水質(zhì)物理和化學(xué)指標(biāo)

水質(zhì)是指水和其中所含的雜質(zhì)共同表現(xiàn)出來(lái)的物理學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)的綜合特性。水質(zhì)指標(biāo)是表示水中雜質(zhì)的種類、成分和數(shù)量，是判斷水質(zhì)的具體衡量標(biāo)準(zhǔn)。表3-1是水質(zhì)指標(biāo)的分類。

表3-1水質(zhì)指標(biāo)的分類及實(shí)例

下面僅介紹國(guó)家相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)中的的幾種主要的水質(zhì)指標(biāo)。

一、物理性水質(zhì)指標(biāo)

1．感官物理性指標(biāo)

（1）溫度

水的許多物理特性、物質(zhì)在水中的溶解度以及水中進(jìn)行的許多物理化學(xué)過(guò)程都和溫度有關(guān)。地表水的溫度隨季節(jié)、氣候條件而有不同程度的變化，0.1-30℃。

地下水的溫度比較穩(wěn)定， 8-12℃

工業(yè)廢水的溫度與生產(chǎn)過(guò)程有關(guān)。

飲用水的溫度在10℃比較適宜。

測(cè)定：現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，與地點(diǎn)和深度有關(guān)，用0.1 ℃的汞溫度計(jì)。

（2）顏色和色度

純水是無(wú)色的。顏色有真色和表色之分。真色是由于水中所含溶解物質(zhì)或膠體物質(zhì)所致，即除去水中懸浮物質(zhì)后所呈現(xiàn)的顏色。表色包括由溶解物質(zhì)、膠體物質(zhì)和懸浮物質(zhì)共同引起的顏色。

一般只對(duì)天然水和用水作真色的測(cè)定。

用鉑鈷標(biāo)準(zhǔn)比色法：氯鉑酸鉀K₂PtCl₆和氯化鈷CoCl₂·6H₂O配置的混合溶液作為色度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，規(guī)定1升水中含有2.491毫克K₂PtCl₆及2.00毫克CoCl₂·6H₂O時(shí)，即Pt的濃度為1毫克/升時(shí)所產(chǎn)生的顏色為1度。

測(cè)定水樣時(shí)，將水樣顏色與一系列具有不同色度的標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行比較或繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線在儀器上進(jìn)行測(cè)定。

由于氯鉑酸鉀太貴，一般用重鉻酸鉀和硫酸鈷，稱鉻鈷比色法。

對(duì)廢水和污水的顏色常用文字描述，如定性的或深淺程度的一般描述。

必要時(shí)輔以稀釋倍數(shù)法：在比色管中將水樣用無(wú)色清潔水稀釋成不同倍數(shù)，并與液面高度相同的清潔水作比較，取其剛好看不見(jiàn)顏色時(shí)的稀釋倍數(shù)者，即為色度。

（3）渾濁度和透明度

水中由于含有懸浮及膠體狀態(tài)的雜質(zhì)而產(chǎn)生渾濁現(xiàn)象。水的渾濁程度可以用渾濁度來(lái)表示。水體中懸浮物質(zhì)含量是水質(zhì)的基本指標(biāo)，表明的是水體中不溶解的懸浮和漂浮物質(zhì)，包括無(wú)機(jī)物和有機(jī)物。懸浮物對(duì)水質(zhì)的影響在阻塞土壤孔隙，形成河底淤泥，還可阻礙機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)。懸浮物能在1至2小時(shí)內(nèi)沉淀下來(lái)的部分稱之為可沉固體，此部分可粗略地表示水體中懸浮物之量。生活污水中沉淀下來(lái)的物質(zhì)通常稱作污泥；工業(yè)廢水中沉淀的顆粒物則稱作沉渣。

A. 渾濁度與色度：

B. 渾濁度與懸浮物含量：

懸浮物含量是水中可以用濾紙截留的物質(zhì)重量 ，是一種直接數(shù)量。

渾濁度是一種光學(xué)效應(yīng)，表現(xiàn)出光線透過(guò)水層時(shí)受到的阻礙的程度，與顆粒的數(shù)量、濃度、尺寸、形狀和折射指數(shù)等有關(guān)。

硅單位：以不溶性硅如高齡土、漂白土等在蒸餾水中所產(chǎn)生的光學(xué)阻礙現(xiàn)象為基礎(chǔ)，規(guī)定1毫克/升的SiO₂所構(gòu)成的渾濁度為1度。

標(biāo)準(zhǔn)燭單位：用蜂蠟和鯨腦蠟按一定規(guī)格制成標(biāo)準(zhǔn)燭，在直立的玻璃管下點(diǎn)燃，管中注入待測(cè)水樣，自上方俯視，逐漸增大水柱高度，直到燭焰恰不能再見(jiàn)到時(shí)為止，此水柱高度即為標(biāo)準(zhǔn)燭光值。

散射濁度單位（FTU）或甲NTU：用硫酸肼和六次甲基四胺混合液作為標(biāo)準(zhǔn)渾濁液，可成為標(biāo)準(zhǔn)肼單位：即以1.000克硫酸肼加水配成100毫升溶液，10.00克六次甲基四胺也配成100毫升溶液，取兩溶液各5.0毫升混合靜置24小時(shí)，加水定容為100毫升，其渾濁度為400度。

透明度與渾濁度相反，測(cè)定有鉛字法和十字法。

１FTU＝１JTU。渾濁度是一種光學(xué)效應(yīng)，是光線透過(guò)水層時(shí)受到阻礙的程度表示水層對(duì)于光線散射和吸收的能力。它不僅與懸浮物的含量有關(guān)，而且還與水中雜質(zhì)的成分、顆粒大小、形狀及其表面的反射性能有關(guān)。

2．其它物理性指標(biāo)

（1）總固體（TotalSolids)：

   水樣在103-105℃下蒸發(fā)干燥后所殘余的固體物質(zhì)總量，也稱蒸發(fā)殘余物。

（2）懸浮性固體（SuspendedSolids)和溶解固體（dissolved Solids): ；

   水樣過(guò)濾后，濾樣截留物蒸干后的殘余固體量稱為懸浮性固體，濾過(guò)液蒸干后的殘余固體量。

（3）揮發(fā)性固體（VolatileSolids）和固定性固體（Fixed Solids）:

在一定溫度下（600 ℃）將水樣中經(jīng)蒸發(fā)干燥后的固體灼燒而失去的重量。可略表示有機(jī)物含量。灼燒后殘余物質(zhì)的重量稱為固定性固體。

（4）電導(dǎo)率

水中溶解的鹽類均以離子狀態(tài)存在，具有一定的導(dǎo)電能力，因此電導(dǎo)率可以間接地表示出溶解鹽類的含量。

電導(dǎo)率的大小受溶液濃度、離子種類及價(jià)態(tài)和測(cè)量方法的影響。

電導(dǎo)率是指一定體積溶液的電導(dǎo)，即在25℃時(shí)面積為1平方厘米，間距為1厘米的兩片平板電極間溶液的電導(dǎo)。mS/m或μS/cm。

對(duì)天然水而言：TDS=（0.55-0.70）s

二、化學(xué)性水質(zhì)指標(biāo)

1．一般化學(xué)性水質(zhì)指標(biāo)

（1）pH

重要的水質(zhì)指標(biāo)。

一般天然水體的pH值在6.0-8.5之間。測(cè)定可用試紙法、比色法、電位法。試紙法雖簡(jiǎn)單，但誤差大；比色法用不同的顯色劑進(jìn)行，比較不方便；電位法用一般酸度計(jì)。

（2）硬度（Hardness）

致硬金屬離子有：a. 鈣、鎂離子; b. 鐵、錳、鍶等二價(jià)陽(yáng)離子; c. 鋁離子、三價(jià)鐵離子

按陰離子分：碳酸鹽硬度：由鈣鎂的碳酸鹽、重碳酸鹽所形成，可經(jīng)煮沸而除去。暫時(shí)硬度。

             Ca(HCO₃)₂===== CaCO₃↓ +CO₂↑ +H₂O

    非碳酸鹽硬度：由鈣、鎂的硫酸鹽、氯化物等形成，不受加熱的影響。*硬度。

總硬度 = 鈣硬度 + 鎂硬度 = 碳酸鹽硬度 + 非碳酸鹽硬度

硬度的單位：

      mmol/L、mg/L(以CaCO₃計(jì))、法國(guó)度：10mg/L的CaCO₃、德國(guó)度：10mg/L的CaO

設(shè)S = 碳酸鹽堿度+重碳酸鹽堿度 = 2[CO₃]+[HCO₃^-]

1. 當(dāng)1/2S＜H_總時(shí):  H_碳酸鹽=1/2S, H_非碳酸鹽= H_總- 1/2S

2. 當(dāng)1/2S=H_總時(shí):    H_碳酸鹽= H_總, H_非碳酸鹽= 0

3. 當(dāng)1/2S ＞ H_總時(shí):  H_碳酸鹽= H_總, H_非碳酸鹽= 0,

     負(fù)硬度= H_總-1/2S,主要由鈉、鉀的碳酸鹽和重碳酸鹽構(gòu)成。

（3）堿度

定義：水中能與強(qiáng)酸發(fā)生中和反應(yīng)的全部物質(zhì)。即水接受質(zhì)子的能力。包括各種強(qiáng)堿、弱堿和強(qiáng)堿弱酸鹽，有機(jī)堿等。

天然水中的堿度主要有：CO₃^2-、HCO₃^-、OH^-、HSiO₃^-、H₂BO₃^-、HPO₄^-、HS^-和NH₃⁰等。其中CO₃^2-、HCO₃^-、OH^-是主要的致堿度陰離子。

堿度的測(cè)定：用中和滴定法進(jìn)行。用酚酞為指示劑測(cè)得的堿度為酚酞堿度P。用甲基橙為指示劑測(cè)得的堿度為甲基橙堿度,或稱總堿度T。從酚酞變色到甲基橙變色之間的，所用去的H⁺的物質(zhì)的量，為M。T=P+M

表 三種堿度的計(jì)算表

pH與碳酸鹽：

          pH＞10，T=氫氧化物堿度;

          8.3＜pH＜10，T=2[CO₃^2-]+[HCO₃^-];

          4.5＜pH＜8.3，T=[HCO₃^-];

          pH＜4.5，T=0。

單位：     mg/L;    meq/L;

  1meq/L=50mg/L的CaCO₃=5法國(guó)度=28mg/L的CaO=2.8德國(guó)度

（4）酸度和游離CO₂

酸度是指水中能與強(qiáng)堿發(fā)生中和作用的物質(zhì)總量。總酸度包括：

     a.強(qiáng)酸：HCl、HNO₃、H₂SO₄等；

        b.弱酸：CO₂、H₂CO₃、H₂S及有機(jī)酸；

     c.強(qiáng)酸弱堿鹽：FeCl_3、Al₂(SO₄)₃等；

總酸度≠氫離子濃度

測(cè)定：中和滴定法。

（5）酸根

硫酸根SO₄^2-：水垢的重要陰離子；可轉(zhuǎn)化成H₂S惡臭和腐蝕現(xiàn)象。

氯離子Cl^-：：海水達(dá)到18000mg/L;一般淡水?dāng)?shù)十到數(shù)百mg/L;超過(guò)500-1000mg/L時(shí)有明顯的咸味。

硝酸根NO₃^-：主要來(lái)源于有機(jī)物的生物降解。

（6）堿金屬

Na⁺、K⁺：其鹽類是溶于水的。它們的特性相近，常常合在一起測(cè)定。對(duì)水質(zhì)影響不很顯著。反映水中的含鹽量。

（7）鐵

鐵在水中以二價(jià)和三價(jià)鐵的各種化合物形式存在。地表水中，鐵以三價(jià)鐵形式存在，可形成氫氧化鐵沉淀或膠體微粒。地下水中，鐵以二價(jià)鐵的形式，可達(dá)數(shù)十毫克/升。沼澤水中鐵可能以有機(jī)鐵的形式存在。

易生成沉淀或銹斑、水垢組成物。

（8）錳

常與鐵伴隨，許多表現(xiàn)與鐵相似。在引用水水比鐵的危害性大。在水中以二價(jià)形式存在。

有機(jī)錳會(huì)使水質(zhì)變壞，帶有異味。

測(cè)定：比色法。

（9）硅酸

天然水中含量在6-120mg/L之間；地下水比地表水中多。

存在形態(tài)：單分子的正硅酸H₄SiO₄[Si(OH)₄],可電離成SiO(OH)₃^-、SiO₂(OH)₂²等。在高濃度、低pH時(shí)，可聚合為多核絡(luò)合物、高分子化合物以至膠體微粒。

是水垢的主要離子，且難以去除。

（10）溶解氧

常溫下水中氧的飽和量在4-14mg/L。海水中的含氧量為淡水的80%。用碘量法或儀器測(cè)定法進(jìn)行。

（11）硫化氫

濃度達(dá)1mg/L時(shí)就有明顯的臭氣。油田地下水中可能含有大量的硫化氫。對(duì)混凝土和金屬產(chǎn)生侵蝕破壞作用。用碘量法測(cè)定。

2．氧平衡指標(biāo)

（1）化學(xué)需氧量和耗氧量

定義：在一定嚴(yán)格的條件下，水中各種有機(jī)物質(zhì)與外加的強(qiáng)氧化劑（K₂Cr₂O_4、KMnO₄）作用時(shí)所消耗的氧化劑量，以氧（O）的mg/L表示。

按氧化劑的不同，可分為；

 A. 重鉻酸鉀耗氧量（化學(xué)耗氧量Chemical Oxygen   Demand=COD)

   在強(qiáng)酸性條件下，加熱回流2小時(shí)（有時(shí)加入催化劑），使有機(jī)物質(zhì)與重鉻酸鉀充分反應(yīng)。

   可將水中絕大多數(shù)有機(jī)物質(zhì)氧化，但對(duì)于苯、甲苯等芳香烴類化合物較難氧化。

 B. 高錳酸鉀耗氧量(耗氧量OxygenConsumed=OC)

   不能代表水中有機(jī)物的全部含量，一般水中不含氮的有機(jī)物質(zhì)在測(cè)定條件下易被高錳酸鉀氧化，而含氮的有機(jī)物就難分解。

   一般用于測(cè)定天然水和含容易被氧化的有機(jī)物的一般廢水。

（2）生化需氧量

BOD=Biochemical Oxygen Demanded

生化需氧量是指在人工控制的一定條件下，使水樣中的有機(jī)物在有氧的條件下被微生物分解，在此過(guò)程中消耗的溶解氧的mg/L數(shù)。BOD愈高，反映有機(jī)耗氧物質(zhì)的含量也愈多。

有機(jī)物生化分解耗氧的過(guò)程較長(zhǎng)（20℃需100天以上），通常分為兩個(gè)階段進(jìn)行。*階段稱為碳化階段，廢水中絕大多數(shù)有機(jī)物被轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)的CO₂、H₂O和NH₃；第二階段稱為硝化階段，主要是氨依次被轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽和硝酸鹽。測(cè)定*階段的生化需氧量需在20℃下20天。目前多數(shù)國(guó)家采用5天（20℃）作為測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，所測(cè)結(jié)果稱為5天生化需氧量，以BOD₅表示。據(jù)試驗(yàn)研究，生活廢水的BOD₅與*階段需氧量BOD的比值約為0.7，而工業(yè)廢水的水質(zhì)差異較大，兩者之間的比值各不相同。

BOD包括不含氮有機(jī)物和含氮有機(jī)物中碳素部分。BOD不如COD*，BOD₅只是一部分生化需氧量，所以BOD₅比COD要低得多。

（3）總有機(jī)碳(TotalOrgnic Carbon)

在900-950℃高溫下，以鉑為催化劑，使水樣氣化燃燒，有機(jī)碳即氧化成CO₂，測(cè)量所產(chǎn)生的CO₂量，在此總量中減去碳酸鹽等無(wú)機(jī)碳元素含量，即可求出水樣中的TOC。（注：需去除無(wú)機(jī)碳的干擾）

因只考慮有機(jī)碳，排除了其他元素，仍不能直接反映有機(jī)物的真正濃度。已儀器化，用以間接表示水中有機(jī)物質(zhì)含量的綜合性指標(biāo)。

（4）總需氧量（Total Oxygen Demand）

在特殊的燃燒器中，以鉑為催化劑，在900℃高溫下使一定兩的水樣氣化，其中有機(jī)物燃燒變成穩(wěn)定的氧化物時(shí)所需的氧量，結(jié)果以氧（O）的mg/L表示。

測(cè)定時(shí)間只需3分鐘，可自動(dòng)控制進(jìn)行。快捷簡(jiǎn)便。測(cè)定結(jié)果比BOD、COD更接近于需氧量，一般認(rèn)為是真正的有機(jī)物*氧化的總需氧量。

3．其它

（1）灼燒減量

是測(cè)定有機(jī)物含量的簡(jiǎn)單、原始的方法。常用于含有機(jī)物量多的廢渣。

把樣品在105 ℃下烘干去掉水分，稱重后用600 ℃灼燒，然后稱量得到減量，以此代表有機(jī)物。

在此溫度下可使含碳及其它有機(jī)物燃燒揮發(fā)，而無(wú)機(jī)鹽揮發(fā)量卻可降至低。

（2）含氮化合物

有機(jī)氮是表明各種蛋白質(zhì)、氨基酸、尿素等含氮有機(jī)物總量的水質(zhì)指標(biāo)。

有機(jī)氮是利用濃硫酸把全部有機(jī)物中的氮都分解轉(zhuǎn)化成氨，然后加以測(cè)定。有機(jī)氮在有氧條件下進(jìn)行生物氧化，逐步分解成無(wú)機(jī)的NH₃、NH₄⁺、 NO₂^-、NO₃^-等形態(tài)，NH₃、NH₄⁺稱為氨氮，NO₂^-稱為亞硝酸氮，NO₃^-稱為硝酸氮。它們代表有機(jī)氮轉(zhuǎn)化成無(wú)機(jī)氮的各個(gè)不同階段。