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水质检测

饮用水水质检测

1 引言

1.1 饮用水的水源

天然水饮用水源包括江河、湖泊、水库和地下水。这些天然水体由于形成条件不同,水中所含有的杂质种类和数量有很大的差别,因而各种水源的水质特征也不相同。地下水是水在地层中渗透聚集而成,存在于土层和岩层中。大气降水是地下水的主要来源水,悬浮杂质少、浑浊度低、有机物和细菌含量少、含盐量和硬度高,直接受污染的机会少是地下水的基本特点。

 

江河水主要是靠大气降水,雪山融水和地下水补给,补给水经地面径流汇集流入江河。江河水的特点是:含盐量较低,硬度低,浑浊度高,细菌含量高,受污染机会多,水质受外界环境影响较大。

 

湖泊、水库水主要是由江河水来补给,一般情况下,河水进入湖泊水库后,其中夹带的悬浮物、泥砂经过长期的自然沉淀而沉入水底,水流缓慢,水体相对稳定。水的浑浊度较低,透明度较高,加上日照射条件好,因此各种水藻和浮游生物大量繁殖,使水产生的色、臭、味,同时,水中的动植物残骸沉于底部腐败分解,使底部的淤泥中产生大量的腐植酸,严重时使水体处于富营养化状态,在一定的外界条件的影响下使水质恶化。

 

1.2 水源中的杂质

1.2.1 杂质的来源

水是地球上分布最广的自然资源,在自然界中通过降水径流、渗透的方式进行着无休止的循环运动,形成了各种水源。水的溶解能力较强,水在自然界的循环过程中不仅混入了泥砂、粘土等杂质,还可溶解各种固体、液体和气体等物质。动植物的残骸在水中极易腐败分解而形成腐植质等各类有机化合物。尤其是生活污水和工业废水的窜入,严重地破坏了天然水中物质平衡,致使天然水遭受污染,给人类的生活和工农业生产造成极其恶劣的影响。

 

1.2.2 杂质颗粒的分类

不同来源的水中杂质,按照存在的状态和颗粒尺寸的大小,通常分为溶解物、胶体、悬浮物三类。

 

1.2.3 杂质成分

按照给水处理的需要,天然水中杂质成分可分为溶解物、悬浮物、胶体、溶解性有机高分子化合物和微生物五类。

 

溶解物:水中的溶解物主要是盐类和气体。盐类是以阳离子(Ca2+、Mg2+ Na+ K+)阴离子(HCO3-、SO42-、Cl-)的形式存在,有的地下水中还含有Fe2+、Mn2+和F-。溶解性气体主要有O2和CO2两种,有时也含有少量的N2、SO2、H2S等气体。这些来自于自然界的无毒无

机盐类,对人体的健康无害,它与水构成了均匀的分散体系,对光的照射能全部通过,外观透明。但是,随着工农业的发展,各种对人身健康、环境及生态平衡有严重危害的物质随工业废水排入天然机体,如无机类有毒物质Hg、Cr、Cd、Pb、Se、CN等;有机类有毒物质如多环芳烃、芳香族胺基化合物、有机汞、酚类化合物、有机氯、有机磷农药等。如果生活饮用水水源中含有这些有害物质将给现有的水处理工艺造成了极大的困难,甚至不能做生活饮用水源。

 

悬浮物:天然水中的悬浮杂质主要是泥砂、动植物和浮游生物的残骸,有机高分子物质(如蛋白质、腐植酸等)。悬浮杂质是生活饮用水处理的对象之一。

 

胶体:胶体颗粒的粒径一般小于100nm,在水中相当稳定,在长时间的静置后也不会自然下沉,这些胶体颗粒又是细菌、病毒等有害物质的载体,是生活饮用水水处理的主要对象。溶解性有机高分子物质:比较典型的腐植质一类的杂质,是水体产生色、臭、味的主要原因之一,使水的感观性状不好。这一类杂质是呈分子状态,不属于胶体。但由于分子较大,也与胶体特征有类似之处,而与低分子溶解性物质不完全相同,也可通过投加混凝剂将其去除,但这比去除悬浮和胶体杂质困难。也是生活饮用水处理的对象之一。

 

微生物:水体中的细菌、病毒、藻类,原生动物等活动生物统称为微生物。按照尺寸大小划分,藻类和原生动物属悬浮物,细菌和病毒属于交替范围,微生物对生活饮用水水源的危害远比无机悬浮物、胶体严重。尤其是来自于生活污水的病源微生物,经过混凝,沉淀过滤常规处理不可能全部去除,必须进行消毒将其杀灭。

 

水中的藻类和浮游生物大量繁殖会使水体产生色、臭、味。给水处理带来极大的困难,造成混凝剂消毒剂投加量猛增,堵塞滤池,严重影响水质和水量。

 

1.3 给水的常用净化方法

1.3.1 混凝

在给水处理中,向原水投加混凝剂,以破坏水中胶体颗粒的稳定状态,在一定水力条件下,通过胶粒间以及和其他微粒间的相互碰撞和聚集,从而形成易于从水中分离的如絮体物质的过程,称为混凝。

 

混凝阶段所处理的对象,主要是水中悬浮物和胶体杂质,它是水质净化工艺中十分重要的一个环节。其主要手段是投加混凝剂,常用的混凝剂一般以铁盐或铝盐为主,如:硫酸铝、聚合氧化铝、三氯化铁和硫酸亚铁等。混凝过程主要有凝聚和絮凝两个阶段,通过加药、混合和反应三个步骤来完成。

 

1.3.2 沉淀、澄清和过滤

悬浮的固体颗粒依靠本身的重力作用从水中分离出来的过程称为沉淀。在给水净化工艺中按去除杂质颗粒的对象又分为自然沉淀和混凝沉淀。

 

沉淀是使絮凝生成的较大颗粒矾花由于自身的重力作用而从水中分离的过程。澄清也是杂质从水中分离的过程,但原理却与沉淀不一样,它是在水中产生一定浓度的悬浮活性泥渣层作为接触介质与加过混凝剂的原水中的脱稳杂质相互接触、吸附、絮凝、分离,使原水较快地得到澄清。

原水经过混凝、沉淀或澄清处理后,一部分粒径较大的颗粒和容易下沉的杂质被去除了,进入滤池以前,水的浑浊度虽然已降到10NTU以下,但必须经过过滤去除其中细小的颗粒杂质才能达到饮用水浊度标准要求。

 

1.3.3 消毒

消毒的目的主要是杀灭对人体健康有害的病原菌、病菌,及其他致病的病原微生物。经过消毒处理的水,不是将水中所有的细菌杀灭,可以允许含有少量的对人体健康无害的细菌,生活饮用水卫生标准规定:细菌总数每毫升不大于100个,总大肠菌群每毫升不大于3个,如符合这一标准要求,这样的饮用水就可以认为是卫生安全的了。

 

水的消毒方法很多,基本上可分为物理和化学两大类。物理方面的有加热煮沸、紫外线消毒、超声波消毒等方法,化学方面的有氯化消毒。即在水中加入氯气、漂粉、二氧化氯或氯胺等,还有臭氧消毒、重金属离子消毒等方法。这些消毒方法各有特点,价格低廉,投加设备较为简单,出厂水进入供水管网后仍能保存一定的剩余氯量,继续保持杀菌作用,这样就可以防止管网水再度繁殖细菌。另外,剩余氯的测定放大比较简单省时。不像细菌检验那样费时,剩余氯的测定结果很快就能得出,在生产中可以根据水中剩余氯的含量及时调整投氯量,间接地控制消毒效果,保证水质。

 

氯的消毒原理:当水中无氨氮存在时:

Cl2+H2O→HOCl+H++Cl- 

终弱电解质,它按下式理解成:

HOCl→H++OCl-

对于消毒机理,次氯酸起了主要的消毒作用。众所周知,细菌表面带有负电荷,离子状态的OCl-由于同性电斥力而很难靠近细菌表面,因此消毒效果很差。次氯酸是分子量很小的中性分子,它能很快地扩散到细菌表面,并透过细胞壁和细胞内部的酶发生作用,从而破坏酶的功能。酶是一种蛋白质成分的触媒剂,它存在于所有细胞中,数量虽然很小,但对于吸收葡萄糖,促进新陈代谢作用,维持细胞的生存,起了极其重要的作用。破坏酶HOCl从而达到杀菌的作用。

 

1.4 生活饮用水卫生标准

现行的GB5749-85《生活饮用水卫生标准》是1985年8月16日颁布的,于1986年10月11日实施,该标准分为:感官性状和一般化学指标,毒理学指标,细菌指标和放射性指标四个部分,共35项指标。根据近年来我国供水行业的发展和对供水水质监督管理的需要,在现行《生活饮用水卫生标准》的基础上以确定增补、铝和粪性大肠菌两项指标。

 

感官性状和一般化学指标:

(1)色度

标准中规定饮用水的色度不应超过15度。

(2)浑浊度

浑浊度是反映天然水和饮用水物理性状的指标,天然水的浑浊度是由水中含有的泥砂、粘土、有机物、微生物等微粒悬浮物质所致。标准中规定浑浊度不超过3.0NTU,特殊情况不超过5.0NTU。

(3)臭和味

水臭的产生主要是有机物的存在,可能是生物活性增加的表现或工业污染所致。标准中规定饮用水不得有异臭或异味,是指绝大多数人在饮用时不应感到水有异臭或异味。

(4)肉眼可见物

饮用水不应含有沉淀物,肉眼可见的水生生物及令人嫌恶的物质,归纳为不得含有肉眼可见物。

(5)pH值

根据我国实际情况,饮用水的pH值订为6.5~8.5,如供水的pH值达不到标准要求时,应进行调整。

(6)总硬度

 水的硬度原系指沉淀肥皂的程度,使肥皂沉淀的主要原因是水中的钙、镁离子,水中除碱金属离子以外的金属均能构成水的硬度,像铁、铅、锰、锶及锌也有沉淀肥皂的作用。标准规定硬度不超过450mg/L(以CaCO3计)至于高硬度地区的水是否采取必要处理措施可根据当地居民的习惯和要求由供水单位与卫生防疫站、环境卫生监测站协商决定。

(7)铁(Fe)

为了防止衣服、器皿的染色和形成令人反感的沉淀或异味,标准规定饮用水中铁含量不超过0.3mg/L。

(8)锰(Mn)

为了防止对衣服、食具及白瓷器等产生色斑和满足水质感官性状方面的要求,规定饮用水中锰含量不应超过0.1mg/L。

(9)铜(Cu)

铜的毒性小,但过多则对人体有害,如口服100mg/日,则可引起恶心、腹痛,长期摄入可引起肝硬化。按感官性状的要求,标准规定饮用水中铜含量不应超过1.0mg/L。

(10)锌(Zn)

天然水中锌的含量很少。主要来源于工矿废水和镀锌金属管道。根据感官形状要求,标准规定饮用水中锌含量不应超过1.0mg/L。

(11)氯化物(Cl-)

饮用水中氯化物浓度过高,可使水产生令人嫌恶的咸味,并对配水系统有腐蚀作用。根据味觉考虑,标准规定饮用水中氯化物含量不应超过250mg/L。

(12)氰化物(CN-)

由于氰化物毒性很强,采用一定的安全系数,标准规定饮用水中氰化物含量不得超过0.05mg/L。

(13)硝酸盐(以N计)

硝酸盐在饮用水中常被检出,含量过高时对人身健康有影响,婴儿长期以用高浓度的硝酸盐水,可使其患变性血红蛋白症。所以对饮用水硝酸盐含量应加以限定。不得超过20mg/L。

(14)氯仿(CHCl3)

饮用水中规定氯仿的含量不得超过60微克/升。

(15)细菌总数

水中细菌总数可作为评价水质清洁程度和考核给水净化效果的指标之一。水质标准规定饮用水中细菌总数不得超过100个/毫升。

(16)总大肠菌群

水质标准规定总大肠菌群不得超过3个/升。

 

2 实验部分

2.1 实验药品及仪器

2.1.1 实验药品

药品名称 纯度 厂家

乙二胺四乙酸二钠 分析纯 杭州市高晶精细化工有限公司

无砷锌粒 分析纯 国药集团化学试剂有限公司

氨水 分析纯 宜兴市化学试剂

浓盐酸 分析纯 无锡市晶科化工有限公司

氯化铵 分析纯 衢州巨化试剂有限公司

硫酸镁 分析纯 宜兴市化学试剂

铬黑T 分析纯 天津市永大化学试剂开发中心

95%乙醇 分析纯 三溧阳市广域昂工贸有限公司

氯化钠 分析纯 上海试剂四丁昆山分厂

硝酸银 分析纯 国药集团化学试剂有限公司

铬酸钾 分析纯 天津市博迪化工有限公司

酚酞 分析纯 浙江省兰溪市屹达化工试剂

氢氧化钠 分析纯 浙江省兰溪市屹达化工试剂

亚硝酸钠 分析纯 宜兴市化学试剂

2.1.2 实验仪器

监测项目 仪器名称

总硬度 实验室常用仪器及50mL酸碱滴定管,分刻度为0.10mL

氯化物 锥形瓶,250mL,滴定管,25mL,棕色,吸管,

50mL,25mL

亚硝酸盐氮 常用实验仪器及 721分光光度计波长范围360~800nm

 

2.2 实验方法

每种物质的的测定均平行测定三次,取样为为每周两次,水样均为净化完全后的自来水,取样时间为上午10:00,具体测试方法如下:

(1)总硬度的测定:配位滴定分析法(GB7477-87);

(2)氯化物的测定:沉淀滴定分析法(GB11896-89);

(3)亚硝酸盐氮的测定:重氮化偶合分光光度法(GB7493-87)。

 

2.3 部分饮用水卫生标准

执行GB5749-85《生活饮用水卫生标准》

测定成分 标准规定

总硬度 ≤450mg/L

氯化物 ≤250mg/L

亚硝酸盐氮 ≤20mg/L

 

3 实验数据及结论

本文中样品取水均为出厂水,每周取样测试两次,主要测试的指标为总硬度、氯化物和亚硝酸盐氮,每次取样均取三份平行样,结果取平均值,具体测试数据如下:

 

1月25日 1月28日 2月1日 2月4日 2月11日 2月22日

水样Ⅰ 水样Ⅱ 水样Ⅲ 水样Ⅳ 水样Ⅴ 水样Ⅵ

水样中的总

硬度含量

(mg/L)

116.10 115.10 114.10 116.10 115.10 116.10

 

1月25日 1月28日 2月1日 2月4日 2月11日 2月22日

水样Ⅰ 水样Ⅱ 水样Ⅲ 水样Ⅳ 水样Ⅴ 水样Ⅵ

水样中的氯化物含量

(mg/L)

20.80 20.20 20.00 21.00 20.50 21.00

 

1月25日 1月28日 2月1日 2月4日 2月11日 2月22日

水样Ⅰ 水样Ⅱ 水样Ⅲ 水样Ⅳ 水样Ⅴ 水样Ⅵ

吸光度 0.026 0.026 0.023 0.027 0.025 0.026

水样中亚硝酸盐氮含量

(mg/L)

1.6622 1.6622 1.4595 1.7300 1.5946 1.6622

此饮用水水样中的总硬度≤450mg/L,氯化物含量≤250mg/

L,亚硝酸盐氮含量≤20mg/L;且水样外观均呈清澈无色,均符合GB5749-85《生活饮用水卫生标准》。

参考文献:

[1]GB5749—85《生活饮用水卫生标准》.

[2]GB5750—85《生活饮用水标准检验法》.

[3]GB3838—85《地面水环境质量标准》.

[4]杨阿香等.废水中COD分光光度法操作条件的确定[J].工业水

处理,2006,26(10):63~66.

[5]何燧源,今云云.何方环境化学(修定版)[M].上海:华东理

工大学出版社,1997.

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