水质物理和化学指标

水质是指水和其中所含的杂质共同表现出来的物理学、化学和生物学的综合特性。水质指标是表示水中杂质的种类、成分和数量，是判断水质的具体衡量标准。表3-1是水质指标的分类。

表3-1水质指标的分类及实例

下面仅介绍国家相关排放标准中的的几种主要的水质指标。

一、物理性水质指标

1．感官物理性指标

（1）温度

水的许多物理特性、物质在水中的溶解度以及水中进行的许多物理化学过程都和温度有关。地表水的温度随季节、气候条件而有不同程度的变化，0.1-30℃。

地下水的温度比较稳定， 8-12℃

工业废水的温度与生产过程有关。

饮用水的温度在10℃比较适宜。

测定：现场测定，与地点和深度有关，用0.1 ℃的汞温度计。

（2）颜色和色度

纯水是无色的。颜色有真色和表色之分。真色是由于水中所含溶解物质或胶体物质所致，即除去水中悬浮物质后所呈现的颜色。表色包括由溶解物质、胶体物质和悬浮物质共同引起的颜色。

一般只对天然水和用水作真色的测定。

用铂钴标准比色法：氯铂酸钾K₂PtCl₆和氯化钴CoCl₂·6H₂O配置的混合溶液作为色度的标准溶液，规定1升水中含有2.491毫克K₂PtCl₆及2.00毫克CoCl₂·6H₂O时，即Pt的浓度为1毫克/升时所产生的颜色为1度。

测定水样时，将水样颜色与一系列具有不同色度的标准溶液进行比较或绘制标准曲线在仪器上进行测定。

由于氯铂酸钾太贵，一般用重铬酸钾和硫酸钴，称铬钴比色法。

对废水和污水的颜色常用文字描述，如定性的或深浅程度的一般描述。

必要时辅以稀释倍数法：在比色管中将水样用无色清洁水稀释成不同倍数，并与液面高度相同的清洁水作比较，取其刚好看不见颜色时的稀释倍数者，即为色度。

（3）浑浊度和透明度

水中由于含有悬浮及胶体状态的杂质而产生浑浊现象。水的浑浊程度可以用浑浊度来表示。水体中悬浮物质含量是水质的基本指标，表明的是水体中不溶解的悬浮和漂浮物质，包括无机物和有机物。悬浮物对水质的影响在阻塞土壤孔隙，形成河底淤泥，还可阻碍机械运转。悬浮物能在1至2小时内沉淀下来的部分称之为可沉固体，此部分可粗略地表示水体中悬浮物之量。生活污水中沉淀下来的物质通常称作污泥；工业废水中沉淀的颗粒物则称作沉渣。

A. 浑浊度与色度：

B. 浑浊度与悬浮物含量：

悬浮物含量是水中可以用滤纸截留的物质重量 ，是一种直接数量。

浑浊度是一种光学效应，表现出光线透过水层时受到的阻碍的程度，与颗粒的数量、浓度、尺寸、形状和折射指数等有关。

硅单位：以不溶性硅如高龄土、漂白土等在蒸馏水中所产生的光学阻碍现象为基础，规定1毫克/升的SiO₂所构成的浑浊度为1度。

标准烛单位：用蜂蜡和鲸脑蜡按一定规格制成标准烛，在直立的玻璃管下点燃，管中注入待测水样，自上方俯视，逐渐增大水柱高度，直到烛焰恰不能再见到时为止，此水柱高度即为标准烛光值。

散射浊度单位（FTU）或甲NTU：用硫酸肼和六次甲基四胺混合液作为标准浑浊液，可成为标准肼单位：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，取两溶液各5.0毫升混合静置24小时，加水定容为100毫升，其浑浊度为400度。

透明度与浑浊度相反，测定有铅字法和十字法。

１FTU＝１JTU。浑浊度是一种光学效应，是光线透过水层时受到阻碍的程度表示水层对于光线散射和吸收的能力。它不仅与悬浮物的含量有关，而且还与水中杂质的成分、颗粒大小、形状及其表面的反射性能有关。

2．其它物理性指标

（1）总固体（TotalSolids)：

   水样在103-105℃下蒸发干燥后所残余的固体物质总量，也称蒸发残余物。

（2）悬浮性固体（SuspendedSolids)和溶解固体（dissolved Solids): ；

   水样过滤后，滤样截留物蒸干后的残余固体量称为悬浮性固体，滤过液蒸干后的残余固体量。

（3）挥发性固体（VolatileSolids）和固定性固体（Fixed Solids）:

在一定温度下（600 ℃）将水样中经蒸发干燥后的固体灼烧而失去的重量。可略表示有机物含量。灼烧后残余物质的重量称为固定性固体。

（4）电导率

水中溶解的盐类均以离子状态存在，具有一定的导电能力，因此电导率可以间接地表示出溶解盐类的含量。

电导率的大小受溶液浓度、离子种类及价态和测量方法的影响。

电导率是指一定体积溶液的电导，即在25℃时面积为1平方厘米，间距为1厘米的两片平板电极间溶液的电导。mS/m或μS/cm。

对天然水而言：TDS=（0.55-0.70）s

二、化学性水质指标

1．一般化学性水质指标

（1）pH

重要的水质指标。

一般天然水体的pH值在6.0-8.5之间。测定可用试纸法、比色法、电位法。试纸法虽简单，但误差大；比色法用不同的显色剂进行，比较不方便；电位法用一般酸度计。

（2）硬度（Hardness）

致硬金属离子有：a. 钙、镁离子; b. 铁、锰、锶等二价阳离子; c. 铝离子、三价铁离子

按阴离子分：碳酸盐硬度：由钙镁的碳酸盐、重碳酸盐所形成，可经煮沸而除去。暂时硬度。

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

    非碳酸盐硬度：由钙、镁的硫酸盐、氯化物等形成，不受加热的影响。*硬度。

总硬度 = 钙硬度 + 镁硬度 = 碳酸盐硬度 + 非碳酸盐硬度

硬度的单位：

      mmol/L、mg/L(以CaCO₃计)、法国度：10mg/L的CaCO₃、德国度：10mg/L的CaO

设S = 碳酸盐碱度+重碳酸盐碱度 = 2[CO₃]+[HCO₃^-]

1. 当1/2S＜H_总时:  H_碳酸盐=1/2S, H_非碳酸盐= H_总- 1/2S

2. 当1/2S=H_总时:    H_碳酸盐= H_总, H_非碳酸盐= 0

3. 当1/2S ＞ H_总时:  H_碳酸盐= H_总, H_非碳酸盐= 0,

     负硬度= H_总-1/2S,主要由钠、钾的碳酸盐和重碳酸盐构成。

（3）碱度

定义：水中能与强酸发生中和反应的全部物质。即水接受质子的能力。包括各种强碱、弱碱和强碱弱酸盐，有机碱等。

天然水中的碱度主要有：CO₃^2-、HCO₃^-、OH^-、HSiO₃^-、H₂BO₃^-、HPO₄^-、HS^-和NH₃⁰等。其中CO₃^2-、HCO₃^-、OH^-是主要的致碱度阴离子。

碱度的测定：用中和滴定法进行。用酚酞为指示剂测得的碱度为酚酞碱度P。用甲基橙为指示剂测得的碱度为甲基橙碱度,或称总碱度T。从酚酞变色到甲基橙变色之间的，所用去的H⁺的物质的量，为M。T=P+M

表 三种碱度的计算表

pH与碳酸盐：

          pH＞10，T=氢氧化物碱度;

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

          4.5＜pH＜8.3，T=[HCO₃^-];

          pH＜4.5，T=0。

单位：     mg/L;    meq/L;

  1meq/L=50mg/L的CaCO₃=5法国度=28mg/L的CaO=2.8德国度

（4）酸度和游离CO₂

酸度是指水中能与强碱发生中和作用的物质总量。总酸度包括：

     a.强酸：HCl、HNO₃、H₂SO₄等；

        b.弱酸：CO₂、H₂CO₃、H₂S及有机酸；

     c.强酸弱碱盐：FeCl_3、Al₂(SO₄)₃等；

总酸度≠氢离子浓度

测定：中和滴定法。

（5）酸根

硫酸根SO₄^2-：水垢的重要阴离子；可转化成H₂S恶臭和腐蚀现象。

氯离子Cl^-：：海水达到18000mg/L;一般淡水数十到数百mg/L;超过500-1000mg/L时有明显的咸味。

硝酸根NO₃^-：主要来源于有机物的生物降解。

（6）碱金属

Na⁺、K⁺：其盐类是溶于水的。它们的特性相近，常常合在一起测定。对水质影响不很显著。反映水中的含盐量。

（7）铁

铁在水中以二价和三价铁的各种化合物形式存在。地表水中，铁以三价铁形式存在，可形成氢氧化铁沉淀或胶体微粒。地下水中，铁以二价铁的形式，可达数十毫克/升。沼泽水中铁可能以有机铁的形式存在。

易生成沉淀或锈斑、水垢组成物。

（8）锰

常与铁伴随，许多表现与铁相似。在引用水水比铁的危害性大。在水中以二价形式存在。

有机锰会使水质变坏，带有异味。

测定：比色法。

（9）硅酸

天然水中含量在6-120mg/L之间；地下水比地表水中多。

存在形态：单分子的正硅酸H₄SiO₄[Si(OH)₄],可电离成SiO(OH)₃^-、SiO₂(OH)₂²等。在高浓度、低pH时，可聚合为多核络合物、高分子化合物以至胶体微粒。

是水垢的主要离子，且难以去除。

（10）溶解氧

常温下水中氧的饱和量在4-14mg/L。海水中的含氧量为淡水的80%。用碘量法或仪器测定法进行。

（11）硫化氢

浓度达1mg/L时就有明显的臭气。油田地下水中可能含有大量的硫化氢。对混凝土和金属产生侵蚀破坏作用。用碘量法测定。

2．氧平衡指标

（1）化学需氧量和耗氧量

定义：在一定严格的条件下，水中各种有机物质与外加的强氧化剂（K₂Cr₂O_4、KMnO₄）作用时所消耗的氧化剂量，以氧（O）的mg/L表示。

按氧化剂的不同，可分为；

 A. 重铬酸钾耗氧量（化学耗氧量Chemical Oxygen   Demand=COD)

   在强酸性条件下，加热回流2小时（有时加入催化剂），使有机物质与重铬酸钾充分反应。

   可将水中绝大多数有机物质氧化，但对于苯、甲苯等芳香烃类化合物较难氧化。

 B. 高锰酸钾耗氧量(耗氧量OxygenConsumed=OC)

   不能代表水中有机物的全部含量，一般水中不含氮的有机物质在测定条件下易被高锰酸钾氧化，而含氮的有机物就难分解。

   一般用于测定天然水和含容易被氧化的有机物的一般废水。

（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条件下，使水样中的有机物在有氧的条件下被微生物分解，在此过程中消耗的溶解氧的mg/L数。BOD愈高，反映有机耗氧物质的含量也愈多。

有机物生化分解耗氧的过程较长（20℃需100天以上），通常分为两个阶段进行。*阶段称为碳化阶段，废水中绝大多数有机物被转化为无机的CO₂、H₂O和NH₃；第二阶段称为硝化阶段，主要是氨依次被转化为亚硝酸盐和硝酸盐。测定*阶段的生化需氧量需在20℃下20天。目前多数国家采用5天（20℃）作为测定的标准时间，所测结果称为5天生化需氧量，以BOD₅表示。据试验研究，生活废水的BOD₅与*阶段需氧量BOD的比值约为0.7，而工业废水的水质差异较大，两者之间的比值各不相同。

BOD包括不含氮有机物和含氮有机物中碳素部分。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）总有机碳(TotalOrgnic Carbon)

在900-950℃高温下，以铂为催化剂，使水样气化燃烧，有机碳即氧化成CO₂，测量所产生的CO₂量，在此总量中减去碳酸盐等无机碳元素含量，即可求出水样中的TOC。（注：需去除无机碳的干扰）

因只考虑有机碳，排除了其他元素，仍不能直接反映有机物的真正浓度。已仪器化，用以间接表示水中有机物质含量的综合性指标。

（4）总需氧量（Total Oxygen Demand）

在特殊的燃烧器中，以铂为催化剂，在900℃高温下使一定两的水样气化，其中有机物燃烧变成稳定的氧化物时所需的氧量，结果以氧（O）的mg/L表示。

测定时间只需3分钟，可自动控制进行。快捷简便。测定结果比BOD、COD更接近于需氧量，一般认为是真正的有机物*氧化的总需氧量。

3．其它

（1）灼烧减量

是测定有机物含量的简单、原始的方法。常用于含有机物量多的废渣。

把样品在105 ℃下烘干去掉水分，称重后用600 ℃灼烧，然后称量得到减量，以此代表有机物。

在此温度下可使含碳及其它有机物燃烧挥发，而无机盐挥发量却可降至低。

（2）含氮化合物

有机氮是表明各种蛋白质、氨基酸、尿素等含氮有机物总量的水质指标。

有机氮是利用浓硫酸把全部有机物中的氮都分解转化成氨，然后加以测定。有机氮在有氧条件下进行生物氧化，逐步分解成无机的NH₃、NH₄⁺、 NO₂^-、NO₃^-等形态，NH₃、NH₄⁺称为氨氮，NO₂^-称为亚硝酸氮，NO₃^-称为硝酸氮。它们代表有机氮转化成无机氮的各个不同阶段。