摘要
长江水质与人们息息相关，水质的好坏直接关系到人们的身体健康，所以长江水质也是人们生活的重要指标。通过分析池州处长江上游和下游的水质情况，可看出池州区域长江的水有没有污染。通过测定长江水的pH值、悬浮物、钙硬、镁硬、总硬、COD、DO、BOD、Pb离子含量等来分析长江水的酸碱度、有机含量和重金属污染等状况，然后根据国家的地表水环境质量标准进而判断长江水质的健康状况。[1]
关键词：水质；总硬；有机污染
第一章 引言
1.1 课题介绍及研究方法
长江自古以来就是我们伟大的“母亲河”，在亚洲它是第一大河，在世界它是第三大河，是我们炎黄子孙的骄傲，它的源头位于青藏高原，流经青西藏、云南、江西、安徽、江苏，上海等十几个省和直辖市，同时长江也是我国水量最大的河流。从古代到今天长江一直是我们饮用水的来源，长江水质问题与我们的生活息息相关，其水质情况直接反映出环境的污染问题和人们的身体健康，故长江水质的检测意义重大。
在安徽境内，长江先后流经安庆、池州、铜陵、马鞍山等城市。在池州市，长江由港口流入，再由江口流出，长江的水质情况与池州人民的生活有很大关联。另一方面，池州又是国家重点旅游城市，研究池州区域的长江水质意义更大。再者池州长江附近有不少工厂，故取池州港口和江口处的水样进行分析，以了解池州区域的长江水质情况，通过上游和下游水质的对比可判断工厂是否把污水排到长江，同时可看出池州区域长江水质的总体状况。
本次试验通过测定上游和下游水样的钙硬、镁硬、总硬、COD、BOD、悬浮物、pH等来研究长江水质情况。本实验在2013年11月份取样，属于枯水期。
第二章 水质检测过程
2.1 水样的采集
取样时间：2013年11月21日
取样地点：1、池州市上游区域（池口）
2、池州市下游区域（江口）
取样方法：把刷干净的瓶子用绳子系在事先准备好的木棍上，取样时把有瓶子的一头插入水中即可。（切记不可用手直接取样，以免影响水质，而且有坠入水中的危险）
取样地理位置如下图：
2.2 pH值的测定
2.2.1 实验仪器及药品：
pH计、烧杯、滤纸、玻璃棒、混合磷酸盐
2.2.2 实验过程：
1、先用混合磷酸盐溶于250ml水中，矫正pH计，矫正pH值为6.85。
2、把准备好的水样用pH计测定，使用前用蒸馏水清洗电极，然后用滤纸擦干净，把电极放入水样中，待读数稳定即可，每个水样测三次，每次测后在下一次测试前都要清洗电极，并用滤纸擦干净，才进行下一组的测量。
2.2.3 实验结果：
试验次数 1 2 3 平均值
长江上游 7.30 7.30 7.30 7.300
长江下游 7.59 7.58 7.59 7.586
2.2.4 实验分析：
水中生物生活同样需要合适的水环境，pH则是水环境是否适宜水生物生长的一个红药因素，pH大小都会直接反应水质的酸碱性，同时，pH变小时，水中的弱酸电离变少，水中阴离子将会转化成分子形式存在，使游离态的离子浓度变大。水中的pH增大时，则水中弱碱电离减少，弱酸电离增大，金属离子水解加剧，常形成氢氧化物或其他物质，使水中游离态浓度下降。另外pH的变化还可能危害水生生物，比如可以通过控制pH来抑制硝酸盐还原酶的活性从而影响水藻对营养物质的吸收，这也是解决水藻问题的办法之一。所以pH对水质影响很大，pH值也是判断水质是否污染的一个重要因素。[2]
从实验结果可以看出长江水质pH值大于7，稍微偏碱性，呈弱碱性 ，而且在池州下游的长江水pH值大于上游的。一般的没被污染的天然水pH值应在6.5～8.5，故池州区域的长江水符合标准。
2.3 悬浮物的测定
2.3.1 实验仪器及药品：玻璃砂芯过滤装置、0.2μm滤膜、烧杯、分析天平、烘箱、镊子、真空泵、量筒、吸滤瓶、无水乙醇
2.3.2 实验过程：
1、用镊子夹着滤膜放入烧杯中，把烧杯放入烘箱中，调节烘箱温度为103～105℃，烘干半小时后冷却至室温进行称重，记录数据。然后再次放入烘箱，同样把温度调节到103～105℃，过二十分钟后取出冷却至室温后称重，记录数据，两次数据之差≤0.2mg，不然继续烘干称重。
2、把滤膜放入过滤器中，开启真空泵，然后用无水乙醇润湿。用量筒量取混合均匀的待测水样100ml，然后把待测液慢慢倒入过滤器中，让其进行抽滤，待抽滤完全后，再以每次10mL蒸馏水连续洗涤三次，继续吸滤以除去痕量水分。停止抽滤，用镊子取出滤膜放入开始盛放滤膜的同一个烧杯中，把烧杯放入烘箱，调节温度103～105℃，烘干一小半时后取出冷却至室温进行称重，记录数据。
3、悬浮物含量按下式计算：
C(mg/L)=[(A－B)×1000×1000]/V
式中：
C——水中悬浮物浓度，mg/L；
A——悬浮物＋滤膜＋称量瓶重量，g；
B——滤膜＋称量瓶重量，g；
V——试样体积，mL。[3]
2.3.3 实验结果：
长江上游 长江下游
抽滤前第一次称重 27.0444 g 27.0465 g
抽滤前第二次称重 27.0444 g 27.0464 g
抽滤后称重 27.0460 g 27.0485 g
悬浮物含量 160 mg/L 210 mg/L
2.3.4 实验分析：
悬浮物含量的变化与泥沙的多少、径流量和水流速度及的变化有关系，其影响因素有风化强度、河床坡度、降雨量、人为活动、侵蚀情况等，受污染的水悬浮物含量相比于没被污染的水悬浮物含量偏大，所以悬浮物的含量也可以作为判断水质的一个标准。
由于本次实验使用的是0.2μm滤膜而不是规定的孔径为0.45μm的滤膜，所以此次结果不与其他地方的长江水悬浮物含量作对比，但据查资料得到2003～2007年间测得的长江水悬浮物含量平均值为256.5 mg/L，在世界大河中居于中等水平，本此实验孔径更小，测得数据更小，更能说明池州处的长江水质在悬浮物方面来讲没有被污染。同时由实验数据可以得出长江下游的悬浮物含量比上游含量高，水质相比于上游较差，估计与池州下游附近工厂有关。
2.4水硬度的测定（钙硬、镁硬以及总硬）
2.4.1实验仪器及药品：
滴定台、酸式滴定管、烧杯、锥形瓶、500ml容量瓶、250ml容量瓶、玻璃棒、乙二胺四乙酸钠盐、氢氧化钠溶液、pH试纸、铬黑体指示剂、钙离子指示剂、三乙醇胺溶液、碳酸钙、稀盐酸溶液、氯化铵固体、浓氨水
2.4.2实验过程：
1、取一些CaCO3放入烘箱中并调节温度为100℃，然后进行烘干一个半小时，取出后从中称取0.25g CaCO3放入烧杯中，加入2mL的 5mol/L的HCl使其溶解，然后加去离子水，定容至250mL容量瓶中。
2、称取1.86g乙二胺四乙酸定容至500mL容量瓶中，然后量取25mLCaCO3溶液移到锥形瓶中，然后加入适量NaOH溶液使其pH值大于或等于12，加入Ca2+指示剂，用EDTA滴定，当溶液由酒红色变为纯蓝色时为滴定终点，取3次溶液进行滴定，记录数据，取平均值，计算出EDTA浓度。
3、称取20g固体NH4Cl溶于水，然后加入100mL浓氨水定容至1L的容量瓶中,贴上标签，待用。此溶液为pH=10的氨性缓冲溶液。
4、量取100mL水样于锥形瓶中，加入5mL氨性缓冲溶液，再加入3mL百分之二十的三乙醇胺溶液，摇匀后加入少许Ca2+指示剂，此时溶液为酒红色，然后用EDTA溶液滴定（滴定终点为锥形瓶中的溶液由紫红色变为蓝色），记录数据，上游和下游水样平均滴定三次。
5、量取100mL水样于锥形瓶中，加入5mL氨性缓冲溶液，再加入3mL百分之二十的三乙醇胺溶液，摇匀后加入少许铬黑体（EBT）指示剂，此时溶液为酒红色，然后用EDTA溶液滴定（滴定终点为溶液由紫红色变为蓝色），记录数据，上游和下游水样平均滴定三次。
2.4.3 计算方法： 水的硬度= ×100.09×1000（mg/L）
本次计算硬度以CaCO3计，式中C为EDTA的浓度，v为EDTA的体积，100.09为CaCO3的质量。
此次试验用铬黑体指示剂滴定时所用的EDTA体积经公式计算为总硬度，用Ca2+指示剂滴定时所用的EDTA体积经公式计算为钙离子硬度，镁离子硬度就是总硬减去钙硬的值。
2.4.4 实验结果：
滴定Ca2+时的EDTA滴定结果
第一次 第二次 第三次 平均值
24.9mL 24.7mL 24.7mL 24.767mL
由于Ca2+与EDTA生成配合物，反应式为M+Y=MY,反应摩尔比为1：1，又因为配制Ca2+浓度为0.01mol/L，所以：
EDTA的浓度= =0.0101 mol/L。
用铬黑体指示剂时EDTA的滴定结果
第一次 第二次 第三次 平均值
上游 14.1mL 14.0mL 14.0mL 14.033mL
下游 13.2mL 13.2mL 13.1mL 13.167mL
用Ca2+指示剂时EDTA的滴定结果
第一次 第二次 第三次 平均值
上游 13.0mL 13.3mL 13.2mL 13.200mL
下游 12.7mL 12.5mL 12.5mL 12.567mL
上游水总硬度= =141.861 mg/L
上游钙硬= =133.440 mg/L
上游镁硬=141.861-133.440=8.421 mg/L
下游水总硬度= =133.106 mg/L
下游钙硬= =127.041 mg/L
下游镁硬=133.106-127.041=6.065 mg/L
由以上数据可得：
总硬 钙硬 镁硬
池州处长江上游 141.861 mg/L 133.440 mg/L 8.421 mg/L
池州处长江下游 133.106 mg/L 127.041 mg/L 6.065 mg/L
2.4.5 实验分析：
总硬度是长江水的重要属性，又因为长江水与我们生活息息相关，故总硬度也是生活用水和各方面的重要标志，所以分析长江水，分析长江水的硬度是非常必要的。由于EDTA与Ca2+和Mg2+显色灵敏度高，故本次测硬度用EDTA，由于长江水中含有Fe2+Al3+等干扰离子，故采用浓度为百分之二十的三乙醇胺来掩蔽。
由实验结果可知，池州处的长江水不管上游还是下游都在75mg/L到150 mg/L之间，属于中度硬水，又因为都在250 mg/L以下，所以池州处的长江水质从硬度方面来说，水质是比较好的，不管总硬度、钙硬还是镁硬，池州处的长江水上游和下游相差都很小，由此更能说明池州在爱护长江水方面做的很好。因为从长江上游到下游矿化程度递减，总硬度也是递减的，故下游比上游的长江水在硬度方面偏小。
2.5 COD的测定
2.5.1实验仪器及药品：
烘箱、电子炉、分析天平、滴定台、热水浴装置、酸式滴定管、250mL锥形瓶、3号微孔玻璃漏斗、250mL容量瓶、移液管、烧杯、KMnO4、Na2C2O4、H2SO4
2.5.2实验过程：
1、称取0.158g左右 KMnO4放入烧杯中，加入一定量的水溶解，然后加热至沸腾并保持微沸状态1小时，加热过程中要不断加水，保持溶液体积在500mL左右，冷却后放入棕色的试剂瓶中，避光静置2天后用3号的微孔玻璃漏斗过滤，然后避光保存到干净的棕瓶中，此溶液为0.002mol/L的KMnO4溶液。
2、将一定量Na2C2O4放入烘箱并调节温度为100℃，进行烘干2小时，然后从中准确称取0.1675g用适量的水溶解，定容至250mL容量瓶中，此溶液为0.005mol/L的Na2C2O4标准溶液。
3、用移液管准确移取100mL水样置于250ml锥形瓶中，再加3 mol/L的H2SO4溶液10mL，然后放在电炉子上加热至微沸，再准确加入10mL KMnO4溶液，立即加热至沸并持续10min，取下锥形瓶，趁热用移液管移入10mL Na2C2O4标准溶液、摇匀，此时由红色变为无色，再用移液管移入10mL Na2C2O4标准溶液，趁热用KMnO4溶液滴定至稳定的淡红色即为终点，平行滴定三次，记录数据,KMnO4用量为 V1。
4、将已滴定完的溶液再次加热到微沸，然后加入0.005mol/L Na2C2O4标准溶液10mL，摇匀后用0.002mol/L KMnO4溶液滴定至溶液显微红色，记录KMnO4用量，如果KMnO4用量为V，则KMnO4溶液校正系数为
K=
5、计算方法：
由公式得化学耗氧量COD：
COD指数（O2，mg/L）=
式中：M是高锰酸钾溶液浓度；
8是氧（ 1/2 O2）摩尔质量。[4]
2.5.3 实验结果：
长江上游测定结果：
实验次数 1 2 3 平均值
上游V1 1.0 mL 0.8 mL 1.0 mL 0.933 mL
上游V 7.4 mL 7.4 mL 7.6 mL 7.467 mL
长江下游测定结果：
实验次数 1 2 3 平均值
上游V1 1.4 mL 1.3 mL 1.2 mL 1.300 mL
上游V 7.5 mL 7.7 mL 7.4 mL 7.533 mL
有实验结果可得：
由上可得上游和下游的V平均值= =7.5mL，故计算式V取值7.5mL
所以K= =1.33
池州处长江上游池口处COD= =0.727 mg/L
池州处长江下游江口处COD= =0.805 mg/L
2.5.4 实验分析：
化学需氧量COD是指用化学法测定水中在强氧化剂作用下还原物质的量，但水中一般无机还原性物质含量不大，主要以有机物为主，所以COD是重要的有机物污染参数，COD越大，表示水样污染越严重，由于池州处长江上游和下游COD都远远小于5mg/L，所以水质都是好的，没有被污染，不过上游COD相对小一些，水质稍微好些。
2.6 BOD的测定
2.6.1实验仪器及药品：
碱式滴定管、锥形瓶、碘量瓶、玻璃棒、洗瓶、移液管、量筒、烧杯、洗瓶、移液管、量筒、烧杯、250mL容量瓶、1000mL容量瓶、硫酸锰、氢氧化钠、碘化钾、浓硫酸、可溶性淀粉、重铬酸钾、硫代硫酸钠、碳酸钠
2.6.2实验过程：
1、称取120g硫酸锰溶固体，然后溶于水中并定容至250mL，此溶液为硫酸锰溶液。
2、称取50g氢氧化钠固体溶于35mL水中，此时可看到氢氧化钠溶液十分黏稠，盛放其溶液的烧杯十分烫手，等到其溶液冷却后，再称取15g碘化钾固体溶于20mL水中，将两溶液合并，混匀，然后用水稀释到100mL，此时会发现有少许沉淀，我们需要倾出上清液并储于棕色瓶中，再用橡皮塞塞紧并避光保存，此溶液为碱性碘化钾溶液。
3、称取1g可溶性淀粉并加入少量的水调成很稠密的面糊状，搅拌的同时倒入正煮沸的蒸馏水中，带其冷却后倒入100mL容量瓶中保存，此溶液为1%淀粉溶液。
4、将重铬酸钾固体放入烘箱中并调节温度100度，进行烘干2小时，然后称取0.3064g溶于水，再定容至250mL容量瓶中，此溶液为0.025mol/L的1/6重铬酸钾标准溶液。
5、称取6.2gNa2S2O3固体溶解于煮沸后冷却的水中，然后加入0.2gNa2CO3固体，用水稀释，定容到1000mL容量瓶中，储于棕色试剂瓶中，此溶液为Na2S2O3溶液。
6、在250mL碘量瓶中加入100mL水和1g碘化钾，然后再依次加入10mL0.025mol/L的重铬酸钾标准溶液和5mL 2%的硫酸溶液，密闭并摇匀，在暗处静置5分钟后，用代标定的硫代硫酸钠溶液滴定至淡黄色，再加入1mL淀粉溶液，此时呈蓝色，继续滴定至蓝色刚好退去，平行实验三次，记录用量，然后计算硫代硫酸钠的浓度。
3.2总结
1、从池州处长江水上游和下游检测结果看出，下游的悬浮物比上游的高，钙硬、镁硬、总硬是上游的比下游的较高，这些很正常，因为长江发源地富含很多矿物质元素，所以钙镁等金属离子含量丰富，导致上游硬度大于下游硬度。
2、池州处上游的水溶解氧大于下游的，高猛酸钾指数小于下游的，当然DO越大、COD越小说明水质越好，但下游的BOD略小于上游的，BOD和COD都是判断有机污染的重要指标，这说明池州处下游和上游水质差异不大。
3、无论从溶解氧、高锰酸钾指数、生化需氧量，还是总硬度，池州处的长江水属于I类，这表明池州处的长江水质较优，没有出现有机物污染等现象，这是池州人民爱护环境的体现，池州不愧为绿色城市。
