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水質(zhì)監(jiān)測方法
所謂水質(zhì)指標(biāo)是用以評價一般淡水水域、海水水域特性的重要參數(shù),。可以根
據(jù)這些參數(shù)對水質(zhì)的類型進(jìn)行分類,，對水體質(zhì)量進(jìn)行判斷和綜合評價,。水質(zhì)指標(biāo)已形成比較完整的指標(biāo)體系,。
許多水質(zhì)指標(biāo)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(biāo)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(jī)物質(zhì)具有易被氧化的共同特性,，可用其耗氧量作為有機(jī)物含量的綜合性指標(biāo)；還有一些水質(zhì)指標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)溶液作為衡量的尺度。水質(zhì)指標(biāo)按其性質(zhì)不同,，可分為物理的,，生物的和化學(xué)的指標(biāo)。關(guān)于生物指標(biāo),，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(biāo)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(biāo)的含義。對于化學(xué)指標(biāo)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(biāo)
水體環(huán)境的物理指標(biāo)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(biāo)如味覺,、嗅覺屬性等等。
1.溫度
溫度是zui常用的物理指標(biāo)之一,。由于水的許多物理特性,、水中進(jìn)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(jī)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(jī)物產(chǎn)生的魚腥及霉?fàn)€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(jī)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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行,。此外，有人提出以臭氣濃度及臭氣強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)中,，要求（TO）值低于3-5,。
臭氣強(qiáng)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(lán)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(jìn)行水色測定時所規(guī)定的指標(biāo),。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(biāo)準(zhǔn),。
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(jī)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(jī)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(jī)物，水質(zhì)比較混濁而遠(yuǎn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)混濁度按照比濁法原理進(jìn)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(biāo),。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(biāo),。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(jī)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(jī)鹽類及有機(jī)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(biāo),。各種固體含量的測定都是以重量法進(jìn)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(qiáng)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(biāo)
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(biāo)，總稱為化學(xué)指標(biāo),。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(jìn)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(biāo)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(jī)化合物的含量以加熱分解時產(chǎn)生CO2的量[總有機(jī)碳（TOC）,；微粒有機(jī)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(biāo),；
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(jī)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(biāo),；
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(biāo)。
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(biāo),，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(biāo)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(jī)物,、水已的污染物（如有機(jī)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(biāo)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(yán)格選擇的,、具有典型意義代表性的指標(biāo)進(jìn)行調(diào)查或監(jiān)測分析結(jié)果，而加以綜合評價的,。必須強(qiáng)調(diào),，水質(zhì)的生物學(xué)指標(biāo)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(jìn)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(biāo)中；我國現(xiàn)在已將細(xì)菌學(xué)指標(biāo)列為部頒水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),。
二,、我國當(dāng)前沿用的主要水質(zhì)理化指標(biāo)及測試系統(tǒng)
（一）
主要理化指標(biāo)
當(dāng)前許多國家都頒布了各自不同的水質(zhì)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了為數(shù)繁多的指標(biāo)項目,。我國于1973年頒布了《工業(yè)“三廢”排放試行標(biāo)準(zhǔn)》,，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(biāo)準(zhǔn)》,，其中感官性指標(biāo)有4項（色,、混濁度、嗅與味、肉眼可見物）,；化學(xué)指標(biāo)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(biāo)有8項（氰化物,、砷,、硒、汞,、鎬,、六價鉻、鉛）,；細(xì)菌學(xué)指標(biāo)有3項（細(xì)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(biāo)準(zhǔn)》，規(guī)定出20種監(jiān)測項目的三級質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),，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(biāo)準(zhǔn)（GB3097-82）》規(guī)定的理化指標(biāo)包括物理感官指標(biāo)，化學(xué)感官指標(biāo)和微生物指標(biāo)計25項；《漁業(yè)水域水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（GB11607-89）》包括感官和化學(xué)指標(biāo)34項,。
水環(huán)境調(diào)查或監(jiān)測分析項目在理化指標(biāo)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(biāo)進(jìn)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(biāo)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)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(biāo)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(biāo)進(jìn)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(biāo)項目的測試可以字響當(dāng)大的范圍進(jìn)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(biāo)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(jìn)行。
隨著自動化分析技術(shù)的發(fā)展,，水質(zhì)指標(biāo)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(biāo)逐一單項進(jìn)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(yán)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(biāo)的一系列切實可行的途徑