2.水质指标分类

(1)物理指标。

1)水温。水的物理化学性质与水温有密切关系。水中溶解性气体(如O2、CO2等)的溶解度、水中生物和微生物活动、盐度、pH值以及碳酸钙饱和度等都受水温变化的影响。水温是现场观测的水质指标之一。

2)臭味和臭阈值。纯净的水无臭无味,含有杂质的水通常有味。无臭无味的水虽不能保证是安全的,但是饮水者对水质的起码信任。饮用水要求不得有异臭异味。臭是检验原水和处理水质必测项目之一。检验水中臭味可用文字描述法和臭阈值法检验,文字描述法采用臭强度报告,臭强度可用无、微弱、弱、明显、强和很强6个等级描述。而臭阈值是水样用无臭水稀释到闻出最低可辨别的臭气浓度的稀释倍数。规定饮用水的臭阈值不大于2,臭阈值是评价处理效果和追查污染源的一种手段。

3)颜色和色度。纯净的水无色透明,混有杂质的水一般有色不透明。例如,天然水中含有黄腐酸(又称富里酸)而呈黄褐色,含有藻类的水呈绿色或褐色;工业废水由于受到不同物质的污染,颜色各异。水中呈色的杂质可处于悬浮态、胶体或溶解状态,有颜色的水可用表色和真色来描述。

表色：包括悬浮杂质在内的3种状态所构成的水色为“表色”。测定的是未经静置沉淀或离心的原始水样的颜色,只用定性文字描述。如废水和污水的颜色呈淡黄色、黄色、棕色、绿色、紫色等。当然,对含有泥土或其他分散很细的悬浮物水样,虽经适当预处理仍不透明时,可以只测表色。

真色：除去悬浮杂质后的水,由胶体及溶解杂质所造成的颜色称为真色。水质分析中一般对天然水和饮用水的真色进行定量测定。并以色度作为一项水质指标,是水样的光学性质的反映。饮用水在颜色上加以限制,规定色度不大于15度。

颜色的测定：测定较清洁水样,如天然水和饮用水的色度,可用铂钴标准比色法和铬钴比色法。如水样较浑浊,可事先静置澄清或离心分离除去浑浊物质后,进行测定,但不得用滤纸过滤。水的颜色往往随pH值的改变而不同,因此测定时必须注明pH值。

测定受工业污染的地面水和工业废水的颜色,除用文字描述法外,还可采用稀释倍数法和分光光度法测定。

4)浊度。表示水中含有悬浮及胶体状态的杂质,引起水的浑浊程度,并以浊度作单位,是天然水和饮用水的一项重要水质指标。这种浑浊对水的透明有影响,当浑浊度较高时,将引起水中生物生态发生变化。如浑浊来自生活污水和工业废水的排放则往往是有害的。地面水常含有泥沙、黏土、有机质、微生物、浮游生物以及无机物等悬浮物质而呈浑浊状态;如黄河、长江、海河等主要大河水都比较浑浊,其中黄河是典型的高浊度水河流。地下水比较清澈透明,浊度很小,往往水中Fe2+被氧化后生成Fe3+,使水呈黄色浑浊状态;生活污水和工业废水中含有各种有机物、无机物杂质,尤其悬浮状态污染物含量较大,因而大多数是相当浑浊,一般只作不可滤残渣测定而不作浊度测定。

水中不可滤残渣(悬浮物质)对光线透过时所发生的阻碍程度,也是水样的光学性质的反映;与该物质在水中的含量以及颗粒大小、形状和表面反射性能有关,因此浊度与以mg/L表示的不可虑残渣(悬浮物质)的含量有关。水中浊度是水可能受到污染的重要标志之一。浊度也是自来水厂处理设备选型和设计的重要参数,是水厂运行和投药量的重要控制标准,尤其用化学法处理饮用水或废水时,有时用浊度来控制化学药剂的投加量。

5)残渣。残渣分为总残渣(也称总固体)、总可滤残渣(又称溶解性总固体)和总不可滤残渣(又称悬浮物)3种。残渣在许多方面对水和排出水的水质有不利影响。残渣含量高的水,一般不适于饮用,偶尔饮用可能会引起不适的生理反应,高度矿化的水对许多工业用水也不适用。

6)电导率。电导率又称比电导。电导率表示水溶液传导电流的能力。它可间接表示水中可滤残渣(即溶解性固体)的相对含量。通常用于检验蒸馏水、去离子水或高纯水的纯度、监测水质受污染情况以及用于锅炉水和纯水制备中的自动控制等。电导率的标准单位是西门子/米(S/m),多数水样的电导率很低,所以,一般实际使用单位为毫西门子/米(mS/m),1mS/m相当于10μΩ/cm(微欧姆/厘米),单位间的互换关系是：1mS/m= 0.01mS/cm=10μΩ/cm=10μS/cm,电导率用电导率仪测定。

7)紫外吸光度值。由于生活污水、工业废水,尤其石油废水的排放,天然水中含有许多有机污染物。这些污染物,尤其含有芳香烃和双键或羰基的共轭体系,在紫外光区都有强烈吸收。对特定水系来说,其所含物质组成一般变化不大,所以,利用紫外吸光度作为新的评价水质有机物污染综合指标。

8)氧化还原电位。氧化还原电位(ORP)是水体中多种氧化物质与还原物质进行氧化还原反应的综合指标之一,其单位用毫伏(mV)表示。在水处理尤其废水生物处理中越来越受到重视。已经证明ORP是厌氧消化过程中一个较为理想的过程控制参数。20世纪80年代之后,人们发现ORP在脱氮(N)除磷(P)过程中起到重要的指示作用。近年来,在好氧活性污泥法降解含碳有机物过程中,已有用ORP的数值或变化率作为反应时间的计算机控制参数的研究,例如,在间歇式活性泥法(SBR)处理石油废水过程中,以ORP的数值或变化率作为反应时间控制参数的应用研究已取得一定进展。

(2)微生物指标。

水中微生物指标主要有细菌总数、大肠菌群等。

1)细菌总数。指1ml水样在营养琼脂培养基中,于37℃培养24h后,所生长细菌菌落的总数。水中细菌总数用来判断饮用水、水源水、地面水等污染程度的标志。我国饮用水中规定菌落总数≤100CFU/ml。

2)大肠菌群。大肠菌群可采用多管发酵法、滤膜法和延迟培养法测定。我国饮用水中规定大肠菌群不大于3个/L。

3)游离性余氯。余氯为消毒指标,水液氯消毒中,氯化解成游离性有效氯：

Cl2+H2OHOCl+H++Cl-

HOClH++OCl-

HOCl和OCl-比例与水pH值有关。饮用水余氯消毒之后剩余的游离性有效氯为游离性余氯。可采用碘量法、N,N-二乙基对苯二胺-硫酸亚铁铵滴定法和N,N-二乙基对苯二胺(DPD)光度法测定。《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)规定：集中式给水出厂水游离性余氯不低于0.3mg/L,管网末梢水不应低于0.05mg/L。

4)二氧化氯(Cl O2)。二氧化氯(ClO2)为消毒指标,出厂水限值为0.8mg/L,集中式给水厂水余量不低于0.1mg/L,管网末梢水不低于0.021mg/L。

(3)化学指标。

天然水和一般清洁水中最主要的离子成分有阳离子：Ca2+、Mg2+、Na+、K+;阴离子：等八大基本离子,再加上量虽少但起重要作用的H+、OH-、等,可以反映出水中离子的基本概况。而污染较严重的天然水、生活污水、工业废水可看作在此基础上又增加了杂质成分。表示水中杂质及污染物的化学成分和特性的综合性指标,主要有pH值、酸度、碱度、硬度、酸根、总含盐量、高锰酸盐指数、UVA、TOC、COD、DO、TOD等。

1)pH值。水的pH值是溶液中氢离子浓度或活度的负对数,pH值=-lg[H+]。表示水中酸、碱的强度,是常用的水质指标之一。pH值=7,水呈中性;pH值<7,水呈酸性;pH值>7,水呈碱性。pH值在水的化学混凝、消毒、软化、除盐、水质稳定、腐蚀控制及生物化学处理、污泥脱水等过程中是重要因素和指标,对水中有毒物质的毒性和一些重金属络合物结构等都有重要影响。pH值通常采用比色法或电位法测定。

2)酸度和碱度。酸度和碱度都是水的一种综合特性的度量,酸度和碱度均采用酸碱指示剂滴定法或点位滴定法测定。

3)硬度。水的硬度一般定义为Ca2+、Mg2+的总量。包括总硬度、碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度。

由Ca(HCO3)2和Mg(HCO3)2及MgCO3形成的硬度为碳酸盐硬度,又称暂时硬度,因这些盐类煮沸后就分解形成沉淀。由CaSO4、MgSO4、CaCl2、MgCl2、CaSiO3、Ca(NO3)2和Mg(NO3)2等形成的硬度为非碳酸盐硬度,又称永久硬度,在常压下沸腾,体积不变时,它们不生成沉淀。

硬度的单位除以mg/L(以CaCO3计)表示外,还常用mmol/L、德国硬度、法国硬度表示。我国和世界其他许多国家习惯上采用的是德国度(简称“度”)。

4)总含盐量。总含盐量又称全盐量,也称矿化度。表示水中各种盐类的总和,也就是水中全部阳离子和阴离子的总量。总含盐量与总可滤残渣在数值上的关系是：

(4)有机污染物综合指标。

由于生活污水和工业废水的排放,使水体中的有机物含量逐渐增加,如果不加大水环境污染治理力度和进行有效控制,大量有机物排入水体后,在微生物的作用下发生氧化分解反应,消耗水中的溶解氧;同时使藻类和水中微生物迅速增殖,使水中溶解氧进一步下降;如天然水体中DO小于5mg O2/L时,鱼类开始死亡,DO小于1～2mg O2/L时,所有水生生物(包括好氧菌)都难以生存。此时,厌氧菌繁殖,继续分解有机物,由于严重缺氧导致水生生物大量死亡,而使水变黑发臭。含有大量有机物的废水,不但使水质恶化,污染环境,而且也会危害人类健康。因此,控制有机废水的排放是至关重要的。

目前,有机物已达几百万种,在有毒有害物质中,有机物约占2/3左右。采用仪器分析法和化学分析法在水中已检测出上百种有机污染物,但是对它们一一定量,仍有一定困难。因此,采用有机物污染综合指标评价水质很有实际意义。有机物污染综合指标能反映水中有机物的相对含量和总污染程度。这些综合指标主要有高锰酸盐指数、化学需氧量(COD)、生物化学需氧量、总有机碳(TOC)、总需氧量(TOD)和紫外吸光度(UVA)等。

1)高锰酸盐指数、生物化学需氧量、化学需氧量(COD)及其关系。高锰酸盐指数、化学需氧量(COD)和生物化学需氧量都是间接地表示水中有机物污染的综合指标。高锰酸盐指数和COD是在规定条件下,水中有机物被KM-n O4、K2Cr2O7氧化所需的氧量(mg O2/L);是在有溶解氧的条件下,水中可分解有机物被微生物氧化分解所需的氧量(mg O2/L)。这些指标的测定值都没有直接表示出污染物质的组成和数量,并且测定受试剂浓度、H+浓度、温度、时间等条件影响,测定时间也较长。

比较而言,高锰酸盐指数的测定需时最短,但KMn O4对有机物的氧化率低,所以只能应用于较清洁的水,并且不能反映出微生物所能氧化的有机物的量。

COD几乎可以表示出有机物全部氧化所需的氧量。对大部分有机物,K2Cr2O7的氧化率在90%以上。它的测定不受废水水质的限制,并且在2～3h内即能完成,但是它也不能反映被微生物所能氧化分解的有机物的量。

反映了被微生物氧化分解的有机物量,但由于微生物的氧化能力有限,不能将有机物全部氧化,其测定值低于COD,由于测定时间太长(5d),不能及时指导生产实践,此外还较难适用于毒性强的废水。

尽管高锰酸盐指数、COD、都是间接表示水中有机物污染综合指标,不能全面地反映水体中被有机物污染的真实程度,只能表示水中有机物的相对数量,并且应用范围还有一定局限性,但在目前仍是重要的水质分析方法和水污染控制的评价参数。

通常来说,对未受到工业废水严重污染的水体、城市污水和工业废水,有机物在一般条件下多具有良好的生物降解性。测定确能反映出有机物污染的程度和处理效果。如无条件或受水质限制而不能作测定时,可以测COD。

2)总有机碳(TOC)。总有机碳(TOC)是以碳的含量表示水体中有机物总量的综合指标,单位为mgC/L。由于TOC的测定采用燃烧法,因此能将有机物全部氧化,它比BOD或COD更能直接表示有机物的总量。因此,常常被用来评价水体中有机物污染的程度。近年来,国内外已研制出各种类型的TOC分析仪。按工作原理不同,可分为燃烧氧化—非分散红外吸收法、电导法、气相色谱法、湿法氧化—非分散红外吸收法等。其中燃烧氧化—非分散红外吸收法流程简单、重现性好、灵敏度高、只需一次性转化,因此这种TOC分析仪被广泛应用。

3)总需氧量(TOD)。总需氧量(TOD)是指水中有机物和还原性无机物经过燃烧变成稳定的氧化物时的需氧量,单位为mg O2/L。

水样中有机物在燃烧过程中所需的氧气由硅胶渗透管提供(来源于空气),并以氮气作为载气。一定量的水样含有一定浓度的氧气,以氮气作为载气,自动注入内填铂催化剂的高温石英燃烧管,在900℃条件下,瞬间燃烧氧化分解,有机物中氢变成水,碳变成CO2。氮变成氮氧化物,硫变成SO2,金属离子变成氧化物。由于氧被消耗,供燃烧用的气体中氧的浓度降低,经氧燃料电池测定气体载体中氧的降低量,测得结果在记录仪上以波峰形式显示。

TOD测定中的标准溶液用邻苯二甲酸氢钾配制,绘制出工作曲线,根据试样的波峰高度,由工作曲线求出试样的TOD值。

总而言之,水中有机物污染综合指标高锰酸盐指数、COD、TOC和TOD都可以作为评价水处理效果和控制水质污染,以及评价水体中有机物污染程度的重要参数。由于高锰酸盐指数、COD、不能全面地反映水体中被有机物污染的真实程度,而总有机碳(TOC)、总需氧量(TOD)能够较准确地测出水体中需氧物质的总量,且氧化较完全,操作简便,效率高,数据可靠;可以自动、连续测定,能及时控制测定的要求和反映水体污染情况;可以达到对水体中有机物的自动、快速监测和及时控制的目的,具有明显的优越性。因此,随着TOC和TOD分析仪的普及,TOC和TOD将逐步取代其他几项综合指标。

4)紫外吸光度(UVA)——水中有机污染物的新综合指标。

紫外吸外光度(UVA)水中有机物污染指标主要由化学需氧量(COD)和生物化学需氧量(BOD)来表示。近年来,又常采用总有机碳(TOC)、总需氧量(TOD)来表示。在公共水域的污染物总量控制中,有的采用TOD作为控制指标,用TOC作为参考指标,并用来控制总碳量和验证杂质对TOD的影响。TOC和TOD两者配合使用有助于了解水质瞬间变化实况。但是,由于水中无机物对测定的干扰尚未完全解决,因此,TOC、TOD还不能完全代替COD和BOD。应该指出,上述表示方法,由于水的种类、操作方法、氧化剂种类不同而得到不同值。尤其对低浓度的有机污染物的分析测量往往产生一些困难。而采用紫外吸光度(UVA)作为新的有机物污染综合指标将具有普遍意义。

由于生活污水、工业废水,特别是石油废水的排放,使天然水体中含有许多有机污染物,这些有机污染物,特别是含有芳香烃和双键或羰基的共轭体系等有机物,在紫外光区都有强烈吸收,其吸光度的大小可以间接反映水中有机物的污染程度。对特定水系来说,其所含物质组成一般变化不大,可用紫外吸光度作为评价水质有机物污染的综合指标。因此,紫外吸光度(UVA)可作为COD、BOD、TOC等到的替代指标,成为水中有机物污染综合指标之一。

(5)放射性指标。

水中放射性物质主要来源于天然和人工核素两方面。这些物质产生了α、β及γ放射性。随着放射性物质在核科学及其动力发展在工业、农业、医学等方面的广泛使用,给环境也带来一些放射性污染。必须注意防护,并引起高度警戒。放射性物质除引起外照射(如γ射线)外,还会通过饮水、呼吸和皮肤接触进入人体内,引起内照射(如α、β射线),导致放射性损伤、病变甚至死亡。因此,我国饮用水规定α放射性强度不得大于0.1贝可/升(0.1Bq/L),β放射性强度不得大于1Bq/L。测定水中α和β放射性强度用低本底α、β测量仪测定。