水（包括大气降水）和废水检测

水与废水检测技术全解析：项目、范围、标准与仪器

1. 检测项目

水和废水的检测项目繁多，通常根据检测目的和水体性质进行分类。主要分为物理指标、无机阴离子、金属与重金属、有机污染物、微生物学指标以及生物学指标等。

1.1 物理指标

• 水温： 使用水温计或颠倒温度计现场测定。原理是基于热胀冷缩或热电效应。

• 色度： 采用铂-钴标准比色法。原理是将样品颜色与不同浓度的氯铂酸钾和氯化钴标准色列进行目视比较，单位是度。

• 浊度： 常用散射法或透射-散射比浊法。当光通过水样时，悬浮颗粒物会产生散射光，其强度与浊度成正比。仪器为浊度计，单位是NTU（散射浊度单位）。

• 臭和味： 定性描述法。通过人的嗅觉和味觉直接感知。

• pH值： 使用玻璃电极法。以饱和甘汞电极为参比，玻璃电极为指示电极，组成原电池，测定其电动势，通过能斯特方程转换为pH值。

• 电导率： 通过电导率仪测定。在两电极间施加电压，测量水溶液中的离子传导电流的能力，间接反映溶解性固体的含量。

• 悬浮物： 重量法。将水样通过特定孔径的滤膜或滤纸，截留物在103-105℃下烘干至恒重，称重计算。

• 溶解氧： 常用电化学探头法（膜电极法）或碘量法（温克勒法）。前者基于氧气在电极上还原产生扩散电流；后者基于溶解氧氧化二价锰生成高价锰，在酸性条件下释放出碘，再用硫代硫酸钠滴定。

1.2 无机阴离子

• 氯化物、氟化物、硫酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐、磷酸盐等：

  • 离子色谱法： 是目前最主流的方法。原理是利用离子交换柱将不同阴离子分离，再通过抑制器降低背景电导，最后由电导检测器检测，根据保留时间定性，峰面积定量。

  • 分光光度法： 针对特定离子，如氟化物使用氟试剂分光光度法；硝酸盐使用麝香草酚分光光度法；磷酸盐使用钼酸铵分光光度法，利用生成的有色络合物进行比色分析。

  • 氟化物离子选择电极法： 以氟化镧电极为指示电极，与样品中的氟离子产生能斯特响应。

1.3 金属与重金属

• 铜、锌、铅、镉、铁、锰、砷、汞、铬（六价）、总铬等：

  • 原子吸收分光光度法： 基于基态原子蒸气对同种元素特征谱线的吸收。分为火焰法（用于较高浓度）和石墨炉法（用于痕量分析）。

  • 电感耦合等离子体发射光谱法： 样品经雾化进入等离子体炬，被激发至高能态，返回基态时发射出特征光谱，根据光谱强度进行多元素同时分析。

  • 电感耦合等离子体质谱法： 是目前痕量和超痕量元素分析最强大的技术。样品离子化后进入质谱仪，根据质荷比进行分离和检测，具有极高的灵敏度和检出限。

  • 原子荧光光度法： 主要用于砷、汞、硒等易形成氢化物的元素。原理是待测元素与硼氢化钾反应生成气态氢化物，被激发后发射原子荧光，其强度与浓度成正比。

  • 二苯碳酰二肼分光光度法： 专门用于六价铬的测定。在酸性溶液中，六价铬与二苯碳酰二肼反应生成紫红色化合物，于540nm波长处比色定量。

1.4 有机污染物

• 化学需氧量： 重铬酸盐法。在强酸性溶液中，以重铬酸钾为氧化剂，硫酸银为催化剂，氧化水中的还原性物质，过量的重铬酸钾以试亚铁灵为指示剂，用硫酸亚铁铵回滴，根据消耗的重铬酸钾量计算COD值。

• 生化需氧量： 稀释与接种法。将水样在20℃±1℃条件下培养5天，分别测定培养前后溶解氧的含量，二者之差即为BOD5值。

• 氨氮： 常用纳氏试剂分光光度法、水杨酸-次氯酸盐分光光度法或电极法。前者基于氨与纳氏试剂反应生成黄棕色胶体；后者基于氨在碱性介质中与水杨酸和次氯酸根反应生成蓝色化合物。

• 总磷： 钼酸铵分光光度法。水样经消解后将各种形态的磷转化为正磷酸盐，再与钼酸铵反应生成磷钼杂多酸，被还原剂还原成蓝色络合物（钼蓝）进行比色。

• 总氮： 碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法。在120-124℃下，碱性过硫酸钾将水样中的含氮化合物氧化为硝酸盐，用紫外分光光度法于220nm和275nm波长处测定吸光度，计算总氮量。

• 挥发酚： 4-氨基安替比林分光光度法。蒸馏出的酚类在pH10.0±0.2和氧化剂铁氰化钾存在下，与4-氨基安替比林反应生成橙红色的安替比林染料，用三氯甲烷萃取后比色。

• 石油类： 红外分光光度法或重量法。前者利用石油类物质的甲基、亚甲基在3.4μm左右的特征吸收进行定量；后者用萃取剂提取后蒸干称重。

• 挥发性有机物： 气相色谱-质谱联用法。通过吹扫捕集或顶空进样，将VOCs引入气相色谱进行分离，再进入质谱检测器进行定性和定量分析。

• 半挥发性有机物： 气相色谱-质谱联用法或高效液相色谱法。样品经液液萃取或固相萃取后浓缩，进样分析。

1.5 微生物学与生物学指标

• 细菌总数： 平板计数法。水样在营养琼脂培养基上，于37℃培养24h后，计数生长的细菌菌落总数。

• 总大肠菌群、粪大肠菌群： 多管发酵法或滤膜法。前者基于大肠菌群在特定培养基中产酸产气的特性，查MPN表定量；后者将水样通过滤膜，截留细菌于品红亚硫酸钠培养基上培养计数。

• 藻类/叶绿素a： 分光光度法或荧光法。用有机溶剂萃取藻类细胞中的叶绿素a，测定其在特定波长下的吸光度或荧光强度。

2. 检测范围

水和废水的检测范围覆盖了从自然水体到人类活动产生的各类水，具体应用领域如下：

• 环境监测： 包括地表水（江河、湖泊、水库、海洋）的水质常规监测、水质普查；地下水水质监测，用于评估饮用水源安全和污染状况。

• 饮用水安全： 包括水源水、出厂水、管网末梢水和二次供水的水质全分析，确保符合国家生活饮用水卫生标准。

• 工业废水处理： 各类工业生产过程中产生的废水，如电镀废水、印染废水、造纸废水、化工废水等，检测目的主要是监控处理设施效果，确保达标排放。

• 城镇污水处理： 包括污水处理厂的进水、各处理阶段中间水和最终排放水的检测，以及再生水的回用监测。

• 农业与水产业： 农田灌溉用水水质监测，防止土壤和作物污染；渔业养殖用水水质监测，保障水产品健康生长。

• 科研与教学： 在环境科学、给排水工程、化学等专业中，用于教学实验和基础科研，研究水体污染机理、治理技术等。

• 公共卫生与疾控： 在医院污水、游泳场馆、公共浴池等场所，监测微生物指标和消毒副产物，防止疾病传播。

• 突发污染事故应急： 对泄漏或非法排放的有毒有害物质进行快速定性定量分析，为应急处置提供依据。

3. 检测标准

为确保检测结果的准确性和可比性，必须遵循统一的标准方法。主要分为国际标准、国家标准和行业标准。

3.1 国际标准

• ISO (International Organization for Standardization) 系列标准： 例如 ISO 6060（水质 - COD测定）、ISO 7899（水质 - 肠道球菌检测）、ISO 10301（水质 - 挥发性有机物的测定）等。ISO标准在全球范围内具有广泛的认可度。

• EPA (U.S. Environmental Protection Agency) 方法： 美国环保署发布的一系列水与废水检测标准方法，如EPA Method 200.7（ICP-OES测定金属）、EPA Method 300.0（离子色谱法测定无机阴离子）、EPA Method 524.2（吹扫捕集-GC/MS测定VOCs）等，在环境监测领域影响深远。

3.2 中国国家标准 (GB)

• 《生活饮用水标准检验方法》 (GB/T 5750-2023)： 这是我国饮用水水质检测最核心的标准系列，涵盖了感官性状、物理、无机、有机、微生物、放射性等全部指标的检测方法。

• 《地表水环境质量标准》 (GB 3838-2002)： 规定了地表水环境质量的基本项目、标准限值及分析方法。

• 《地下水质量标准》 (GB/T 14848-2017)： 规定了地下水的质量分类、指标限值及检测方法。

• 《污水综合排放标准》 (GB 8978-1996)： 规定了不同类型污水的最高允许排放浓度及分析方法。

• 《水质 化学需氧量的测定 重铬酸盐法》 (HJ 828-2017)：《水质 氨氮的测定 纳氏试剂分光光度法》 (HJ 535-2009) 等： 由国家环境保护部门发布的具体污染物测定的标准方法（HJ系列），是目前环境监测领域应用最广泛的国家环境保护标准。

3.3 行业标准

• 城镇建设行业标准 (CJ/T)： 例如《城市污水水质检验方法标准》（CJ/T 51-2018），主要针对城市污水和再生水的检测。

• 水利行业标准 (SL)： 例如《水质 采样技术指导》（SL 187-96）等，多用于水文系统对地表水、地下水的监测。

• 其他行业如农业(NY)、出入境检验检疫(SN) 等，也发布适用于本行业的检测标准。

4. 检测仪器

现代水和废水检测依赖精密的分析仪器，根据功能可分为现场快速检测仪器和实验室精密分析仪器。

4.1 现场检测与便携式仪器

• 便携式多参数水质测定仪： 可同时测量pH、电导率、溶解氧、浊度、水温、ORP等基本参数。体积小，操作简单，配备长寿命电极，适用于野外现场快速监测。

• 便携式分光光度计： 预置有多种水质指标的校准曲线，配合专用预制试剂，可直接用于COD、氨氮、总磷、余氯等数十种参数的快速测定，广泛应用于应急监测和污水处理过程控制。

• 便携式溶解氧测定仪： 采用极谱法或荧光法电极，快速准确测量水中溶解氧含量，常用于水产养殖和河流调查。

• 水质采样器： 包括便携式自动采样器（可按时间或流量比例采集混合样）和深水采样器（用于不同深度的分层采样）。

4.2 实验室通用分析设备

• 紫外-可见分光光度计： 实验室最基础的分析仪器之一。利用物质对特定波长光的吸收进行定量分析，用于氨氮、总磷、挥发酚、六价铬、叶绿素a等多种项目的测定。

• pH计/电导率仪/溶解氧仪（台式）： 与便携式原理相同，但精度更高，稳定性更好，适合实验室精确测量。

• 电子天平： 用于称量样品和试剂，精度至少万分之一克。

• 烘箱、马弗炉、恒温培养箱、高压蒸汽灭菌器： 分别为重量法分析、样品消解、微生物培养和实验耗材灭菌提供必需的环境和设备。

• 显微镜： 用于观察和鉴别水中的微生物，如藻类、原生动物等。

4.3 大型精密分析仪器

• 气相色谱仪： 用于分离和分析可挥发的有机化合物，配备FID（氢火焰离子化检测器）用于烃类，ECD（电子捕获检测器）用于含卤素有机物，FPD（火焰光度检测器）用于含硫、磷化合物。

• 高效液相色谱仪： 用于分离和分析热不稳定、不易挥发或极性大的有机化合物，如多环芳烃、酚类、农药等。常用检测器有紫外检测器、荧光检测器和二极管阵列检测器。

• 气相色谱-质谱联用仪： 结合了气相色谱的高分离能力和质谱的强定性能力，是挥发性有机物和半挥发性有机物定性定量的“金标准”仪器，尤其适用于未知物分析和痕量分析。

• 电感耦合等离子体发射光谱仪： 能够同时、快速测定水样中多种金属元素的含量，动态范围宽，适合主量和次量元素分析。

• 电感耦合等离子体质谱仪： 具有极低的检出限，能够测定pg/L至ng/L级的痕量重金属，是目前最灵敏的元素分析技术，广泛应用于超纯水和痕量污染分析。

• 离子色谱仪： 专门用于水溶液中阴、阳离子分析的专用色谱仪，是测定氟、氯、硝酸根、硫酸根等阴离子的首选设备。

• 总有机碳分析仪： 通过高温催化燃烧或紫外过硫酸盐氧化，将水样中的有机碳转化为二氧化碳，再用非色散红外检测器测定，是评价水体有机物污染程度的重要指标。

• 连续流动分析仪： 将样品与试剂按比例在连续流动的系统中混合、反应，最后进入检测器检测。自动化程度高，可同时分析多个指标，显著提高检测效率。

• 原子荧光光度计： 用于砷、汞、硒、锑等易形成氢化物的元素的痕量分析，灵敏度高，成本相对ICP-MS较低。