承德市水质部分化学指标的测定及分析

吴 琼，孙广柱，靳正中，杨 兴，张恒强

(河北民族师范学院 化学与化工系,河北 承德 06700)

1 绪论

1.1 水质分析的必要性

改革开放近四十年来，我国经济快速发展，随之而来的是环境问题的突出。环境污染的加剧使人们开始重视水资源污染问题。况且我国水资源正越来越短缺，所以应制定科学合理的解决方案，保护水资源。我国于1985年出台了《生活饮用水卫生标准》其中检测项目有35个，2006年又增加了71个指标[1]，这足以看出国家对饮用水质量的重视。

京津冀地区作为我国一大协同发展区域，承载着全国10%的人口[2]，人口高度集中，需水量也很庞大，但由于水量供应季节差异大、水利设施造成自然生态破坏、农业用水的污染、区域内第二产业偏多等原因[3]，使得此区域水质问题尤为突出。水质问题极大的制约着京津冀地区发展[4]，且京津冀地区在全国河流地表水水系中水质最差，污染较为严重，迫切的需要治理。

承德市作为京津冀水源涵养区，水源质量在整个京津冀地区较为优秀，是目前国内生态好水源聚集区[5]。市辖区内有12条河流，共有四大水系，年自生水量37.6亿m3[6]。因此承德承载着为京津冀涵养水源的重任。

水是人们正常生活的必各资料，我们生产生活的各个方面都离不开水资源。水自身的质量对人们的身体健康具有极大的影响。经过检测分析可知，对于承德地区上述化学指标，不需要安装净水器，自来水仍可以达到饮用水的标准，可以放心的使用。承德这个京津冀水源涵养区的水质好、水量大，对整个京津冀地区水源水质的改善与保持有着巨大的责任。所以通过水质分析，检验出承德地区水的质量，对承德乃至整个京津冀地区而言，具有极大的意义。

1.2 水质分析方法

1.2.1 化学滴定法

用化学滴定分析法，选取适当的滴定物质和指示剂及掩蔽剂[7]，对所取水样中的各项离子进行定量滴定分析，以求出各项离子的准确含量。

1.2.2 仪器分析法

与化学分析法相比，仪器分析法优势比较明显，本论文所用为火焰原子吸收法，在最大吸收波长下[8]测出各水样不同的吸光度，从而定量测得各项离子的准确含量。

2 水质各项指标的测定

2.1 主要实验仪器和药品

TAS-990火焰原子吸收器(北京普析通用仪器有限责任公司)、PHS-3C酸度计DDS-307A型电导率仪(上海精密科学仪器有限公司)Fe、Mn、Pb标准溶液AccuStandard USA，其他试剂均为分析纯。

2.2 水样的采集

2.2.1 水样采集容器及洗涤

(1)应用高压无色聚乙烯塑料瓶作为采集水样容器[9]。

(2)采样瓶应先用盐酸溶液(1+1)清洗，再用蒸馏水清洗。

2.3 水样的编号

为了全面分析承德地区水质状况，所采集的七个样品中包括：实验室蒸馏水，自来水、井水、纯化水、河流水。

编号如表1。

表1 水样及编号

2.4 实验部分

2.4.1 实验原理

用化学滴定分析法，选取适当的滴定物质和指示剂及掩蔽剂，对所取水样中的各项离子进行定量滴定分析，以求出各项离子的准确含量。

用仪器分析法(本论文所用为火焰原子吸收法)，在最大波长下测出各水样不同的吸光度，从而定量测得各项离子的准确含量[10]。

2.4.2 酸碱度的测定

(1)以 pH值为4.00的 C8H5KO4和 pH值为6.86的 Na2HPO4校正酸度计。

(2)将酸度计电极放进装有水样的烧杯中，待示数不变后记下读数。

2.4.3 电导率的测定

用纯水和待测水样分别润洗电导电极表面2次，将电导电极插入待测水样中，同时用玻璃棒轻轻搅拌水样，使之均匀混合，待显示器示数不变后，记录下电导率值。

2.4.4 硬度的测定

(1)配制0.020 mol·L-1EDTA溶液并以 CaCO3为基准物标定，计算 EDTA标准溶液的浓度[11]。

(2)总硬度的测定

取100 mL水样，加5 mL氨性缓冲溶液，3～4滴铬黑T，用 EDTA标准溶液滴定至由酒红色变为纯蓝色，记取EDTA耗用的体积为V1(mL)。

(3)钙镁离子含量的测定

取100 mL水样，加入5 mL40 g·L-1的 NaOH溶液，再加少许钙指示剂，用EDTA标准溶液滴定至由酒红色变为纯蓝色，记取 EDTA耗用的体积为V2(mL)。

(4)计算

2.4.5 硫酸根离子含量的测定

(1)配制0.01 mol·L-1EDTA标准溶液和0.0100 mol/L锌标准溶液，用EDTA标准溶液标定锌标准溶液浓度，记为C1。以氯化钡(BaCl2·2H2O)和氯化镁(MgCl2·6H2O)配制0.025 mol·L-1钡、镁混合溶液(用EDTA标准溶液标定)及pH值=10的氨性缓冲溶液[12]。

(2)水样分析步骤

①测定水样的总硬度 (V1)。

②取5 mL水样于10 mL试管中，加1+1盐酸2滴，10%氯化钡溶液5滴，摇匀。观察沉淀生成情况，按表2确定取水样量及钡、镁混合液剂量。

表2 加入10%BaCl2溶液后测硫酸盐 含量及钡、镁混合液用量

由浑浊情况可知，所有水样取样体积应为25 mL，钡、镁混合液应取4 mL。故取25 mL水样释至100 mL，滴加1+1盐酸，煮沸1～2 min。趁热加入4 mL钡、镁混合液，同时不断搅拌，并加热至沸，放置过夜后滴定。

③加入10 mL缓冲溶液，少量铬黑T指示剂，用 EDTA标准溶液滴定至由红色变为蓝色，记录EDTA标准溶液用量(V2)。

④取100 mL蒸馏水加入4 mL的钡、镁混合液，同法作空白试验(V3)。

3)硫酸根离子含量按照下式计算：

2.4.6 碳酸根离子含量的测定

(1)配制0.0125 mol·L-1碳酸钠标准溶液，贮于聚乙烯瓶中且现配现用。配制0.0250 mol·L-1盐酸标淮溶液并按下述方法标定[13]:准确移取25.00 mL碳酸钠标准溶液于250 mL锥形瓶中，稀释至100 mL，加入3滴甲基橙指示剂，用盐酸标准溶液滴定至由橙黄色刚变成橙红色，记录盐酸标准溶液用量(V)。

(2)吸取100 mL水样于250 mL锥形瓶中，加4滴酚酞指示剂，摇匀。当溶液呈红色时，用盐酸标准溶液滴定至刚刚褪到无色，记录盐酸标准溶液用量(V1)。若加酚酞指示剂溶液无色，则向上述溶液中加入3滴甲基橙指示剂溶液，摇匀。用盐酸标淮溶液滴定至溶液由黄色变为橙红色为止，记录盐酸标准溶液用量(V2)。

(3)分析判断

滴定体积判断选择见表3。

表3 滴定体积判断选择

(4)计算

①当V1

②当V1=V2时：

③当V1>V2时：

④当V2=0时：

2.4.7 氯离子含量的测定

(1)配制铬酸钾指示剂，0.0141 mol·L-1氯化钠标准溶液和0.014l mol·L-1硝酸银标准溶液并用氯化钠标准溶液标定其准确浓度，步骤如下:

吸取25.00 mL氯化钠标准溶液置于250 mL锥形瓶中，加水25 mL。于另一锥形瓶内加入50 mL水作空白。各加入l mL铬酸钾指示剂，在不断摇动下用硝酸银标准溶液滴定，至砖红色沉淀刚刚出现[14]。

(2)取50 mL水样，加入l mL铬酸钾指示液，用硝酸银标准溶液滴定至砖红色沉淀刚刚出现即为终点(V2)，同时作空白滴定(V1)。

(3)计算

2.4.8 化学需氧量(COD)的测定

(1)吸取25.00 mL0.1000 mol·L-1草酸钠储备溶液于250 mL锥形瓶中，加入75 mL新煮沸放冷的纯水及2.5 mL(1+3)硫酸。迅速至滴定管中加入24 mL高锰酸钾溶液，待褪色后加热至65℃左右，再继续滴定呈微红色并保持30秒不褪色[15]。记录高锰酸钾溶液用量。高锰酸钾溶液的浓度计算见式如下：

将上述高锰酸钾溶液稀释10倍即为高锰酸钾标准溶液(0.01000 mol·L-1)。

(2)水样分析步骤:

①吸取100 mL充分混合的水样，置于锥形瓶中，加入5 mL硫酸溶液。自滴定管加入10.00 mL高锰酸钾标准溶液，将锥形瓶放入沸腾的水浴中准确加热30min。

②取下锥形瓶，趁热加入10.00 mL草酸钠标准使用液，充分摇匀，使红色褪尽。

③于白色背景上，滴入高锰酸钾标准溶液至溶液呈微红色，记录用量V1(mL)。向滴定至终点的水样中，趁热加入10 mL草酸钠标准使用液。立即用高锰酸钾标准溶液滴定至微红色，记录用量 V2(mL)。

(3)计算：校正系数K：K=10/V2

p(O2)耗氧量浓度(mg/L)

2.4.9 铅(Ⅱ)、铁(Ⅱ)、锰(Ⅱ)含量的测定

2.4.9.1 原理

水样中金属离子被原子化后，吸收来自同种金属元素空心阴极灯发出的共振线(铅：283.3 nm；铁：248.3 nm；锰：279.5 nm)，其吸收强度与样品中该元素的含量成正比[16]。

2.4.9.2 铅、铁、锰标准溶液的配制

铅、铁、锰标准储备液(100 μg/mL)均为实验室原有标准储备液，使用时按需要逐级稀释。

分别配制铅、铁、锰系列标准溶液(0.4、0.8、1.2、1.6、2.0 μg/mL)：准确移取5 mL 100 μg/mL标准储备液于50 mL的容量瓶中定容、摇匀，浓度为10 μg/mL，从10 μg/mL的标准溶液中分别移取2.0、4.0、6.0、8.0、10.0 mL于50 mL容量瓶中定容、摇匀[17]。

2.4.9.3 水样离子含量测定

将标准系列溶液和样品溶液依次喷入火焰，测量吸光度。绘制校准曲线并查出各待测金属离子的质量浓度。

3 数据处理及分析

3.1 水质标准及分类

根据我国目前地下水质现状、人类健康基准值，参照生活饮用水、工、农业用水水质最高要求，将地下水质量划分为以下五类具体分类详见表4[18]。地下水质量分类指标(所测部分)见表5。

表4 水质分类及要求

表5 地下水质量分类指标(所测部分)

3.2 数据结果及分析

3.2.1 酸碱度的测定

表6 水样酸碱度结果测定

图1 水样酸碱度对比情况

根据表6与表5进行对照分析，所检测水样的 pH均在第Ⅱ类水 pH的范围内。其中蒸馏水为中性；由图1可知：自来水、井水、经过净水器纯化的饮用水 pH接近中性，说明净水器并未对水的 pH有显著影响；滦河、武烈河水均为弱碱性。

3.2.2 电导率的测定

表7 水样电导率结果测定

根据表7得出：蒸馏水电导率较小为8.06 μs/cm，按照纯水等级分类，属于普通纯水；由图2得出：自来水、井水、经过净水器纯化的饮用水、滦河以及武烈河水电导率并无显著差别，在770～790 μs/cm之间，由此电导率可说明承德地区矿物含量较高，这与承德多矿的特征相符合。除此之外，净水器并未对水的电导率有显著影响。

3.2.3 总硬度及钙镁离子含量

图2 水样电导率对比情况

表8 水样硬度结果测定

图3 水样硬度对比情况

根据表8与表5以及图3进行对照分析，所检测水样的总硬度均在第Ⅲ类水的范围内，均属于较硬的水质，承德多矿，因此水质较硬，钙的含量较高而镁含量较低。

3.2.4 硫酸盐含量的测定

表9 水样硫酸盐含量结果测定

根据表9与表5进行对照分析，所检测水样的硫酸盐含量均在第Ⅲ类水的范围内，其中自来水、井水硫酸盐含量低于滦河和武烈河中的含量，而经过净水器纯化的饮用水硫酸盐含量最低，说明净水器对硫酸盐有过滤作用。

3.2.5 碳酸盐含量的测定

表10 水样碳酸盐含量结果测定

3.2.6 氯化物含量的测定

表11 水样氯化物含量结果测定

根据表11与表5进行对照分析，所检测水样的氯化物含量均在第Ⅰ类水的范围内，其中滦河武烈河水氯化物含量最高，快要达到Ⅰ类水的限制；自来水、井水次之，应该是自来水厂对此项目做过处理；净水器处理过的饮用水氯化物含量最低，说明该净水器对氯化物过滤情况较好。

3.2.7 COD含量的测定

表12 水样COD含量结果测定

图4 水样COD对比情况

根据表12与表5进行对照分析，所检测水样的COD含量均在第Ⅰ类水的范围内，由图4可以看出净水器处理过的饮用水COD含量最少，蒸馏水、自来水、井水、河流水COD含量依次增加。

3.2.8 铅(II)含量的测定

根据测定方法2.4.9及图5铅元素校正曲线可以看出所测结果具有较高的准确性，铅元素含量结果见表13。

图5 铅元素校正曲线

表13 水样Pb元素含量结果测定

根据表13与表5进行对照分析，自来水、井水、纯净水的铅元素含量在第Ⅲ类水的范围内；而实验室蒸馏水在第Ⅳ类水的范围内；武烈河、滦河水的铅元素含量属于第Ⅴ类水。纯净水铅含量最少，可以看出净水器确实有净化水的效果；而武烈河、滦河水此项目检验属于第Ⅴ类水，达不到饮用水的标准，因此河水的铅元素含量超标，不能直接饮用。

3.2.9 铁(II)含量的测定

根据测定方法2.4.9及图6铁元素校正曲线可以看出所测结果具有较高的准确性，铁元素含量结果见表14。

表14 水样铁元素含量结果测定

根据表14与表5进行对照分析，蒸馏水、自来水、井水、纯净水均属于第Ⅰ类水，而武烈河与滦河水属于第Ⅱ类水。在此项目中，蒸馏水铁含量最低，自来水、井水、纯净水的铁含量并无显著差别，因而净水器在此并没有起作用；武烈河滦河水的铁含量远高于上述几中水，但就此项目而言，也达到了饮用水的标准。

图6 铁元素校正曲线

3.2.10 锰(II)含量的测定

根据测定方法2.4.9及图7锰铅元素校正曲线可以看出所测结果具有较高的准确性，锰元素含量结果见表15。

图7 锰元素校正曲线

表15 水样锰元素含量结果测定

根据表3.12与表3.2进行对照分析，所检测水样的锰元素含量均在第Ⅰ类水的范围内，其中蒸馏水锰含量最低，自来水、井水、纯净水含量次之，且并无太大差异；武烈河和滦河水锰含量较大，接近第Ⅰ类水的限值，但就此项目而言，也达到了饮用水的标准。

4 水质检验结果与结论

通过检测结果可以看出：承德地区无论是生活饮用水还是河流水，除极个别指标外，检测的部分化学指标基本都能达到饮用水的标准。

对于自来水、井水而言，检测的指标都属于前Ⅲ类水，都满足人类健康基准值，适用于生活饮用水水源及工、农业用水；对于承德境内其中两条河流滦河与武烈河而言，所检测的项目中只有铅含量这一指标超标，不符合饮用水的标准，其余指标均符合饮用水的标准，从这里可以看出承德水源的确很优质。

我们认为承德水源质量好的原因有三：其一是因为承德地属山区，地势比周边地区要高，由于河流流向问题，受周边地区河流影响较小，保持了承德优质的水源不受外界污染；其二是承德第二产业不发达，排污的工厂很少甚至几乎没有，这就使得污染源头几乎没有；其三是近些年环保问题日渐重要，特别是习近平总书记强调的“绿水青山就是金山银山”口号，加上承德作为京津冀水源涵养生态区，在一些涉及到环保的问题上，政府出台了一系列的政策引导和管控环境，使得本来就很优秀的水源更加的优秀，做到了真正的绿水青山。

就承德而言，对于上述化学指标，使用净水器前后，这些指标并没有显著地变化，也就是说不需要安装净水器，自来水仍旧达到饮用水的标准，可以放心的使用。综上所述，对于所测的部分化学指标，承德地区生活饮用水全部符合国家饮用水标准，皆可以放心饮用。河流水质也相当不错，可以用于正常的农业工业等其他方面。在承德，可以不使用净水器而放心的使用自来水。被誉为“华北绿肺”的承德，作为京津冀水源涵养生态区，为本区域特别是北京的水源提供了有力保障。