中國城市供水水質監測技術
1993年建設部組建了“國家城市供水水質監測網”(以下簡稱監測網)。據調查,在監測網成立之前,全國只有7家大型供水企業具有檢測當時《生活飲用水衛生標準》規定的35項檢測指標的能力。1992年建設部提出“城市供水行業2000年技術進步發展規劃”(以下簡稱2000年規劃),要求一類水司應具備89項水質指標的檢測能力。目前大部分監測站具備88項水質指標的檢測能力,另外還有6個監測站具有致突變試驗(Ames試驗)的檢測能力。衛生部于2001年公布的“生活飲用水水質衛生規范”檢測項目共96項,一般監測站還不具備“非常規項目”中個別的項目檢測能力。但有些監測站結合當地水質的需要檢測項目的能力已達100多項。
水質監測數據是水質督查工作中最基本的依據,因此對檢測機構的組織機構、人員素質、儀器設備、檢測方法、工作環境、實驗室管理等多方面,在實驗室認證/認可時都有嚴格要求,檢測機構需經國家質量技術監督局有關部門認證/認可審查合格后才有資格進行城市供水水質監測工作,以保證數據的準確性和合法性。目前我國已有36個監測站,取得了認證資格。個別監測站已取得認可資格。
物理項目的測量
在“2000年規劃”規定的89項檢測項目中,有7項屬于物理測量或感官測試,其中建設部要求水中濁度由原來的硅藻土目視比濁法改為甲標準散射濁度計法(以NTU計)其濁度標準為IN鄄TU,以便與國際接軌。此項要求公布后提高了供水水質質量。
放射性物質α、β射線強度的測量是將水樣濃縮后進入計數系統與標準源進行比較,如果發現超出標準規定應請衛生部門作核素分析,并做出評價。操作時要注意防護安全措施。
無機物質的檢測
———無機陰離子的檢測從前水中氯化物、硫酸鹽、硝酸鹽、亞硝酸鹽、氟化物等一般都用滴定法或分光光度法檢測,近幾年監測站為了提高檢測的精度和簡化操作手續,有50%的監測站已經改用色譜法進行分析。但是該儀器對飲用水中亞硝酸鹽的檢測不適宜,可用于原水中亞硝酸鹽的檢測。
如采用離子色譜儀一次注入多種混合標準液,可測出多種物質的含量,提高了工作效率。
———無機陽離子的檢測在天然水中有許多微量元素,有的微量元素對人體健康是有益的,長期飲用缺乏某些微量元素或飲用超過飲水標準的水,都會產生地方病,污染嚴重甚至會引起相關疾病發病率上升。
這些微量元素的檢測在60年代采用化學分析方法手續繁雜,藥耗大、污染環境,有些微量元素也沒有很好的檢測方法。隨著科技的發展,在70年代起逐漸推廣原子吸收分光光度法。目前36個監測站全部都采用了無火焰原子吸收測定儀,其精密度、準確度、檢測限都比化學方法準確,簡而易行。近幾年又采用氫化物原子螢光儀測定水中砷、汞、硒,也提高了檢測精度。兩種檢測儀器對指定的檢測項目都能滿足要求,因此該兩種檢測儀已成為監測站的基本儀器。但是這兩種儀器對于一個未知水樣,要了解水樣中都會有那些元素是無法做到的,它只能完成指定項目的檢測,沒有對未知水樣“掃描”的功能。
在70年代我們曾采用2m光柵攝譜儀,測定水中元素但該儀器需要大量濃縮水樣,手續繁雜,精度不夠,它的優點是能“找描”未知水樣中的各種元素,這種儀器對冶金、地礦、建材行業很適用。
進入80年代,在分析化學的技術發生了一次重大突破,就是電感耦合等離子體發射光譜(ICP-AES)技術問世,至今仍認為是元素最理想的檢測手續。1980年英國、加拿大兩上公司同時推出商用電感耦合等離子質譜儀(ICP-MS)。它的主要原理是樣品經過氣功霧化器,使樣品變成氣溶膠,然后以氬氣為基質,進入高溫射頻等離子體,該離子體發生器是一個套管,其內管外面有高頻射線圈,產生高頻電加熱溫度高達100000K(≈9727℃)氣溶膠在內套管內進行離子化,外套管內通氣或水冷卻內套管外壁,樣品離子化后很快經過采樣器進入質譜儀真空系統,質譜儀一般選用4極桿質譜,它是由4個電極組成,分別通入直流電和高頻電,產生2個電場當加速粒子進入兩個場后產生復雜形式的振動,在連續改變高頻電場和直流電場強度的比值(即改變高頻及直流電壓)離子通過電場分別進入電子倍增管產生信號,(其強度與到達的離子數目成正比),進入計算機后進行整理就可以得到元素的定性分析,如果用已知標準樣進行標定,即可完成精確的定量分析。該儀器對水樣的最低檢測質量濃度在0.08滋g/L,我們的飲用水標準一般在0.0xmg/L,因此完全能滿足飲用水檢測的要求。特別是對一個新水源或從來沒有用ICP-MS“掃描”過的水樣,摸清水中無機物質的情況,防止漏檢。
同時該儀器能及時偵破突發的水質污染事故和投毒事件的無機有毒物質及其含量,但是由于ICP-MS價格昂貴,檢測中消耗氬氣量大,檢測成本高,一時很難普遍采用。據不完全統計,石家莊、蘭州、西寧等監測站有ICP-AES光譜儀。呼和浩特、廣州、深圳、西安、北京等監測驗站及建設部國家城市供水水質中心都已具備ICP-MS光譜儀。
有機物質的檢測
當前全球水污染的重點是水中微量有機物質的污染,目前世界上在水中已經檢測出微量有機物質2000多種,在美國從水中鑒定出767種有機化學污染物,其中有109種為致癌和致突變物質。1990年國家環保局結合我國國情提出水中優先控制污染物質共選出14類68種,近年來發達國家除關注“三致”的物質危害時,還特別關注水生生物受到污染后產生異常變化。其原因是由于內分泌干擾物質的危害造成的,如癌癥、不育癥、先天缺陷,生物雌性化、雄性精子數量減少等。發現內分泌干擾物質來自一些農藥、塑料、橡膠增塑劑以及工業排出的污染物質。我國有關部門正在開展這方面的調查研究工作。
在評價飲用水水質量即要看到物質的毒性,更重要的是弄清其含量與標準對照才能進行評價。因此準確的檢測水中有機物質的含量是十分重要的。目前普遍采用氣相譜儀、液相色譜儀對水中微量有機物質進行檢測。
氣相色譜法是將樣品經加熱后隨載氣進入色譜柱使多種復雜化合物進行分離,然后分別進入檢測器,檢測器有四種其中有機氯化合物檢測時多用放射性電子捕獲鑒定器(ECD),有機硫、磷農藥檢測時多用火焰光度鑒定器,通過鑒定器產生的電信號進入微機與已知濃度的標樣進行比對,就可以測出該物質濃度。氣相色譜儀適用于因加氯后產生的有機鹵化物、農藥和加熱后易揮發的有機化合物的測定。
高效液相色譜儀是將樣品及溶劑經驅動泵進入分離柱,分離柱內裝硅膠填料,可以將各種有機物質進行分離,然后進入檢測器(紫外或螢光)輸出信號進入微機與已知濃度的標樣比對可得到樣品的質量濃度。一般分析水中酚類、多環芳烴及高溫分解物質等致癌物質多采用液相色譜法。
就已知化合物中一般不經過處理直接進入氣相色譜儀的樣品只占20%,而液相色譜儀可以有70%的化合物可直接進入儀器檢測。這兩臺儀器都具有檢測水中指定的有機物的檢測功能,是監測站必備的基礎儀器目前36個監測站都已具備了這兩種儀器。
在氣相、液相色譜儀的后面與質譜儀聯用,就可以近似ICP-MS儀,具有“掃描”功能。能檢測出水樣中含有那些有機物的種類并能定量。氣相和液相色質聯機也同樣具有偵破功能。
此外為了減少人工操作誤差,提高工作效率,采用流動注射自動水質分析儀,代替復雜的化學分析方法這種儀器多用于分析水中的酚、氰、洗滌劑等多種項目的檢測,目前在太原、呼和浩特、武漢、寧波、廣州、深圳、北京等監測站已設置了流動注射自動水質分析儀。
水中微生物的檢驗
在“2000年規劃”中規定,考慮到要與國際飲水標準接軌,要求檢驗水源水及飲用水中糞型大腸桿菌、糞型鏈球菌、亞硫酸鹽還原菌來判斷水源污染狀況。一般檢驗方法是原水多采用多管發酵法,飲用水采用超濾膜法,具體檢驗方法建設部已頒布行業標準(CJ/T148-2001)。
水中化學物質致突變性的檢測
近20年來對水中化學物質致突變性的檢驗方法已接近100多種,但經常用于環境污染檢測改變突變性的方法約20多種,“2000年規劃”中規定采用Ames試驗法,其方法的檢驗結果在致突變與致癌變的一致率還有一定差距,但由于其操作快速易物,目前仍列為首選的方法。
其原理是將一定量水樣濃縮后殘留物質是否能構成對基因致突變,常用鼠傷寒沙門氏菌做試驗,用受試物質誘發沙門氏菌突變型恢復為野生型的能力試驗。采用的菌種是營養缺陷型,它不能自給合成組氨酸,在缺乏組氨酸的培養基上不能生長,如果在受試物作用下,使致突變型轉化為野生型就能在培養基上生長菌落,根據菌落多少,就可以判斷受試物的致突變性強弱。
目前天津、北京、上海、深圳、武漢、昆明監測站具有這種檢驗能力。
經水傳播的寄生蟲檢驗
蘭氏賈弟鞭毛蟲,隱孢子蟲,寄生蟲病遍及全世界,在人類傳染病中占有重要地位,由于飲用不清潔的水,是寄生蟲傳播的主要途徑,目前對隱孢子蟲病還沒有特效藥治療,因此對患者產生嚴重危脅。美國1965年至1984年共報導過90多起暴發流行賈弟蟲病,日本1996年也曾暴發過,1998年悉尼市報導自來水中檢查出賈第蟲,并號召市民飲用開水。我國衛生部門也有相關報道,特別是近年艾滋病蔓延,患者免疫力下降,傳遞上隱孢子蟲病后,構成了患者死亡的原因之一,因此引起了國際上的重視,目前我國有關部門正在研究檢測方法及相關標準。
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