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Technical articles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
物理性水質(zhì)指標(biāo) | 感官物理性狀指標(biāo) | 溫度、色度、嗅和味、渾濁度、透明度等 |
其它物理性水質(zhì)指標(biāo) | 總固體、懸浮固體、溶解固體、可沉固體、電導(dǎo)率等. | |
化學(xué)性水質(zhì)指標(biāo) | 一般的化學(xué)性水質(zhì)指標(biāo) | pH、堿度、硬度、各種陽(yáng)離子、陰離子、總含鹽量、一般有機(jī)物質(zhì)等 |
有毒的化學(xué)性水質(zhì)指標(biāo) | 各種重金屬、氰化物、多環(huán)芳烴、各種農(nóng)藥等 | |
氧平衡指標(biāo) | 溶解氧DO、化學(xué)需氧量COD、生化需氧量BOD、總需氧量TOC等 | |
生物學(xué)水質(zhì)指標(biāo) |
| 細(xì)菌總數(shù)、總大腸菌數(shù)、各種病原細(xì)菌、病毒 |
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(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??陕员硎居袡C(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:CO32-、HCO3-、OH-、HSiO3-、H2BO3-、HPO4-、HS-和NH30等。其中CO32-、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
滴定結(jié)果 | 氫氧化物堿度[OH-] | 碳酸鹽堿度2[CO32-] | 重碳酸鹽堿度[HCO3-] |
P=0 | 0 | 0 | T |
P<1/2T | 0 | 2P | T-2P |
P=1/2T | 0 | T | 0 |
P>1/2T | 2P-T | 2(T-P) | 0 |
P=T | T | 0 | 0 |
pH與碳酸鹽:
pH>10,T=氫氧化物堿度;
8.3<pH<10,T=2[CO32-]+[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:FeCl3、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SO42-: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(K2Cr2O4、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。
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