8地下水水质评价.ppt

1、专门水文地质学（水文地质勘察）,主讲教师：张卫民 2010年,学位课程,第八章 地下水水质评价,l 概述 2 饮用水水质评价 3 工业用水水质评价 4 农田灌溉用水水质评价 5 矿泉水的水质评价,第八章 地下水水质评价 1概述,1概述 地下水水质是指水和其中所含的物质组分所共同表现的物理、化学和生物学的综合特征。 地下水水质指标则表示地下水中物质的种类、成分和数量，是衡量地下水水质的具体标准。 地下水水质指标可划分为物理性质指标、化学性质指标和生物性质指标。 地下水水质评价是地下水资源评价的重要组成部分，只有水质符合要求的地下水才是可以利用的地下水资源。,第八章 地下水水质评价 1概述,1概述

2、 不同目的用水（饮用水 、工业用水、农田灌溉用水、矿泉水）对水质的要求不同。各种不同目的用水对水质要求的标准，是地下水水质评价的准则。 在进行水质评价时，应以最新标准为依据: (1)除考虑水质的现状是否符合标准外; (2)还要考虑是否有改善的可能，即经过处理后能否达到用水标准； (3) 预测地下水开采后水质可能发生的变化，并提出卫生防护和管理的措施。,第八章 地下水水质评价,l 概述 2 饮用水水质评价 3 工业用水水质评价 4 农田灌溉用水水质评价 5 矿泉水的水质评价,第八章 地下水水质评价 l 饮用水水质评价,生活饮用水水质评价： 首先要按照规定进行取样、检测分析，分析项目应不少于生活饮

3、用水水质标准中所列项目； 其次要对分析结果和采用的分析方法进行全面的复查； 然后按照生活饮用水卫生标准(GB5749-85)中规定的指标逐项进行对比评价。 只有全部项目符合标准要求时，才能作为生活饮用水。 我国生活饮用水卫生标准中的水质指标项目类别分为感官性状指标、一般化学指标、毒理学指标、细菌学指标和放射性指标。,第八章 地下水水质评价 l 饮用水水质评价,一、感官性状指标 也称物理性状指标，包括色、浑浊度、嗅、味及肉眼可见物等，是反映水质状况的直接指标。 感官性状指标虽然不属于危害人体健康的直接指标，但它们不符合要求时使人产生厌恶感，也可能是水中含有致病物质和毒性物质的标志。 例如，含腐殖

4、质的水呈黄色，含低价铁的水呈淡蓝色，含H2S的水有臭鸡蛋；含氯化钠过多的水有咸味等。因此，饮用水首先要求无色、清澈、无嗅、无味、无肉眼可见物。,第八章 地下水水质评价 l 饮用水水质评价,二、一般化学指标 一般化学指标包括pH值、总硬度、硫酸盐、氯化物、总铁、锰、铜、锌、总溶解固体等。 自然水体中存在这些化学物质，一般情况下对人体健康不会造成直接危害，但在金属硫化物矿区和煤矿所在地区，铁、锰、铜、锌及硫酸盐会出现异常高值而严重影响人体的正常生长发育。 因此，饮用水对这些化学物质的含量有严格的限制。,第八章 地下水水质评价 l 饮用水水质评价,二、一般化学指标 我国生活饮用水卫生标准中对总溶解固

5、体只规定了上限不超过1g/L，对下限未做规定。 其实，人体所需的矿物质和微量元素大多来源于饮用水，若长期饮用总溶解固体含量过低(如100mg/L )的水，如纯净水、蒸馏水、雨水等，会对身体产生不良影响，可能引发某些疾病。 美国和西欧一些国家都明确规定不能长期饮用纯净水或蒸馏水。,第八章 地下水水质评价 l 饮用水水质评价,二、一般化学指标 在饮用水水质评价中，以下情况值得重视： 饮用水的总硬度（以碳酸钙计）不应超过450mg/L。 饮水中缺钙，易患牙病，并影响心血管系统及骨骼的生长等，可出现许多不适应的症状。 当水中含过量的锶或铍时，可能易患大骨节病、佝偻病和克山病。 水中含镁过多时，易使水发

6、涩、发苦，特别是硫酸镁含量大于300500mg/L时，能引起肚泻。,第八章 地下水水质评价 l 饮用水水质评价,三、毒理学指标 毒理学指标主要包括：挥发酚、氟化物、氰化物、砷、硒、汞、镉、铬、铅、银、硝酸盐、氯仿、四氯化碳、苯并(a)芘、滴滴涕、六六六等。当水中这些化学物质含量达到一定浓度时，就会对人体健康造成危害。 在未受污染的水源中，有毒物质的含量是极少的，对人体健康基本上没有影响。 一旦水源受到污染，尤其是遭受工业“三废”污染和农药污染，则有毒物质随饮用水进入人体，对人体健康产生危害。 因此，饮用水中对毒性化学指标有严格的限制。,第八章 地下水水质评价 l 饮用水水质评价,四、细菌学指标

7、 细菌学指标主要指细菌总数和总大肠杆菌数，它们对人体的危害主要是引起肠道传染病。当细菌学指标超出标准时，则需要进行消毒处理。 1、细菌总数指标 指水样在相当于人体温度（37)下经24h培养后，每毫升水中所含各种细菌的总个数。饮用水标准规定，此数不应超过100个。 2、总大肠杆菌数指标 若在水中发现很多大肠杆菌，则说明水已被污染。饮用水标准规定，每升水中大肠杆菌数不得超过3个或100ml水中不得检出。,第八章 地下水水质评价 l 饮用水水质评价,五、放射性指标 放射性指标包括总放射性和总放射性，我国饮用水中规定的标准等效采用了世界卫生组织的推荐值，总放射性0.1 BqL，总放射性1BqL。 我国

8、地下水的总放射性0.04-0.4BqL，总放射性0.19-1.0BqL，可见，我国的水源放射性指标一般是符合饮用水标准的。,第八章 地下水水质评价 l 饮用水水质评价,小结 一、感官性状 二、一般化学指标 三、毒理学指标 四、细菌学指标 五、放射性指标,第八章 地下水水质评价,l 概述 2 饮用水水质评价 3 工业用水水质评价 4 农田灌溉用水水质评价 5 矿泉水的水质评价,第八章 地下水水质评价 2 工业用水水质评价,一、锅炉用水水质评价 水在高温高压的锅炉中可以发生各种不良的化学反应：主要有成垢作用、腐蚀作用和成泡作用等。这些作用对锅炉的正常使用会带来非常有害的影响，而这些作用的发生与水质

9、有关。因此，对锅炉用水必须进行全面评价。 1、成垢作用 （1）概念 水煮沸时，水中的一些离子、化合物可以相互作用而生成沉淀，附着在锅炉壁上形成锅垢，这种作用称为成垢作用。,第八章 地下水水质评价 2 工业用水水质评价,一、锅炉用水水质评价 1、成垢作用 （2）形成机理 锅垢的成分通常有CaO、CaCO3、CaSO4、CaSiO3、Mg(OH) 2、MgSiO3、 A12O3、Fe2O3和悬浮物的沉渣 ，其形成机理： Ca2+2HCO3-=CaCO3+H2O+CO2 Mg2+2HCO3-=MgCO3+H2O+CO2 MgCO3+H2O= Mg(OH) 2+H2O+CO2 （3）危害 锅垢会影响传

10、热、浪费燃料、降低锅炉的效用，有时可使炉壁受热不均，炉壁过热融化烧蚀，甚至引起锅炉爆炸。,第八章 地下水水质评价 2 工业用水水质评价,一、锅炉用水水质评价 1、成垢作用 （4）成垢作用评价 1）按锅垢总量评价 根据水质分析资料计算锅垢的总重量： H0S + C + 36Fe2+ + 17Al3+ + 20Mg2+ + 59Ca2+ 式中：H0锅垢的总重量(mgL)； S悬浮物重量(mgL)； C胶体重量(SiO2+ A12O3+ Fe2O3+)( (mgL)； Fe2+，Al3+各离子的含量(meqL)。,第八章 地下水水质评价 2 工业用水水质评价,一、锅炉用水水质评价 1、成垢作用 （4

11、）成垢作用评价 1）按锅垢总量评价 按锅垢总量对成垢作用进行评价时，水可分为： H0500 mgL 为锅垢很多的水。,第八章 地下水水质评价 2 工业用水水质评价,一、锅炉用水水质评价 1、成垢作用 （4）成垢作用评价 2）按硬垢系数评价 锅垢包括硬垢及软垢两部分。 硬垢主要由碱土金属的碳酸盐、硫酸盐及硅酸盐构成，附壁牢固，不易清除。 软垢主要由悬浮物及胶体物质构成，易于洗涮清除。 因此，在评价锅垢时还要计算硬垢数量以评价锅垢性质。,第八章 地下水水质评价 2 工业用水水质评价,一、锅炉用水水质评价 1、成垢作用 （4）成垢作用评价 2）按硬垢系数评价 硬垢数量常用下式计算： HhSiO2 +

12、 20Mg2+ +68（Cl- + SO42- -Na+ - K+） 式中：Hh硬垢总量(mgL)； SiO2二氧化硅重量(mgL)。 Mg2+,Cl- ，SO42- ，Na+ ，K+各离子的含量(meqL)。 如果括号内出现负值，可忽略不计。,第八章 地下水水质评价 2 工业用水水质评价,一、锅炉用水水质评价 1、成垢作用 （4）成垢作用评价 2）按硬垢系数评价 对锅垢的性质进行评价时，可采用硬垢系数(Kn)，即 KnHh / H0。 当Kn 0.5时， 为硬垢水。,第八章 地下水水质评价 2 工业用水水质评价,一、锅炉用水水质评价 2、起泡作用 （1）概念：指水在锅炉中煮沸时，在水面上产生

13、大量气泡的作用。 （2）原因：水中易溶解的钠盐、钾盐，以及油脂和悬浊物受炉水的碱度作用发生皂化的结果。 钠盐中，促使水起泡的物质为苛性钠和磷酸钠。 苛性钠除了可使脂肪和油质皂化外，还促使水中的悬浊物变为胶体状悬浊物。 磷酸根与水中的钙、镁离子作用也能形成高度分散的悬浊物。 水中胶体状态的悬浊物增强了气泡膜的稳定性，从而加剧起泡作用,第八章 地下水水质评价 2 工业用水水质评价,一、锅炉用水水质评价 2、起泡作用 （3）危害：如果气泡不能立即破裂，形成泡沫层，泡沫太多将使锅炉内水的汽化作用极不均匀和水位急剧上升，导致锅炉不能正常运行。 （4）评价：起泡作用可用起泡系数（F）评价。起泡系数据钠、钾

14、的含量计算：F = 62Na+ + 78K+ 当F200时，为起泡的水。,第八章 地下水水质评价 2 工业用水水质评价,一、锅炉用水水质评价 3、腐蚀作用 （1）概念 由于水中氢置换铁，使炉壁受到损坏的作用称为腐蚀作用。氢离子可以是水中原有的，也可以是由炉中水温增高某些盐类水解而生成的。 此外，溶解于水中的气体成分，如氧、硫化氢及二氧化碳等也是造成腐蚀作用的重要原因。 （2）危害 减少锅炉的使用寿命，还可能发生爆炸。,第八章 地下水水质评价 2 工业用水水质评价,一、锅炉用水水质评价 3、腐蚀作用 （3）评价 水的腐蚀性可以按腐蚀系数(Kk)进行评价。 对酸性水： Kk1.008（H+ +Al

15、3+ + Fe2+ +Mg2+ -CO32- -HCO3-） 对碱性水： Kk1.008（Mg2+ -HCO3-）,第八章 地下水水质评价 2 工业用水水质评价,一、锅炉用水水质评价 3、腐蚀作用 （2）评价 按腐蚀系数(Kk)将水分为： 当Kk 0时，为腐蚀性水； 当Kk 0时，为半腐蚀性水； Kk + 0.0503Ca2+0时，为非腐蚀性水（其中，Ca2+的单位以mg/L表示）。 对锅炉用水进行水质评价时，应从以上三方面进行。,第八章 地下水水质评价 2 工业用水水质评价,一、锅炉用水水质评价 小结 1、成垢作用 2、成(起)泡作用 3、腐蚀作用,第八章 地下水水质评价 2 工业用水水质评

16、价,二、地下水的侵蚀性评价 地下水的水质对工程建筑物的危害主要表现在对金属构件的腐蚀和对混凝土的侵蚀破坏。 关于水对铁的腐蚀作用，在评价锅炉用水时已作过介绍，其原则同样适用于钢筋、铁管等。 水中的氢离子、侵蚀性CO2、SO42-及弱盐基硫酸盐阳离子的存在，对混凝土有一定的侵蚀作用。侵蚀方式有分解性侵蚀、结晶性侵蚀和分解结晶复合性侵蚀等。,第八章 地下水水质评价 2 工业用水水质评价,二、地下水的侵蚀性评价 1、分解性侵蚀 指酸性水溶滤氢氧化钙及侵蚀性CO2溶滤碳酸钙，使水泥分解破坏的作用。可分为一般酸性侵蚀和碳酸侵蚀两种。 （1）一般酸性侵蚀 是水中的氢离子与氢氧化钙起反应，使混凝土溶滤破坏。

17、其反应式为： Ca（OH）2 + 2H+ Ca2+ + 2H2O 一般酸性侵蚀性主要取决于水的pH值，pH值越低，水对混凝土的侵蚀性越强。,第八章 地下水水质评价 2 工业用水水质评价,二、地下水的侵蚀性评价 1、分解性侵蚀 （2）碳酸侵蚀 是水中侵蚀性CO2与水泥中碳酸钙的反应，形成易溶于水的重碳酸钙，从而使混凝土遭到破坏，其反应式为： CaCO3+CO2+H2O = Ca2+ + 2HCO3- （3）判断指标 其评价指标和具体标准，可查阅水文地质手册等书。,第八章 地下水水质评价 2 工业用水水质评价,二、地下水的侵蚀性评价 2、结晶性侵蚀 又称硫酸盐侵蚀，是指水中的SO42-进入混凝土空

18、隙，形成石膏和硫酸铝盐晶体。 这些新化合物因结晶膨胀作用体积增大(例如石膏可增大1-2倍，硫酸铝盐可增大2.5倍)，导致混凝土强度降低，以致破坏。,第八章 地下水水质评价 2 工业用水水质评价,二、地下水的侵蚀性评价 2、结晶性侵蚀 结晶性侵蚀还与水中氯离子含量及混凝土建筑物在地下所处的位置有关： 水中氯离子含量越多，硫酸盐侵蚀性越弱。 建筑物处于水位变动带，干湿条件变化明显，结晶性侵蚀作用就会增强。 具体评价指标，可查阅有关手册。,第八章 地下水水质评价 2 工业用水水质评价,二、地下水的侵蚀性评价 3、分解结晶复合性侵蚀 又称镁盐侵蚀，其侵蚀机理主要是水中弱盐基硫酸盐阳离子的侵蚀，即水中M

19、g2+、Fe2+、Fe3+、Cu2+、Zn2+、NH4+ 等与水泥发生反应使混凝土强度降低，甚至破坏。例如水中MgCl2与混凝土中的Ca(OH)2反应，形成Mg(OH) 2和易溶于水的CaCl2。 分解结晶复合性侵蚀的评价指标为弱盐基硫酸盐阳离子总量Me，主要用于被工业废水污染的侵蚀性鉴定。,第八章 地下水水质评价 2 工业用水水质评价,二、地下水的侵蚀性评价 3、分解结晶复合性侵蚀 当Me1000 mg/L，且满足下式时，即有侵蚀性： MeK3- SO42- 式中：Me水中弱盐基硫酸盐阳离子，即水中Mg2+、Fe2+、Fe3+、Cu2+、Zn2+、NH4+总量(mg/L)； SO42-水中S

20、O42-的含量(mg/L)； K3随水泥种类不同而异的一个常数，介于6000-9000之间，可由有关手册中查得。 若Me1000 mg/L时，不论SO42-含量多少，均不具此类侵蚀性。,第八章 地下水水质评价 2 工业用水水质评价,二、地下水的侵蚀性评价 小结 1、分解性侵蚀 2、结晶性侵蚀 3、分解结晶复合性侵蚀,第八章 地下水水质评价,l 概述 2 饮用水水质评价 3 工业用水水质评价 4 农田灌溉用水水质评价 5 矿泉水的水质评价,第八章 地下水水质评价 3 农田灌溉用水水质评价,一、农田灌溉用水对水质的要求 灌溉用水水质的好坏，主要是从水温、水的矿化度及溶解盐类的成分对农作物和土壤的影

21、响来考虑的。同时考虑水的pH值和水中有毒元素的含量对农作物和土壤的影响。 1、水温 灌溉水的温度北方以10一15为宜；南方以1525为好。温度过低或过高，对作物生长都不利。,第八章 地下水水质评价 3 农田灌溉用水水质评价,一、农田灌溉用水对水质的要求 2、矿化度 灌溉用水矿化度一般以不超过1.7gL为宜；若大于1.7gL，则应视作物种类和所含盐类成分而定，例如在华北平原： （1）灌溉矿化度小于1gl的水，一般作物生长正常； （2）灌溉矿化度为1-2gL的水，水稻、棉花生长正常，小麦受抑制； （3）灌溉矿化度达5gL的水，水稻可以生长，棉花受显著抑制，小麦不能生长； （4）矿化度达20gL的水

22、，作物不能生长，只能生长少量耐盐牧草。,第八章 地下水水质评价 3 农田灌溉用水水质评价,一、农田灌溉用水对水质的要求 3、溶解盐类的成分 水中所含盐类成分不同，对作物有不同的影响。 对作物生长最有害的是钠盐，尤以Na2CO3（1g/）危害最大，它能腐蚀农作物根部，使作物死亡；其次为NaCl（2g/） ，它能使土壤盐化，变成盐土，使作物不能正常生长，甚至枯萎死亡；最后为Na2SO4（5g/） 。,第八章 地下水水质评价 3 农田灌溉用水水质评价,一、农田灌溉用水对水质的要求 小结 1、水温 2、水的矿化度 3、溶解盐类的成分,第八章 地下水水质评价 3 农田灌溉用水水质评价,二、农田灌溉用水水

23、质评价方法 目前我国农业用水水质评价在执行农田灌溉用水水质标准的同时，也采用单项指标的评价方法。 1、水质标准法 我国现行的农田灌溉用水水质标准GB5084-92。不论灌溉水源是地表水、地下水，还是处理后的城市污水以及与城市污水水质相近的工业废水，都以水质标准GB5084-92来进行评价。,第八章 地下水水质评价 3 农田灌溉用水水质评价,二、农田灌溉用水水质评价方法 1、水质标准法 我国的农田灌溉水质标准根据农作物的生长习性及需水情况将灌溉水质按作物划分为三类p103表8.3： （1）一类为水作作物，如水稻，灌溉水量一般为8000m3(亩a)； （2）二类指旱作作物，如小麦、玉米、棉花等，灌

24、溉水量一般为300m3(亩a)； （3）三类指蔬菜作物，如大白菜、韭菜、洋葱、卷心菜等，一般为200-500 m3(亩a)。,第八章 地下水水质评价 3 农田灌溉用水水质评价,二、农田灌溉用水水质评价方法 1、水质标准法 农田灌溉用水质量的评价，除了遵照水质标准GB5084-92外，还必须考虑温度的下限、盐分的类型、有机物类型、灌溉方式等问题。在水资源十分缺乏的干旱灌溉区，灌溉水的含盐量可适当放宽。 2、钠吸附比值法 钠吸附比值(A)法是美国农田灌溉水质评价采用的一种方法，它是根据水中钠离子与钙、镁离子的相对含量来判断水质的优劣。钠吸附比值(A)采用下式计算：,第八章 地下水水质评价 3 农田

25、灌溉用水水质评价,二、农田灌溉用水水质评价方法 2、钠吸附比值法 钠吸附比值(A)采用下式计算： 式中，Na+、Ca2+、Mg2+表示各离子在每升水中的毫克当量数。 (1) 当A20时，为有害的水； (2) 当A1520时，为有害边缘水； (3) 当A8时，为相当安全的水。 应用这种方法评价水质时，还应与全盐量、水化学形成条件相结合。,第八章 地下水水质评价 3 农田灌溉用水水质评价,二、农田灌溉用水水质评价方法 3、灌溉系数法 灌溉系数是根据钠离子与氯离子、硫酸根的相对含量采用不同的经验公式计算的，它反映了水中的钠盐值，但忽略了全盐的作用。其计算公式见p105表8.4。 灌溉系数Ka 18时

26、，为完全适用的水； Ka=186时，为适用的水； Ka=5.91.2时，为不太适用的水； Ka 1.2时，为不能用的水。,第八章 地下水水质评价 3 农田灌溉用水水质评价,二、农田灌溉用水水质评价方法 3、灌溉系数法 表3.13 灌溉系数计算表,第八章 地下水水质评价 3 农田灌溉用水水质评价,二、农田灌溉用水水质评价方法 4、盐碱度法 我国河南省地矿局水地质队提出的盐度、碱度的评价方法，目前已被广泛采用。 （1） 盐害：主要指氯化钠和硫酸钠这两种盐分对农作物和土壤的危害。 水质的盐害程度，可用盐度表示。盐度，就是液态下氯化钠和硫酸钠的最大危害含量（单位为meq/L）。其计算方法为： 当Na+

27、Cl-+ SO42-时，盐度= Cl+ SO42-; Na+rCl-+ SO42-时，盐度= Na+,第八章 地下水水质评价 3 农田灌溉用水水质评价,二、农田灌溉用水水质评价方法 4、盐碱度法 （2） 碱害：也称苏打害，主要是指碳酸钠和重碳酸钠对农作物和土壤的危害。 水质的碱害程度用碱度表示。碱度就是液态下重碳酸钠的危害含量（meq/L）。其计算公式为： 碱度=(HCO32-+SO42-)-(Ca2+Mg2+) 如计算结果为负值，则以盐害为主。,第八章 地下水水质评价 3 农田灌溉用水水质评价,二、农田灌溉用水水质评价方法 4、盐碱度法 （3）盐碱害：即盐害与碱害共存。当盐度大于10时，并有

28、碱度存在时，即称为盐碱害。这种危害，一方面能使土壤迅速盐碱化，另一方面又对农作物的根部有很强的腐蚀作用，使农作物死亡。 （4）综合危害：除盐害碱害外，水中的氧化钙，氧化镁等其他有害成分与盐害一起对农作物和土壤产生的危害，称为综合危害。综合危害的程度主要决定于水中所含各种可溶盐的总量，所以用矿化度（g./L）来说明。,第八章 地下水水质评价 3 农田灌溉用水水质评价,二、农田灌溉用水水质评价方法 灌溉用水水质评价是件复杂的工作，不能简单的用某一特定标准或指标替代全面的分析论证工作，还必须具体考虑当地的气候、水文地质条件、土壤性质、农作物种类、灌溉制定、灌溉方式等一系列因素才能提出适合当地情况的用

29、水标准和利用方案。,第八章 地下水水质评价 3 农田灌溉用水水质评价,二、农田灌溉用水水质评价方法 小结 1、水质标准法 2、钠吸附比值法 3、灌溉系数法 4、盐碱度法,第八章 地下水水质评价,l 概述 2 饮用水水质评价 3 工业用水水质评价 4 农田灌溉用水水质评价 5 矿泉水的水质评价,第八章 地下水水质评价 4 矿泉水的水质评价,矿泉水定义：泉水中的某些特殊矿物盐类，微量元素或某些气体含量达到某一标准或具一定温度时，使泉水具有特殊的用途时，称其为矿泉水。 矿泉水分类：按矿泉水的用途：可分为工业矿水，医疗矿水和饮用矿泉水。 本节主要介绍天然饮用矿泉水的水质评价标准。,第八章 地下水水质评价 4 矿泉水的水质评价,一、天然饮用矿泉水水质评价标准 饮用矿泉水：指可以作为瓶装饮料的天然矿泉水。 饮用矿泉水必须是深部地下水的天然露头或人工开发的深层地下水源；水中必须含有有益于人体健康的一种或几种化学成分，如游离二氧化碳、偏硅酸、锂、锶、等。 根据中华人民共和国饮用天然矿泉水标准（GB8537-87）规定，饮用矿泉水的特殊化学组分的界限指标如表8.6所示。,第八章 地下水水质评价 4 矿泉水的水质评价,一、天然饮用矿泉水水质评价标准 表8.6天然饮用矿泉水特殊化学组分的界限指标 凡符