水質物理和化學指標

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

下面僅介紹國家相關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。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℃

工業廢水的溫度與生產過程有關。

飲用水的溫度在10℃比較適宜。

測定：現場測定，與地點和深度有關，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。真色是由于水中所含溶解物質或膠體物質所致，即除去水中懸浮物質后所呈現的顏色。表色包括由溶解物質、膠體物質和懸浮物質共同引起的顏色。

一般只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1毫克/升時所產生的顏色為1度。

測定水樣時，將水樣顏色與一系列具有不同色度的標準溶液進行比較或繪制標準曲線在儀器上進行測定。

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，并與液面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，即為色度。

（3）渾濁度和透明度

水中由于含有懸浮及膠體狀態的雜質而產生渾濁現象。水的渾濁程度可以用渾濁度來表示。水體中懸浮物質含量是水質的基本指標，表明的是水體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小時內沉淀下來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的物質通常稱作污泥；工業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，與顆粒的數量、濃度、尺寸、形狀和折射指數等有關。

硅單位：以不溶性硅如高齡土、漂白土等在蒸餾水中所產生的光學阻礙現象為基礎，規定1毫克/升的SiO₂所構成的渾濁度為1度。

標準燭單位：用蜂蠟和鯨腦蠟按一定規格制成標準燭，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止，此水柱高度即為標準燭光值。

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標準渾濁液，可成為標準肼單位：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，取兩溶液各5.0毫升混合靜置24小時，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于光線散射和吸收的能力。它不僅與懸浮物的含量有關，而且還與水中雜質的成分、顆粒大小、形狀及其表面的反射性能有關。

2．其它物理性指標

（1）總固體（TotalSolids)：

   水樣在103-105℃下蒸發干燥后所殘余的固體物質總量，也稱蒸發殘余物。

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

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

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

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

（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、離子種類及價態和測量方法的影響。

電導率是指一定體積溶液的電導，即在25℃時面積為1平方厘米，間距為1厘米的兩片平板電極間溶液的電導。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、鍶等二價陽離子; c. 鋁離子、三價鐵離子

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：水中能與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。用酚酞為指示劑測得的堿度為酚酞堿度P。用甲基橙為指示劑測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⁺的物質的量，為M。T=P+M

表 三種堿度的計算表

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法國度=28mg/L的CaO=2.8德國度

（4）酸度和游離CO₂

酸度是指水中能與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時有明顯的咸味。

硝酸根NO₃^-：主要來源于有機物的生物降解。

（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

鐵在水中以二價和三價鐵的各種化合物形式存在。地表水中，鐵以三價鐵形式存在，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。

易生成沉淀或銹斑、水垢組成物。

（8）錳

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

有機錳會使水質變壞，帶有異味。

測定：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：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，可聚合為多核絡合物、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：在一定嚴格的條件下，水中各種有機物質與外加的強氧化劑（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；

 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），使有機物質與重鉻酸鉀充分反應。

   可將水中絕大多數有機物質氧化，但對于苯、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。

   一般用于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制的一定條件下，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），通常分為兩個階段進行。*階段稱為碳化階段，廢水中絕大多數有機物被轉化為無機的CO₂、H₂O和NH₃；第二階段稱為硝化階段，主要是氨依次被轉化為亞硝酸鹽和硝酸鹽。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℃）作為測定的標準時間，所測結果稱為5天生化需氧量，以BOD₅表示。據試驗研究，生活廢水的BOD₅與*階段需氧量BOD的比值約為0.7，而工業廢水的水質差異較大，兩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徹底，BOD₅只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，以鉑為催化劑，使水樣氣化燃燒，有機碳即氧化成CO₂，測量所產生的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：需去除無機碳的干擾）

因只考慮有機碳，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，以鉑為催化劑，在900℃高溫下使一定兩的水樣氣化，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。

測定時間只需3分鐘，可自動控制進行。快捷簡便。測定結果比BOD、COD更接近于需氧量，一般認為是真正的有機物完全氧化的總需氧量。

3．其它

（1）灼燒減量

是測定有機物含量的簡單、原始的方法。常用于含有機物量多的廢渣。

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，然后加以測定。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⁺稱為氨氮，NO₂^-稱為亞硝酸氮，NO₃^-稱為硝酸氮。它們代表有機氮轉化成無機氮的各個不同階段。