水环境监测论文研究

摘要：本文从水环境质量评价的基本概念出发，在简要介绍现有水环境质量评价方法的基础上，对各方法的应用条件及优缺点进行了比较分析，最后针对评价工作中对平均值的不同认识进行了分析讨论。关键词：水环境；质量；评价标准；评价方法1 水环境质量评价水环境质量评价就是通过一定的数理方法和其他手段，对水环境素质的优劣进行定量描述（或将量质变换为评语）的过程。水环境质量评价必须以监测资料为基础，经过数理统计得出统计量（特征数值）及环境的各种代表值，然后依据水环境质量评价方法及水环境质量分级分类标准进行环境质量评价。2 水环境质量评价的作用及分类水环境质量评价是进行环境管理的重要手段之一。通过水环境质量评价可以了解环境质量的过去、现在和将来发展趋势及其变化规律，制定综合防治措施与方案；可以了解和掌握影响本地区环境质量的主要污染因子和主要污染源，从而有针对性地制定改善环境质量的污染源治理方案和综合防治规划与计划；可以为制定国家或地方的环境标准、法规、条例细则等提供科学依据；可以进行环境质量的预断预报，编制新建、改建、扩建和挖潜、革新、改造等工程技术项目的环境影响报告书和防治方案，为选址、设计和生产布局提供科学依据，还可用以总结本地区的环保工作，鉴定防治措施的效果、写出年度环境质量报告书，进行不同地区间环境质量的比较，交流情报资料，进行全国环境质量统计，促进环保科研技术的发展以及是否以牺牲水环境质量和人民健康而换取经济发展高速度的损益分析等。按不同的分类方法，大致上可将水环境质量评价分为以下几种类型：1）按照时间可分为回顾评价、现状评价和预断评价；2）按照区域类型可分为城市、区域或流域、景区等；3）按照环境的专业用途又可分为饮用水、灌溉水、渔业用水等质量评价。3 水环境质量评价方法 评价方法简介国内外环境质量评价方法多种多样，但目前国内还没有制定出统一的评价方法标准供环保工作者使用。水环境质量评价方法较多如：布朗水质指数、普拉特水质指数、罗斯水质指数、内梅罗水质指数、综合污染指数、模糊数学法和地图叠加法等，最后一种方法是国内目前普遍采用的方法，简单且实用。以上种种评价方法都要首先确定断面单项指标代表值，大多用平均值作为代表值，而内梅罗水质指数法则既考虑到平均值，同时又考虑端值对评价结果的影响，但评价工作中有很多具体问题不易解决，很少采用。其他方法还牵涉到标准问题或评价指标的权重问题，也很少采用。 水环境质量评价基本步骤评价目的 根据水环境质量评价的作用，明确评价目的。选择评价范围 如全国、流域、水系、城市、湖库等水环境质量评价；选取评价资料 现状评价一般选择最近年份或月份的资料作为现状资料，回顾评价则选择基础年份至现状年份资料，时段必须有一定代表意义，如淮河流域近期的回顾评价大多选择1994年至2000年的资料，因该流域的大规模污染治理是从1994年开始的；选择评价项目 一般要包含自然指标、有机污染指标和有毒污染指标；选择评价标准 可根据评价目的选择不同的水质评价标准；选择评价方法 对于流域评价，一般要分水期进行单项评价、分类评价（天然类、有机类、有毒类）和综合评价。分类评价和综合评价法比较常用的是地图重叠法。对于供水水源地水质评价，一般要计算水源地水质指数(WQI)，评价结果定期向社会公布；评价结果 描述评价结果，找出主要污染因子、主要污染区域、污染趋势及变化规律、分析污染成因等。水环境质量评价的其目的就是通过评价了解环境质量的过去、现在和将来发展趋势及其变化规律，掌握影响本地区环境质量的主要污染因子和主要污染源，从而有针对性地制定改善环境质量的污染源治理方案和综合防治规划与计划。因此，根据上述步骤进行评价时目的性要强，要灵活多变，充分发挥个人的主观能动性。现状评价既可以是月度评价，也可以是季度评价，还可以是年度评价。回顾评价一般是对近几年的水质进行回顾分析。月度水质现状评价，要结合图表描述该月总体水质状况，与上月水质对比，与去年同期水质对比，水质是好转了还是恶化了，应有一个明确的结论。找出该月的主要污染因子及水质污染比较严重的河流或断面。季度现状评价同月度水质现状评价基本类似，但必须首先确定时段断面代表值。年度水质现状评价，要结合图表描述本年度总体水质状况，与去年或基准年水质对比，水质是好转了还是恶化了，也应有一个明确的结论。从时间上来讲，因河流水质受季节影响比较明显，还可以分水期、分季度或逐月对比分析；从空间上来讲，可以按河流、水系等不同地域进行评价，河流评价还应分析沿程水质变化情况，最好用主要污染指标的浓度过程线突出污染严重的地点。在分析支流对干流污染贡献的大小时，可利用等标污染负荷比排序来加以解决，但由于偶然一次的结果可能会使其缺乏代表性，因此建议结合流量资料对某污染物进行输送量计算。举例来说，以淮河干流的鲁台孜站为下游控制点，其上游有淮干起始断面淮滨，最大的支流颍河，第二支流涡河，还有洪河、淠河、史河等。一般认为颍河及涡河对淮干的污染影响较大，但是在计算了各支流河口各年的CODmn输送量之后，发现洪河及淮河淮滨对鲁台孜的污染贡献最大，约占鲁台孜总量的30%～70%，且二断面污染物输送量各年的变化图形也同鲁台孜的图形相似，相反颍河和涡河的影响偏小。这主要是因为洪河和淮河淮滨为畅流型河道，而颍河和涡河节制闸众多所致，如后者为畅流型河道，淮河将不堪重负。以上例子能说明很多问题，但也有其一定的局限性，就是没有考虑到污染物降解因素，而且要求有完整可靠的流量系列资料。4 水环境质量评价工作中存在问题最近，有关部门发布了《地表水环境质量标准》（GHZB 1——1999），部分内容虽涉及到了水质评价，但仍不十分详细。该标准第条规定“地表水环境质量评价应选取单项指标，分项进行达标率评价”，主要突出了单项达标率评价；第条规定“对于丰、平、枯水期特征明显的水体，应分水期进行达标率评价，所使用数据不应是瞬时一次监测值和全年平均值，每一水期数据不少于两个”，在强调达标率评价的同时又否定了各水期和全年平均监测值的作用。举例来说，淮河水系的史河红石咀断面水质一直较好，多数月份为Ⅱ类，少数月份为Ⅲ类，但《淮河流域水污染防治规划及”九五“计划》中的水质目标定为Ⅳ类，水质达标率肯定是100%，如果人们想知道该断面各水期及全年综合评价到底是几类水，就没有一个量化概念。如果有断面代表值时，就能解决这一问题。流域水质评价是区域评价，内容必然会涉及到流域总体水质，在各断面没有时段代表值时，按监测站次进行达标率评价所得出的流域总体达标率信息将会失真，因为这个结果在一定程度上受各站的监测频率影响较大，无意中给各站设定了权重。例如，一个站监测频率是3次/年，大多为超Ⅴ类水体，另一站监测频率为12次/年，大多为Ⅲ类水体，按监测站次统计该区域年水质类别百分比时，水质好的百分比就会偏大，不能反映真实情况。根据统计学原理，要对一个样本系列进行完整描述，必须了解随机变量的可能取值与概率的关系，达标率、超标率、检出率评价实际上相当于概率评价，但在实际工作中需要的不仅仅是概率与其对应的随机变量取值的关系，还需要描述随机变量分布的总体概括，即随机变量的数字特征，并根据特征值确定某断面在评价时段内的水质类别。在处理实际问题时，仍需要有限次的试验或观测来解决。数字特征通常有两大类：一类是反映随机变量的集中程度，即平均数，其数字特征值有平均值、中位值、众数和几何平均值；一类是反映随机变量的离散程度，数字特征值有平均差、方差和均方差。环境统计平均值，是指在同质的总体中，环境现象在一定的时间、地点和条件下所达到的一般水平的统计指标。其显著特点是用一个数值来代表所研究环境现象的一般水平，以及把总体各变量之间的差异给抽象掉了。实际上是一个从个性到共性的过程。利用平均数，可以比较同类现象在不同区域所达到的一般水平，帮助人们认识所研究环境对象的总体情况，并且可以研究某种事物一般水平在不同时间上的发展变化，从而观察和分析其发展变化的过程和发展趋势。只有这样才能揭示各种环境现象之间相互依存关系的规律性。众数是样本系列中出现次数最多的一个随机变量，具有很好的代表性，但短期水质资料中众数一般不易找到，实际工作中不可能得到真实的众数。而几何平均值主要是研究平均增加率或平均比率之用，对于变幅很大的因素常常使用。因此在水质评价时一般不采用众数和几何平均值作为代表值。算术平均值、中位值和众数的位置关系如果用横坐标代表变量的取值，纵坐标代表相应的频数，如曲线分布为对称形，则三者合而为一。如曲线分布为正偏或负偏（见图1、图2），那么算术平均值受端值影响最大，远离众数；而中位值受项数影响，离众数较近。离散程度反映变量分布在平均值两侧的疏蜜程度，离散度小，说明变量取值与平均值相差很小，平均值比较稳定且代表性强。相反，离散度大，说明变量取值与平均值相差很大，说明平均值稳定性小且代表性差。评价精度是指所得出的评价结果与实际的环境质量之间的差异。评价代表值的精密度决定了评价结果的精度。假设以平均值作为代表值，根据平均值标准偏差公式不难看出，取样密度越大（即n越大），平均值标准偏差就越小，平均值越可靠，精度越高，同样评价精度也就得到了相应提高。从以上分析可以看出，水环境质量评价必须统计断面代表值，这是水质评价的基础。究竟是取平均值合适，还是取中位值合适，要具体情况区别对待。在水质评价时首先计算平均值标准差，并由此判断平均值的代表性，会给评价工作增加较多工作量。一般情况下，中位值出现的频率比较接近众数出现的频率，中位值具有很好的代表性，当监测频率为每月一次时，可将水期平均值或中位值作为断面代表值；当监测频率为每两个月一次时，可将中位值作为水期断面代表值；当三、四个月监测一次时，平均值和中位值都无代表性。显然，在水质评价时一味强调年平均值受极值影响无代表性，或者认为年平均值不能反映极值，这些观点是值得商榷的。

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水环境监测中现代化萃取技术的应用摘要：现代化萃取技术——快速溶剂萃取是固体物质中污染物监测的一种样品前处理技术，它根据溶质在不同溶剂中溶解度不同，在较高的温度和压力下选择合适的溶剂，高效、快速地萃取固体或半固体样品中的待测物。本文阐述了ase的技术性能和特点，讨论了该技术在水环境监测中的应用，展望了水环境中有机污染物监测技术的发展前景。关键词：水环境监测快速溶剂萃取有机污染物样品前处理一、前言随着工业的发展，水环境中有机污染日益严重，因此有机污染物监测已成为当今世界的研究热点。斯德哥尔摩会议规定禁止或限制使用12种有机物，“加强环境调查，尤其是在发展中国家”是该次会议的重要基本原则之一。受到农药和有毒物质污染的食品，禁止出口，许多国家提出了更高的卫生要求，出口食品农药残留量和有毒物质含量标准规定到了近乎苛求的地步，我国作为wto的成员国，高效、快速地监测有机污染物已成为刻不容缓的艰巨任务。有机污染物具有一定的生物积累性和“三致”作用，甚至有些痕量有机物的危害也是很大的，因此不断寻求痕量、超痕量污染物的监测方法是当今有机污染物监测的重要任务。随着经济社会的快速发展以及对环境监测工作高效率的迫切需要，研究高效、快速的有机污染物监测技术已成为国际环境问题的研究热点之一。沉积物是水体污染物沉积的归属地，污染物在水和底泥的两相间存在着迁移转化行为，在一定条件下又会污染水体。因此有效地分析监测河流和水库沉积物中的污染物，对于治理水体污染有重要意义。此外，沉积物中的有机污染物和水体中的生物间还存在着二次污染问题，因而世界各地开展了一系列研究课题。我国地表水环境质量标准水源地特定监测项目中规定了68种有机污染物的标准限值，因此，迫切需要有机污染物监测的先进技术普及与推广，非凡是在水利系统，对有机污染物的监测工作研究不够，急需先进的监测技术支持并指导水质监督工作的发展。有机污染物监测主要包括样品前处理和仪器检测两部分。而样品前处理技术在有机污染物监测中起着重要的作用，快速溶剂萃取技术就是一项先进的用于固相、半固相物质中痕量有机物前处理的方法。二、有机污染物前处理现状固体样品有机物的前处理主要是采用液固萃取方法，即利用有机物在不同溶剂中溶解度不同，将待测有机物提取出来，传统的方法主要有索氏提取，以及后来进一步发展起来的自动索氏提取、超声萃取、微波萃取、超临界萃取等，但有机溶剂的用量仍然偏多，萃取时间较长，萃取效率不够高。水环境监测具有采样点多、样品数量大、时效性强等特点，非凡是需要一些应急监测措施，上述前处理方法不能满足水环境监测高效、经济的现代化需要。近几年来发展的全新的前处理方法——快速溶剂萃取法，是一种在提高温度和压力的条件下，用于萃取固体物质中有机物的自动化方法，与前几种方法相比，其突出的优点是有机溶剂用量少、快速、回收率高，该法已被美国epa选定为推荐的标准方法，具有世界领先水平，是解决水环境中底泥、土壤等固相物质中挥发性、半挥发性和持久性有机物分析、监测的有效方法。三、快速溶剂萃取技术快速溶剂萃取技术是根据溶质在不同溶剂中溶解度不同的原理，利用快速溶剂萃取仪，在较高的温度和压力条件下，选择合适的溶剂，实现高效、快速萃取固体或半固体样品中有机物的方法。在高温条件下，待测物从基体上的解吸和溶解动力学过程加快，可大大缩短提取时间；由于加热的溶剂具有较强的溶解能力，因此可减少溶剂的用量；在萃取的过程中保持一定的压力可提高溶剂的沸点，提高萃取效率，保证萃取过程的安全性。1技术原理升高温度。温度的提高有利于克服基体效应，加快解析动力学，降低溶剂粘度，加速溶剂分子向基体中的扩散，提高萃取效率。该仪器的答应温度范围：50℃-200℃。常规使用的温度范围75℃~125℃，对于环境中一般污染物常用温度100℃。在高压下加热，高温的时间一般少于10min，实验证实热降解不甚明显，可用于样品中易挥发组分的萃取。增加压力。液体的沸点一般随压力的升高而提高，增加压力使溶剂在高温下仍保持液态，并快速布满萃取池，液体对溶质的溶解能力远大于气体对溶质的溶解能力，提高了萃取效率，并保证易挥发性物质不挥发，增加了系统的安全性。该仪器的答应压力范围：，常规使用压力一般保持在1500psi。多次循环。根据分析化学中少量多次的萃取原则，在萃取过程中利用新鲜溶剂的多次静态循环，最大限度的接近动态循环，提高萃取效率。常规采用2~3个循环，即可达到良好的萃取效果。2工作过程样品的预备。含水样品会降低萃取效率，萃取前需通过自然风干或加入干燥剂进行干燥，但不要使用硫酸钠，在高温下会凝聚。样品颗粒的表面积越大，萃取的效率越高，萃取前需研磨颗粒粒径小于，聚合体样品最好在低温，例如液态氮保持低温状态下，通过加入添加剂后进行研磨。在萃取时要加入分散剂，例如颗粒较细的海砂或硅藻土，提高萃取效率。萃取剂的选择。合理选择萃取剂对于有效地萃取目标化合物有着重要的作用。除强酸外，有机试剂、水和缓冲溶剂均可用于ase，根据相似相溶原理，萃取剂的极性应接近目标化合物。不同极性溶剂的混合物可适用于多类型化合物的萃取。常规使用的溶剂有：二氯甲烷、三氯甲烷、石油醚、丙酮等。技术特点。溶剂被泵入填充有样品的萃取池，加温、加压，数分钟后，萃取物从加热的萃取池中输送到收集瓶中，经净化、脱水、浓缩处理，供色谱分析用。加速溶剂萃取仪的构成和工作程序如下图所示。ase有机溶剂用量少，10g样品只需15ml溶剂；快速萃取，完成一次萃取全过程的时间一般需15min；基体影响小，对不同基体可用相同的萃取条件；萃取效率高，选择性好，已进入美国epa标准方法，标准方法编号3545；便于方法的开发和发展，已成熟的溶剂萃取方法都可用于加速溶剂萃取法的开发利用；使用方便、安全性好，可达到12个样品连续自动萃取，全程自动化。3适用范围ase可用于底泥等固体物质中酸性、碱性和中性物质的萃取，尤其对水环境中的有机氯和有机膦农药、氯代除草剂、多氯联苯类物质、二恶英、多氯二苯呋喃，总石油烃、柴油和废油等的萃取十分有效。四、ase与其它前处理技术比较1与各种传统萃取技术比较ase方法可以完全取代人们所熟知的传统的液固萃取方法，如索氏提取、自动索氏提取、超声萃取等。表1是几种传统的萃取方法与ase方法的对比情况。从上表的对比数据可见，ase萃取同样的样品量所用的溶剂最少，溶剂样品比仅为5∶1；其它方法的萃取时间用小时计算，ase仅需12-20分钟。ase是一个节省时间、节省溶剂、高效率的全自动萃取技术。2与超临界萃取技术比较ase技术比超临界萃取技术具有更多的优势，二者比较情况见表2。由上表可见，ase技术操作更简便，适用范围更广泛。由于ase萃取池最大为100ml，故一次可处理大量样品，更适合于痕量、超痕量污染物的萃取。ase已列入美国epa标准方法，符合标准化要求。3与索氏提取技术比较索氏提取是传统的萃取方法，也是目前大多数实验室普遍使用的方法。ase可以完全取代索氏提取，并有非常明显的优势，二者比较见表3。采用ase技术可在较短的时间内获得更好的萃取效率；萃取溶剂的用量明显减少，从而使得单个样品的提取费用也显著降低；由于采用密闭系统，大大降低了有机组分的损失，提高了回收率。五、问题与展望ase是近年来发展的现代化萃取技术，由于其突出的优点，已受到环境污染监测工的极大关注。ase技术在处理底泥等固相物质中具有强大的优势，但仍具有其局限性，它不适于水中有机污染物的监测，因此在水环境监测中应进一步提高水中有机物监测技术水平。水中挥发性有机污染物监测也应改变传统的顶空气相色谱法，发展吹扫捕集气相色谱法；对于水中半挥发和难挥发、难降解有机物的监测，应发展固相萃取技术，促进水中有机污染物监测现代化技术的发展。ase技术的高效萃取性能及其仪器高度自动化的完美结合大大改善了环境污染物监测工作质量和效率，对实现环境监测的现代化有重要的现实意义。在水环境监测中，应系统地发展吹扫捕集、固相萃取、快速溶剂萃取技术，这三种前处理技术的结合可对水环境中有机污染物进行较完整的处理，再与色谱技术的联合使用，即可较全面地监测水环境有机污染状况，为进行污染趋势分析及研究控制对策提供可靠、全面的科学依据，从而促进水利现代化的可持续发展。参考文献张景明.水样中痕量有机物分析的前处理方法.中国环境监测，2001，17：31~33牟世芬.加速溶剂萃取的原理及应用.环境化学，2001，20：299~300刘晓茹.我国水环境有机污染现状与控制对策.水利技术监督，2002，5：58~60齐文启.痕量有机污染物的监测.北京：化学工业出版社刘虎威.河流沉积物中有机污染物的分析研究进展.中国环境监测，2001，17：12~16