水质指标及其在环境污染控制中的作用

水质是指水和水中所含杂质共同表现出来的综合特性。水质指标是判断水质的具体指标。根据国家水环境质量标准，水质指标分为三大类：①物理指标，包括温度、嗅、味、色、浊度、固体(总固体、悬浮性固体、溶解性固体等)；②化学指标，又分为无机指标和有机指标。无机指标有含盐量、硬度、p H 值、酸度、碱度、铁、锰及氯化物、硫酸盐、硫化物、重金属类、氮、磷等。有机指标有BOD5、COD、DO、酚、油等；③微生物指标，包括特殊微生物和大肠杆菌等。下面分别介绍各种指标。

(一)水质的物理性质指标

1.水温

水的物理化学性质与水温有密切关系。水中溶解性气体(如氧、二氧化碳等)的溶解度、水生生物和微生物活动、化学和生物化学反应及盐度、p H 值等都受水温变化的影响。

天然水体因受水源和环境条件的影响，其温度有一定的变化范围。一般来说，地下水的温度变化很小，约保持在8～12℃范围内，而地表水温因随季节不同在0～35℃范围内变化。工业废水的温度则因生产过程不同，差异很大，如火力发电厂、核电厂以及钢铁厂等可排出高温的热水。

2.臭与味

臭是由人的嗅觉器官所感受的，一般用“气味”一词描述；味是由人的味觉器官感受到的，一般用“味道”一词描述。纯水无臭无味，水中臭与味主要来源于生活污水和工业废水中的污染物、天然物质的分解或与之有关的微生物活动。比如，水生生物的繁殖和衰亡、有机质的腐败分解；某些矿物盐和异味气体的溶解以及泥土的混入。由于大多数臭太复杂，可检出浓度又太低，故试图分离和鉴定产臭物质往往很难。

3.颜色与色度

颜色、浊度、悬浮物等都是反映水体外观的指标。纯水无色透明，水的颜色是由水中各种杂质所形成的，如黏土使水呈黄色；铁的氧化物使水呈黄褐色；藻类如蓝藻、绿藻、硅藻、球藻等的大量繁殖使水呈绿色或褐色。

水的颜色可分为真色和表色两种。水中的显色物质可处于悬浮、胶体或溶解状态，包括悬浮杂质在内形成的水色称之为“表色”，除去悬浮杂质后仅由胶体和溶解性杂质所形成的颜色称之为“真色”。

天然水中存在腐殖质、泥土、浮游生物和无机矿物质，使其呈现一定的颜色。工业废水含有染料、生物色素、有色悬浮物等，是环境水体着色的主要来源。有颜色的水可减弱水体的透光性，影响水生生物的生长。颜色的深浅反映了水受污染程度的不同，环境监测中用“色度”表示水质的这一特性。

4.浊度

水浑浊程度的指标是浊度。浊度与色度是两个不同的概念，有的水颜色很深，但仍很透明，则说明其色度很高而浑浊度很低。尽管水的浊度在相当大的程度上是由悬浮物造成的，且浊度也常用浑浊的物含量来表示，但浊度并不等于悬浮物的含量。

浊度单位曾使用硅藻土与杰克逊烛光单位，目前用福马肼单位(FTU)。

5.悬浮物固体 （简称悬浮物）

在水质分析中，悬浮物固体(Suspended Solids，SS)是指水样过滤时被截在过滤器上的物质。

水样中含有的物质可分为溶解性物质与不溶性物质两类。水蒸发后残余物称为残渣，残渣分为总残渣、总可滤性残渣和总不可滤性残渣三种。它们分别是表征水中溶解性物质、不溶性物质含量的指标。

总残渣，又称总蒸发残渣，是指水样中分散均匀的悬浮物质与溶解性物质之和，取定量的水样于已知重量的蒸发皿中，在水浴上蒸发至干，然后在103～105℃烘至恒重。增加的重量即为总残渣量。总可滤性残渣，又称溶解性蒸发残渣，是指能通过过滤器的溶解物质。总不滤性残渣，即悬浮在水中的固体物质 (SS)，包括不溶于水中的无机物、有机物及泥砂、黏土、微生物等，但不包括象树叶、粪块等极不均匀的漂浮物。单位体积水样中所含滤渣的干重量便是悬浮固体的数量，单位为mg/L。

水中存在悬浮物，是造成水浑浊的主要原因，水体中的有机悬浮物沉积后易厌氧发酵，使水质恶化，透明度降低，影响水生生物呼吸和代谢；工业废水和生活污水含大量无机、有机悬浮物，易堵塞管道、污染环境。水中悬浮物含量是衡量水污染程度的指标之一。

中国污水综合排放标准分3级，规定了污水和废水中悬浮物的最高允许排放浓度，中国地下水质量标准和生活饮用水卫生标准对水中悬浮物以浑浊度为指标作了规定。

(二)水的化学性质指标

1.PH值

p H值是反映水的酸碱性的指标，但p H值和酸度、碱度既有联系又有区别。p H值表示水的酸碱性的强弱，其定义式为：

即p H值等于溶液中氢离子活度的负对数，而酸度或碱度是水中所含酸或碱物质的含量。

同样酸度的溶液，如0.1mol盐酸和0.1mol乙酸，二者的酸度都是100mmol/L，但其p H值却大不相同。盐酸是强酸，在水中几乎100%电离，其p H为1；而乙酸是弱酸，在水中的电离度只有1.3%，其p H值为2.9。

不同用途的水对p H值有不同的要求，比如饮用水p H值要求在6.5～8.5之间；渔业水体p H值要求在6.0～9.2之间；农业灌溉用水的p H值要求4.5～9.0之间。为防止金属设备和管道的腐蚀，某些工业用水的p H值必须保持在7.0～8.5之间。

此外，p H值在废水生化处理，评价有毒物质的毒性等方面也具有指导意义。

p H=7时水呈中性，p H＜7时水呈酸性；p H＞7时水呈碱性。天然水的p H值多在6～9范围内。我国江、河水的p H值多为6.5～8.5，地下水多为6.0～7.5，仅西南某些少数民族地区天然水的p H值小于6.0和大于8.5。

2.溶解氧 （Dissolved Oxygen，DO）

溶解于水中分子状态的氧称之为溶解氧，单位为mg/L。常温下水中溶解氧达到饱和时其浓度大约为8～14mg/L。清洁地表水溶解氧接近饱和。

由于各种因素的影响，水中溶解氧含量的变化很大。水中溶解氧的含量与大气压力、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降低。另外，在水藻繁生的水中，因光合作用较强，其溶解氧可能处于过饱和状态；当水体受到有机物质、无机还原物质污染时，耗氧的速度超过空气向水中补充氧气的速度，水中溶解氧的含量会变得较低，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；继续减少，则会窒息死亡。一般规定水体中的溶解氧至少在4mg/L以上。在废水生化处理过程中，溶解氧也是一项重要控制指标。

3.化学需氧量 （Chemical Oxygen Demand，COD）

化学需氧量是指在一定的条件下，用强氧化剂氧化水中还原性物质(包括有机污染物和一些还原性无机物)时，所需要的氧化剂的量换算为以氧表示的量，单位为mg/L。根据上述定义，COD可以反映水中受还原性物质污染的程度。水中的还原性物质有有机物、亚硝酸盐、亚铁盐、硫化物等，所以COD可反映水中有机物的含量，可作为有机污染物浓度的简易指标。

水体中往往含有大量的有机物质，它们是以毒性和使水体溶解氧减少的形式对生态系统产生影响。已经查明，绝大多数致癌物质是有毒的有机物质，所以有机物污染指标是水质十分重要的指标。加之水中所含有机物种类繁多，难以分别测定各种组分的定量数值，而化学需氧量(COD)和生化需氧量 (BOD)以及总有机碳 (TOC)、总需氧量 (TOD)等都表征的是与水中有机物相关的需氧量，因此可被用来间接表示有机物的含量，这些指标越高，说明水中有机污染越严重。

4.生化需氧量 （Biochemical Oxygen Demand，BOD）

生化需氧量是指在有氧条件下，微生物分解水中有机物质的生物化学过程中，所需要的溶解氧量，单位为mg/L。BOD值越大，说明水中有机物含量越高。

有机物在微生物作用下的好氧分解可分两个阶段。第一阶段发生的反应主要是含碳有机物氧化为二氧化碳和水，称为含碳物质氧化阶段；第二阶段发生的反应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，称为硝化阶段。微生物一般需要20d的时间完成分解水中的有机物质(记之以BOD20)，在实际检测中，为了节省时间，常以5d生化反应所需的氧量来表示污水中的有机物浓度，记之以BOD5。对生活污水及性质与其接近的工业废水，硝化阶段大约在5～7d后，甚至10d以后才显著进行，故目前国内外广泛采用的20℃，5d培养法 (BOD5法)测定BOD值基本不包括硝化作用耗氧。另外，测定的耗氧量同时也包括如硫化物、亚铁等还原性无机物质氧化所消耗的氧量，但这部分耗氧量通常占得比例很小，一般可忽略不计。(www.xing528.com)

5.总需氧量 （Tota1 Oxygen Demand，TOD）

总需氧量是指水中能被氧化的物质，主要是有机物质在燃烧中变成稳定的氧化物时所需要的氧量，单位为mg/L。

用TOD测定仪测定总需氧量的原理是：将一定量水样注入装有铂催化剂的石英燃烧管，通入含已知氧浓度的载气 (氮气)作为原料气，则水样中的还原性物质在900℃下被瞬间燃烧氧化。测定燃烧前后原料气中氧浓度的减少量，便可求得水样的总需氧量值。

TOD值能反映几乎全部有机物质经燃烧后变成CO2、H2O、NO、SO2需要的氧量。它比BOD、COD和高锰酸盐指数更接近于理论需氧量值。

6.总有机碳 （Tota1 Organic Carbon，TOC）

总有机碳(TOC)是指水中的有机物质的含量，以有机物中的主要元素——碳的量来表示，称为总有机碳。TOC的测定类似于TOD的测定。在950℃的高温下，使水样中的有机物气化燃烧，生成CO2，通过红外线分析仪，测定其生成的CO2量，即可知总有机碳量。测得的总有机碳值接近理论有机碳量值。

7.有毒污染物

有毒污染物分为两类：无机化学毒物、有机化学毒物。火电厂排水中存在的有毒污染物兼有上述两种。有毒污染物的指标用有毒物质在水中的浓度表示，单位为mg/L。

无机有毒物中最重要的是重金属物质、氰化物、氟化物、硫化物和亚硝酸盐类等。有机毒物种类较多，最常见的是酚。有毒物质是达到一定浓度后对人体健康、水生生物的生长造成危害的物质。

国际上称汞 (Hg)、铬 (Cr)、铅 (Pb)、镉 (Cd)、砷 (As)化物、氰 (CN)化物为六大毒物。一般火电厂排水中含有的无机有毒物主要是砷、氟化物、硫化物、氨氮，有机有毒物主要是酚。

(1)重金属有毒物质。一般重金属是指原子序数在21～83范围内的金属，其中许多金属有明显的生物毒性。环境污染中主要指的是汞 (Hg)、铬 (Cr)、铅 (Pb)、镉(Cd)、砷 (As)。

砷的金属化合物属于有毒物质。总砷是火电厂排水要求监测的项目。虽然元素砷毒性很低，但砷的化合物却均有剧毒，三价砷化合物比其他砷化物毒性更强。砷化物容易在人体内积累，造成急性或慢性中毒。火电厂砷污染主要来源于煤中所含的砷，煤燃烧后生成砷的化合物，在水力输送灰渣的过程中进入水中。

(2)氰化物。氰化物特指带有氰基 (CN)的化合物，具有相当高的稳定性，因该基团具有和卤素类似的化学性质，常被称为拟卤素。氰化物分为无机氰化物和有机氰化物，通常为人所了解的氰化物都是无机氰化物，俗称山奈 (来自英语音译“Cyanide”)，常见的有氰化钾和氰化钠。它们有剧毒，故而为世人熟知。有机氰化物是由氰基通过单键与另外的碳原子结合而成。视结合方式的不同，有机氰化物可分类为腈 (C—CN)和异腈 (C—NC)。如乙腈、丙烯腈、正丁腈等均能在体内很快析出离子，均属高毒类。

氰化物拥有令人生畏的毒性，然而它们绝非化学家的创造，恰恰相反，它们广泛存在于自然界，尤其是生物界。氰化物可由某些细菌、真菌或藻类制造，并存在于相当多的食物与植物中。人类的活动也导致氰化物的形成。汽车尾气和香烟的烟雾中都含有氰化氢，燃烧某些塑料也会产生氰化氢。

为保护我国人民的身心健康，环保部门制定了电镀、冶金、煤气等工业废水中CN—容许排放的最高浓度为0.0005g/L。

(3)氟化物。饮用水中含氟的适宜浓度为0.5～1.0mg/L (F-)。氟是人体必需的微量元素之一，缺氟易患龋齿病。但当长期饮用含氟量高于1.5mg/L的水时，则易患斑齿病。如水中含氟高于4mg/L时，则可导致氟骨病。

氟化物广泛存在于天然水中。有色冶金、钢铁和铝加工、火电、玻璃、磷肥、电镀、陶瓷、农药等行业排放的废水和含氟矿物废水是氟化物的人为污染源。

(4)硫化物。水中硫化物包括溶解性的H2S、HS-和S2-，酸溶性的金属硫化物，以及不溶性的硫化物和有机硫化物。地下水(特别是温泉水)及生活污水常含有硫化物，其中一部分是在厌氧条件下，由于微生物的作用，使硫酸盐还原或含硫有机物分解而产生的。工业废水中含有硫化物较多的行业有焦化、造气、选矿、造纸、印染、制革等。另外，燃煤电厂灰场排水中的硫化物也是不可忽视的。

硫化氢毒性很大，可危害细胞色素、氧化酶，造成细胞组织缺氧，甚至危及生命；它还腐蚀金属设备和管道，并可被微生物氧化成硫酸，加剧腐蚀性，因此，是水体污染的重要指标。

(5)含氮化合物。含氮化合物包括有机氮、蛋白氮、氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮。有机氮是有机含氮化合物的总称。蛋白氮是指已经分解成较简单的有机氮。

有机氮、蛋白氮主要来源于动植物，如动物粪便、植物腐败、藻类和原生动物等，当水中有机氮和蛋白氮显著增高时，说明水体新近受到明显的有机性污染。

大部分含氮有机污染物在微生物作用下，均可分解生成氨氮(指以氨或铵离子形式存在的化合氨)。在水中所含多种含氮化合物中，氨氮是藻类择先摄取的含氮营养物，由此引起水体富营养问题。氨 (NH3)又会阻碍氧在鱼鳃中传递，对鱼类是一种毒性物质。此外，在用氯气消毒含氨的原水时会生成氯胺产物，白白消耗自由氯，减弱消毒效力。水中氨氮增高时，往往表示新近可能有人畜粪便污染。

亚硝酸盐氮是水中氨在有氧条件下经亚硝酸菌作用形成的，是氨硝化过程的中间产物。亚硝酸盐含量高，表示水中有机物的无机化过程尚未完成，污染危害仍然存在。

硝酸盐氮是含氮有机物氧化分解的最终产物。如水体中硝酸盐氮含量高，而氨氮、亚硝酸盐氮含量不高，表示该水体过去曾受有机物污染，现已完成自净过程。

若氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮均增高，提示该水体过去和新近均有污染，或过去受污染，目前自净正在进行。

氨的硝化过程是指含氮有机物在有氧条件下经微生物作用分解成氨，再经亚硝酸菌作用生成亚硝酸盐，后者再经硝酸菌作用生成硝酸盐的过程。人们可根据水体中氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮含量变化的意义进行综合分析、判断水质的污染状况。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。

(6)酚类。根据酚类能否与水蒸气一起蒸出，分为挥发酚与不挥发酚。通常认为沸点在230℃以下的为挥发酚(属一元酚)，而沸点在230℃以上的为不挥发酚。

酚属高毒物质，人体摄入一定量会出现急性中毒症状；长期饮用被酚污染的水，可引起头昏、瘙痒、贫血及神经系统障碍。当水中含酚大于5mg/L时，就会使鱼中毒死亡。

酚的主要污染源是炼油、焦化、煤气发生站，木材防腐及某些化工(如酚醛树脂)等工业废水。燃煤电厂的冲灰水和厂区工业废水中也都有可能存在挥发酚。

8.生物污染物

废水中的致病性污染物及其他有害的有机体，称为生物污染物，如污水中能引起肝炎、伤寒、霍乱、脑炎的病毒和细菌。生物污染物用细菌总数和单位体积内大肠杆菌群数表示。

9.石油类和动植物油

水中的矿物油和动植物油来自工业废水和生活污水。漂浮在水体表面的油，影响空气与水体的氧交换；分散于水中的油在被微生物氧化分解的过程中，消耗水中的溶解氧，使水质恶化。矿物油中还含有毒性大的芳烃类，危害人体健康，导致水生动物的死亡。

10.其他

藻类、N、P、放射性物质等分别表征特殊的水质特性，如藻类、N、P、是表征水体营养状态的指标；放射性物质(铀、镭、钍等)是表征水体危险辐射源的放射性指标，当生物体受过量辐照时(特别是内照射)可引起各类放射病或烧伤等损害。

火电厂的生活污水可能含有N、P，灰水中可能有矿物燃料所含有的放射性物质。