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1、Chapter 04 Analysis of Water 第四章 水质分析,6hours 教学内容 概述 水质指标之间的关系 水质指标的测定 参考资料 环境监测 奚旦立 刘秀英等编 1987年05月第1版 高等学校试用教材,水的用途 水是生物生长和生活所必需的资源，人类生活离不开水。在工业生产中，也需要用到大量的水，主要用作溶剂、洗涤剂、冷却剂、辅助材料等。水的质量的好坏，对于人们的生活以及工业生产等都有直接的影响，必须经过分析检验 水的分类 天(自)然水、生活用水、工业用、污水 天(自)然水,概 述,自然界的水称为天然水。天然水有雨水、地面水（江、河、湖水）、地下水（井水、泉水）等，因为在自
2、然界中存在，都或多或少地含有一些杂质，如气体、尘埃、可溶性无机盐等，如矿泉水中含有多种微量元素 生活用水 日常生活中所使用的水称为生活用水：主要是自来水，也有少量直接使用天然水的。对生活用水的要求，主要是不能影响人类的身体健康 比如F-的含量，正常情况下应为0.5-1.0mg/L，如果F-1.0-1.5mg/L，易得黄斑病，如果F-4.0mg/L，则易得氟骨病 因此应检验分析一些有害元素的含量，对其含量都有标准规定，不能超标,工业用水 指工业生产所使用的水，要求不影响产品质量，不损害设备、容器及管道。使用时也要经过分析检验，不合格的水要先经处理后才能使用 污水 污水(废水)分为生活污水和工业污
3、水，污水污染环境，必须符合一定的标准才允许排放 水质指标 水质分析项目繁多，主要有：物理指标、化学指标、微生物指标 物理指标 水温、外观、颜色、臭、浊度、透明度、pH值、残渣、矿化度、电导率,化学指标 钾、钠、钙、镁、铁、铜、锌、镍、锰、汞、铅、铬、铬、砷、硒、硬度、矿化度；酸碱度、二氧化碳、溶解氧、氮（氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、总氮）、磷、氯化物、氟化物、碘化物、氰化物、硫化物、硫酸盐、硼、可溶性二氧化硅；化学需氧量、生化需氧量、总有机碳、矿化油、挥发性酚类、苯系物、多环芳烃、有机磷、苯胺类、硝基苯类、阴离子洗涤剂、各类农药等 微生物学指标 细菌数、大肠杆菌群等 不同用途的水，对水质的要求
4、各不相同，因此其分析检测项目也有区别，工业上主要测定水的物理指标和化学指标,水质标准 如生活饮用水卫生标准（GB5749-2006） 地表水环境质量标准 GB3838-2002 地下水质量标准 GB/T14848-93 污水综合排放标准GB8978-1996 啤酒工业污染物排放标准 GB19821-2005 城镇污水处理厂污染物排放标准GB 189182002等 水样的采集与保存 生活饮用水标准检验方法 水样的采集和保存 GB/T 5750.2-2006 水质 采样技术指导 GB 12998-91 地下水 水质检验 水样的采集和保存方法 F-HZ-DZ-DXS-0002 水样的采集和保存DZ/
5、T0064.2-93,水质指标之间的关系,阴、阳离子间的平衡 分析过程中某些组分的微小变化 某些组分的漏检 各种误差,分别表示阳离子和阴离子的总量,的原因,误差的计算 一般要求误差不大于5% 离子总量的一致性 离子交换/酸碱滴定法直接测定离子的总量，应该等于分别用不同的方法测定的各种离子的量之和值，一般要求相对误差不大于10%。如果误差超过允许误差，应对水中含量较大的离子进行重新分析 溶解性固体质量与各种成分总量的关系,溶解性固体物质是将澄清水样蒸发后经过干燥而得，此量应大致等于各成分含量之和 通常是将Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-、SiO2的浓度和与溶解性固
6、体的量进行比较 碱度、硬度概念及相互关系 永久硬度：又称非碳酸盐硬度，主要指水中钙，镁的氯化物，硫酸盐的含量，之外尚有少量的钙、镁硝酸盐、硅酸盐等盐类，在常压情况下加热，这些盐类不会析出沉淀 暂时硬度：指水中钙和镁主要以碳酸氢盐形式存在的含量，当加热煮沸时，碳酸氢盐会分解成碳酸盐而沉淀除去,负硬度：指水中钾、钠的碳酸盐、重碳酸盐及氢氧化物的含量，又称为钠盐硬度。当水的总碱度(以甲基橙作指示剂测得的碱性物质的量)大于总硬度时，就会出现负硬度。负硬度可以消除水的永久硬度，负硬度不能与永久硬度共存 碱度和硬度的关系 总碱度总硬度 水中有永久硬度和暂时硬度，无钠盐(负)硬度，则 总硬度-总碱度=永久硬
7、度 总碱度=暂时硬度,总碱度总硬度 水中无永久硬度，而存在暂时硬度和钠盐硬度，则 总硬度=暂时硬度 总碱度-总硬度=钠盐硬度（负硬度） 总碱度=总硬度 水中没有永久硬度和钠盐硬度，只有暂时硬度，则 总硬度=总碱度=暂时硬度 pH值与其它离子浓度的关系 pH值与金属离子浓度的关系,Fe3+、Al3+、Mn2+、Cu2+等离子在不同pH下的水解程度不同，其游离的金属离子浓度也不同 pH值与HCO3-、CO32-的关系 H2CO3的pKa1=6.3; pKa2=10.2 pH=6.3-lgc(CO2)+lgc(HCO3-) pH=10.2-lgc(HCO3-)+lgc(CO32-),水质指标的测定,
8、悬浮固形物和溶解固形物的测定 pH值的测定 电导率的测定 浊度的测定 碱度的测定 硬度的测定 总铁量的测定 溶解氧的测定 化学耗氧量测定 氯化物的测定 亚硫酸盐的测定 磷酸盐的测定,pH值的测定 pH值是工业用水必须考虑的因素，为了防止金属腐蚀，要求锅炉用水的pH在7.0-8.5范围内；工业废水排放时pH在6-9之间 测定原理 将玻璃电极和饱和甘汞电极插入被测溶液中(现基本为复合单电极)，组成原电池，利用能斯特方程获得溶液pH值 测定仪器 酸度计或pH计,注意事项 实际测定中，能斯特方程的系数K未知。为了测定未知液的pH，先用pH值已知的标准缓冲溶液对酸度计进行校准，再用此酸度计测量未知液的p
9、H值 注意标准缓冲溶液的配制和使用温度 玻璃电极在使用前必须在水中浸泡24h或以上 电导率(conductivity)的测定 测定原理 溶解于水中的酸、碱、盐电解质，使水的导电能力增强。水的导电能力用25时的电导率表示，单位为S/cm。水质分析中，用其百万分之一表示， S/cm 仪器与试剂 电导率仪 测量范围为0104 S/cm,KCl标准溶液：不同浓度的KCl溶液在不同温度下的电导率见课本 测定步骤 选择电极：根据电导大小，选择不同电导池常数的电极(表9-4) 取50100mL水样于塑料烧杯中，将用水样冲洗好的铂黑电极和温度计插入水中 从电导率仪上读出水样的电导率 浊度（turbidity)
10、的测定 水的浊度是指其混浊程度。是由水中的泥沙、黏土、浮游生物和其它微生物等悬浮物质引起 工业用水特别是冷却循环水浊度过高，会使换热器管道结垢，导致换热效率下降，管道腐蚀，影响换热器的使用寿命,水的浊度并不是直接测量颗粒物的量，而是测量颗粒物对光的散射程度 测定原理 以福马肼(Formazine)悬浊液作标准，采用分光光度法测量被测水样和标准溶液的透过光的强度 仪器,福马肼浊度标准溶液（400FTU） 称取1.000g硫酸联氨(硫酸肼，致癌)，用水定容至100mL； 称取10.00g六次甲基四胺，用水定容至100mL； 分别移取以上述溶液各25mL混匀后，25度保温24小时，形成不溶于水的白色
11、甲臜聚合物,稀释至500mL，此溶液的浊度为400FTU (Formazine turbidity unit) 测定步骤 工作曲线的绘制 取一系列不同体积的福马肼标准液，放入100mL容量瓶中，用水稀释至刻度（浊度不同),甲臜 Formazan,用1cm比色皿在波长660/680nm处分别测量其吸光度，用浊度对吸光度作图，获得工作曲线 水样的测定 取充分摇匀的水样，测其透光率（GB/T12151-2005;FTU），从工作曲线上求出其浊度（水样有色则用滤液为空白） 实际工作中，也常采用浊度计(光散射原理，GB/T15893.1-1995;NTU)测量水的浊度,悬浮固形物和溶解固形物的测定 悬浮
12、固形物 悬浮固形物是指被某种过滤材料分离出来的固形物，通常是由泥土、砂粒、腐蚀产物、水垢、微生物黏泥等组成 测定原理与方法 采用孔径3-4m的G4玻璃过滤器或铺有5mm石棉的古氏坩埚过滤器作为过滤材料，先将过滤器洗涤、105-110度烘干至恒重，记录其质量 取适量水样，注入过滤器中抽滤，将最初的200mL滤液重新过滤，将玻璃滤器和不溶物105-110度烘干至恒重，称量 注意：器皿和滤料的洗涤、铺设,计算 悬浮固形物的质量浓度 m1过滤前过滤器的质量 m2过滤后过滤器与悬浮物的总量 V 水样的体积 溶解固形物 溶解固形物是指已被分离悬浮物后的滤液经蒸发干燥所得的残渣 将已过滤的水样，注入经烘干至
13、恒重的蒸发皿中，在水浴锅上蒸干。将蒸发皿和蒸干的样品在105-110 烘干至恒重,碱度的测定 碱度是指水中含有能接受H+的物质的总量。如氢氧化物、碳酸盐、碳酸氢盐、磷酸盐、磷酸氢盐、硅酸盐、亚硫酸盐、氨和有机碱等 碱度的测定方法有指示剂滴定法和电位滴定法，常用指示剂滴定法 测定原理 酚酞碱度 以酚酞为指示剂，用盐酸标液滴定所测得的含量，记作P。发生如下反应 OH-+H+=H2O CO32-+H+=HCO3- PO43-+H+=HPO42-,滴定终点时，pH=8.3左右， HCO3-能否进一步反应生成H2CO3？ HPO42-能否进一步反应生成H2PO4-？ 酚酞后碱度 酚酞变色后，以甲基橙为指
14、示剂，用盐酸标液继续滴定，计算所测得含量，记作M,上述反应的产物继续与酸反应（强烈摇动） HCO3-+H+=H2O+CO2 HPO42-+H+=H2PO4- 甲基橙变色，pH=4.2左右 总碱度 直接以甲基橙作指示剂测得的碱度称为甲基橙碱度(溴甲酚绿-甲基红)，也称总碱度。A=P+M,测定步骤 取100.00mL透明水样,置于250mL锥形瓶中，加入2-3滴酚酞指示剂,用0.1000mol/LHCl标液滴定至粉红色刚褪去，记下盐酸的体积（V1） 在刚滴定过的溶液中加入10滴溴甲酚绿-甲基红指示剂，继续用上述HCl标液滴定至由绿色变为暗红色，记下盐酸的体积（V2） 讨论 碱度的结果可以用碳酸钙或
15、氧化钙的量表示(mg/L) 水的酸度是指水中所有能与强碱相作用的物质的总量(用氢氧化钠为滴定剂)。包括弱酸(碳酸和有机酸)、强酸(盐酸、硫酸和硝酸)、强酸弱碱盐(硫酸亚铁、硫酸铝等可水解盐)等,水的酸度、碱度和pH值都是水的酸碱性质指标，三者既有区别又有联系。pH值表示水中H+活度的大小；酸度和碱度表示水中酸性物质和碱性物质的含量。一般来说，pH值越高，碱度就越高；pH值越低，酸度就越高 硬度的测定 含有较多钙、镁化合物的水称为硬水，钙、镁化合物的含量称为硬度。硬度的测定方法是EDTA络合滴定法 如果将水样预先加热煮沸，取清液进行测定，所得结果为水的永久硬度。总硬度与永久硬度的差为暂时硬度,钙
16、离子的测定 调节pH在12-13范围内，用EDTA标准溶液滴定，以钙指示剂指示终点 钙、镁总量的测定 在pH为10的NH3-NH4Cl缓冲溶液中，以铬黑T为指示剂，用EDTA标准溶液滴定，测得水的总硬度 钙镁总量减去钙的含量即为镁的含量 注意 实际测定中，加入硫酸和过硫酸钾，加热煮沸至近干，以氧化有机物，释放钙、镁离子 水中的干扰离子可以通过掩蔽的方法消除，如加入三乙醇胺可掩蔽Fe3+、Al3+等 通常将水中的钙、镁换算成CaO的量来表示，单位为mg/L或。1 表示1L水中含有10mg CaO,氯化物含量的测定 水中氯化物含量是用Mohr法测定的 测定原理 在pH=7左右的溶液中，以K2CrO4为指示剂，用AgNO3标准溶液滴定，终点出现砖红色沉淀 Ag+Cl-=AgCl（白色） 2Ag+ CrO42-= Ag2 CrO4 （砖红色） 测定步骤 取100.00mL水样，置于250mL锥形瓶中，加入2滴酚酞指示剂，用NaOH溶液或HCl溶液调节pH值,使酚酞由粉红色刚变为无色，加入1mL K2CrO4,用0.01mol/LAg
