第2章__水质与水质标准

第2章水质与水质标准水质与水质标准2.1水中水中的杂质与性质杂质与性质水是溶解能力很强的天然溶剂，在自然界中，它与土壤、空气等接触后不可避免地带入各种物质。在制定水质标准或者进行水处理工程设计中，必须掌握水中的各种杂质及其变化规律，了解水与健康的关系。2.1.1水体中的杂质来源与分类水体中的杂质来源与分类在水处理工程中，首先要了解水中存在的各种杂质及其性质。水中存在的杂质主要来源于其所接触的大气、土壤等自然环境，以及人类活动中产生的各种污染物。水中杂质的种类很多，按其性质又可分为无机物、有机物和生物。按水中杂质的尺寸，可以分为溶解物、胶体颗粒和悬浮物三种；按颗粒大小分可分为悬浮物、胶体、离子和分子（即溶解物质）。其尺寸和外观特征如表2-1所示。表中杂质的颗粒尺寸只是大体的概念，不是严格的界限。表2-1水中杂质的尺寸与外观特征项目溶解物胶体颗粒悬浮物颗粒大小0.1~1.0nm1.0~100nm100nm~1m外观特征透明光照下浑浊浑浊甚至肉眼可见（1）溶解物溶解物主要是呈真溶液状态的离子和分子，天然水中的大多数是离子和可溶气体。如Ca2+、Mg2+等离子，Cl-、、HCO3-、SO42-等酸根，O2、CO2、H2S、SO2、NH3等溶解气体。表2-2给出了天然水中的各种离子，其中以第I类最为常见。在外观上，含有这些杂质的水与无杂质的清水没有区别。含盐量较低的天然水中，钙离子通常占阳离子的首位。天然水中的Ca2+主要来自于地层中的石灰石和石膏（CaSO42H2O）的溶解。CaCO3的溶解度很小，但当水中含有CO2时，易转化为溶解度较大的Ca(HCO3)2。Mg2+主要来源于含CO2的水溶解了地层中的白云石（MgCO3CaCO3）。白云石的溶解度和石灰石相似。表2-2溶解在天然水中的各种离子类别阳离子阴离子浓度范围INa+、K+、Ca2+、Mg2+HCO-3、Cl-、SO42-、H3SiO4-几mg/L~几万mg/LIINH4+、Fe2+、Mn2+F-、NO3-、CO32-0.1mg/L~几mg/LIIICu2+、Zn2+、Ni2+HS-、BO2-、NO2-、Br-、I-、HPO42-、H2PO4-小于0.1mg/L天然水中的K+和Na+统称为碱金属离子，其盐易溶于水。碱金属离子主要是岩石和土壤中盐的溶解带来的。Na+的变化幅度很大，从基本为0到上万mg/L；K+的含量一般远低于Na+。由于二者特性相近，通常合在一起测定。HCO3-是天然水中主要的阴离子之一，多数是水中溶解的CO2和碳酸盐反应后产生的。天然水中都含氯离子，Cl-是氯化合物溶解产生的，一般淡水中Cl-浓度为10mg/L到数百mg/L。一般氯化合物溶解度很大，随着河流或地下水带入海洋，海水中的Cl-浓度可达18000mg/L，内陆咸水湖中Cl-浓度高达150000mg/L。天然水中的SO42-主要来自于矿物盐的溶解（如CaSO42H2O）或有机物的分解。NO3-有可能来自它的盐类的溶解，但主要是有机物的分解。铁是天然水中常见杂质。地表水中溶解氧充足，主要以Fe3+形态存在，为氢氧化铁沉淀物或者胶体微粒。沼泽水中铁可被腐植酸等有机物吸附或络合称为有机铁化合物。天然水中硅酸来源于硅酸盐矿物的溶解。硅是地球上第二种含量丰富的元素，硅酸（H4SiO4）又称可溶性二氧化硅，其基本形态是单分子的正硅酸H4SiO4，可以电离出H3SiO4-、H2SiO42-等。天然水中硅酸浓度从约6mg/L到120mg/L。当浓度较高、pH较低时，单分子硅酸可以聚合成多核络合物、高分子化合物甚至胶体微粒。水中硅酸通常以SiO2(mg/L)计算，地下水中的硅酸的浓度高于地表水。（2）可溶性气体可溶性气体多数天然水中都溶有CO2气体，主要是水体或土壤中的有机体在进行生物氧化分解时的产物。深层地下水有时含有大量CO2，是石油的地球化学过程产物。大气中的CO2可溶于水，浓度一般为0.5~1mg/L。地表水中溶解的CO2一般不超过20~30mg/L，地下水中为15~40mg/L，不超过150mg/L。某些矿泉水，CO2浓度可达数百mg/L。水中的溶解氧主要来源于空气，其次是水生生物的光合作用释放的氧。常温时，水中溶解氧的含量约为8~14mg/L。在藻类繁殖的水中，溶解氧可达到饱和状态。海水中含盐量较高，溶解氧含量较低，约为淡水的80%。地表水中很少含有硫化氢，特殊地质环境中的地下水，有时含有大量的硫化氢。（3）胶体胶体胶体颗粒主要是细小的泥砂、矿物质等无机物和腐殖质等有机物，是许多分子和离子的集合体。由于这些微粒的表面积很大，有很强的吸附性，表面常因吸附离子而带电。同类胶体因带相同电荷相斥，在水中不能互相结合形成更大的颗粒，因此以微小胶体颗粒稳定存在于水中。这些胶体主要是腐殖质以及铁、铝、硅等的化合物