天然水体中溶解氧对水质的影响.pdf

2007年全国给水排水技术信息网成立三十五周年暨年会论文集 天然水体中溶解氧对水质的影响 周兰罗立东李永军 大连市自来水集团有限公司水质监测中心 大连 摘要 本文主要介绍 了天然水体中溶解氧的分布与变化和它对水中各化学指标的影响 以及如何通过 增加水中溶解氧来提高生活饮用水水质质量 关键词 溶解氧天然水体 1 前言 溶解氧是指在一定条件下氧气在水中溶解达到平衡 以后 一定量的水中氧气的量 一般用 100 9 水中 溶解氧气的毫克数来表示 由于水中溶解氧对一些化学物质存在形态的重要影响 从而直接对自来水出厂 水的水质产生影响 所以必须引起重视 与此同时我们的水源 河流 湖泊 地下水 水中溶氧的多少还对 水中生物的数量和种类产生影响 而这些因素反过来又间接地影响我们饮用水水源的质量 从这两点看对 水中溶氧的研究对生产实践的指导意义是重大的 一般来讲 天然水中溶解氧的含量主要与氧气的来源和消耗有关 另外 在同一水体 溶氧不但会随着时 间发生变化 还有垂直分布与水平分布的变化 因此我们在研究控制水中溶氧时必须考虑这些因素的影响 2 溶氧对水质的影响 在讨论之前我把国家对生活饮用水源水水质标准中的一些化学指标列表如下 标准限值按一级 表 1 2 2 生活饮用水水质标准 序序号号 项 月月标准准 项 目目 标准准 1 1 1 1 1 感官性状和一般化学指标标 色度不超 过 1 5度 并并 铭铭 0 0 1n州I J J J 2 2 2 2 2 色色不 得呈 现其他异色 色 O O O 2 未未 0 的I n咯 1 3 3 3 3 3 浑 浊度度不超过 3 度 特 殊情情 2 锅锅 Ol n可I I I 4 4 4 4 4 唉和味味 况不超过 5度 度 2 2 2 2 格 六价 O仍 聆几 几 5 5 5 5 5 肉 眼可见物物不得有异噢 异味 味 乃乃 铅铅 0 O S n衫L L L 6 6 6 6 6p青 青 不得含有有 24 4 4 银银 0 仍 m扩1 7 7 7 7 7 总硬度 以碳酸钙计 瑞厂 一一1 2 5 5 5 硝酸盐 以抓计 O Z n玛尹1 8 8 8 8 8 铁铁 0 3 娜犷1 6 6 6 叙仿仿 6再峨必L L L 9 9 9 9 9 锰锰 0 r件犷L L L 27 7 7 四 熟化碳碳孙 万1 l l l0 0 0 铜铜 1 加令 尸 1 2 8 8 8苯井r a l沱沱 0 0 矛邓夕L L L 1 1 1 l l l 锌锌 1 0 11峨 1 咨咨 29 9 9 滴滴涕 涕 lx 砂L L L 1 1 12 2 2 挥发酌类 以苯阶 汁 0 反叮琳 L L L 5 L L L 1 1 13 3 3 阴离子 合成洗涤加加 0 3m L L L 3 细蔺学指标 10 0 个 I td d d 1 1 14 4 4 硫暇盐盐 之狱 嚼 1 32 2 2 细荣总 数数 3布 L L L 1 1 15 5 5 盏化物物 2水为n刃 沪1 总大肠菌群群 在接触 30 t t 而 后 不低千千 1 1 16 6 6 溶解性总团体体 l你X 聆 沪 J J J 3 4 4 4游离 余氯 氯 0 3 喇肠 集 中式给水除出I 7 7 7 毒理学指标 1 th吸扩卜卜 1 35 5 5 放射性指标 水应符合上述要求外 管 网未未 1 1 18 8 8 氛化物物 0 0 5 m合 尸I 总 口 放射性 性稍水不应低于 仍m岁 L L L 佩佩佩化物物 0 仍叫犷L L L L L总归放射性性 0 1助 L L L 砷砷砷砷砷砷砷 11印L L L 注 我国 即将试行有甜项水 成指标的 饮川 水标准 呢 天然水中存在一些氧化性与还原性物质 决定了水的氧化还原状态 天然水的氧化还原状态是由水中 氧化还原物质所决定 但 由于对天然水中的氧化还原物质的多样性和对其测定存在的不确定性 所以这里 不加以全面讨论 15 3 2007 年全国给水排水技术信息网成立三十五周年暨年会论文集 2 1 溶氧对元素存在价态的影响 在氧气丰富的水环境中 N 0犷F e 3 s氏 Mn 0 2等是稳定的 如水中缺氧时 则被还原为 阳 2 一 H N Fe Z 5 2 Mn Z 等 在缺氧条件下 有机物氧化不完全 会有有机酸及胺类等产生 而这些物质的含量在生活饮用水的 国家标准里都是有明确规定的 可见其对人体是有害的 另外 它们的含量增多也表 明水质被污染的程度 如果水中缺氧则水底层会发生腐败 有浓重的 H石气味 相应的 N 一 N H 一N 及P已 一P 含量也会发生变化 相反在有氧条件下 有机酸氧化则较完全 最终产物是C 0 2 H刃N 0 一 S 0扩 一 等无毒物质 2溶氧通过对水中H P 值的影响而间接的改变水中重金属粒子的存在形式 下图为某水库夏季表层水 pH日变化图 8 7 一 窿沂 一 一 一 二 一 一一 护 一卜一牛一币上甲 二 飞只 一 一今 一卜一 刁 一币一 成 一 一 一 嘴 5 3 7 309 3011 3 13 3015 17 3019 3021 302 l 3 l 3 3 305 3 7 3 由图可见 水中的H P的变化与溶解氧 二氧化碳 碱度以及水温等有明显的相关性 水中pH随着水 中溶氧的升高而呈偏碱性 通常如果 pH 7且 8 5我们认为水质在较好的范围内 因为当 pH 下降时 水中的弱酸电离减少 许多弱酸阴离子 C 0 3 2 一 51 0 2 一 P么 3 一 5 2 一 或有机酸 不同程度地转化为相应的分子形 式 因而含这些阴离子的络合物及沉淀也相继分解或溶解 使游离重金属离子浓度增大 相反 如果水体H P 值升高 则弱碱电离减小 碱性阴离子多以分子形式存在 为保持电位的平衡 则弱酸电离增大 转化为弱酸 阴离子 导致金属离子水解加剧 形成氢氧化物或碳酸盐沉淀 使游离重金属浓度降低 从而降低水体的毒 性 与此同时水体的H P改变 还会影响到水体中的胶体 悬浮微粒的带电状态 进而影响对水体中重金属 离子的吸附或絮凝 这也正是我们在制水工艺中投加聚合铝来进行混凝沉淀的原因 总之水体中的溶氧可以通过改变水中化学物质的存在状态来改善水质 因此我们可 以利用这一原理在 生产实践中来增加水中溶氧进而改善源水和出厂水水质 下面来讲如何来增加水中的溶解氧 3根据天然水中氧气的来源来增加水中溶氧的含量 天然水体中溶解氧的来源主要有以下几个 3 1 空气的溶解 水与空气接触 空气中的氧气溶于水中 溶解的速率与水中溶解氧的不饱和程度成正比 还与水面搅动 状况及单位体积有关 也就是与风力和水深 有关 如果没有风力或人为的搅动空气溶解氧的速率是很慢的 因此我们在自 来水水的生产工艺中有一步骤是曝气 主要就是增加水中的氧气含量 去处一些污染物 但 目前 受资金和技术水平限制我市还没有在水库和主要水源地安装大型的曝气装置 3 2 光合作用 水中植物光合作用释放氧气 是水体中 氧气的重要来源 一般河流湖泊表层夏季光合作用产氧速率为 0 5 一 1 0 h g a d z l光合作用产氧速率与光照条件 水温以及水生植物的种类和数量和营养元素供应情况等因素 有关 一般地说夏季产氧速率比冬季的要高 据研究夏季在最适宜条件下 当浮游植物生物量达到6 0 2 7毫 克时 每日产氧量达 2 03肚6 9 5毫克每升 但如果夏季水体发生水华现象即浮游植物大量繁殖造成水体表 154 20 07 年全国给水排水技术信息网成立三十五周年暨年会论文集 面被遮盖 植物在过强的光照下会产生抑效应 甚至发生腐烂污染水体 使最表层光合作用速率反而降低 因此保持水体的清新避免富营养化的发生是防止水华产生的关键 禁止在水库周围 防洪渠等沿线建化工 厂 保证排放生活污水和工业废水达标 或者在水中投放鳞鱼鲤鱼等可以净化水体的生物来保持水体的 生态平衡 通过水中生物生长情况来时时监测水体的水质变化 3 3 补水 水体在补水的同时 也可以补充氧气 在我市自来水生产过程中主要源水来自碧流河 英那河 输水渠道 较远 消耗氧气较多 因此在大连周边几个水库的来水口增加跌水设施也是增氧的一个途径 4 其他 在发达国家早已采取臭氧消毒的办法来杀灭水中的微生物和致病菌 我国由于国家财力等的限制一直 采用液氯消毒 这种消毒方式会产生许多的对人体有害的副产物 包括三氯化碳 四氯化碳等一些致癌物 质 但如果改用臭氧来消毒自来水不但会减少水中的一些毒性指标 而且还会减少一些副产物的产生 最 关键是可以大大提高水质质