吳 瓊，孫廣柱，靳正中，楊 興，張恒強(qiáng)

(河北民族師范學(xué)院 化學(xué)與化工系,河北 承德 06700)

1 緒論

1.1 水質(zhì)分析的必要性

改革開放近四十年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，隨之而來(lái)的是環(huán)境問(wèn)題的突出。環(huán)境污染的加劇使人們開始重視水資源污染問(wèn)題。況且我國(guó)水資源正越來(lái)越短缺，所以應(yīng)制定科學(xué)合理的解決方案，保護(hù)水資源。我國(guó)于1985年出臺(tái)了《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》其中檢測(cè)項(xiàng)目有35個(gè)，2006年又增加了71個(gè)指標(biāo)[1]，這足以看出國(guó)家對(duì)飲用水質(zhì)量的重視。

京津冀地區(qū)作為我國(guó)一大協(xié)同發(fā)展區(qū)域，承載著全國(guó)10%的人口[2]，人口高度集中，需水量也很龐大，但由于水量供應(yīng)季節(jié)差異大、水利設(shè)施造成自然生態(tài)破壞、農(nóng)業(yè)用水的污染、區(qū)域內(nèi)第二產(chǎn)業(yè)偏多等原因[3]，使得此區(qū)域水質(zhì)問(wèn)題尤為突出。水質(zhì)問(wèn)題極大的制約著京津冀地區(qū)發(fā)展[4]，且京津冀地區(qū)在全國(guó)河流地表水水系中水質(zhì)最差，污染較為嚴(yán)重，迫切的需要治理。

承德市作為京津冀水源涵養(yǎng)區(qū)，水源質(zhì)量在整個(gè)京津冀地區(qū)較為優(yōu)秀，是目前國(guó)內(nèi)生態(tài)好水源聚集區(qū)[5]。市轄區(qū)內(nèi)有12條河流，共有四大水系，年自生水量37.6億m3[6]。因此承德承載著為京津冀涵養(yǎng)水源的重任。

水是人們正常生活的必各資料，我們生產(chǎn)生活的各個(gè)方面都離不開水資源。水自身的質(zhì)量對(duì)人們的身體健康具有極大的影響。經(jīng)過(guò)檢測(cè)分析可知，對(duì)于承德地區(qū)上述化學(xué)指標(biāo)，不需要安裝凈水器，自來(lái)水仍可以達(dá)到飲用水的標(biāo)準(zhǔn)，可以放心的使用。承德這個(gè)京津冀水源涵養(yǎng)區(qū)的水質(zhì)好、水量大，對(duì)整個(gè)京津冀地區(qū)水源水質(zhì)的改善與保持有著巨大的責(zé)任。所以通過(guò)水質(zhì)分析，檢驗(yàn)出承德地區(qū)水的質(zhì)量，對(duì)承德乃至整個(gè)京津冀地區(qū)而言，具有極大的意義。

1.2 水質(zhì)分析方法

1.2.1 化學(xué)滴定法

用化學(xué)滴定分析法，選取適當(dāng)?shù)牡味ㄎ镔|(zhì)和指示劑及掩蔽劑[7]，對(duì)所取水樣中的各項(xiàng)離子進(jìn)行定量滴定分析，以求出各項(xiàng)離子的準(zhǔn)確含量。

1.2.2 儀器分析法

與化學(xué)分析法相比，儀器分析法優(yōu)勢(shì)比較明顯，本論文所用為火焰原子吸收法，在最大吸收波長(zhǎng)下[8]測(cè)出各水樣不同的吸光度，從而定量測(cè)得各項(xiàng)離子的準(zhǔn)確含量。

2 水質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)定

2.1 主要實(shí)驗(yàn)儀器和藥品

TAS-990火焰原子吸收器(北京普析通用儀器有限責(zé)任公司)、PHS-3C酸度計(jì)DDS-307A型電導(dǎo)率儀(上海精密科學(xué)儀器有限公司)Fe、Mn、Pb標(biāo)準(zhǔn)溶液AccuStandard USA，其他試劑均為分析純。

2.2 水樣的采集

2.2.1 水樣采集容器及洗滌

(1)應(yīng)用高壓無(wú)色聚乙烯塑料瓶作為采集水樣容器[9]。

(2)采樣瓶應(yīng)先用鹽酸溶液(1+1)清洗，再用蒸餾水清洗。

2.3 水樣的編號(hào)

為了全面分析承德地區(qū)水質(zhì)狀況，所采集的七個(gè)樣品中包括：實(shí)驗(yàn)室蒸餾水，自來(lái)水、井水、純化水、河流水。

編號(hào)如表1。

表1 水樣及編號(hào)

2.4 實(shí)驗(yàn)部分

2.4.1 實(shí)驗(yàn)原理

用化學(xué)滴定分析法，選取適當(dāng)?shù)牡味ㄎ镔|(zhì)和指示劑及掩蔽劑，對(duì)所取水樣中的各項(xiàng)離子進(jìn)行定量滴定分析，以求出各項(xiàng)離子的準(zhǔn)確含量。

用儀器分析法(本論文所用為火焰原子吸收法)，在最大波長(zhǎng)下測(cè)出各水樣不同的吸光度，從而定量測(cè)得各項(xiàng)離子的準(zhǔn)確含量[10]。

2.4.2 酸堿度的測(cè)定

(1)以 pH值為4.00的 C8H5KO4和 pH值為6.86的 Na2HPO4校正酸度計(jì)。

(2)將酸度計(jì)電極放進(jìn)裝有水樣的燒杯中，待示數(shù)不變后記下讀數(shù)。

2.4.3 電導(dǎo)率的測(cè)定

用純水和待測(cè)水樣分別潤(rùn)洗電導(dǎo)電極表面2次，將電導(dǎo)電極插入待測(cè)水樣中，同時(shí)用玻璃棒輕輕攪拌水樣，使之均勻混合，待顯示器示數(shù)不變后，記錄下電導(dǎo)率值。

2.4.4 硬度的測(cè)定

(1)配制0.020 mol·L-1EDTA溶液并以 CaCO3為基準(zhǔn)物標(biāo)定，計(jì)算 EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度[11]。

(2)總硬度的測(cè)定

取100 mL水樣，加5 mL氨性緩沖溶液，3～4滴鉻黑T，用 EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至由酒紅色變?yōu)榧兯{(lán)色，記取EDTA耗用的體積為V1(mL)。

(3)鈣鎂離子含量的測(cè)定

取100 mL水樣，加入5 mL40 g·L-1的 NaOH溶液，再加少許鈣指示劑，用EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至由酒紅色變?yōu)榧兯{(lán)色，記取 EDTA耗用的體積為V2(mL)。

(4)計(jì)算

2.4.5 硫酸根離子含量的測(cè)定

(1)配制0.01 mol·L-1EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液和0.0100 mol/L鋅標(biāo)準(zhǔn)溶液，用EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)定鋅標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度，記為C1。以氯化鋇(BaCl2·2H2O)和氯化鎂(MgCl2·6H2O)配制0.025 mol·L-1鋇、鎂混合溶液(用EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)定)及pH值=10的氨性緩沖溶液[12]。

(2)水樣分析步驟

①測(cè)定水樣的總硬度 (V1)。

②取5 mL水樣于10 mL試管中，加1+1鹽酸2滴，10%氯化鋇溶液5滴，搖勻。觀察沉淀生成情況，按表2確定取水樣量及鋇、鎂混合液劑量。

表2 加入10%BaCl2溶液后測(cè)硫酸鹽 含量及鋇、鎂混合液用量

由渾濁情況可知，所有水樣取樣體積應(yīng)為25 mL，鋇、鎂混合液應(yīng)取4 mL。故取25 mL水樣釋至100 mL，滴加1+1鹽酸，煮沸1～2 min。趁熱加入4 mL鋇、鎂混合液，同時(shí)不斷攪拌，并加熱至沸，放置過(guò)夜后滴定。

③加入10 mL緩沖溶液，少量鉻黑T指示劑，用 EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至由紅色變?yōu)樗{(lán)色，記錄EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液用量(V2)。

④取100 mL蒸餾水加入4 mL的鋇、鎂混合液，同法作空白試驗(yàn)(V3)。

3)硫酸根離子含量按照下式計(jì)算：

2.4.6 碳酸根離子含量的測(cè)定

(1)配制0.0125 mol·L-1碳酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液，貯于聚乙烯瓶中且現(xiàn)配現(xiàn)用。配制0.0250 mol·L-1鹽酸標(biāo)淮溶液并按下述方法標(biāo)定[13]:準(zhǔn)確移取25.00 mL碳酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液于250 mL錐形瓶中，稀釋至100 mL，加入3滴甲基橙指示劑，用鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至由橙黃色剛變成橙紅色，記錄鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液用量(V)。

(2)吸取100 mL水樣于250 mL錐形瓶中，加4滴酚酞指示劑，搖勻。當(dāng)溶液呈紅色時(shí)，用鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至剛剛褪到無(wú)色，記錄鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液用量(V1)。若加酚酞指示劑溶液無(wú)色，則向上述溶液中加入3滴甲基橙指示劑溶液，搖勻。用鹽酸標(biāo)淮溶液滴定至溶液由黃色變?yōu)槌燃t色為止，記錄鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液用量(V2)。

(3)分析判斷

滴定體積判斷選擇見表3。

表3 滴定體積判斷選擇

(4)計(jì)算

①當(dāng)V1

②當(dāng)V1=V2時(shí)：

③當(dāng)V1>V2時(shí)：

④當(dāng)V2=0時(shí)：

2.4.7 氯離子含量的測(cè)定

(1)配制鉻酸鉀指示劑，0.0141 mol·L-1氯化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液和0.014l mol·L-1硝酸銀標(biāo)準(zhǔn)溶液并用氯化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)定其準(zhǔn)確濃度，步驟如下:

吸取25.00 mL氯化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液置于250 mL錐形瓶中，加水25 mL。于另一錐形瓶?jī)?nèi)加入50 mL水作空白。各加入l mL鉻酸鉀指示劑，在不斷搖動(dòng)下用硝酸銀標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，至磚紅色沉淀剛剛出現(xiàn)[14]。

(2)取50 mL水樣，加入l mL鉻酸鉀指示液，用硝酸銀標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至磚紅色沉淀剛剛出現(xiàn)即為終點(diǎn)(V2)，同時(shí)作空白滴定(V1)。

(3)計(jì)算

2.4.8 化學(xué)需氧量(COD)的測(cè)定

(1)吸取25.00 mL0.1000 mol·L-1草酸鈉儲(chǔ)備溶液于250 mL錐形瓶中，加入75 mL新煮沸放冷的純水及2.5 mL(1+3)硫酸。迅速至滴定管中加入24 mL高錳酸鉀溶液，待褪色后加熱至65℃左右，再繼續(xù)滴定呈微紅色并保持30秒不褪色[15]。記錄高錳酸鉀溶液用量。高錳酸鉀溶液的濃度計(jì)算見式如下：

將上述高錳酸鉀溶液稀釋10倍即為高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液(0.01000 mol·L-1)。

(2)水樣分析步驟:

①吸取100 mL充分混合的水樣，置于錐形瓶中，加入5 mL硫酸溶液。自滴定管加入10.00 mL高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液，將錐形瓶放入沸騰的水浴中準(zhǔn)確加熱30min。

②取下錐形瓶，趁熱加入10.00 mL草酸鈉標(biāo)準(zhǔn)使用液，充分搖勻，使紅色褪盡。

③于白色背景上，滴入高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液至溶液呈微紅色，記錄用量V1(mL)。向滴定至終點(diǎn)的水樣中，趁熱加入10 mL草酸鈉標(biāo)準(zhǔn)使用液。立即用高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至微紅色，記錄用量 V2(mL)。

(3)計(jì)算：校正系數(shù)K：K=10/V2

p(O2)耗氧量濃度(mg/L)

2.4.9 鉛(Ⅱ)、鐵(Ⅱ)、錳(Ⅱ)含量的測(cè)定

2.4.9.1 原理

水樣中金屬離子被原子化后，吸收來(lái)自同種金屬元素空心陰極燈發(fā)出的共振線(鉛：283.3 nm；鐵：248.3 nm；錳：279.5 nm)，其吸收強(qiáng)度與樣品中該元素的含量成正比[16]。

2.4.9.2 鉛、鐵、錳標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

鉛、鐵、錳標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液(100 μg/mL)均為實(shí)驗(yàn)室原有標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，使用時(shí)按需要逐級(jí)稀釋。

分別配制鉛、鐵、錳系列標(biāo)準(zhǔn)溶液(0.4、0.8、1.2、1.6、2.0 μg/mL)：準(zhǔn)確移取5 mL 100 μg/mL標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液于50 mL的容量瓶中定容、搖勻，濃度為10 μg/mL，從10 μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)溶液中分別移取2.0、4.0、6.0、8.0、10.0 mL于50 mL容量瓶中定容、搖勻[17]。

2.4.9.3 水樣離子含量測(cè)定

將標(biāo)準(zhǔn)系列溶液和樣品溶液依次噴入火焰，測(cè)量吸光度。繪制校準(zhǔn)曲線并查出各待測(cè)金屬離子的質(zhì)量濃度。

3 數(shù)據(jù)處理及分析

3.1 水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)及分類

根據(jù)我國(guó)目前地下水質(zhì)現(xiàn)狀、人類健康基準(zhǔn)值，參照生活飲用水、工、農(nóng)業(yè)用水水質(zhì)最高要求，將地下水質(zhì)量劃分為以下五類具體分類詳見表4[18]。地下水質(zhì)量分類指標(biāo)(所測(cè)部分)見表5。

表4 水質(zhì)分類及要求

表5 地下水質(zhì)量分類指標(biāo)(所測(cè)部分)

3.2 數(shù)據(jù)結(jié)果及分析

3.2.1 酸堿度的測(cè)定

表6 水樣酸堿度結(jié)果測(cè)定

圖1 水樣酸堿度對(duì)比情況

根據(jù)表6與表5進(jìn)行對(duì)照分析，所檢測(cè)水樣的 pH均在第Ⅱ類水 pH的范圍內(nèi)。其中蒸餾水為中性；由圖1可知：自來(lái)水、井水、經(jīng)過(guò)凈水器純化的飲用水 pH接近中性，說(shuō)明凈水器并未對(duì)水的 pH有顯著影響；灤河、武烈河水均為弱堿性。

3.2.2 電導(dǎo)率的測(cè)定

表7 水樣電導(dǎo)率結(jié)果測(cè)定

根據(jù)表7得出：蒸餾水電導(dǎo)率較小為8.06 μs/cm，按照純水等級(jí)分類，屬于普通純水；由圖2得出：自來(lái)水、井水、經(jīng)過(guò)凈水器純化的飲用水、灤河以及武烈河水電導(dǎo)率并無(wú)顯著差別，在770～790 μs/cm之間，由此電導(dǎo)率可說(shuō)明承德地區(qū)礦物含量較高，這與承德多礦的特征相符合。除此之外，凈水器并未對(duì)水的電導(dǎo)率有顯著影響。

3.2.3 總硬度及鈣鎂離子含量

圖2 水樣電導(dǎo)率對(duì)比情況

表8 水樣硬度結(jié)果測(cè)定

圖3 水樣硬度對(duì)比情況

根據(jù)表8與表5以及圖3進(jìn)行對(duì)照分析，所檢測(cè)水樣的總硬度均在第Ⅲ類水的范圍內(nèi)，均屬于較硬的水質(zhì)，承德多礦，因此水質(zhì)較硬，鈣的含量較高而鎂含量較低。

3.2.4 硫酸鹽含量的測(cè)定

表9 水樣硫酸鹽含量結(jié)果測(cè)定

根據(jù)表9與表5進(jìn)行對(duì)照分析，所檢測(cè)水樣的硫酸鹽含量均在第Ⅲ類水的范圍內(nèi)，其中自來(lái)水、井水硫酸鹽含量低于灤河和武烈河中的含量，而經(jīng)過(guò)凈水器純化的飲用水硫酸鹽含量最低，說(shuō)明凈水器對(duì)硫酸鹽有過(guò)濾作用。

3.2.5 碳酸鹽含量的測(cè)定

表10 水樣碳酸鹽含量結(jié)果測(cè)定

3.2.6 氯化物含量的測(cè)定

表11 水樣氯化物含量結(jié)果測(cè)定

根據(jù)表11與表5進(jìn)行對(duì)照分析，所檢測(cè)水樣的氯化物含量均在第Ⅰ類水的范圍內(nèi)，其中灤河武烈河水氯化物含量最高，快要達(dá)到Ⅰ類水的限制；自來(lái)水、井水次之，應(yīng)該是自來(lái)水廠對(duì)此項(xiàng)目做過(guò)處理；凈水器處理過(guò)的飲用水氯化物含量最低，說(shuō)明該凈水器對(duì)氯化物過(guò)濾情況較好。

3.2.7 COD含量的測(cè)定

表12 水樣COD含量結(jié)果測(cè)定

圖4 水樣COD對(duì)比情況

根據(jù)表12與表5進(jìn)行對(duì)照分析，所檢測(cè)水樣的COD含量均在第Ⅰ類水的范圍內(nèi)，由圖4可以看出凈水器處理過(guò)的飲用水COD含量最少，蒸餾水、自來(lái)水、井水、河流水COD含量依次增加。

3.2.8 鉛(II)含量的測(cè)定

根據(jù)測(cè)定方法2.4.9及圖5鉛元素校正曲線可以看出所測(cè)結(jié)果具有較高的準(zhǔn)確性，鉛元素含量結(jié)果見表13。

圖5 鉛元素校正曲線

表13 水樣Pb元素含量結(jié)果測(cè)定

根據(jù)表13與表5進(jìn)行對(duì)照分析，自來(lái)水、井水、純凈水的鉛元素含量在第Ⅲ類水的范圍內(nèi)；而實(shí)驗(yàn)室蒸餾水在第Ⅳ類水的范圍內(nèi)；武烈河、灤河水的鉛元素含量屬于第Ⅴ類水。純凈水鉛含量最少，可以看出凈水器確實(shí)有凈化水的效果；而武烈河、灤河水此項(xiàng)目檢驗(yàn)屬于第Ⅴ類水，達(dá)不到飲用水的標(biāo)準(zhǔn)，因此河水的鉛元素含量超標(biāo)，不能直接飲用。

3.2.9 鐵(II)含量的測(cè)定

根據(jù)測(cè)定方法2.4.9及圖6鐵元素校正曲線可以看出所測(cè)結(jié)果具有較高的準(zhǔn)確性，鐵元素含量結(jié)果見表14。

表14 水樣鐵元素含量結(jié)果測(cè)定

根據(jù)表14與表5進(jìn)行對(duì)照分析，蒸餾水、自來(lái)水、井水、純凈水均屬于第Ⅰ類水，而武烈河與灤河水屬于第Ⅱ類水。在此項(xiàng)目中，蒸餾水鐵含量最低，自來(lái)水、井水、純凈水的鐵含量并無(wú)顯著差別，因而凈水器在此并沒(méi)有起作用；武烈河灤河水的鐵含量遠(yuǎn)高于上述幾中水，但就此項(xiàng)目而言，也達(dá)到了飲用水的標(biāo)準(zhǔn)。

圖6 鐵元素校正曲線

3.2.10 錳(II)含量的測(cè)定

根據(jù)測(cè)定方法2.4.9及圖7錳鉛元素校正曲線可以看出所測(cè)結(jié)果具有較高的準(zhǔn)確性，錳元素含量結(jié)果見表15。

圖7 錳元素校正曲線

表15 水樣錳元素含量結(jié)果測(cè)定

根據(jù)表3.12與表3.2進(jìn)行對(duì)照分析，所檢測(cè)水樣的錳元素含量均在第Ⅰ類水的范圍內(nèi)，其中蒸餾水錳含量最低，自來(lái)水、井水、純凈水含量次之，且并無(wú)太大差異；武烈河和灤河水錳含量較大，接近第Ⅰ類水的限值，但就此項(xiàng)目而言，也達(dá)到了飲用水的標(biāo)準(zhǔn)。

4 水質(zhì)檢驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論

通過(guò)檢測(cè)結(jié)果可以看出：承德地區(qū)無(wú)論是生活飲用水還是河流水，除極個(gè)別指標(biāo)外，檢測(cè)的部分化學(xué)指標(biāo)基本都能達(dá)到飲用水的標(biāo)準(zhǔn)。

對(duì)于自來(lái)水、井水而言，檢測(cè)的指標(biāo)都屬于前Ⅲ類水，都滿足人類健康基準(zhǔn)值，適用于生活飲用水水源及工、農(nóng)業(yè)用水；對(duì)于承德境內(nèi)其中兩條河流灤河與武烈河而言，所檢測(cè)的項(xiàng)目中只有鉛含量這一指標(biāo)超標(biāo)，不符合飲用水的標(biāo)準(zhǔn)，其余指標(biāo)均符合飲用水的標(biāo)準(zhǔn)，從這里可以看出承德水源的確很優(yōu)質(zhì)。

我們認(rèn)為承德水源質(zhì)量好的原因有三：其一是因?yàn)槌械碌貙偕絽^(qū)，地勢(shì)比周邊地區(qū)要高，由于河流流向問(wèn)題，受周邊地區(qū)河流影響較小，保持了承德優(yōu)質(zhì)的水源不受外界污染；其二是承德第二產(chǎn)業(yè)不發(fā)達(dá)，排污的工廠很少甚至幾乎沒(méi)有，這就使得污染源頭幾乎沒(méi)有；其三是近些年環(huán)保問(wèn)題日漸重要，特別是習(xí)近平總書記強(qiáng)調(diào)的“綠水青山就是金山銀山”口號(hào)，加上承德作為京津冀水源涵養(yǎng)生態(tài)區(qū)，在一些涉及到環(huán)保的問(wèn)題上，政府出臺(tái)了一系列的政策引導(dǎo)和管控環(huán)境，使得本來(lái)就很優(yōu)秀的水源更加的優(yōu)秀，做到了真正的綠水青山。

就承德而言，對(duì)于上述化學(xué)指標(biāo)，使用凈水器前后，這些指標(biāo)并沒(méi)有顯著地變化，也就是說(shuō)不需要安裝凈水器，自來(lái)水仍舊達(dá)到飲用水的標(biāo)準(zhǔn)，可以放心的使用。綜上所述，對(duì)于所測(cè)的部分化學(xué)指標(biāo)，承德地區(qū)生活飲用水全部符合國(guó)家飲用水標(biāo)準(zhǔn)，皆可以放心飲用。河流水質(zhì)也相當(dāng)不錯(cuò)，可以用于正常的農(nóng)業(yè)工業(yè)等其他方面。在承德，可以不使用凈水器而放心的使用自來(lái)水。被譽(yù)為“華北綠肺”的承德，作為京津冀水源涵養(yǎng)生態(tài)區(qū)，為本區(qū)域特別是北京的水源提供了有力保障。