第一章 水质与水体自净Word格式.docx

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2、社会循环——人类社会为满足生活和生产的需要，从各种天然水体中取用大量的水，经使用后又以生活和生产废水的形式排入天然水体。

水在人类社会中形成的此局部循环就是水的社会循环。

三、水污染

自然环境是一动态平衡体系，它对进入其中的各种物质的变化具有一定的调节能力。

经过体系内部一系列的物理、化学和生物学的连锁反应和相互作用，可以建立新的平衡。

水体在一定程度下具有的自我调节和降低污染的能力，通常称为水的自净能力。

进入水体的污染物，经过物理、化学和生物等方面的作用，使污染物浓度逐渐降低，经过一段时间水体恢复到受污染前的状态。

这一现象称为“水体的自净作用”。

但当进入水体的外来杂质含量超过了水体的自净能力时，水质就会难以恢复，趋于恶化，对人类环境和水的利用产生不良影响，这就是水的污染。

《中华人民共和国水污染防治法》中关于“水污染”下了明确的定义：

水体因某种物质的介入，而导致其化学、物理、生物或者放射性等方面特性的改变，从而影响水的有效利用，危害人体健康或者破坏生态环境，造成水质恶化的现象。

造成水污染的原因有自然和人为两个方面。

前者如有火山爆发产生的尘粒落入水中，天然植物腐烂产生有害物质溶入水中引起的污染；

后者如生活污水，生产废水未经处理而大量排放水体所产生的污染。

但通常所说的水体污染均指对水体危害较大的人为污染。

我国水污染的特征：

1、污染不断加剧，水质恶化日趋严重；

2、各流域水体自南向北水质逐渐变差。

3、湖泊水库水体富营养化不容轻视

四、水体污染物

能使水体的水质、生物质、底泥质量恶化的各种物质均称为水体污染物（水污染物）。

根据其性质的不同可分为化学性、物理性和生物性污染物。

1、化学性污染物

1）无机污染物质：

酸、碱及一些无机盐类

2）无机有毒物质：

重金属（汞、镉、铅等）

3）有机有毒物质：

有机农药、多环芳烃、芳香胺等

4）需氧污染物质：

碳水化合物、蛋白质、脂肪和酚等

5）植物营养物质：

含氮、磷的化合物

6）油类污染物质

2、物理性污染物质

1）悬浮污染物质：

固体物质

2）热污染：

热电厂、核电站及各种工业过程中的冷却水

3）放射性污染：

Sr90、Cs137、I131

3、生物性污染

生活污水、医院污水和某些工业废水中的病原微生物、病毒、寄生虫等。

第二节水质指标与水质标准

一、水质指标

图1-19按颗粒尺寸进行物质分类

水质即水的品质。

自然界中的水并不是纯粹的氢氧化合物，因此水质就是指水与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。

各项水质指标则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。

一般可分为三大类：

物理性指标化学性指标、生物学指标。

（常见的水质指标有数十项，现将有关指标的意义列举如下[3]）

1、物理学水质指标

（1）感官物理性状指标：

温度、混浊度、嗅和味、色度等

（2）其它物理性状指标：

总固体、悬浮固体、电导率等

浊度：

水中不溶性物质对光线透过时产生的阻碍程度。

（水中悬浮物或胶体状颗粒物质）

色度：

感官性指标，水中悬浮物、胶体或溶解物质均可生色。

表色：

由水中悬浮物、胶体物质和溶解物质共同引起的颜色。

真色：

除去水中悬浮物质后所呈现的颜色。

总固体：

一定温度下一定体积水样蒸发至干所残留的固体物质总量，单位mg/L。

常用蒸发烘干温度：

103～105℃；

过滤方法可用石棉古氏坩锅或0.45µ

m滤膜；

灼烧温度通常为600℃。

水中固体按其溶解性能可分为“溶解固体”/“总可滤残渣”和“悬浮固体”/“总不可滤残渣”；

按其挥发性能可分为“挥发性固体”/“灼烧减重”和“固定性固体”。

例1-1（p20）：

将某污水水样100mL置于重量为46.4718g的古氏坩埚中过滤，坩埚在105℃下烘干后称重为46.5036g，然后再将此坩埚置于600℃下灼烧，最后称重为46.4848g。

另取同一水样100mL，放在重量为67.9624g的蒸发皿中，在105℃下蒸干后称重为68.0138g。

试计算该水样的总固体、悬浮固体、溶解固体、挥发性悬浮固体和固定性悬浮固体量各为多少mg/L？

解：

悬浮固体：

挥发性悬浮固体：

溶解固体＝总固体－悬浮固体

固定性悬浮固体＝悬浮固体－挥发性悬浮固体

2、化学水质指标

（1）非专一性指标

电导率——表示水样中可溶解性电解质总量。

总含盐量——水中各种溶解性矿物盐类的总称。

碱度——一般来源于水样中OH-、CO32-、HCO3-离子。

关系到水的许多化学反应过程。

硬度——可溶性钙盐和镁盐组成，引起沉积和结垢现象。

（2）非专一性有机物指标

化学需氧量（COD）——有机污染物浓度指标。

生物化学需氧量（BOD）——水体通过微生物作用发生自然净化的能力标度，废水生物处理效果标度。

总需氧量（TOD）——近于理论耗氧量值。

总有机碳（TOC）——近于理论有机碳量值。

石油类——影响空气—水界面间氧的交换，被微生物降解时耗氧，使水质恶化。

（3）无机物指标

铝——影响水的可饮用性，对金属有腐蚀作用，对生物有一定毒性。

铁——在不同条件下可呈Fe3+或胶粒Fe（OH）3状态，造成水有铁锈味和浑浊，形成水垢，繁殖滋生铁细菌。

有毒金属——常见的有镉、汞、铅等，一般来源于工业废水。

氯化物——影响可饮用性，腐蚀金属表面。

亚硝酸盐氮——是婴幼儿高铁血红蛋白症的病原物，与仲胺类作用生成致癌的亚硝胺类化合物。

（4）溶解性气体

氧气——生物呼吸所需，腐蚀金属，水体缺氧会产生CH4、H2S等有害气体。

二氧化碳——大多数天然水系中碳酸体系的组成物。

含盐量——水中各种溶解性矿物盐类的总称。

水中主要的阳离子：

Ca2+、Mg2+、Na+、K+；

主要的阴离子：

HCO3－、CO32－、SO42－、Cl－。

碱度——水接受质子的能力，在水中离解或水解后生成可与强酸（或H+）反应的物质总量。

此能力可用在水中离解或水解后生成可与强酸（H+）反应当物质总量来量度。

这些物质包括强碱、弱碱、强碱弱酸盐、有机碱等。

水中的碱度常用中和滴定法测定，即用标准浓度的盐酸溶液滴定水样，用酚酞和甲基橙作指示剂，根据滴定所耗盐酸量求出水样碱度。

如用酚酞作指示剂，在pH8.3附近由红色转为无色，所得碱度为酚酞碱度（P）；

如用甲基橙作指示剂，在pH4.4附近由黄色转为红色，所得碱度为甲基橙碱度或总碱度（T）。

按照水中致碱阴离子的不同，碱度又可分为重碳酸盐碱度，碳酸盐碱度和氢氧化物碱度三种。

几种碱度之间的换算可参照表1-3（p23）三种碱度计算表，该算法既简单方便，又足够精确。

碱度的计算

碱度中和滴定顺序：

H++CO32-→HCO3-①

H++OH-→H2O②①+②＝P

H++HCO3-→H2CO3③①+②+③＝T

设：

水样中的[CO32-]=xmmol/L，[OH-]=ymmol/L，[HCO3-]=zmmol/L

则：

x＋y＝Px＋2y＋z＝T

（1）P=0

因P＝x＋y=0∴x＝0y＝0则z=T

（2）P<

T/2

由x＋y＝P；

x＋2y＋z＝T；

P<

T/2联立得：

x<

z

因OH-，HCO3-不能同时存在∴x＝0y＝Pz=T-2P

（3）P=T/2

P=T/2联立得：

x=z

因OH-，HCO3-不能同时存在∴x＝z=0y＝P=T/2

（4）P>

T/2

P>

x>

因OH-，HCO3-不能同时存在∴x＝2P-Ty＝T-Pz=0

（5）P=T

P=T联立得：

y+z=0

则y＝z=0x＝T

表1-3三种碱度计算表

滴定结果

氢氧化物碱度[OH-]

碳酸盐碱度2[CO32-]

重碳酸盐碱度[HCO3-]

P=0

T

2P

T-2P

P=T/2

2P-T

2（T-P）

P=T

例1-3（p24）：

取某河水水样100mL，用0.1000mol/L的HCl溶液测定其碱度，先以酚酞作指示剂，消耗了HCl溶液0.40mL；

另取该水样100mL，以甲基橙作指示剂，用HCl溶液滴定消耗了7.20mL。

求该水样的酚酞碱度、甲基橙碱度、总碱度。

酚酞碱度甲基橙碱度（总碱度）

注意：

单位mmol/L

硬度——水中的两价金属离子与肥皂作用生成沉淀，和与水中某些阴离子化合生成水垢而产生硬度。

水中最主要的致硬金属离子是Ca2+、Mg2+。

能与之化合的阴离子主要有HCO3－、CO32－、SO42－、Cl－、NO3－、SiO32－等。

由相关阴离子将硬度分为：

碳酸盐硬度（暂时硬度）——由钙、镁的碳酸盐和重碳酸盐形成。

非碳酸盐硬度（永久硬度）——由钙、镁的硫酸盐和氯化物形成。

目前，最普遍采用的总硬度测定方法为EDTA络合滴定法。

硬度的单位最常用的是mmol/L。

硬度的计算

在水处理中，有时要求分别知道碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度的含量。

如果已经测得水样的总硬度和各种碱度，就可以用下面的方法来进行计算。

S＝碳酸盐碱度＋重碳酸盐碱度＝2[CO32－]+[HCO3－]；

碳酸盐硬度＝[CO32－]+0.5[HCO3－]

（1）当0.5S<

总硬度时：

则：

碳酸盐硬度＝0.5S，非碳酸盐硬度＝总硬度－0.5S；

（2）当0.5S＝总硬度时：

碳酸盐硬度＝0.5S，非碳酸盐硬度＝0；

（3）当0.5S>

碳酸盐硬度＝总硬度，非碳酸盐硬度＝0。

此时，0.5S与总硬度的差值称为负硬度（负硬度＝0.5S－总硬度）。

负硬度主要是由钠、钾的碳酸盐和重碳酸盐构成的。

它们并不致硬，不是硬度。

相反，还能抵消部分硬度，如：

Na2CO3＋CaSO4→CaCO3↓＋Na2SO4

水中的有机物种类繁多，组成复杂，一般不对它们进行单独定量测定，而是利用其共性用某种指标间接的反映其总量或某一分类含量。

目前最普通、最重要的有机物质综合指标是：

化学需氧量（COD）、耗氧量（OC）和生物化学需氧量（BOD）。

化学需氧量（COD）和耗氧量（OC）在一般书籍中是不区分的，其定义为：

一定严格的条件