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环境工程监测
第一章 课程导言
一、
环境分析、环境监测与环境工程监测
二、环境监测的任务、特点和分类
三、教学内容
四、学习要求
一、环境分析、环境监测与环境工程监测
二、环境监测的任务、特点和分类
三、教学内容
_
水环境的监测－－重点（水污染防治的重要性、各种介质监测的类似性、与其它专业课程的教学范围界定）
_
大气环境的监测
_
土壤环境的监测
_
噪声监测
_
环境监测质量控制与环境质量评价
_
环境监测新技术
四、学习要求
_
了解天然水和废水的成分和性质以及水质标准的有关内容及其制定原则
_
掌握各项主要水质指标的环境意义和主要分析方法
_
了解监测数据在水污染控制工程中的应用及对水和废水的物理化学性质作出质量评价的方法
_
了解大气、土壤和噪声污染的来源以及主要污染物质的性质和分析测定方法
_
培养独立开展环境监测的技能
PCDD & PCDF
l
比利时二恶英污染事件
l
Polychlorinated dibenzo-p-dioxins
（
75
）
Polychlorinated dibenzofurans
（
135
）
我国水污染现状
_
三分之一以上河段不能满足灌溉水质标准；
_
主要淡水湖泊富营养污染严重；
_
50%城市地下水水质日趋恶化；
_
饮用水水源水质显著下降；
_
世界银行：健康损失20亿元/年
_
国家环境污染控制的重点：三河三湖两区一市一海
我国沿海海域赤潮出现的频率
_
60年代以前 3次
_
70年代 9次
_
80年代 74次
_
1990年 34次
_
1998年 22次
_
1999年7月3日渤海赤潮面积达1500
km
2
第二章水与水污染、水质与水质指标和水质标准
一、水
二、水污染
三、水质与水质指标
四、水质标准
一、水
1、水的重要性
_
地球上一切生命存在的基础
_
对人的重要性
人体的2/3是水；
人体失去10％的水，将难以运动；
失去20％的水将导致死亡
_
水是重要的资源(？花钱如流水)
2
、水的物化特性
(2)
热容量
_
在所有的液体和固体物质中，水具有最大比热
_
4.18 焦耳/克
·
度(1个大气压和15℃)
(3)
密度
_
水在4℃时具有最大密度 1.00000
g/cm
3
_
在0－4℃时水的反常膨胀现象
状态 4℃水 0℃水 0℃冰
密度
(g/cm
3
) 1.00000 0.99987 0.91675
(4)
表面性质
_
所有常温液体中，除汞以外，水具有最大的表面张力(7.28
x10
-4
牛顿/
cm
)
(5)
溶解与反应能力
_
水是一个极好的积性溶剂。可以溶解：
极性分子物质
晶体化合物
部分非极性化合物 （如葡萄糖等）
气体 （
O
2
, N
2
, CO
2
, NH
3
）
_
参与反应，与
活泼金属
金属氧化物
非金属氧化物等
2
、水的分布与循环
二、水污染
1、自然污染与人为污染
_
环境容量：自然环境体系对其中的各种物质的变化所具有的一定程度的调节和缓冲能力
_
水的自净能力：水体所具有的在一定程度下自然降低污染的能力
2、水体污染物的分类和影响
_
化学性污染：无机污染物、有机污染物等
_
物理性污染：热污染、放射性污染、悬浮物质污染
_
生物性污染：细菌、病毒等
三、
水质与水质指标
1、水质和水质指标
(1) 水质指标的定义
_
水质是指水和其中所含的杂质共同表现出来的综合特性
_
水质指标是水质的具体衡量标准，表示出水中杂质的种类、成分和数量
_
物理性水质指标
温度
Temperature
色度
Color
浊度
Turbidity
嗅
Odor
味
Taste
电导率
Conductivity
_
化学性水质指标
化学需氧量
COD
生物需氧量
BOD
总有机碳
TOC
H
+
浓度
pH
酸度
Acidity
碱度
Alkalinity
多环芳烃
PAHs
多氯联苯
PCBs
硝酸盐
Nitrate
汞
Mercury
_
生物性水质指标
细菌总数
Colony counts
大肠杆菌数
Total coliform
叶绿素
a Chlorophyll a
2
、天然水的成分和性质
_
降水 （含盐量较低、水质较软；
酸雨
pH
小于5.65）
_
地下水（比较干净，但含盐量高于降水；矿泉水；地下水污染）
_
地面水 （江、河、湖、海；浑浊度高、水质较软、水体易被污染）
3、废水的成分和性质
(1) 生活污水
_
特征：浑浊、深色、恶臭的液体、
pH
在7－8之间；固体物含量仅为0.1-0.2％
_
需监测的项目：
pH
、悬浮固体、可沉固体、
COD
、
BOD
、氨氮、硝酸盐氮等
_
变化因素多，水质不稳定，需综合出污水水质的平均值
3、废水的成分和性质
(2) 工业废水
_
污染强度大、污染物质多、治理难度大
_
无机工业废水：冶金、建筑等工业废水
_
有机工业废水：食品、农药、石油化工等废水
_
混合工业废水：焦化废水、皮革废水等
四、水质标准
我国的环境标准体系分为六类两级：
_
六类标准
：
环境质量标准、污染物排放标准、
环保基础标准、环保方法标准、
环境标准样品标准、环保仪器设备标准
_
两级标准
：
国家环境标准
地方环境标准标准
(
要求低于国家标准？
)
_
我国已有环境国家标准
300
多项
_
1、饮用水水质标准
(1) 水质标准制定的原则
_
流行病学上安全可靠，不含各种病源细菌和寄生虫卵，防治传染病的传播
_
化学组成上对人体无害，所含的有毒有害物质的浓度对人体健康不产生毒害或不良影响
_
感官性状良好，对感官无不良刺激
(2) 饮用水水质标准(
中国
、
WHO
、美国)
2、工业用水水质标准
_
生产技术用水
——
原料用水、生产工艺用水和生产过程用水
_
锅炉用水
——
悬浮固体、硬度、溶解氧指标
_
冷却用水
——
尽可能低的水温、无水垢或泥渣沉积、对金属腐蚀小、避免微生物或其它生物的繁殖
3
、农业用水水质标准
_
灌溉用水水质指标中，总含盐量是一个重要指标。
_
用总含盐量小于500
mg/L
的水灌溉农田不会引起盐碱化问题，我国规定灌溉用水的总含盐量不得超过1500
mg/L
4、渔业用水水质标准
_
考虑鱼类的生存和繁殖以及毒物通过食物链在鱼体内的富集
5、水体污染控制标准
(1)
地面水环境质量标准（
GB3838-88
）
将水体划分为五类（
pH
、
DO
、
COD
Mn
）
(2)
污水综合排放标准（
GB8978-1996
）
_
地面水环境质量标准中的
I
类和
II
类水域，不得新建排污口
_
排入
III
类水域的污水，执行一级标准
_
排入
IV
类和
V
类水域的污水，执行二级标准
_
排入城镇下水道并进入二级污水处理厂进行生物处理的污水执行三级标准
两类污染物：
_
第一类污染物是指能在环境和动物、植物中蓄积，对人体健康产生长远不良影响的污染物质
(13种）
_
第二类污染物是指其长远影响小于第一类的污染物质
（
pH
、
SS
、
BOD
5
、
COD
）
GB8978-1996(1)
GB8978-1996(2)
GB8978-1996(3)
第三章：水质分析概论
§
一、水质分析
§
二、污染调查
§
三、水样的采集、保存和预处理
§
四、水质分析的基本方法
§
五、水质分析结果的表示方法
水质分析
§
目的
§
一般方法
污染调查（一）
§
1
、工业污染源调查
•
企业自然背景和社会背景
•
企业的基本情况和厂区布局
•
生产和排污工艺
•
能源、水源和原材料
•
操作情况和管理水平
•
污染危害
•
污染物治理现状和规划
•
生产发展规划和环境保护措施
污染调查（二）
§
2
、水体污染调查
水样的采集、保存和预处理
水质分析的基本方法
水质分析结果的表示方法
§
Molar concentration
•
Molar (M, mole/L) = moles per liter
§
Mass Concentration
•
Mass/Volume = Mass of substance per volume of solution
•
mg/L, ug/L, ug/mL
§
Weight/Weight=Mass of substance per mass of solution
•
ppm: parts per million,10
-6
•
ppb: parts per billion, 10
-9
§
Percent (%) W/V (%) V/V
§
Normal (N) = Equivalents per liter
第四章 水的感官物理性状
§
一、温度
(
Temperature)
§
二、嗅和味
(
Odor and Taste)
§
三、色度
(
Color)
§
四、浑浊度
(
Turbinity)
温度
§
水中的反应速率（化学反应、生物反应）
§
水中的溶解氧（
9.17 mg/L at 20
℃
and 1 atm
）
§
现场测定、温度计、深水温度计
嗅和味
§
嗅、嗅气强度的六级标准（见右表）
§
嗅阈值：水样用无嗅水稀释至刚能察觉的稀释倍数。＝（水样体积＋无嗅稀释水体积）
/
水样体积
§
我国规定饮用水的嗅阈值必须小于
2
§
味：也可用类似嗅的六级表示
色度
§
真色：由水中的溶解物质和或胶体物质产生的颜色。水质分析中一般指真色
§
表色：由水中的溶解物质和胶体物质以及悬浮物质综合产生的颜色
§
测定方法：
l
钴比色法
——
规定一升水中含有相当于
1
mg
铂时所产生的颜色为一度
l
稀释倍数法
l
分光光度法
——
三激励值法
(
Tristimulus value)
§
饮用水规定小于
15
度
浑浊度
§
测定：
l
目视法：浊光，比浊法
•
测定范围：
0
－
1000
（烛光浊度计
25
－
1000
，
比浊法：
0
－
100
）
l
散射法：
NTU
•
(Ref 1989 pp 2-11 to 2-16)
•
测定范围：
0
－
40
§
饮用水规定浊度小于
3
第五章 水中的固体物质
§
一、水中的固体
§
二、污泥中的固体
§
三、含盐量与电导率
水中的固体
§
总固体（
TS
）
——
在
105
－
110
℃下将水样蒸发至干时所残余的固体物质总量
§
溶解固体和悬浮固体
§
挥发性固体和固定性固体
——
水样中的固体物质在
600
℃灼烧时所失去的重量为挥发性固体，残余物的重量为固定性固体
§
可沉固体
——1
升水样在可沉固体锥形筒内静置
1
小时后所沉下的悬浮物质重量
§
饮用水中的
TS
应小于
500
mg/L
污泥中的固体
§
初沉泥、活性污泥、生污泥、孰污泥
§
污泥浓度
(
MLSS)
、污泥沉降比
(
SV)
、污泥体积系数
(
SVI)
或污泥指数
(
SI)
含盐量与电导率
§
总含盐量＝溶解固体＋
1/2
HCO3
-
§
溶解固体（
TDS
）＝
(0.55
～
0.70)
电导率
第六章
水中的酸碱物质
§
一、酸碱质子理论
§
二、水的
pH
§
三、水的酸度
(Acidity)
§
四、水的碱度
(
Alkalinity)
酸碱质子理论（一）
§
1
、传统的酸碱理论－－释放出
H
+
、
OH
-
§
2
、酸碱质子理论－－给出和接受质子
H
+
l
HA + B = A
-
+ HB
l
共轭酸碱对
l
水溶液中物质的酸碱强弱取决于它对水分子给予和夺取质子的强弱
l
酸碱可以是分子、离子等形式
l
酸碱可以相互转化、酸碱实质上是同时存在的
l
酸碱反应的实质是质子在化合物之间的转移过程
l
质子
——
水合质子、
H
+——
H
3
O
+——
H
9
O
4
+
酸碱质子理论（二）
§
3
、水的酸碱性质指标－－
pH
、酸度、碱度
l
酸度和碱度可以同时存在
水的
pH
（一）
§
1
、
pH
值的概念
l
（
1
）
pH
值是溶液中氢离子活度的负对数
•
pH
＝
-log{H+}
•
活度与浓度：考虑离子强度影响
l
（
2
）水的离子积
•
Kw
＝
[H+][OH-]=1x10(E-14) (25
℃
时
)
l
（
3
）天然水的
pH
•
二氧化碳、重碳酸盐、碳酸盐平衡系统
•
4.5~8.5
水的
pH
（二）
§
2
、
pH
值测定的意义
l
（
1
）供水和给水处理
•
饮用水：
6.5-8.5
•
锅炉用水：
7-8.5
•
影响水的混凝、消毒、软化、脱盐、腐蚀控制等处理过程
l
（
2
）排水和废水处理
•
生活污水：
7.2-7.6
•
工业废水进入下水道：
6
－
9
•
影响生物处理工艺
l
（
3
）影响有毒物质的毒性
水的
pH
（三）
§
3
、
pH
值的测定方法
l
（
1
）电位测定法
——
pH
计
•
构成：
r
溶液中的指示电极（玻璃电极）和参比电极（饱和甘汞电极）构成电池
•
原理：能斯特方程
E
＝
E0+0.059log{H
+
}
＝
E0-0.059pH
•
标准溶液校准
——
磷酸二氢钾＋磷酸氢二钠
•
温度补偿
•
精度：
0.1
pH
单位
l
（
2
）比色测定法
•
利用常用
pH
指示剂
•
pH
试纸
水的酸度（一）
§
水的酸度是水中所有能与强碱相互作用的物质的总量，包括强酸、弱酸、强酸弱碱盐等
§
1
、水中酸度来源
l
（
1
）主要的弱酸碳酸来源于二氧化碳在水中的平衡
•
溶于水中的二氧化碳决大多数为游离二氧化碳
•
水中的二氧化碳来源于大气中的二氧化碳和有机物的分解
l
（
2
）强酸来源于冶金、化工等工业废水
l
（
3
）味精等含硫废水在硫酸盐菌作用下产生硫酸
水的酸度（二）
§
2
、酸度的分类
水的酸度（三）
§
3
、酸度的测定
l
（
1
）酸碱滴定法
l
（
2
）计算法求水中游离二氧化碳含量
•
[CO
2
]
＝
[H+][HCO
3
-
]/K
1
•
诺模图
p258
图
13-5
§
4
、测定意义
l
防止酸性腐蚀－－水中二氧化碳高于
15
mg/L
时，混凝土腐蚀
l
酸性废水和其它废水反应形成有害物质
l
废水处理的适宜酸度
l
影响水生生物的生长繁殖
水的碱度（一）
§
水的碱度是水中所有能与强酸相互作用的物质的总量，包括强碱、弱碱、强碱弱酸盐等
§
1
、水中碱度来源
l
天然水：重碳酸盐、碳酸盐、氢氧化物等
l
藻类吸收水中游离和化合的二氧化碳
l
废水中的洗涤剂、农药、化肥等含有磷酸盐
l
造纸、印染、化工、电镀等工业废水含有碱度
水的碱度（二）
§
2
、碱度的分类
l
氢氧化物碱度、碳酸盐碱度、重碳酸盐碱度
——
p260
图
13-6
水的碱度（三）
§
3
、碱度的测定和计算
l
（
1
）酸碱滴定法
l
（
2
）三种碱度的计算法
•
由总碱度、酚酞碱度测定值计算
–
T——
总碱度
–
P——
酚酞碱度
–
M——
由酚酞碱度滴定至总碱度时消耗的酸量
–
T
＝
P+M
•
根据碱度和
pH
值的测定计算
(
p262)
•
根据平衡方程式的计算
(
p263)
水的碱度（四）
§
水的混凝处理
——
酸化后影响效果
§
水的软化处理
——
石灰苏打法
§
水质稳定和管道腐蚀控制
§
碱性工业废水的中和处理
§
生物处理的适宜酸碱度
第七章
水中的硬度
§
一、硬度及其分类
§
二、硬度测定的意义
§
三、硬度的测定
§
四、（非）碳酸盐硬度的计算
硬度及其分类（一）
§
1
、水的硬度：
是由于能与肥皂作用生成沉淀和与水中某些阴离子化合生成水垢的两价金属离子的存在而产生的。
l
致硬金属离子：钙、镁和铁、锰、锶
l
与致硬金属离子有关的阴离子：
HCO
3
-
, CO
3
2-
,SO
4
2-
, Cl
-
, NO
3
-
, SiO
3
-
硬度及其分类（二）
§
2
、硬度的分类
l
总硬度＝钙硬度＋镁硬度
l
总硬度＝碳酸盐硬度（暂时硬度）＋非碳酸盐硬度（永久硬度）
l
碳酸盐硬度（暂时硬度）：钙镁的碳酸盐和重碳酸盐，可经煮沸除去
l
非碳酸盐硬度（永久硬度）：钙镁的硫酸盐、氯化物等，不受加热影响
§
3
、硬度单位
l
mg/L CaO
计
l
mg/L CaCO3
计
l
度：
1
升水中含
10
mg/L CaO
时所引起的硬度（我国的定义同德国度）
硬度测定的意义
§
1
、雨水的硬度极低，地面水稍高（长江水
4
－
7
度），地下水更高
§
2
、水质软硬的分类（见下表）
§
3
、日常生活：消耗肥皂、产生水垢、口感不好
§
4
、工业：锅炉内结垢、冷却水管路堵塞、产品质量
硬度的测定
§
总硬度测定：络合滴定法
l
滴定剂：
EDTA
（乙二胺四乙酸或其钠盐）的标准溶液
l
指示剂：
EBT
（铬黑
T
）
l
终点现象：由酒红色变为蓝色
l
注意事项：控制溶液的
pH
在
10
左右
（非）碳酸盐硬度的计算
§
1
、
S
＝碳酸盐碱度＋重碳酸盐碱度（见下表）
§
2
、阳离子、阴离子的假
