水中离子总量的计算(水质分析中的常用指标有哪些？)

Posted 2023-05-30

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水中离子总量的计算(水质分析中的常用指标有哪些？)

1、有机化学指标

溶解氧 (Dissolved oxygen简称DO)

指溶解在水中的分子态氧(O2)，简称DO)。水中溶解氧的含量与大气压、水温及含盐量等因素有关。大气压力下降、水温升高、含盐量增加，都会导致溶解氧含量减低。

一般清洁的河流，DO可接近其温度的饱和值，当有大量藻类繁殖时，溶解氧可能过饱和;当水体受到有机物质、无机还原物质污染时，会使溶解氧含量降低，甚至趋于零，此时厌氧细菌繁殖活跃，水质恶化。水中溶解氧低于3~4mg/L时，许多鱼类呼吸困难，窒息死亡。溶解氧是表示水污染状态的重要指标之一。

化学需氧量(Chemical oxygen demand 简称COD)

化学需氧量是指以重铬酸钾(K2Cr2O7)或高锰酸钾(KMnO4)为氧化剂，氧化水中的还原性物质所消耗氧化剂的量，结果折算成氧的量(以mg/L计)。水中还原性物质包括有机物和亚硝酸盐、硫化物、亚铁盐等无机物。化学需氧量反应了水中受还原性物质污染的程度。基于水体被有机物污染是很普遍的现象，该指标也作为有机物相对含量的综合指标之一，在与水质有关的各种法令中均采用它作为控制项目。

注：我国颁布的环境地面水质标准(1988年)中，规定了以酸性重铬酸钾法测得的COD值称为化学需氧量，(简称CODCr)，而将高锰酸钾法测得的COD值称为高锰酸盐指数，(简称CODMn)。

高锰酸盐指数，耗氧量(CODMn)

高锰酸盐指数，又称为耗氧量，是反映水体中有机及无机可氧化物质污染的常用指标。定义为：在一定条件下，用高锰酸钾氧化水样中的某些有机物及无机还原性物质，由消耗的高锰酸钾量计算相当的氧量。它反映了水中悬浮和溶解的可被高锰酸钾氧化的那一部分无机物和有机物的量。

高锰酸盐指数在以往的水质监测分析中，亦有被称为化学需氧量的高锰酸钾法。但是，由于这种方法在规定条件下，水中有机物只能部分被氧化，并不是理论上的需氧量，也不是反映水体中总有机物含量的尺度，因此，用高锰酸盐指数这一术语作为水质的一项指标，以有别于重铬酸钾法的化学需氧量，更符合于客观实际。

CODcr一般为CODMn的2到5倍，我们在实际工作中得到的数据基本上都在这个范围

生化需氧量(Biochemical oxygen demand简称BOD)

生化需氧量是指在有溶解氧的条件下，好氧微生物在分解水中有机物的生物化学氧化过程中所消耗的溶解氧量。同时亦包括如硫化物、亚铁等还原性无机物质氧化所消耗的氧量，但这部分通常占很小比例。

有机物在微生物作用下好氧分解大体上分为两个阶段。

1)含碳物质氧化阶段，主要是含碳有机物氧化为二氧化碳和水;

2)硝化阶段，主要是含氮有机化合物在硝化菌的作用下分解为亚硝酸盐和硝酸盐。约在5-7日后才显著进行。故目前常用的20℃五天培养法(BOD5法)测定BOD值一般不包括硝化阶段。

BOD是反映水体被有机物污染程度的综合指标，也是研究废水的可生化降解性和生化处理效果，以及生化处理废水工艺设计和动力学研究中的重要参数。

总磷(Total Phosphorus简称TP)

总磷为控制水体富营养化主要指标。以水中可被强氧化物质氧化转变成磷酸盐的各种形态磷的总量计。磷是植物生长的营养元素，也是生命必不可少的。如果水中的磷超过临界浓度后，就会刺激水生植物的生长，以至发生“藻花”，造成水体的富营养化。

磷是由若干不同途径进入水体的，如排放含磷化合物的废水，农田的地表径流，以及畜牧场等。近年来，由于含磷洗涤剂和其他日用含磷物质的使用，也增加了磷的排放量。

氨氮(Ammonia nitrogen简称NH3-N)

水中的氨氮是指以游离氨NH3(也称非离子氨)和离子氨NH4+形式存在的氮。对地面水，常要求测定非离子氨。两者的组成比决定于水的pH值和温度，当pH值偏高时，游离氨的比例较高，反之，则氨盐的比例较高。

水中氨氮主要来源于生活污水中含氮有机物受微生物作用的分解产物，焦化、合成氨等工业废水，以及农田排水等。氨氮含量较高时，对鱼类呈现毒害作用，对人体也有不同程度的危害。

总氮 (Total Nitrogen简称TN)

水中各种形态无机和有机氮的总量。包括NO3-、NO2-和NH4+等无机氮和蛋白质、氨基酸和有机胺等有机氮，以每升水含氮毫克数计算。常被用来表示水体受营养物质污染的程度。

水中的总氮含量是衡量水质的重要指标之一。其测定有助于评价水体被污染和自净状况。地表水中氮、磷物质超标时，微生物大量繁殖，浮游生物生长旺盛，出现富营养化状态。

总有机碳(Total Organic Carbon，简称TOC)

以碳的含量表示水体中有机物质总量的综合指标。由于TOC的测定采用燃烧法，因此能将有机物全部氧化，它比BOD5或COD更能反映有机物的总量。

总需氧量(Total Oxygen Demand，简称TOD)

是指水中有机物质在燃烧中氧化时所需要的氧量，结果以O2的mg/L表示。TOD只能反映几乎全部有机物质经燃烧后变成CO2、H2O、NO、SO2…所需要的氧量。它比BOD、COD更接近于理论需氧量值。

2、无机化学指标

硬度(hardness)

硬度起初表示水中肥皂起泡程度的大小，现在，人们在化学上把水中Ca、Mg离子含量，换算为与其相对应的CaCO3量来计算硬度值，用mg/L表示。硬度有总硬度、钙硬度、镁硬度、碳酸盐硬度(暂时硬度)、非碳酸盐硬度(永久硬度)等表示方式。

pH值(pH value)

pH值表示水中酸碱性的强弱，用溶液中氢离子活度的负对数表示：pH =-lgαH+

pH表示水的最基本性质，它可以控制水体的弱酸、弱碱的离解程度，降低氯化物、氨、硫化氢等的毒性，防止底泥重金属的释放。它对水质的变化、生物繁殖的消长、腐蚀性、水处理效果等均有影响，是评价水质的一个重要参数。天然水的pH值多在6-9范围内;饮用水在6.5-8.5间;某些工业用水的pH值必须保持在7.0-8.5间,以防止金属设备和管道被腐蚀。

电导率(conductivity)

水的电导率与其所含无机酸、碱、盐的量有一定关系。该指标常用于推测水中离子的总浓度或含盐量。不同类型的水有不同的电导率。

氧化还原电位(Oxidation reduction potential)

氧化还原电位是水中多种氧化物质与还原物质发生氧化还原反应的综合结果。这一指标虽然不能作为某种氧化物质与还原物质浓度的指标，但能帮助我们了解水体的电化学特征，分析水体的性质，是一项综合性指标。水体的氧化还原电位必须在现场测定。

3、物理性质指标

浊度 (Turbidity)

浊度是表现水中悬浮物对光线透过时所发生的阻碍程度。水中含有泥沙、黏土、有机物、无机物、浮游生物和微生物等悬浮物质时，可使光散射或吸收，浊度大。水的浊度大小不仅和水中存在颗粒物含量有关，而且和其粒径大小、形状、颗粒表面对光散射特性有密切关系。浊度的高低一般不能直接说明水质的污染程度，但浊度增高表明水质变坏。

透明度(Transparency)

是指水样的清澈程度，洁净的水是透明的。透明度与浊度相反，水中悬浮物和胶体颗粒物越多，其透明度就越低。测定透明度的方法有铅字法、塞氏盘法、十字法等。

悬浮物(Suspended solids简称SS)

水中的固体污染物主要以悬浮状态、胶体状态和溶解状态的形态存在于水体中。悬浮状态的固体污染物通常称为悬浮物，是指杂质、泥沙类的无机物、动植物体腐败而产生的有机质和浮游生物。固体悬浮物，它会造成水体外观恶化、混浊度升高，改变水的颜色。悬浮物沉积于河底淤积河道，危害水底栖生生物的繁殖，影响渔业生产;沉积于灌溉的农田，则会堵塞土壤毛细管，影响通透性，造成土壤坂结，不利于农作物的生长。

4、常见金属指标

镉(Cadmium)(Cd)

镉的融点320.9℃，沸点765℃，是富延展性且柔软的金属，溶于稀硝酸。镉的毒性很强，可在人体的肝、肾等组织中蓄积，造成各种脏器组织的破坏，尤以对肾脏损害最为明显，还可以导致骨质疏松和软化，引起痛痛病。

绝大多数淡水的含镉量低于1μg/L，镉在自然界中多以硫镉矿存在，并常与锌、铅、铜、锰等矿共存。所以在这些金属精炼过程中都可以排出大量的镉。另外，电镀、染料、电池和化学工业等排放的废水也是镉的主要污染源。

铬(六价)(Chromium)(Cr6+)

具有光泽的银白色固体金属，耐腐蚀、耐热，是人体的必须的微量元素之一，铬化合物的常见价态有三价和六价。铬的毒性与其存在价态有关，金属铬无害，六价铬具有强毒性，为致癌物质，并易被人体吸收而在体内蓄积，通常认为六价铬的毒性比三价铬大100倍。三价铬和六价铬化合物可以相互转换。铬的工业污染源主要来自铬矿石加工、金属表面处理、皮革鞣制、印染、照相材料等行业的废水。铬是水质污染控制的一项重要指标。

铜(Copper)(元素符号：Cu)

铜具有延展性，易于加工，是热和电的良导体。铜是人体所必需的微量元素，人体缺铜会发生贫血、腹泻等病症，但过量摄入铜也会产生危害。铜对水生生物的危害较大，牡蛎在铜离子污染的水中，体内可蓄积高量的铜，在日本延冈湾及台湾二仁溪均发生过绿牡蛎案件。铜对水生生物的毒性与其形态有关，游离铜离子的毒性比络合态铜大的多。铜的主要污染源是电镀、冶炼、五金加工、矿山开采、石油化工和化学工业等部门排放的废水。

铁(Iron)(元素符号：Fe)

铁是天然水体中的微量元素之一，在水中的含量取决于该地区的地质状况，也取决于水体中的其他化学成分。二价和三价铁离子是铁在水环境中的基本形态。二价铁存在于缺少溶解氧的水体中或存在于具有厌氧底层的可分层的湖泊深水中，当水中溶解氧增加或遇到氧化物质，二价铁迅速被氧化成三价铁离子，而以一种氢氧化铁形式，或是与其它阴离子一起沉降至水底的沉积物中，三价铁的氧化物实际上是不溶的。如果底泥中有硫化氢，则分别形成硫化亚铁，于是便产生了黑色的无机物。

铁是植物和动物不可缺少的微量元素，在有些水体中，铁有可能是一种限制藻类和其他植物生长的制约因素，在脊椎动物和某些无脊椎动物血液中铁是一个极为主要的输氧因素。

铁对人体健康无毒理影响，只是影响水的使用。铁明显地影响饮水的味道，而且能够沾污洗涤衣物。

锌(Zinc)(Zn)

锌是广泛应用于日常生活的金属，融点419.5℃，可溶于酸、浓碱。其常与其他金属的硫化物，特别是铅、铜、镉和铁的硫化物缔合在一起。锌是人体必不可少的元素，但对鱼类和其他水生生物影响较大，锌对鱼类的安全浓度约为0.1mg/L。此外，锌对水体的自净过程有一定抑制作用。其主要污染源是电镀、冶金、颜料及化工等部门的排水。

硒(Selenium)(Se)

在水体中，元素硒以亚硒酸盐或硒酸盐的形式存在，水体的天然含硒浓度与土壤的含硒量成正比。硒是人体必需的元素，但若摄入过多的硒也会产生中毒现象。金属硒的毒性低，二价态硒的毒性非常高，一般经肠道吸收，蓄积于肝、肾中。其污染源主要是采矿、金属冶炼及硒制品厂等排出的废水。

重金属(Heavy metals)

化学上跟据金属的密度把金属分成重金属和轻金属，常把密度大于4.5g/cm3的金属称为重金属。如：金、银、铜、铅、锌、镍、钴、铬、汞、镉等大约45种。

水体中的重金属元素有些是人体健康必须的常量元素和微量元素，有些是有害于人体健康的，如汞、镉、铬、铅、铜、锌、镍、钡、钒、砷等。受污染的地面水和工业废水中有害金属化合物的含量往往明显增加。有害金属侵入人体后，将会使某些酶失去活性而出现不同程度的中毒症状。其毒性大小与金属种类、理化性质、浓度及存在的价态和形态有关。例如，汞、镉、铬(六价)、铅、及其化合物是对人体健康产生长远影响的有害金属;汞、铅、砷等金属的有机化合物比相应的无机化合物毒性要强得多;可溶性金属要比颗粒态金属毒性大;六价铬比三价铬毒性大等等。