水和废水（大气降水、地下水、地表水、城市生活污水、生活垃圾渗沥水、生活杂用水）检测

水和废水检测技术综述

水是生命之源，也是社会经济发展的基础资源。对各类水体及废水的质量进行系统、准确的监测，是评估环境质量、保障用水安全、管控污染排放和优化水处理工艺的核心依据。本文系统阐述大气降水、地下水、地表水、城市生活污水、生活垃圾渗沥水及生活杂用水的检测技术。

1. 检测项目与方法原理

水质检测项目繁多，可根据其性质分为物理指标、化学指标、生物指标和毒理学指标。

1.1 物理指标

• 浊度： 表征水体对光散射和吸收的能力，反映悬浮物含量。主要采用散射法（测量与入射光垂直方向的散射光强度）和透射散射比法，依据标准方法操作。

• 色度： 指去除浊度后水样的颜色。常用铂钴比色法（目视比色，适用于清洁水）和稀释倍数法（适用于有色工业废水）。

• 电导率： 间接反映水中可溶性电解质总量。采用电导率仪测量，原理是基于欧姆定律，测量两电极间水样的电阻倒数。

• 悬浮物（SS）： 指水样通过特定滤膜后截留的物质质量，采用重量法测定。

1.2 化学指标

• pH值： 采用玻璃电极法。以玻璃电极为指示电极，饱和甘汞电极为参比电极，构成原电池，其电动势与溶液的pH值呈线性关系。

• 溶解氧（DO）： 电化学探头法（膜电极法） 最为常用。氧气透过选择性透膜，在阴极发生还原反应，产生的扩散电流与水中氧分压成正比。经典的碘量法（Winkler法） 多用于实验室比对与校准。

• 化学需氧量（COD）： 指在一定条件下，氧化水样中还原性物质所消耗的氧化剂量。重铬酸钾法（CODCr） 是国际公认的标准方法，在强酸介质中以硫酸银为催化剂，用重铬酸钾氧化水样，通过滴定或分光光度法测定消耗量。高锰酸钾法（CODMn） 主要用于较清洁水体。

• 生化需氧量（BOD5）： 指在20℃±1℃下，微生物分解水中有机物五昼夜所消耗的溶解氧量。采用稀释与接种法，测定培养前后溶解氧的差值。

• 氨氮（NH3-N）： 纳氏试剂分光光度法应用广泛，氨与纳氏试剂反应生成淡红棕色络合物，于特定波长比色测定。水杨酸分光光度法和电极法也常使用。

• 总氮（TN）： 通常采用过硫酸钾氧化-紫外分光光度法。在碱性过硫酸钾作用下，水中各种含氮化合物被氧化为硝酸盐，再用紫外法测定。

• 总磷（TP）： 钼酸铵分光光度法是标准方法。水样经过硫酸钾消解，将不同形态磷转化为正磷酸盐，与钼酸铵、酒石酸锑氧钾反应生成磷钼杂多酸，被抗坏血酸还原为蓝色的磷钼蓝，进行比色测定。

• 重金属（如铅、镉、汞、砷等）： 主要采用原子吸收光谱法（AAS）（火焰法或石墨炉法）、电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES） 和电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）。汞和砷等元素还常用原子荧光光谱法（AFS） 或冷原子吸收法测定。

• 挥发性有机物（VOCs）、半挥发性有机物（SVOCs）： 通常采用吹扫捕集或液液萃取/固相萃取前处理，结合气相色谱-质谱联用仪（GC-MS） 进行定性与定量分析。

• 阴离子（如F-， Cl-， NO3-， SO42-）： 常用离子色谱法（IC） 进行分离和电导检测。

1.3 生物与毒理学指标

• 总大肠菌群、粪大肠菌群： 常用多管发酵法和滤膜法，基于特定培养基上的生长特性进行检测。酶底物法因操作简便也被推广。

• 急性毒性： 采用发光细菌法，利用费氏弧菌等发光细菌接触水样后发光强度抑制率来评价综合毒性。

• 叶绿素a： 用于评价水体富营养化和藻类生物量。常用丙酮萃取-分光光度法或荧光法测定。

2. 检测范围与应用领域

不同水体的检测需求差异显著，其范围由管理目标和污染特征决定。

• 大气降水： 监测酸沉降和污染物湿沉降。重点检测项目包括pH值、电导率、硫酸根（SO42-）、硝酸根（NO3-）、铵离子（NH4+）、钙离子（Ca2+）及多种重金属，用于评估酸雨强度、来源及其对生态系统的潜在影响。

• 地下水： 关注水源安全与地质背景。检测范围涵盖感官性状、一般化学指标（如总硬度、溶解性总固体、铁、锰）、毒理学指标（如砷、氟化物、硝酸盐）、微生物指标以及有机污染指标（如挥发性酚类、石油类），用于评价其是否适宜作为生活饮用水源或工业用水。

• 地表水： 包括河流、湖泊、水库等。实施流域系统性监测，项目涵盖《地表水环境质量标准》中的基本项目（24-29项）及补充项目，如水温、pH、DO、高锰酸盐指数、COD、BOD5、氨氮、TP、TN、重金属、挥发酚、石油类、生物毒性等，用于水质分级、污染溯源和生态健康评估。

• 城市生活污水： 核心是评估处理设施的效能及排污达标情况。重点检测进出水的COD、BOD5、SS、氨氮、TN、TP、pH、动植物油、粪大肠菌群数等。为工艺调控和达标排放提供依据。

• 生活垃圾渗沥水： 成分复杂、浓度高、毒性大。检测需高度关注极高浓度的COD、BOD5、氨氮、重金属（铅、镉、铬、汞）、VOCs（如甲苯、二甲苯）、SVOCs（如邻苯二甲酸酯）以及特征性指标如腐殖酸等，以指导其安全收集与深度处理。

• 生活杂用水（中水）： 指城市污水经处理后达到特定回用标准的水。检测重点为确保使用安全的指标，如色度、浊度、嗅、pH、溶解性总固体、BOD5、氨氮、阴离子表面活性剂、总余氯、总大肠菌群等，根据回用于冲厕、绿化、道路清扫、车辆冲洗等不同用途，执行相应限值。

3. 检测标准

检测活动必须遵循权威的技术规范，以保证数据的准确性、可比性和法律效力。

• 国内标准体系：

  • 国家标准（GB/GB/T）： 如《地表水环境质量标准》（GB 3838）、《地下水质量标准》（GB/T 14848）、《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918）、《生活饮用水卫生标准》（GB 5749）、《城市污水再生利用 城市杂用水水质》（GB/T 18920）。

  • 行业标准： 如环境保护行业标准（HJ）、城镇建设行业标准（CJ）、水利行业标准（SL）等，详细规定了各项具体指标的检测方法，例如《水质 化学需氧量的测定 重铬酸盐法》（HJ 828）、《水质 氨氮的测定 纳氏试剂分光光度法》（HJ 535）。

• 国际及国外主要标准：

  • 国际标准化组织（ISO）标准： 如ISO 6060 (COD)、ISO 5815 (BOD)等。

  • 美国环保署（US EPA）方法： 如EPA 200系列（ICP方法）、EPA 500系列（有机污染物方法）、EPA 600系列（饮用水方法）等，是全球环境分析的重要参考。

  • 美国材料与试验协会（ASTM）标准： 涵盖多种水质检测程序。

  • 日本工业标准（JIS）： 也包含完整的水质测试方法。

4. 检测仪器

现代水质检测依赖于一系列精密的仪器设备。

• 现场快速检测仪器： 便携式多参数水质分析仪（可测pH、DO、电导率、浊度、温度等）、便携式分光光度计、水质毒性快速检测仪、流速流量计等，用于现场筛查与应急监测。

• 实验室通用仪器：

  • 分析天平： 用于精确称量样品和试剂。

  • pH计/离子计： 精确测量pH值和离子活度。

  • 紫外-可见分光光度计： 用于色度、氨氮、总磷、总氮、COD（比色法）等大部分比色分析项目的测定。

  • 生化培养箱： 用于BOD5培养、微生物培养等恒温实验。

  • 电热鼓风干燥箱、马弗炉： 用于悬浮物、灰分等重量分析中的干燥和灼烧。

• 大型精密分析仪器：

  • 原子吸收光谱仪（AAS）： 用于微量金属元素的精确测定，石墨炉法灵敏度极高。

  • 电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）/质谱仪（ICP-MS）： 用于多元素同时快速测定，ICP-MS具有极低的检出限，适用于痕量、超痕量元素分析。

  • 气相色谱仪（GC）与气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）： GC用于易挥发有机物的分离定量；GC-MS兼具分离和定性能力，是复杂有机物分析的主力工具。

  • 离子色谱仪（IC）： 用于无机阴离子、阳离子以及部分有机酸的快速分离分析。

  • 总有机碳分析仪（TOC）： 通过高温催化氧化或紫外-过硫酸盐氧化法，将有机物转化为二氧化碳并检测，快速替代COD、BOD作为有机污染综合指标。

  • 流动注射分析仪（FIA）/连续流动分析仪（CFA）： 实现氨氮、总磷、总氮、氰化物等项目的自动化、高通量分析。

  • 生物显微镜及微生物检测平台： 用于浮游生物、细菌等的形态学观察和计数。

综上所述，水和废水的检测是一个集成了标准方法、精密仪器和专业化操作的完整技术体系。随着分析技术的不断进步和环保要求的日益严格，检测技术正朝着更高灵敏度、更高通量、更自动化和更智能化的方向发展，为水环境管理提供更加坚实的数据支撑。