水質物理和化學指標2

水質是指水和其中所含的雜質共同表現出來的物理學、化學和生物學的綜合特性。水質指標是表示水中雜質的種類、成分和數量，是判斷水質的具體(ti) 衡量標準。表3-1是水質指標的分類。

表3-1水質指標的分類及實例

下麵僅(jin) 介紹國家相關(guan) 排放標準中的的幾種主要的水質指標。

一、物理性水質指標

1．感官物理性指標

（1）溫度

水的許多物理特性、物質在水中的溶解度以及水中進行的許多物理化學過程都和溫度有關(guan) 。地表水的溫度隨季節、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定， 8-12℃

工業(ye) 廢水的溫度與(yu) 生產(chan) 過程有關(guan) 。

飲用水的溫度在10℃比較適宜。

測定：現場測定，與(yu) 地點和深度有關(guan) ，用0.1 ℃的汞溫度計。

（2）顏色和色度

純水是無色的。顏色有真色和表色之分。真色是由於(yu) 水中所含溶解物質或膠體(ti) 物質所致，即除去水中懸浮物質後所呈現的顏色。表色包括由溶解物質、膠體(ti) 物質和懸浮物質共同引起的顏色。

一般隻對天然水和用水作真色的測定。

用鉑鈷標準比色法：氯鉑酸鉀K₂PtCl₆和氯化鈷CoCl₂·6H₂O配置的混合溶液作為(wei) 色度的標準溶液，規定1升水中含有2.491毫克K₂PtCl₆及2.00毫克CoCl₂·6H₂O時，即Pt的濃度為(wei) 1毫克/升時所產(chan) 生的顏色為(wei) 1度。

測定水樣時，將水樣顏色與(yu) 一係列具有不同色度的標準溶液進行比較或繪製標準曲線在儀(yi) 器上進行測定。

由於(yu) 氯鉑酸鉀太貴，一般用重鉻酸鉀和硫酸鈷，稱鉻鈷比色法。

對廢水和汙水的顏色常用文字描述，如定性的或深淺程度的一般描述。

必要時輔以稀釋倍數法：在比色管中將水樣用無色清潔水稀釋成不同倍數，並與(yu) 液麵高度相同的清潔水作比較，取其剛好看不見顏色時的稀釋倍數者，即為(wei) 色度。

（3）渾濁度和透明度

水中由於(yu) 含有懸浮及膠體(ti) 狀態的雜質而產(chan) 生渾濁現象。水的渾濁程度可以用渾濁度來表示。水體(ti) 中懸浮物質含量是水質的基本指標，表明的是水體(ti) 中不溶解的懸浮和漂浮物質，包括無機物和有機物。懸浮物對水質的影響在阻塞土壤孔隙，形成河底淤泥，還可阻礙機械運轉。懸浮物能在1至2小時內(nei) 沉澱下來的部分稱之為(wei) 可沉固體(ti) ，此部分可粗略地表示水體(ti) 中懸浮物之量。生活汙水中沉澱下來的物質通常稱作汙泥；工業(ye) 廢水中沉澱的顆粒物則稱作沉渣。

A. 渾濁度與(yu) 色度：

B. 渾濁度與(yu) 懸浮物含量：

懸浮物含量是水中可以用濾紙截留的物質重量 ，是一種直接數量。

渾濁度是一種光學效應，表現出光線透過水層時受到的阻礙的程度，與(yu) 顆粒的數量、濃度、尺寸、形狀和折射指數等有關(guan) 。

矽單位：以不溶性矽如高齡土、漂白土等在蒸餾水中所產(chan) 生的光學阻礙現象為(wei) 基礎，規定1毫克/升的SiO₂所構成的渾濁度為(wei) 1度。

標準燭單位：用蜂蠟和鯨腦蠟按一定規格製成標準燭，在直立的玻璃管下點燃，管中注入待測水樣，自上方俯視，逐漸增大水柱高度，直到燭焰恰不能再見到時為(wei) 止，此水柱高度即為(wei) 標準燭光值。

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(wei) 標準渾濁液，可成為(wei) 標準肼單位：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(liang) 溶液各5.0毫升混合靜置24小時，加水定容為(wei) 100毫升，其渾濁度為(wei) 400度。

透明度與(yu) 渾濁度相反，測定有鉛字法和十字法。

１FTU＝１JTU。渾濁度是一種光學效應，是光線透過水層時受到阻礙的程度表示水層對於(yu) 光線散射和吸收的能力。它不僅(jin) 與(yu) 懸浮物的含量有關(guan) ，而且還與(yu) 水中雜質的成分、顆粒大小、形狀及其表麵的反射性能有關(guan) 。

2．其它物理性指標

（1）總固體(ti) （TotalSolids)：

   水樣在103-105℃下蒸發幹燥後所殘餘(yu) 的固體(ti) 物質總量，也稱蒸發殘餘(yu) 物。

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

   水樣過濾後，濾樣截留物蒸幹後的殘餘(yu) 固體(ti) 量稱為(wei) 懸浮性固體(ti) ，濾過液蒸幹後的殘餘(yu) 固體(ti) 量。

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

在一定溫度下（600 ℃）將水樣中經蒸發幹燥後的固體(ti) 灼燒而失去的重量。可略表示有機物含量。灼燒後殘餘(yu) 物質的重量稱為(wei) 固定性固體(ti) 。

（4）電導率

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

電導率的大小受溶液濃度、離子種類及價(jia) 態和測量方法的影響。

電導率是指一定體(ti) 積溶液的電導，即在25℃時麵積為(wei) 1平方厘米，間距為(wei) 1厘米的兩(liang) 片平板電極間溶液的電導。mS/m或μS/cm。

對天然水而言：TDS=（0.55-0.70）s

二、化學性水質指標

1．一般化學性水質指標

（1）pH

重要的水質指標。

一般天然水體(ti) 的pH值在6.0-8.5之間。測定可用試紙法、比色法、電位法。試紙法雖簡單，但誤差大；比色法用不同的顯色劑進行，比較不方便；電位法用一般酸度計。

（2）硬度（Hardness）

致硬金屬離子有：a. 鈣、鎂離子; b. 鐵、錳、鍶等二價(jia) 陽離子; c. 鋁離子、三價(jia) 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，可經煮沸而除去。暫時硬度。

             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)、法國度：10mg/L的CaCO₃、德國度：10mg/L的CaO

設S = 碳酸鹽堿度+重碳酸鹽堿度 = 2[CO₃]+[HCO₃^-]

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

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

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

     負硬度= H_總-1/2S,主要由鈉、鉀的碳酸鹽和重碳酸鹽構成。

（3）堿度

定義(yi) ：水中能與(yu) 強酸發生中和反應的全部物質。即水接受質子的能力。包括各種強堿、弱堿和強堿弱酸鹽，有機堿等。

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。

堿度的測定：用中和滴定法進行。用酚酞為(wei) 指示劑測得的堿度為(wei) 酚酞堿度P。用甲基橙為(wei) 指示劑測得的堿度為(wei) 甲基橙堿度,或稱總堿度T。從(cong) 酚酞變色到甲基橙變色之間的，所用去的H⁺的物質的量，為(wei) M。T=P+M

表 三種堿度的計算表

pH與(yu) 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法國度=28mg/L的CaO=2.8德國度

（4）酸度和遊離CO₂

酸度是指水中能與(yu) 強堿發生中和作用的物質總量。總酸度包括：

     a.強酸：HCl、HNO₃、H₂SO₄等；

        b.弱酸：CO₂、H₂CO₃、H₂S及有機酸；

     c.強酸弱堿鹽：FeCl_3、Al₂(SO₄)₃等；

總酸度≠氫離子濃度

測定：中和滴定法。

（5）酸根

硫酸根SO₄^2-：水垢的重要陰離子；可轉化成H₂S惡臭和腐蝕現象。

氯離子Cl^-：：海水達到18000mg/L;一般淡水數十到數百mg/L;超過500-1000mg/L時有明顯的鹹味。

硝酸根NO₃^-：主要來源於(yu) 有機物的生物降解。

（6）堿金屬

Na⁺、K⁺：其鹽類是溶於(yu) 水的。它們(men) 的特性相近，常常合在一起測定。對水質影響不很顯著。反映水中的含鹽量。

（7）鐵

鐵在水中以二價(jia) 和三價(jia) 鐵的各種化合物形式存在。地表水中，鐵以三價(jia) 鐵形式存在，可形成氫氧化鐵沉澱或膠體(ti) 微粒。地下水中，鐵以二價(jia) 鐵的形式，可達數十毫克/升。沼澤水中鐵可能以有機鐵的形式存在。

易生成沉澱或鏽斑、水垢組成物。

（8）錳

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

有機錳會(hui) 使水質變壞，帶有異味。

測定：比色法。

（9）矽酸

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：單分子的正矽酸H₄SiO₄[Si(OH)₄],可電離成SiO(OH)₃^-、SiO₂(OH)₂²等。在高濃度、低pH時，可聚合為(wei) 多核絡合物、高分子化合物以至膠體(ti) 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(wei) 淡水的80%。用碘量法或儀(yi) 器測定法進行。

（11）硫化氫

濃度達1mg/L時就有明顯的臭氣。油田地下水中可能含有大量的硫化氫。對混凝土和金屬產(chan) 生侵蝕破壞作用。用碘量法測定。

2．氧平衡指標

（1）化學需氧量和耗氧量

定義(yi) ：在一定嚴(yan) 格的條件下，水中各種有機物質與(yu) 外加的強氧化劑（K₂Cr₂O_4、KMnO₄）作用時所消耗的氧化劑量，以氧（O）的mg/L表示。

按氧化劑的不同，可分為(wei) ；

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

   在強酸性條件下，加熱回流2小時（有時加入催化劑），使有機物質與(yu) 重鉻酸鉀充分反應。

   可將水中絕大多數有機物質氧化，但對於(yu) 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)

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

   一般用於(yu) 測定天然水和含容易被氧化的有機物的一般廢水。

（2）生化需氧量

BOD=Biochemical Oxygen Demanded

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

有機物生化分解耗氧的過程較長（20℃需100天以上），通常分為(wei) 兩(liang) 個(ge) 階段進行。*階段稱為(wei) 碳化階段，廢水中絕大多數有機物被轉化為(wei) 無機的CO₂、H₂O和NH₃；第二階段稱為(wei) 硝化階段，主要是氨依次被轉化為(wei) 亞(ya) 硝酸鹽和硝酸鹽。測定*階段的生化需氧量需在20℃下20天。目前多數國家采用5天（20℃）作為(wei) 測定的標準時間，所測結果稱為(wei) 5天生化需氧量，以BOD₅表示。據試驗研究，生活廢水的BOD₅與(yu) *階段需氧量BOD的比值約為(wei) 0.7，而工業(ye) 廢水的水質差異較大，兩(liang) 者之間的比值各不相同。

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

（3）總有機碳(TotalOrgnic Carbon)

在900-950℃高溫下，以鉑為(wei) 催化劑，使水樣氣化燃燒，有機碳即氧化成CO₂，測量所產(chan) 生的CO₂量，在此總量中減去碳酸鹽等無機碳元素含量，即可求出水樣中的TOC。（注：需去除無機碳的幹擾）

因隻考慮有機碳，排除了其他元素，仍不能直接反映有機物的真正濃度。已儀(yi) 器化，用以間接表示水中有機物質含量的綜合性指標。

（4）總需氧量（Total Oxygen Demand）

在特殊的燃燒器中，以鉑為(wei) 催化劑，在900℃高溫下使一定兩(liang) 的水樣氣化，其中有機物燃燒變成穩定的氧化物時所需的氧量，結果以氧（O）的mg/L表示。

測定時間隻需3分鍾，可自動控製進行。快捷簡便。測定結果比BOD、COD更接近於(yu) 需氧量，一般認為(wei) 是真正的有機物*氧化的總需氧量。

3．其它

（1）灼燒減量

是測定有機物含量的簡單、原始的方法。常用於(yu) 含有機物量多的廢渣。

把樣品在105 ℃下烘幹去掉水分，稱重後用600 ℃灼燒，然後稱量得到減量，以此代表有機物。

在此溫度下可使含碳及其它有機物燃燒揮發，而無機鹽揮發量卻可降至低。

（2）含氮化合物

有機氮是表明各種蛋白質、氨基酸、尿素等含氮有機物總量的水質指標。

有機氮是利用濃硫酸把全部有機物中的氮都分解轉化成氨，然後加以測定。有機氮在有氧條件下進行生物氧化，逐步分解成無機的NH₃、NH₄⁺、 NO₂^-、NO₃^-等形態，NH₃、NH₄⁺稱為(wei) 氨氮，NO₂^-稱為(wei) 亞(ya) 硝酸氮，NO₃^-稱為(wei) 硝酸氮。它們(men) 代表有機氮轉化成無機氮的各個(ge) 不同階段。