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