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水質(zhì)監(jiān)測方法
所謂水質(zhì)指標是用以評價一般淡水水域、海水水域特性的重要參數(shù)?？梢愿?/span>
據(jù)這些參數(shù)對水質(zhì)的類型進行分類，對水體質(zhì)量進行判斷和綜合評價。水質(zhì)指標已形成比較完整的指標體系。
許多水質(zhì)指標是表示水中某一種或一類物質(zhì)的含量，常直接用其濃度表示，有些水質(zhì)指標則是利用某一類物質(zhì)的共同特性來間接反映其含量。例如水中有機物質(zhì)具有易被氧化的共同特性，可用其耗氧量作為有機物含量的綜合性指標；還有一些水質(zhì)指標是同測定方法直接的，例如混濁度，色度等用人為規(guī)定的并配制某種人工標準溶液作為衡量的尺度。水質(zhì)指標按其性質(zhì)不同，可分為物理的，生物的和化學(xué)的指標。關(guān)于生物指標，根據(jù)水生生物的組成（種類與數(shù)量）以及它們的生態(tài)學(xué)特征而提出的各項指標已在有關(guān)課程中介紹。本節(jié)概要討論一下幾項常用的水質(zhì)物理指標的含義。對于化學(xué)指標的含義將在本書的其他有關(guān)部門章節(jié)中作有關(guān)深入的討論，這里按測定所使用的不同方法作粗略的分類。
（一）水質(zhì)的物理指標
水體環(huán)境的物理指標項目頗多，包括水溫、滲透壓、混濁度（透明度）、色度、懸浮固體、蒸發(fā)殘渣以及其它感官指標如味覺、嗅覺屬性等等。
1.溫度
溫度是zui常用的物理指標之一。由于水的許多物理特性、水中進行的化學(xué)過程和生物過程都同溫度有關(guān)，所以它經(jīng)常是必須加以測定的。天然水的溫度因水源的不同而異.地表水的溫度與季節(jié)氣候條件有關(guān)，其變化范圍大約在0.1--30℃;地下水的溫度則比較穩(wěn)定，一般變化于8--12℃左右，而海水的溫度變化范圍為-2--30℃。
2．嗅與味被污染的水體往往具有不正常的氣味，用鼻聞到的稱為嗅，口嘗到的稱為味。有時嗅與味不能截然分開。常常根據(jù)水的氣味，可以推測水中所含雜質(zhì)和有害成分。水中的嗅與味的來源可能有：水生植物或微生物繁殖和衰亡；有機物的*分解；溶解氣體H2S等；溶解的礦物鹽或混入的泥土；工業(yè)廢水中的各種雜質(zhì)如石油、酚等；飲用水消毒過程的余氯等。不同的物質(zhì)有著不同的氣味，例如湖沼水因藻類繁生或有機物產(chǎn)生的魚腥及霉爛氣味；渾濁河水常含有泥土的澀 味；溫泉水常有硫酸味；有些地下水的H2S氣味；含溶解氧較多的帶甜味；含有機物較多的也常具有甜味；水中含NaCl帶有咸味，含MgSO4,Na2SO4等帶有苦味；含CuSO4帶有甜味，而Fe的水帶有澀味。人的感官分辨嗅與味，不可避免帶有主觀性。目前對嗅與味尚無*客觀的標準和檢測的儀器，只有極清潔或已消毒過的水才可用口嘗試。由于水溫對水的氣味有很大影響，所以測定嗅與味常常在室溫20℃和加熱（40-50℃）兩種情況下進行。此外，有人提出以臭氣濃度及臭氣強度指數(shù)來度量水質(zhì)的嗅覺屬性。臭氣濃度（TO）=200/a，式中a為感覺到臭氣的zui小水樣量（mL）。在給水水源的標準中，要求（TO）值低于3-5。
臭氣強度指數(shù)（PO）系指被測水樣稀釋到?jīng)]有臭氣為止時以百分率表示的稀釋倍數(shù)。 PO與TO通常具有如下關(guān)系：PO=lgTO/lg2（合田健，1989）。
3．顏色與色度
天然水經(jīng)常表現(xiàn)出各種顏色。湖沼水常有黃褐色、或黃綠色，這往往是由腐殖質(zhì)造成的。水中懸浮泥沙和不溶解的礦物質(zhì)也長帶有顏色，例如粘土使水呈黃色；鐵的氧化物使水呈黃褐色；硫化氫氧化析出的硫使水呈藍色等等。各種水藻如球藻、硅藻等的繁殖使水呈黃綠色、褐色等。根據(jù)水的顏色，可以推測水中雜質(zhì)的數(shù)量和種類。色度是對天然的或處理之后的各種用水進行水色測定時所規(guī)定的指標。目前世界各國統(tǒng)一用氯化鉑酸鉀（K2PtCl6）和氯化鈷（CoCl2.6H2O）配制的混合溶液作為色度的標準。
4．混濁度與透明度
水中若含有懸浮及膠體狀態(tài)的物質(zhì)，常會發(fā)生混濁現(xiàn)象。地表水的混濁是由泥沙、粘土、有機物造成的。地下水一般比較清澈透明，但若水中含有Fe2+鹽，與空氣接觸后就可能產(chǎn)生Fe(OH)3,使水呈棕黃色混濁狀態(tài)；海洋在近岸和河口區(qū)由于陸地徑流攜帶大量泥沙、粘土、有機物造成的。不同河流因流經(jīng)地區(qū)的地質(zhì)土壤條件不同，混濁程度可能有很大的差別。地下水一般比較清澈透明，但若水中含有Fe2+鹽，與空氣接觸后就可能產(chǎn)生Fe(OH)3,使水呈棕黃色混濁狀態(tài)；海洋在近岸和河口區(qū)由于陸地徑流攜帶大量泥沙和其它有機物，水質(zhì)比較混濁而遠岸海區(qū)水區(qū)水質(zhì)透明。
混濁度是一種光學(xué)效應(yīng)，它表示光線透過水層時受到阻礙的程度。這種光
學(xué)效應(yīng)和和微粒的大小及形狀有關(guān)。從膠體顆粒到懸浮顆粒都能產(chǎn)生混濁現(xiàn)象，
其粒徑的變化幅度是很大的。所有有相同懸浮物質(zhì)含量的兩種水體若顆粒粒徑分級狀況不同，其混濁程度就未必相等。渾濁度的標準單位是以不溶性硅如漂白土、高嶺土在光學(xué)阻礙作為測量的基礎(chǔ)，即規(guī)定1mgSiO2.L-1所構(gòu)成的混濁度為1度。把預(yù)測水樣與標準混濁度按照比濁法原理進行比較就可以測得其混濁度。
透明度是表示水體透明程度的指標。它與混濁度的意義恰恰相反。都表明水中雜質(zhì)對透過光線的阻礙程度。若把某一方面白色或黑白相間的圓盤作為觀察對象，透過水層俯視圓盤并調(diào)節(jié)圓盤深度至恰能看到為止，此時圓盤所在深度位置稱為透明度。
5．固體含量
天然水體中所含物質(zhì)大部分屬于固體物質(zhì)，經(jīng)常有必要測定其含量作為直接的水質(zhì)指標。各種固體含量可以分為以下幾類：
（1）總固體。即水樣在一定溫度下蒸發(fā)干燥后殘存的固體物質(zhì)總量，也稱蒸發(fā)殘留物；
（2）懸浮性固體。即將水樣過濾①，截留物烘干后的殘存的固體物質(zhì)的量，也就是懸浮物質(zhì)的含量，包括不溶于水的泥土、有機物、微生物等；
（3）溶解性固體。即水樣過濾后，濾液蒸干的殘余固體量。包括可溶于水的無機鹽類及有機物質(zhì)?？偣腆w量是懸浮固體和溶解性固體二者之和。此外還有可沉降固體，固體的灼燒減重等指標。各種固體含量的測定都是以重量法進行的，測定時蒸干溫度對結(jié)果的影響很大。一般規(guī)定的確105--110℃，不能*趕走硫酸鈣、硫酸鎂等結(jié)晶水。不易得到固定不變的重量；若在180℃蒸干，所得結(jié)果雖比較穩(wěn)定，但由于一些鹽類如CaCl2 、Ca(NO3)2MgCl2、Mg(NO3)2等具有強烈的吸濕性，極易吸收空氣中的水分，在稱量時也不易得到滿意的結(jié)果。因此測定的結(jié)果比較粗略。
（二）水質(zhì)化學(xué)指標
利用化學(xué)反應(yīng)、生物化學(xué)的反應(yīng)及物理化學(xué)的原理測定的水質(zhì)指標，總稱為化學(xué)指標。由于化學(xué)組成的復(fù)雜性，通常選擇適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)特性進行檢查或作定性、定量的分析。根據(jù)不同的分析方法可以把化學(xué)指標歸納如下：
1．中和的方法包括水體的堿度、酸度等；
2．生成螯合物的方法 如Ca2+ Mg2+及硬度等；
3．加熱和氧化劑分解法
將含生物體在內(nèi)的有機化合物的含量以加熱分解時產(chǎn)生CO2的量[總有機碳（TOC）；微粒有機碳（POC）]、分解時消耗的氧量[總耗氧量（TOD）]或消耗氧化的量[化學(xué)耗氧量（COD）]來表示的指標；
4．生物化學(xué)反應(yīng)的方法論以生物化學(xué)耗氧量（BOD）為代表，是測定微生物分解有機物時所需消耗的氧量，包括測定微生物在呼吸過程中產(chǎn)生的CO2的量以及利用脫氫酶等酶活性法來測定有效生物量等指標；
5．氧化還原反應(yīng)及沉淀法。zui典型為溶解氧含量及氯離子含量等指標。
6．電化學(xué)法 有水的電導(dǎo)率，氯化-還原電位（pE）以及包括pH在內(nèi)的離子選擇電極的各種指標，如F-、NH4+以及許多金屬離子；
7．微量成分。以儀器分析為主要檢測手段。包括分光光度法，原子吸收光譜法，氣相、液相色譜法，中子活化分析法以及等離子發(fā)射光譜法等。指標項目眾多，如生物營養(yǎng)元素、各種化學(xué)形態(tài)的重金屬離子及非金屬微量元素、微量有機物、水已的污染物（如有機農(nóng)藥、油類）以及放射性元素等等。
總之，系統(tǒng)了解各類水質(zhì)指標的含義具有重要意義。因為對于任何水生生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境都是通過對一系列的、經(jīng)過嚴格選擇的、具有典型意義代表性的指標進行調(diào)查或監(jiān)測分析結(jié)果，而加以綜合評價的。必須強調(diào)，水質(zhì)的生物學(xué)指標的調(diào)查分析結(jié)果對于科學(xué)評價水環(huán)境質(zhì)量越來越大越顯示其重要性。象英、美、日等國對水環(huán)境的要求，都從生態(tài)學(xué)的觀點出發(fā)，重視生物監(jiān)測。例如英國泰晤士河由于進行了常時間的治理，1969年已有魚群重新出現(xiàn)，其治理效果就是用已有礙100多種魚類重新回到泰晤士河加以表征的；日本1970年將生物學(xué)水知判斷法列入有關(guān)水環(huán)境質(zhì)量指標中；我國現(xiàn)在已將細菌學(xué)指標列為部頒水環(huán)境質(zhì)量標準。
二、我國當(dāng)前沿用的主要水質(zhì)理化指標及測試系統(tǒng)
（一）
主要理化指標
當(dāng)前許多國家都頒布了各自不同的水質(zhì)質(zhì)量標準，規(guī)定了為數(shù)繁多的指標項目。我國于1973年頒布了《工業(yè)“三廢”排放試行標準》，規(guī)定了工業(yè)廢水中有14項有害物質(zhì)的zui高排放濃度。1976年頒發(fā)《生活飲用水水質(zhì)標準》，其中感官性指標有4項（色、混濁度、嗅與味、肉眼可見物）；化學(xué)指標有8項（Ph、總硬度、鐵、錳、銅、鋅、揮發(fā)酚、陰離子合成洗滌劑）；毒理學(xué)指標有8項（氰化物、砷、硒、汞、鎬、六價鉻、鉛）；細菌學(xué)指標有3項（細菌總數(shù)、大腸菌群、游離余氯）。1983年發(fā)布《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》，規(guī)定出20種監(jiān)測項目的三級質(zhì)量標準，其中包括pH、水溫、色、嗅、溶解氧，生化需氧量，揮發(fā)性酚類、氮化物、砷、總汞、鎘、六價鉻、鉛、銅、石油類、大腸菌群等。我國先行的《海水水質(zhì)標準（GB3097-82）》規(guī)定的理化指標包括物理感官指標，化學(xué)感官指標和微生物指標計25項；《漁業(yè)水域水質(zhì)標準（GB11607-89）》包括感官和化學(xué)指標34項。
水環(huán)境調(diào)查或監(jiān)測分析項目在理化指標方面多根據(jù)各類水體目前和將來的用途而加以選擇和確定的。在養(yǎng)殖生產(chǎn)和有關(guān)部門水生生物科學(xué)研究中，為了充分利用和改良或控制水的理化條件，常常必須對10多項常規(guī)指標進行分析，包括溫度、含鹽量（鹽度）、溶解氧、pH、堿度、硬度、硝酸鹽、亞硝酸鹽、銨氮、總氮、磷酸鹽、總磷、硅酸鹽、化學(xué)耗氧量等等；對水環(huán)境的污染物質(zhì)的調(diào)查中常按基礎(chǔ)調(diào)查、檢測性調(diào)查、專題性調(diào)查及應(yīng)急性調(diào)查等多種不同類型的用途而選擇不同的指標項目。淡水水體和海水水體常常也有所差異。
從國外報道各種類型的水質(zhì)調(diào)查或監(jiān)測標準來看，由于國情的不同，其側(cè)重點各異。而且調(diào)查或監(jiān)測指標的選擇和確定問題本身也還有一個逐步深入和不斷發(fā)展的過程，例如對污染指標隨著新的化學(xué)物質(zhì)的品種的增加、分析技術(shù)的發(fā)展，以及在流行病學(xué)研究中對致癌、致畸及致突變的生理生化過程的深入研究，監(jiān)測或調(diào)查項目會不斷的加以改變，方法也會逐步發(fā)展和完善。
（二）測試系統(tǒng)
對水質(zhì)理化指標進行的測試實驗可采用現(xiàn)場測試、船上測試和陸上實驗室測試三種方式。采用不同方式測試所得結(jié)果的確切程度是不同的，特別是深層水樣的采集和儲存，其溫度、壓力產(chǎn)生變化，都將使化學(xué)平衡點產(chǎn)生變化。例如[HCO3-]/[CO32-]等離子成分的濃度比值以及溶解氣體的含量等都回發(fā)生變化。；儲存的水樣，即使排除了容器污染和通過容器表面散失的可能性，水質(zhì)也會因為懸浮物的凝聚沉降以及生物提的代謝過程、死亡分解過程等的影響而發(fā)生改變。
目前，可采用現(xiàn)場測試的項目越來越多，遙控遙感技術(shù)的發(fā)展使許多水質(zhì)指標項目的測試可以字響當(dāng)大的范圍進行同步觀測。但借助儀器的探頭作高深度水域（特別是海洋）的現(xiàn)場測試常常遇到很多困難。加在現(xiàn)場測試儀器尚未能普及的情況下，水質(zhì)理化指標測試工作常常必須先采樣后在船上實驗室或陸上實驗室進行。
隨著自動化分析技術(shù)的發(fā)展，水質(zhì)指標的調(diào)查、監(jiān)測分析已經(jīng)逐步使用自動測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)一般由采樣裝置，水質(zhì)連續(xù)監(jiān)測儀器，數(shù)據(jù)傳輸、記錄及處理幾部分組成，其特點是自動化、儀器化和連續(xù)性。目前已采用自動化試系統(tǒng)的有：水溫、Ph、電導(dǎo)率、氧化還原電位、混濁度、懸浮物、溶解氧、COD、TOC、TOD、某些金屬離子、氰化物等等。自動測試系統(tǒng)可避免人工采樣所得數(shù)據(jù)的不全面性，大大縮短采樣分析到獲得結(jié)果之間的時間。但自動測試系統(tǒng)也有局限性，不能對大部分指標逐一單項進行測定，因為水質(zhì)化學(xué)組成（尤其是污染物）復(fù)雜，組分價態(tài)、形態(tài)多變，干擾嚴重，需要一系列的化學(xué)預(yù)處理操作和各種高靈敏度的檢測方法。因此，發(fā)展規(guī)律連續(xù)自動測試技術(shù)并和實驗室（船上和陸上）采樣分析技術(shù)相結(jié)合，是完善水質(zhì)理化指標的一系列切實可行的途徑