/水利 河道、湖泊,水质监测技术,应用领域,朗伯比尔定律,分光光度法：待测水样中加入特定的缓冲液、显色剂后混匀，水样中待测因子与显色剂发生显色反应，通过测量溶液颜色变
3、化确定待测因子含量。 朗伯比尔定律：当一束平行单色光垂直通过某一均匀非散射的吸光物质时，其吸光度A与吸光物质的浓度c及吸收层厚度b成正比，而透光度T与c、b成反比。,A=lg(I0/I),分光光度法,水质监测技术,原理介绍,pH值的测定是水分析中最重要和最经常进行的分析项目之一，是评价水质的一个重要参数。pH值的大小反映了水的酸性或碱性，但并不能直接表明水样的具体酸度或碱度。 天然水的pH值常受二氧化碳-重碳酸盐-碳酸盐平衡的影响而处于4.5 8.5范围内，江河水多在68之间，湖水则通常在7.28.5之间。 水体的酸污染主要来源于冶金、电镀、轧钢、金属加工等工业排出的含酸废水。碱污染主要来源于
4、碱法造纸、化学纤维、制碱、制革、炼油等工业废水。 水体受到污染后，pH值发生变化，在水体pH值小于6.5或大于8.5时，水中微生物生长受到一定程度的抑制，使得水体自净能力受到阻碍，使水生生物的种群逐渐变化，鱼类减少，甚至绝迹。,pH-简介,水质监测技术,pH值是水中氢离子活度的负对数。 对于溶液X,测出伽伐尼电池: 参比电极|KCl浓溶液|溶液X | H2|Pt的电动势Ex。 将未知pH(X)的溶液X换成标准pH溶液S，同样测出电池的电动势Es，则: pH(X)=pH(S)+( Es一Ex)F/(RT1n10) 因此所定义的pH是无量纲的量。,pH-分析原理,水质监测技术,pH试纸标准比色卡,
5、（1）在使用前，首先应检查仪器、电极、标准缓冲溶液三者是否正常并进行校准。在其附近选用两种标准缓冲溶液。用第一种溶液定位后，再对第二种溶液测量，观察其读数，仪器响应值与第二种溶液的pH值之差不得大于0.1pH单位。 （2）测量前需清洗电极，清洗电极时应用水对电极进行充分的淋洗，用滤纸吸取电极上的水滴，在用待测溶液淋洗，以消除相互影响。 （3）待测溶液的测量，测量待测溶液pH值时，溶液应当充分搅拌，以使溶液均匀和达到电化学平衡，而在读数时则停止搅动，精致片刻，使读数稳定。,pH-使用方法,水质监测技术,首先要了解这个几个缩写的含义： COD化学需氧量（水中能被强氧化剂氧化的有机物量） BOD生物
6、需氧量（水中能被微生物分解的有机物耗氧量） TOD总需氧量（水中有机物完全燃烧耗氧量） TOC总含碳量（水中所有有机物，以碳表示） 它们都可以表示水中有机物的含量，一般说来他们在水中的关系为：TOCTODCODBOD,化学需氧量-简介,水质监测技术,化学需氧量-简介,化学需氧量(Chemical Oxygen Demand，简称COD)，是指水体中易被强氧化剂氧化的还原性物质所消耗的氧化剂的量，结果折算成氧的量(以mg/L计)。 化学需氧量反映了水中受还原性物质污染的程度，水中还原性物质包括有机物、亚硝酸盐、亚铁盐、硫化物等。水被有机物污染是很普遍的，因此化学需氧量也作为有机物相对含量的指标之
7、一，只能反映能被氧化的有机污染，不能反映多环芳烃、PCB、二噁英类等的污染状况。是我国实施总量排放的控制指标之一。 消耗水体中氧，造成水体缺氧。,水质监测技术,化学需氧量-分析原理,在强酸性溶液中，用一定量的重铬酸钾氧化水样中还原性物质，过量的重铬酸钾以试亚铁灵作指示剂，用硫酸亚铁铵溶液回滴。根据硫酸亚铁铵的用量算出水中还原性物质消耗氧的量。 加入硫酸银作催化剂，为使硫酸银分布均匀，常将其定量加入浓硫酸中。酸性重铬酸钾氧化性很强，可氧化大部分有机物，加入硫酸银作催化剂时，直链脂肪族化合物可完全被氧化，而芳香族有机物却不容易被氧化，挥发性直链脂肪族化合物、苯等有机物存在于蒸气相，不能与氧化剂液体
8、接触，氧化不明显。 氯离子能被重铬酸盐氧化，并且能与硫酸银作用产生沉淀，影响测定结果，故在回流前向水样中加入硫酸汞，使成为络合物以消除干扰。氯离子含量高1000mg/L的样品应先作定量稀释，使含量降低至1000mg/L以下，再行测定。,水质监测技术,（1）取20mL混合均匀的水样（或适量水样稀释至20mL）置250mL磨口的回流锥形瓶中，准备加入10.00mL重铬酸钾标准溶液及数粒洗净的玻璃珠或沸石，连接回流冷凝管，从冷凝管上口慢慢地加入30mL硫酸-硫酸银溶液，轻轻摇动锥形瓶使溶液混匀，加热回流2h(自开始沸腾时计时)。 （2）废水中氯离子含量超过30mg/L时，应先把0.4g硫酸汞加入回流
9、锥形瓶中，再加20.00mL废水（或适量废水稀释至20mL）摇匀，以下操作同上。 （3）冷却后，用90mL水从上部慢慢冲洗冷凝管壁，取下锥形瓶，溶液体积不得少于140mL，否则因酸度太大，滴定终点不明显。 （4）溶液再度冷却后，加3滴试亚铁灵指示剂，用硫酸亚铁铵标准溶液滴定，溶液的颜色由黄色经蓝色至褐色即为终点，记录硫酸亚铁铵标准溶液的用量。 （5）测定水样的同时，以20.00mL的蒸馏水，按同样操作步骤做空白试验。记录滴定空白时硫酸亚铁铵标准溶液的用量。,化学需氧量-分析步骤,COD测试的实验室测量步骤,水质监测技术,化学需氧量-示意图,水质监测技术,其他分析方法： 高锰酸盐指数 UV法,总
10、有机碳-简介,总有机碳(TOC)，是以碳的含量表示水体中有机物质总量的综合指标。由于TOC的测定采用燃烧法，因此能将有机物全部氧化，它比BOD5或COD更能直接表示有机物的总量，因此常常被用来评价水体中有机物污染的程度。 TOC是将水样中的有机物中的碳通过燃烧或化学氧化转化成二氧化碳，通过红外吸收测定二氧化碳的量，从而也就测定了有机物中的总有机碳。总有机碳包含了水中悬浮的或吸附于悬浮物上的有机物中的碳和溶解于水中的有机物的碳，后者称为溶解性有机碳(DOC) 。,水质监测技术,总有机碳-分析原理,总有机碳是反映水质受到有机物污染的替代水质指标之一，和其他水质替代指标一样，它不反映水质中那些具体的
11、有机物的特性，而是反映各个污染物中所含碳的量，其数量愈高，表明水受到的有机物污染愈多。 应用场合：高氯水样监测。,水质监测技术,氨氮-简介,水溶液中的氨氮是以游离氨(或称非离子氨，NH3)或离子氨(NH4+)形态存在的氮。,水质监测技术,定义：,氨氮中游离氨和铵盐的比例取决于pH和水温：,pH偏高时，游离氨比例较高，反之铵盐则较低； 温度偏高时，游离氨比例较低，铵盐则较高。 无氧环境下，亚硝酸盐在微生物作用下，还原为氨； 有氧环境下，水中氨也可转化为亚硝酸盐，甚至硝酸盐。 人们对水和废水中最关注的几种形态的氮是硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、氨氮和有机氮。通过生物化学作用，它们是可以相互转化的。,氨氮-
12、简介,监测的意义： 鱼类对非离子氨比较敏感。为保护淡水水生物，水中非离子氨的浓度应低于0.02mg/L。 对人类的影响：摄入一定量的氨气体会产生喷嚏、流涎、恶心、头痛、出汗、脸面充血、胸部痛、尿频等；进一步会出现腐蚀口腔及呼吸道的豁膜，并有咳嗽、呕吐、眩晕、窒息感、不安感、胃痛、闭尿、出汗等症状；高浓度甚至导致人类死亡。 来源： 在地面水和废水中天然地含有氨。氨以氮肥等形式施入耕地中，随地表径流进入地面水。作为含氮有机物的分解产物，是氨广泛存在于江河、湖海中的主要原因。 氨的工业污染来源于肥料生产、硝酸、炼焦、硝化纤维、人造丝、合成橡胶、碳化钙、染料、清漆、烧碱、电镀及石油开采和石油生产加工过
13、程。,水质监测技术,氨氮-分析原理,原理： 碘化汞和碘化钾的碱性溶液与氨反应生成淡红棕色胶态化合物，此颜色在较宽的波长内具有强烈吸收。通常测量波长在410425nm范围。,水质监测技术,纳氏试剂光度法,氨氮-分析原理,反应机理： 氨与次氯酸盐反应生成氯胺。NH3+HOCl NH2Cl +H20 氯胺与水杨酸反应形成一个中间产物-5-氨基水杨酸； 氨基水杨酸转变为醌亚胺； 卤代醌亚胺与水杨酸缩合生成靛酚蓝。 影响： pH对每一步反应几乎都有本质上的影响。最佳的pH值不仅随酚类化合物而不同，而且随催化剂和掩蔽剂的不同而变化。此外，pH还影响着发色速度、显色产物的稳定性以及最大吸收波长的位置。因此控
14、制反应的pH值是重要的。 水样采集后应尽快分析，并立即破坏余氯以防止它与氨的反应（0.5mL 0.35%硫代硫酸钠可去除0.25mg余氯）。如采样后不能及时分析，使pH在1.52.0之间，并在4储存。,水质监测技术,水杨酸分光光度法,总氮-分析原理,原理 在60以上的碱性水溶液中，过硫酸钾与水反应分解生成硫酸钾和原子态氧，原子态氧在120140时，可使水中的含氮化合物氧化为硝酸盐，用紫外分光光度法于波长220nm和275nm处分别测量吸光度，用两波长吸光度测定值之差求得校准吸光度A220和A275，吸光度计算公式为：A=A220一2A275 按A的值查校准曲线并计算总氮(以N03-N计)含量。
15、 注意事项 测定中干扰物主要是碘离子和溴离子，碘离子相对于总氮含量的2.2倍以上，溴离子相对于总氮含量的3.4倍以上有干扰。 某些有机物在本规定的测定条件下不能完全转化为硝酸盐时对测定有影响。 实验中所用玻璃器皿可以用盐酸(1+9)或硫酸(1+35)浸泡，清洗后再用水冲洗数次。,水质监测技术,碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法,总磷-简介,磷在自然界中分布很广，与氧化合能力较强，因此在自然界中没有单质磷。在天然水和废水中，磷几乎都以各种磷酸盐的形式存在。它们分别为正磷酸盐、缩合磷酸盐(焦磷酸盐、偏磷酸盐和多磷酸盐)和有机结合的磷酸盐，存在于溶液和悬浮物中。 检测意义 磷和氮是生物生长必需的营养元素
16、，水质中含有适度的营养元素会促进生物和微生物生长，令人关注的是磷对湖泊、水库、海湾等封闭状水域，或者水流迟缓的河流富营养化具有特殊的作用。 在水域中的磷逐渐富集，伴随着藻类异常增殖，使水质恶化的过程称为“富营养化”。在这个过程中，水体由于藻类大量增殖和腐烂分解损耗水中的溶解氧，有害于鱼类等水生动物的生长，藻类大量增殖逐渐降低水的透明度，并使湖水带有腥味。随着水理化性质的变化，降低了水资源在饮用、游览和养殖等方面的利用价值。浅水湖泊严重的富营养化往往导致湖泊沼泽化，致使湖泊死亡。,水质监测技术,总磷-分析原理,过硫酸钾-钼蓝分光光度法, 在酸性条件下，正磷酸盐与钼酸铵、酒石酸锑氧钾反应，生成磷钼杂多酸，被还原剂抗坏血酸还原，则变成蓝色络合物，通常即称磷钼蓝。 干扰及消除砷含量大于2mg/L有干扰，可用硫代硫酸钠除去。硫化物含量大于2mg/L有干扰，在酸性条件下通氮气可以除去。六价铬大于50mg/L有干扰，用亚硫酸钠除去。亚硝酸盐大于lmg/L
