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1、第第9 9章章 环境及污染源的自环境及污染源的自动检测技术动检测技术第9章 目录水环境质量与水污染的自动检测技术 9.1大气环境与大气污染源的自动检测技术 9.29.1 9.1 水环境质量与水污染的自动检测技术水环境质量与水污染的自动检测技术概述 9.1.1常规五参数及其自动检测技术 9.1.2水质综合指标及其自动检测技术 9.1.3特定物质指标及其自动检测技术 9.1.4生物指标及其自动检测技术 9.1.5地表水自动监测系统 9.1.6水污染源自动连续监测系统 9.1.79.1.1 9.1.1 概述概述 v水质是水的质量的略语。v水质监测水质监测可分为环境水体监测环境水体监测和水污染源监测水
2、污染源监测。v环境水体环境水体包括地表水地表水（江、河、湖、库、海水）和地下水地下水；水污染源包括生活污水生活污水、医院污水医院污水及各种废水各种废水 v水系或区域设置的水质综合指标水质综合指标及某些特定监测项目特定监测项目通常为：a.一般水质指标一般水质指标：水温、pH、溶解氧（DO）、电导率、浊度和悬浮物b.综合指标综合指标：BOD、COD、UV吸收、TOC、TOD等；c.特定物质特定物质：金属离子、氰化物、酚、氰化物、氟化物、农药等；d.生物指标生物指标：大肠杆菌、细菌总数等；e.水文气象参数水文气象参数：流速、流量、水深、风向、风速、气温、日照量、降水量等。9.1.1 9.1.1 概述
3、概述 v用于地表水测定的项目用于地表水测定的项目水温、水温、pHpH值、溶解氧、电导率、浊度、高锰值、溶解氧、电导率、浊度、高锰酸盐指数、氨氮和总有机碳酸盐指数、氨氮和总有机碳v我国的污水监测项目我国的污水监测项目:pH、化学需氧量（或总有机碳）、氨氮、化学需氧量（或总有机碳）、氨氮、油类、悬浮物和不同行业排放的特征污染物油类、悬浮物和不同行业排放的特征污染物（X）。）。9.1.1 9.1.1 概述概述 9.1.1 9.1.1 概述概述 v水质自动监测仪器基本功能：水质自动监测仪器基本功能：仪器基本参数和监测数据的存储、干运转和断电保护，来电自动恢复；自动量程转换；遥控、标准输出接口和LCD数
4、字显示或其他现场显示方式；定期自动清洗（在清洗时具有数据锁定功能）；状态自检和故障报警、故障诊断功能（如：发生液体泄漏、管路堵塞、超出量程、仪器内部温度过高、试剂用尽、高/低浓度、断电等情况）；可自动连续式或间歇式（时间间隔可调）检测；抗电磁干扰（EMC）能力；密封防护箱体及防潮功能。9.1.1 9.1.1 概述概述 9.1 9.1 水环境质量与水污染的自动检测技术水环境质量与水污染的自动检测技术概述 9.1.1常规五参数及其自动检测技术 9.1.2水质综合指标及其自动检测技术 9.1.3特定物质指标及其自动检测技术 9.1.4生物指标及其自动检测技术 9.1.5地表水自动监测系统 9.1.6
5、水污染源自动连续监测系统 9.1.7v常规五参数常规五参数水温水温、pH、溶解氧（溶解氧（DO）、电导率电导率和浊度浊度vpH和DO可直接用于评价水质类别评价水质类别v水温、电导率和浊度主要用于辅助的水质监测辅助的水质监测v用于污水监测时可选用五参数中的四参数，即水温、pH、电导率和浊度，对污水排放起辅助监辅助监视视作用。9.1.2 9.1.2 常规五参数及其自动检测技术常规五参数及其自动检测技术 如图9-1所示，常规五参数分析仪主要由采水设备采水设备、监测仪器监测仪器、及附属设备附属设备组成，可连续监测水温、pH、溶解氧、电导率、浊度这五个一般性的水质指标。该监测系统可进行连续或间断自动监测
6、。9.1.2 9.1.2 常规五参数及其自动检测技术常规五参数及其自动检测技术 1水温水温 水温的测量应在现场进行，常用的测量仪器有水温计水温计、深水温度计深水温度计、颠倒温度计颠倒温度计等；自动测量一般采用热敏电阻温度计热敏电阻温度计。水温计法水温计法v温度计通常用于测量表层水温测量表层水温。水温计是水银温度表，下端连接贮水杯，温度表水银球部悬于杯中，其顶端拴以一定长度的绳子。v测量范围通常为641，最小分度为0.2，测量时，将其插入一定深度的水中，放置5min后，迅速提出水面并读数。9.1.2 9.1.2 常规五参数及其自动检测技术常规五参数及其自动检测技术 v颠倒温度计法颠倒温度计法颠倒
7、温度计用于测量深层水温度测量深层水温度，一般装在采水器上使用。它由主温表和辅温表构成。测量时，将其沉入预定深度水层，感温7min，提出水面后立即读数，并根据主、辅温度表的读数，用海洋常数进行校正。v热敏电阻温度计热敏电阻温度计测量水温一般用感温元件如热敏电阻或铂电阻做传感器。如图9-2所示9.1.2 9.1.2 常规五参数及其自动检测技术常规五参数及其自动检测技术 将感温元件浸入被测水中并接入平衡电桥的一个臂上，当水温变化时，感温电阻随之变化，则电桥平衡状态被破坏，有电压讯号输出，根据感温元件电阻变化值与电桥输出电压值的定量关系实现对水温的测量。9.1.2 9.1.2 常规五参数及其自动检测技
8、术常规五参数及其自动检测技术 2pH值值pH值表示水的酸碱性的强弱v天然水天然水的pH多在59范围内；饮用水饮用水的pH要求在6.58.5；工业废水工业废水的pH会因其所含酸、碱量不同而有较大差异。1）测量方法及原理测量方法及原理 比色法比色法、玻璃电极法玻璃电极法（GB/6920-86）、锑电极锑电极法法、氢醌电极法氢醌电极法。9.1.2 9.1.2 常规五参数及其自动检测技术常规五参数及其自动检测技术 玻璃电极法玻璃电极法vpH玻璃电极为指示电极指示电极，饱和甘汞电极为参比参比电极电极原电池原电池反应：电池的电动势符合能斯特方程能斯特方程。当待测溶液的温度为25时，电池的电动势（E）与被测
9、溶液的pH值有如下关系：9.1.2 9.1.2 常规五参数及其自动检测技术常规五参数及其自动检测技术 9.1.2 9.1.2 常规五参数及其自动检测技术常规五参数及其自动检测技术 v只要测得E电池，就能求出被测溶液pH。在实际测定中，以已知pH值的溶液作为标准进行校准，用pH计直接测出被测溶液的pH。设pH标准溶液和被测溶液的pH分别为pHs和pHx，其相应的电动势分别为Es和Ex，得：(9-2)25条件下，二者之差每变化59mV，则相应变化一个pH单位。9.1.2 9.1.2 常规五参数及其自动检测技术常规五参数及其自动检测技术 2）pH自动监测仪自动监测仪v由复合式复合式pH玻璃电极玻璃电
10、极、温度自动补偿电极温度自动补偿电极、电电极夹极夹、电极连接箱电极连接箱、专用电缆专用电缆、放大指示系统放大指示系统及小型计算机小型计算机等组成.9.1.2 9.1.2 常规五参数及其自动检测技术常规五参数及其自动检测技术 PH监视器（含监视器（含ph、温度、补水等功能）、温度、补水等功能）9.1.2 9.1.2 常规五参数及其自动检测技术常规五参数及其自动检测技术 1、3位数字温度补偿的ph测量（淡水、海水都适用）2、自动温度测量3、PRESS-N-SET全自动校准功能4、设有3个校准点PH4/PH7/PH105、永久保存校准资料6、独立水位警报功能7、自动水位补充控制功能3DO 溶解在水中
11、的分子态氧称为溶解氧（常用DO表示）。1）测定方法及原理测定方法及原理v测定方法测定方法碘量法碘量法（GB7489-87）及其修正法、电流测定法电流测定法（Clark溶氧电极）和电化学探头法电化学探头法（HJ506-2009）。清洁水可用碘量法；受污染的地表水和工业废水必须采用碘量法或氧电极法。9.1.2 9.1.2 常规五参数及其自动检测技术常规五参数及其自动检测技术 v碘量法碘量法 在水中加入硫酸锰和碱性碘化钾，水中的溶解氧将二价锰氧化成四价锰，并生成沉淀。MnSO4+2NaOH=Na2SO4+Mn(OH)2（白色沉淀）2Mn(OH)2+O2=2MnO(OH)2（棕色沉淀）加酸后，沉淀溶解
12、，四价锰又可氧化碘离子而释放出与溶解氧量相当的游离碘MnO(OH)2+2H2SO4=Mn(SO4)2+3H2OMn(SO4)2+2KI=MnSO4+I2+K2SO42Na2S2O3+I2=Na2S4O6+2NaI9.1.2 9.1.2 常规五参数及其自动检测技术常规五参数及其自动检测技术 v以淀粉为指示剂，用硫代硫酸钠标准溶液滴定释放出以淀粉为指示剂，用硫代硫酸钠标准溶液滴定释放出的碘，可计算出溶解氧含量：的碘，可计算出溶解氧含量：测定结果按下式计算：(9-3)9.1.2 9.1.2 常规五参数及其自动检测技术常规五参数及其自动检测技术 正干扰正干扰v当水中含有能使碘离子氧化成碘的氧化性物质氧
13、化性物质，会引起正干扰；有机物有机物（如腐植酸、丹宁酸、木质素等）可能被部分氧化，产生正干扰。负干扰负干扰v若含有能使碘还原的物质使碘还原的物质则引起负干扰。为了保证测定的准确性，应预先消除干扰物质并根据其不同而采用修正的碘量法。9.1.2 9.1.2 常规五参数及其自动检测技术常规五参数及其自动检测技术 v修正的碘量法修正的碘量法:a.叠氮化钠修正法叠氮化钠修正法 当水样中含有亚硝酸盐会干扰碘量法测定溶解氧，这时可采用叠氮化钠将亚硝酸盐分解采用叠氮化钠将亚硝酸盐分解后再用碘量法测定。2NaN3+H2SO4=Na2SO4+2NH3HNO2+NH3=N2O+N2+H2O 亚硝酸盐亚硝酸盐主要存在
14、于经生化处理的废水和河水中，它能与碘化钾作用释放出游离碘而产生正能与碘化钾作用释放出游离碘而产生正干扰干扰。2HNO2+2KI+H2SO4K2SO4+2H2O+N2O2+I29.1.2 9.1.2 常规五参数及其自动检测技术常规五参数及其自动检测技术 注意：注意：v反应到此为止，当水样和空气接触时，新溶入的氧将和N2O2作用，再形成亚硝酸盐。如此循环，不断地释放出碘，将会引入相当大的误差。v当水样中三价铁离子含量较高三价铁离子含量较高时，可加入氟化钾或用磷酸代替硫酸酸化来消除这种干扰。vNaN3是剧毒、易爆试剂，不可将碱性碘化钾叠氮化钠溶液直接酸化9.1.2 9.1.2 常规五参数及其自动检测
15、技术常规五参数及其自动检测技术 b.高锰酸钾修正法高锰酸钾修正法v该方法适用于水样中含大量亚铁离子，不含其他水样中含大量亚铁离子，不含其他还原剂及有机物还原剂及有机物的情况。v用高锰酸钾氧化亚铁离子，消除干扰用高锰酸钾氧化亚铁离子，消除干扰，过量的高锰酸钾用用草酸钠溶液除去，生成的高价铁离子用氟化钾掩蔽。测量过程同碘量法。9.1.2 9.1.2 常规五参数及其自动检测技术常规五参数及其自动检测技术 v电流测定法（电流测定法（Clark溶氧电极）溶氧电极）v广泛应用的溶氧电极是聚四氟乙烯薄膜电极，根据其工作原理，可分为极谱型极谱型和原电池型原电池型两种。极谱型溶氧电极的结构如图9-4所示。9.1
16、.2 9.1.2 常规五参数及其自动检测技术常规五参数及其自动检测技术 v当两极间加上0.50.8V固定极化电压时，则水样中溶解氧扩散通过薄膜，并在阴极上还原，产生与氧浓度成正比的扩散电流扩散电流。电极反应如下：阴极：O2+2H2O+4e=4OH阳极：4Ag+4Cl=4AgCl+4e还原电流：还原电流：(9-4)9.1.2 9.1.2 常规五参数及其自动检测技术常规五参数及其自动检测技术 式(9-4)中：K比例常数；N电极反应得失电子数；F法拉第常数；A阴极面积；（mm2）Pm薄膜的渗透系数；L薄膜的厚度；(mm)Co溶解氧的分压或浓度。9.1.2 9.1.2 常规五参数及其自动检测技术常规五参数及其自动检测技术 v除C0以外的其他项均为定值，故只要测得还原电流就可以求出水样中溶解氧的浓度。v优点：优点：速度比碘量法要快，操作简便，干扰少，且能够现场自动连续检测。v缺点：缺点：由于它的透氧膜和电极比较容易老化，需要注意保护和及时更换，又由于它是依靠电极本身在氧的作用下发生氧化还原反应来测定氧浓度的特性，所以在测量过程中样品要不停地搅拌，且需要定期更换电解液，致使它的测量精度和响应时间都
