水环境监测指标的相关性分析
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简介：对水环境指标的相关性进行分析，为监测数据审核提供帮助。
关键字：水环境指标，相关性分析
环境监测数据是环境内在质量的外在表现,它有着自身的规律和特性，某些要素之间有很紧密的相关性,了解这种关系有助于我们对数据进行审核。本人根据多年数据审核经验，对环境指标的相关性进行以下概述：
溶解总固体和电导率
电导是水溶液电阻的倒数，水样中可溶性离子越多，电阻就越小，电导就越大，因此水样的电导率和总溶解固体存在一定的相关关系。天然水中，总溶解固体和电导率的比值大约为0.55―0.70，这只是一种粗略的估算。若水样中含有较多的游离酸或苛性碱，其比值要比0.55小，若水样中含有大量盐分，其比值可能比0.70大。
溶解总固体和总硬度
由于水中主要离子有八种，其中就含有Ca2+和Mg2+ ,因此水样的总硬度<总溶解固体，其比值大约为0.50―0.80，这只是粗略的估算。若水中Ca+ 、Mg2+含量很高时，其比值要比0.80大，而若水中Ca2+ 、Mg2+含量很小时，其比值要比0.50小。
氟与硬度
氟与 Ca、Mg 形成沉淀物溶度积较小, 因此, 在中性、弱酸性或弱碱性水溶液中, 氟含量与钙、镁量负相关, 即与硬度呈负相关。
可滤蒸发残渣和可滤离子总量
对于清洁水样，可滤蒸发残渣（105℃烘干至恒重）大体上等于可滤离子（主要是水中八大离子Na+、K+、Ca+2 、Mg2+、SO42-、Cl-、HCO3-、SiO32- ）之和。对于受污染的水样，由于可能含有较高浓度的Fe3+、Mn2+、Zn2+、Cu2+、F-、NO3-等离子，可滤蒸发残渣浓度可能大于八大离子浓度之和。水样中若含有较多的酸性成分，由于烘干时酸因挥发而损失，可滤蒸发残渣浓度可能小于八大离子浓度之和。
总硬度与钙、镁总量的关系
总硬度实为钙、镁总摩尔浓度，但由于其它离子也与EDTA络合，所以当其它离子浓度较大时，测得的总硬度应大于钙、镁摩尔浓度之和，当其它离子很少时，测得的总硬度近似等于钙、镁摩尔浓度之和。
总碱度与总硬度、碳酸盐硬度、非碳酸盐硬度间的关系
碳酸盐硬度、非碳酸盐硬度是总硬度的两个组成部分，通常用CaCO3(mg・L-1)表示。碳酸盐硬度相当于水中碳酸盐及重碳酸盐结合的钙和镁所形成的硬度；当水中钙和镁含量超出与它们结合的碳酸盐和重碳酸盐含量时，多余的钙和镁就与水中氯化物、硫酸盐、硝酸盐结成非碳酸盐硬度。
总碱度是指水体中碳酸盐、重碳酸盐及氢氧化物总量之和，主要反映水体中CO32+、
HCO3-、OH-含量，通常也用CaCO3(mg・L-1)表示。
由以上概念可得出，当总硬度>总碱度时，总硬度等于碳酸盐硬度与非碳酸盐硬度之和，非碳酸盐硬度应检出；当总硬度<总碱度时，总硬度等于碳酸盐硬度，非碳酸盐硬度应未检出。
水中阴、阳离子摩尔浓度的关系
这里所指的摩尔浓度关系是指阴、阳离子当量之和的关系。由于水中阴、阳离子始终处于一种相互联系、相互制约的关系，欲要保持水溶液中阴、阳离子电荷平衡，那么阴、阳离子摩尔浓度总和应大致相等［3］。
离子积和溶度积的关系
许多化合物在水中溶解度很小，如CuS、HgS、CaF2、MgF2、SrSO4、BaSO4、AgCl、HgCl2等，而且重金属在近中性的天然水体中，多数都会水解为难溶的氢氧化物沉淀而被悬浮物吸附或转移至沉淀相中（如Fe3+），因此，可滤水中重金属离子浓度不可能高。当离子积大于溶度积时，化合物即析出沉淀；当离子积小于溶度积时，则该离子可存在于溶液中。因此，F-与Ca2+、Mg2+之间、SO42-与Ba2+ 、Sr2+之间S2-与Cu2+、Hg2+之间、Cl-与Ag+、Hg2+之间呈明显负相关，当一方浓度较大时，另一方浓度则很低。
CODCr、CODMn、BOD5之间的关系
重铬酸钾的条件电极电位比高锰酸钾高, 在重铬酸钾氧化体系中酸性的强度和氧化剂的浓度都比高锰酸钾氧化体系更强、更高。对于一般水体必定有一部分有机物质不能在 CO DMn 法中被氧化而可在 CO Dcr 法中被氧化， COD cr 氧化率可达 90% 以上， 而 COD Mn的氧化率为 50% 。CO Dcr 和 BO D5 两项指标各有 特点，生化需氧量能够反映出可被微生物氧化分解的有机物量,而化学需氧量则几乎可以表示出有机物全部氧化分解所需的氧量。对于同一份水样，存在以下规律：
CO Dcr >CO DMn ( 酸性法) CO Dcr>BO D5
TOC、CODCr、CODMn之间的关系
总有机碳(TOC)是以碳的含量来表示水体中有机物质总量的综合指标，TOC采用燃烧法将有机物全部氧化，直接表示水体中有机物污染程度。TOC、CODcr和CODMn同为表示水体有机物污染程度的指标，在生活污水和不同行业工业废水的测试结果TOC与CODcr及CODMn均有明显的相关关系。从理论上讲CODcr是用消耗的O2 表示耗氧量，而TOC是用C来表示耗氧量二者比例为O2 /C=32/12=2.7，对特定的水体而言这个换算系数能满足要求。但由于不同水体组成成分不同，有机物的含量也各不相同，即使是同一种水体由于水期、来水情况、生产工艺不同和原料成分的变化也有所不同。它们之间的转换关系要进行试验得到［4］。
石油类与 CODcr的关系
石油类属于有机污染物, 能被重铬酸钾氧化, 石油类浓度值高, 则CO Dcr浓度值高, 但没有一定的相关系数。
三氮与溶解氧的关系
由于环境中的氮存在形式受环境条件的变化而发生改变，特别受水体中溶解氧的浓度影响，硝酸盐氮和氨氮不可能同时高，一般溶解氧高的水体硝酸盐氮的浓度高于氨氮浓度，反之氨氮浓度高于硝酸盐氮浓度，亚硝酸盐氮浓度与之无明显关系［2］。
水温与溶解氧的关系
水中溶解氧的分布和变化是受温度、生物、化学及各种物理过程联合影响的结果。总体上来说,主要是受水温控制,其季节变化十分明显。水中溶解氧值与水温呈负相关，且一般情况下不应大于相应水温下的饱和溶解氧值。
三氮与总氮的关系
氮在水体中的存在形式主要有硝酸盐、亚硝酸盐、氨和有机氮. 因此总氮应该是三氮和有机氮的总和。对同一份水样，存在以下逻辑关系：
总氮>氨氮 总氮 > 氨氮与硝酸盐氮与亚硝酸盐氮之和
六价铬与总铬的关系
水中铬通常以三价和六价存在，两者在一定条件下可以转换，总铬是三价铬和六价铬之和，因此对同一份水样，存在以下逻辑关系。
总铬 > 六价铬
硫化物与重金属的关系
在同一水样中硫化物浓度高时, 则重金属( Cu、pb、Zn、Cd 等) 的浓度值则较低. 若重金属以络合态存在时, 则不一定符合上述关系。
细菌总数、大肠菌群、粪大肠菌群之间的关系
大肠菌群只是细菌种类中的一个种群，受其污染的途径有限。根据长期检测的结果可得出检出大肠菌群的样品细菌总数也能检出，细菌总数数量多的样品不一定检出总大肠菌群。粪大肠菌群属于总大肠菌群，且其检测温度为44.5℃，比总大肠菌群的检测温度37℃高，因此粪大肠菌群的检测值要比总大肠菌群的检测值小，即粪大肠菌群值<总大肠菌群值。
数据的审核是环境监测质量保证的重要的环节，审核人员根据掌握的环境指标之间的相关性，对监测数据的合理性进行综合的比较、逻辑分析判断，从而得出正确审核结论。
参考文献
［1］环境保护总局.《水和废水监测分析方法》 第四版.中国环境科学出版社，2002年
［2］张芳.环境监测数据审核中各类数据逻辑关系的研究.环境科学与管理 第33卷 第11期2008年11月
［3］ 王俊荣.浅谈环境水质分析结果的审核工作［J］.理化分析-化学分册，2005，7（17）：500.
［4］韩永生; 邓宇杰. 总有机碳与高锰酸盐指数及化学需氧量的相关性.中国科学院上海冶金研究所; 材料物理与化学(专业) 博士论文 2000年度
作者简介：彭超英（1958--）高级工程师，从事环境监测质量管理工作。
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