第一章 水质指标和标准.ppt

1、第一章 水质指标和标准,第一节 天然水的物理化学特征 第二节 水质及其指标 第三节 工业用水要求及水质控制标准,第一节 水的物理化学特征,一 水的物理特性 （1）比热 水的比热在所有液体和固体物质中是最大的，同时具有很大的蒸发热和溶解热，所以使得天然水体可以调节气候温度，冷却、储存及传热的优良载体介质。被大量地用作工业冷却介质或加热介质。 水的高比热是由于水能形成分子间氢键所引起的。,（2）水是一种强极性分子 （3）水与它的同族氢化物比较，熔点、沸点、熔化 焓、蒸发焓都异常高 （4）水密度反常,二 水的化学性质,（1）水的热稳定性 水的离解度可以作为水的热稳定性的反应。 随着温度的升高，水的离

2、解度增大，1000K时，水的离解度仅有310-5，即使达到2400K，离解度也仅有2.94，只占水的很小一部分。所以说水具有很高的热稳定性。 （2）水合作用 水分子是个极性分子，介电常数很大，当水分子遇到极性化合物或离子化合物的正负离子时，水的偶极子将和这些化合物的正负端或离子间产生相互吸引，于是发生水合作用，增强溶质的离解能力，形成具有一定数目的配位水分子的水合离子，如H3O+、Fe(H2O)6+、Zn(H2O)4+、 Cu(H2O)4+ 因此，水作为一种溶剂，是任何其它物质都不能与之相比的。,（3）水解作用 （4）水分子间的质子传递反应 水是一个弱电解质，它可以产生微弱的电离，电离反应式可

3、表示为： H2O + H2O = H3O+ + OH,第二节 水质及其指标,一、水质 水质是指水和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。 杂质按其在水中存在的状态分三类： 悬浮物质：由大于分子尺寸的颗粒组成，它们靠浮力和粘滞力悬浮于水中。 溶解物质：由分子和离子组成，被水的分子结构所支撑。 胶体物质：介于悬浮物质与溶解物质之间。,二 水质指标,1. 物理性水质指标,（1）感官物理性状指标： 温度、色度、嗅和味、浑浊度、透明度等 （2）其它的物理性指标： 总固体、悬浮固体、溶解固体、可沉固体、电导率等

4、.,温度,水的许多物理特性、物质在水中的溶解度以及水中进行的许多物理化学过程都和温度有关。 地表水的温度随季节、气候条件而有不同程度的变化，0.1-30 地下水的温度比较稳定， 8-12 工业废水的温度与生产过程有关。 饮用水的温度在10比较适宜。 测定：现场测定，与地点和深度有关，用0.1 的汞温度计。,颜色和色度（1）,纯水是无色的。 颜色有真色和表色之分。 真色是由于水中所含溶解物质或胶体物质所致，即除去水中悬浮物质后所呈现的颜色。 表色包括由溶解物质、胶体物质和悬浮物质共同引起的颜色。,颜色和色度（2）,一般只对天然水和用水作真色的测定。 用铂钴标准比色法：氯铂酸钾K2 PtCl6和氯

5、化钴CoCl26H2O配置的混合溶液作为色度的标准溶液，规定1升水中含有2.491毫克K2 PtCl6及2.00毫克CoCl26H2O时，即Pt的浓度为1毫克/升时所产生的颜色为1度（1。） 测定水样时，将水样颜色与一系列具有不同色度的标准溶液进行比较或绘制标准曲线在仪器上进行测定。 由于氯铂酸钾太贵，一般用重铬酸钾和硫酸钴，称铬钴比色法。,颜色和色度（3）,对废水和污水的颜色常用文字描述，如定性的或深浅程度的一般描述。 必要时辅以稀释倍数法：在比色管中将水样用无色清洁水稀释成不同倍数，并与液面高度相同的清洁水作比较，取其刚好看不见颜色时的稀释倍数者，即为色度。,浑浊度和透明度（1）,水中由于

6、含有悬浮及胶体状态的杂质而产生浑浊现象。 水的浑浊程度可以用浑浊度来表示。 A. 浑浊度与色度： B. 浑浊度与悬浮物含量： 悬浮物含量是水中可以用滤纸截留的物质重量 ，是一种直接数量。 浑浊度是一种光学效应，表现出光线透过水层时受到的阻碍的程度，与颗粒的数量、浓度、尺寸、形状和折射指数等有关。,浑浊度和透明度（2）-标准单位,硅单位： 以不溶性硅如高龄土、漂白土等在蒸馏水中所产生的光学阻碍现象为基础，规定1毫克/升的SiO2所构成的浑浊度为1度。 标准烛单位： 用蜂蜡和鲸脑蜡按一定规格制成标准烛，在直立的玻璃管下点燃，管中注入待测水样，自上方俯视，逐渐增大水柱高度，直到烛焰恰不能再见到时为止

7、，此水柱高度即为标准烛光值。,浑浊度和透明度（3）,散射浊度单位（FTU）或甲NTU： 用硫酸肼和六次甲基四胺混合液作为标准浑浊液，可成为标准肼单位：即以1.000克硫酸肼加水配成100毫升溶液，10.00克六次甲基四胺也配成100毫升溶液，取两溶液各5.0毫升混合静置24小时，加水定容为100毫升，其浑浊度为400度。 透明度与浑浊度相反，测定有铅字法和十字法。,固体含量,1.总固体（Total Solids)： 水样在103-105下蒸发干燥后所残余的固体物质总量，也称蒸发残余物。 2.悬浮性固体（Suspended Solids)和溶解固体（dissolved Solids): ； 水样

8、过滤后，滤样截留物蒸干后的残余固体量称为悬浮性固体，滤过液蒸干后的残余固体量。 3.挥发性固体（Volatile Solids)和固定性固体（Fixed Solids): 在一定温度下（600 ）将水样中经蒸发干燥后的固体灼烧而失去的重量。可略表示有机物含量。灼烧后残余物质的重量称为固定性固体。,电导率,水中溶解的盐类均以离子状态存在，具有一定的导电能力，因此电导率可以间接地表示出溶解盐类的含量。 电导率的大小受溶液浓度、离子种类及价态和测量方法的影响。 电导率是指一定体积溶液的电导，即在25时面积为1平方厘米，间距为1厘米的两片平板电极间溶液的电导。mS/m或S/cm。 对天然水而言：TDS

9、=（0.55-0.70）s,3. 化学性水质指标,（1）一般的化学性水质指标： pH、碱度、硬度、各种阳离子、阴离子、总含盐量、一般有机物质等 （2）有毒的化学性水质指标： 各种重金属、氰化物、多环芳烃、各种农药等。 （3）氧平衡指标： 溶解氧DO、化学需氧量COD、生化需氧量BOD、总需氧量TOC等。,pH,重要的水质指标之一。 一般天然水体的pH值在6.0-8.5之间。 最测定可用试纸法、比色法、电位法。 试纸法虽简单，但误差大；比色法用不同的显色剂进行，比较不方便；电位法用一般酸度计。,硬度（Hardness)（1）,致硬金属离子有： a.钙、镁离子; b. 铁、锰、锶等二价阳离子; c

10、. 铝离子、三价铁离子 按阴离子分： 碳酸盐硬度：由钙镁的碳酸盐、重碳酸盐所形成，可经煮沸而除去。暂时硬度。 Ca(HCO3)2 = CaCO3 + CO2 +H2O 非碳酸盐硬度：由钙、镁的硫酸盐、氯化物等形成，不受加热的影响。永久硬度。,硬度（2）,总硬度 = 钙硬度 + 镁硬度 = 碳酸盐硬度 + 非碳酸盐硬度 硬度的单位： mmol/L、mg/L(以CaCO3 计） 法国度：10mg/L的CaCO3 德国度： 10mg/L的CaO,硬度(3),设S = 碳酸盐碱度+重碳酸盐碱度 = 2CO3+HCO3- 1.当1/2SH总时: H碳酸盐=1/2S, H非碳酸盐= H总- 1/2S 2.

11、当1/2S=H总时: H碳酸盐= H总, H非碳酸盐= 0 3. 当1/2S H总时: H碳酸盐= H总, H非碳酸盐= 0, 负硬度= H总- 1/2S ,主要由钠、钾的碳酸盐和重碳酸盐构成。,碱度（1）,定义： 水中能与强酸发生中和反应的全部物质。即水接受质子的能力。包括各种强碱、弱碱和强碱弱酸盐，有机碱等。 天然水中的碱度主要有：CO32-、HCO3-、OH-、HSiO3-、H2BO3-、HPO4-、HS-和NH30等。其中CO32-、HCO3-、OH-是主要的致碱度阴离子。 碱度的测定：用中和滴定法进行。 用酚酞为指示剂测得的碱度为酚酞碱度 P. 用甲基橙为指示剂测得的碱度为甲基橙碱度

12、,或称总碱度T。 从酚酞变色到甲基橙变色之间的，所用去的H+的物质的量，为 M。 T=P+M,三种碱度的计算表,碱度（2）,pH与碳酸盐： pH10，T=氢氧化物碱度; 8.3pH10，T=2CO32-+HCO3-; 4.5pH8.3，T=HCO3-; pH4.5，T=0。 单位： mg/L; meq/L; 1meq/L=50mg/L的CaCO3=5法国度 =28mg/L的CaO =2.8德国度,碳酸盐的比例变化曲线,酸度和游离CO2,酸度是指水中能与强碱发生中和作用的物质总量。总酸度包括： a.强酸： HCl、HNO3、H2SO4等； b.弱酸：CO2、H2CO3、H2S及有机酸； c. 强

13、酸弱碱盐：FeCl3、Al2(SO4)3等； 总酸度 氢离子浓度 测定：中和滴定法。,酸根,硫酸根SO42-: 水垢的重要阴离子；可转化成H2S恶臭和腐蚀现象。 氯离子Cl-： 海水达到18000mg/L;一般淡水数十到数百mg/L;超过500-1000mg/L时有明显的咸味。 硝酸根NO3-: 主要来源于有机物的生物降解。,碱金属,Na+、K+: 其盐类是溶于水的。 它们的特性相近，常常合在一起测定。 对水质影响不很显著。 反映水中的含盐量。,铁,铁在水中以二价和三价铁的各种化合物形式存在。 地表水中，铁以三价铁形式存在，可形成氢氧化铁沉淀或胶体微粒。 地下水中，铁以二价铁的形式，可达数十毫

14、克/升。 沼泽水中铁可能以有机铁的形式存在。 易生成沉淀或锈斑、水垢组成物。,锰,常与铁伴随，许多表现与铁相似。 在引用水水比铁的危害性大。 在水中以二价形式存在。 有机锰会使水质变坏，带有异味。 测定：比色法。,硅酸,天然水中含量在6-120mg/L之间； 地下水比地表水中多。 存在形态： 单分子的正硅酸H4SiO4Si(OH)4,可电离成SiO(OH)3-、SiO2(OH)22等。 在高浓度、低pH时，可聚合为多核络合物、高分子化合物以至胶体微粒。 是水垢的主要离子，且难以去除。,化学需氧量和耗氧量（1）,定义：在一定严格的条件下，水中各种有机物质与外加的强氧化剂（K2Cr2O4、KMnO

15、4)作用时所消耗的氧化剂量，以氧（O）的mg/L表示。 按氧化剂的不同，可分为； A. 重铬酸钾耗氧量（化学耗氧量Chemical Oxygen Demand=COD) B. 高锰酸钾耗氧量(耗氧量Oxygen Consumed=OC),化学需氧量和耗氧量（2）,重铬酸钾法： 在强酸性条件下，加热回流2小时（有时加入催化剂），使有机物质与重铬酸钾充分反应。 可将水中绝大多数有机物质氧化，但对于苯、甲苯等芳香烃类化合物较难氧化。 高锰酸钾法： 不能代表水中有机物的全部含量，一般水中不含氮的有机物质在测定条件下易被高锰酸钾氧化，而含氮的有机物就难分解。 一般用于测定天然水和含容易被氧化的有机物的一

16、般废水。,生化需氧量,BOD=Biochemical Oxygen Demanded 在人工控制的一定条件下，使水样中的有机物在有氧的条件下被微生物分解，在此过程中消耗的溶解氧的mg/L数。 按生物氧化的时间有；BOD5、BOD20。 BOD包括不含氮有机物和含氮有机物中碳素部分。 BOD不如COD彻底， BOD5只是一部分生化需氧量，所以BOD5比COD要低得多。,总有机碳(Total Orgnic Carbon),在900-950高温下，以铂为催化剂，使水样气化燃烧，有机碳即氧化成CO2，测量所产生的CO2量，在此总量中减去碳酸盐等无机碳元素含量，即可求出水样中的TOC。（注：需去除无机碳

17、的干扰） 因只考虑有机碳，排除了其他元素，仍不能直接反映有机物的真正浓度。 已仪器化，用以间接表示水中有机物质含量的综合性指标。,总需氧量（Total Oxygen Demand),在特殊的燃烧器中，以铂为催化剂，在900高温下使一定两的水样气化，其中有机物燃烧变成稳定的氧化物时所需的氧量，结果以氧（O）的mg/L表示。 测定时间只需3分钟，可自动控制进行。快捷简便。 测定结果比BOD、COD更接近于需氧量，一般认为是真正的有机物完全氧化的总需氧量。,灼烧减量,是测定有机物含量的最简单、最原始的方法。常用于含有机物量多的废渣。 把样品在105 下烘干去掉水分，称重后用600 灼烧，然后称量得到

18、减量，以此代表有机物。 在此温度下可使含碳及其它有机物燃烧挥发，而无机盐挥发量却可降至最低。,含氮化合物,有机氮是表明各种蛋白质、氨基酸、尿素等含氮有机物总量的水质指标。 有机氮是利用浓硫酸把全部有机物中的氮都分解转化成氨，然后加以测定。 有机氮在有氧条件下进行生物氧化，逐步分解成无机的NH3、NH4+、 NO2- 、NO3-等形态，NH3、NH4+称为氨氮， NO2- 称为亚硝酸氮，NO3-称为硝酸氮。它们代表有机氮转化成无机氮的各个不同阶段。,其它,溶解氧 常温下水中氧的饱和量在4-14mg/L。 海水中的含氧量为淡水的80%。 用碘量法或仪器测定法进行。 硫化氢 浓度达1mg/L时就有明

19、显的臭气。 油田地下水中可能含有大量的硫化氢。 对混凝土和金属产生侵蚀破坏作用。 用碘量法测定。,第三节 工业用水要求及水质控制标准,一、工业用水的水质要求 应满足生产用途的需要，保证产品的质量，同时不会产生副作用，造成生产故障，损害技术设备，所以不同的工业用水对水质提出多方面的要求，规定出一定的水质指标。 规定往往不是由国家部门正式颁发的规范，而只是一些参考性质的技术数据，结合具体情况在使用中予以限制。,1.原料用水,主要指饮料、食品制造工业、电解水、医药、药剂制造工业等。 1. 饮料、食品制造工业的水质要求基本与生活饮用水相同。也有特殊，如：酿酒工业：考虑对微生物发酵过程的影响，钙镁作为营养料应有一定量； Cl- 促进糖化作用50mg/L左右；NO2-在0.2以下，NO3-在5-25 mg/L 2. 电解水、医药、药剂制造工业要求含盐量低，铁锰尽量低，最好是纯水。,2