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水质与水质分析仪器之水质指标篇

北极星环保网  来源:仪器信息网    2018/1/4 9:12:23  我要投稿  
所属频道: 环境监测  关键词:水质 水处理 水质指标

北极星环保网讯:按照维基百科的定义, “水质是指水的化学、物理、生物和放射性特性,它是和一种或多种生物物种的需求或任何人类的需要或目的有关的水的状况的衡量。”

( 抱歉,第二句是直接从英文“It's a measure of the condition of water relative to the requirements of one or more biotic species and or to any human need or purpose”. 翻译的,有点拗口。)

个人认为: 这个定义反映了人类自古以来对待自然资源的态度,那就是“对人有什么用?” (在今天,相信没有人会对 “水是地球上最宝贵的资源” 这个说法有异议了)

就目前的认知而言,水是地球生物生长、繁衍的源泉;也是满足人类生活、生产、游戏等活动,乃至精神层面的高级需求(脑中闪过“逝者如斯乎”等等若干歌咏水的诗词)的要素;当然,还是这个星球生态环境安全的基础。

(不好意思,不小心似乎成了白话版的“水是生命之源、生产之要、生态之基”)

水的优劣是依据不同的水质指标来进行衡量的。

不同用途的水有着不同的水质指标要求。

自然界中的水,是由水分子和其他物质(杂质)组成的混合物质。(重点来了:人们常说的水,其实并不只是化学课本里的那个分子式是H2O,被称作水分子的物质。)

完全不含杂质的水,在地球的自然状态下是不存在的。而且,就算费了九牛二虎之力生产出杂质含量极低的纯水,除了昂贵,也是不适合地球生物直接饮用的。(有一则网上流传的故事:美国IBM公司伯灵顿水厂的环保部门经理埃里克˙伯利纳,忍不住尝试喝了一小口IBM半导体工厂中经过18道工序制备的,去除了杂质的“超纯水”,评价是:“根本不好喝。味道很冲、很苦,太难喝了”)

正是由于水中杂质的存在,才使得人们日常接触到的水表现出各种不同的物理、化学、生物学特性。

水质指标就是表征水的这些不同特性的参数,又或者是水中除水分子之外的其他物质(杂质)浓度的量

水质指标的种类和数量是伴随着人类社会的发展,尤其是人口增加带来的水使用范围的扩大、水处理工业的发展以及分析技术的进步不断增加的。

在农耕时代,水的用途主要是饮用、灌溉、洗涤等;那时候的饮用水,基本都是直接取自河流、湖泊或者居住地附近的井水、泉水。基本不用处理或者只需要简单的沉淀、过滤就能满足人们使用的要求。先民们用来判断水是否可以喝(书面语是“直接饮用”)的那些水质指标,都是诸如嗅味、颜色、透明度、肉眼可见杂质等少数几个物理指标;

PS: 古人已经会根据水质的差异来决定水的不同用途,有诗为证:“沧浪之水清兮,可以濯吾缨;沧浪之水浊兮、可以濯吾足。”白话就是:“河水清清洗帽缨;河水浑浊可洗脚”

特别要感谢我们聪明的祖先,不知从什么时候开始让中国人养成了喝白开水的好习惯。虽然可能那时候的人们还没有一丁点儿水源性疾病的概念,但是烧开水确实能杀死水中的致病微生物。这个习惯保持至今,让不少中国人免受了由喝生水带来的疾病折磨。(热水是好的,那些让生病的女友多喝热水的男朋友们,就算你们常常被吐槽,对的事情,还是要坚持的)

科学技术的进步,带动了各种分析设备的发明,从而发现了许多原来一直在水中存在,但是却不为人知的其他物质(不管你知不知道,它都一直在那儿),水质指标的数量开始有了增加。最著名的例子有:直到17世纪,荷兰人列文虎克才用自己发明的显微镜第一次观察到雨水中存在的大量微生物。

进入工业化时代以来,现代城市也开始出现,城市里的场景是:随着越来越多的人们聚居在城市中,不能再像以前住在乡下那样能随便打水了,就出现了自来水厂(小时候听我爷爷讲,我老家在嘉陵江边,在没有自来水以前,城里人除了用井水,还要靠买江水。我太爷爷年轻时就做过挑水工人,每天清早都会去到江边,用水桶打上江水,然后担着水爬好几百级台阶,到城里叫卖);后来,人们日常生活产生的污水也不能随意乱排了,建起了污水处理厂;在大型工厂里,也必须对水进行处理,才能用于生产;用过的水,也必须处理以后才能排放到环境中。

这个时期,一方面由于化学工业等重工业的飞速发展,新的化学物质不断产生,最终都会经过各种不同的途径进入到水中。另一方面由于伴随着发达国家城镇化、工业化发展起来的饮用水、污水处理、工业水处理工业的快速成长(大型工厂,像采用蒸汽发电的火电厂,必须对水进行处理、净化,才能进入锅炉,防止造成水在锅炉里结垢),出现了大批水处理工艺参数、综合指标等新型水质指标;同时,各种水处理化学品被普遍应用于水处理过程,最终都会有残留在水中。所有这些因素,导致水质指标的数量出现了爆炸式的增长。

第二句话信息量有点大,举个例子:

在现代饮用水厂,在除藻、絮凝、消毒等工艺,会有各种不同的水处理化学品被加入水中,以保证到达居民家中的自来水达到可饮用的卫生标准,其中最著名的就是用来杀灭细菌、病毒等微生物的液氯。

氯进入水中以后,会和水分子以及水中其他的杂质发生一系列的化学反应,除了生成具有杀菌功能的次氯酸以外,还会和水中的有机物反应生成一系列新的被称作消毒副产物的含氯有机化合物(据说有致癌风险,消毒副产物在当今的饮用水界不小心就成了网红)。

自来水中溶解的氯气以及次氯酸等具有杀菌功能的化学物质,被统称为余氯;由于余氯的量关系到水中微生物的滋生情况,有时也被作为微生物指标。

那些死去的细菌和藻类,还会释放内毒素或藻毒素等物质到水中。

上面提到这些化学物质,几乎都成为了重要的饮用水水质指标。

另外,在紫外消毒工艺出现以前,氯消毒也是城市污水(包括医院废水)主要的消毒工艺。消毒过程产生的副产物自然也会随着经过处理的污水进入到环境水体中;城市污水的排放标准中也有了对相应水质指标,如三氯甲烷和可吸附卤素(AOX)浓度的最高值要求。

随着水的利用日益增加,人类对水的认知也不断深入,作为一门应用科学的水质学应运而生,其研究的主要目的就是为了解决水环境保护和水利用过程中诸多涉及水质的实际问题(当然,相信也有某些科学家只是单纯的为了满足好奇心而从事水质研究的)。

从实用角度来看,可以从四个维度来分析人们获取水质指标数据的目的:

了解杂质浓度;预测水质变化;控制和优化水处理工艺;评估水质安全。

分别说明一下:

了解杂质(污染物)浓度,很容易理解,主要就是获得水中杂质(尤其是有害成分)的浓度数据,根据这些数据进行管理,现在各国的污染物排放监管法规越来越严格(例如:中国将在2018年1月1日正式实施的“环境保护税法“明确了以排放水中的污染物当量来征收环境税);或者指导水的分级使用(灌溉、游戏、作为饮用水水源、景观、各种工业用途等等);或者诸如水中污染物浓度超过标准值报警等等作用。

预测水质变化:环境中天然状态下水,会随着外部环境条件的改变而发生变化;而人工处理的水,在处理、储存、输送、使用过程中也会发生变化,需要基于水质指标数据,对水质变化做出预测,降低水质安全风险。

控制和优化水处理工艺:控制和优化水处理工艺的目的是保证处理后的水质达到标准要求,节约处理过程的能耗,节省水处理化学药品的消耗。所有的控制和优化都离不开水质数据的支持。

评估水质安全: 重要的内容最后讲。其实前面所做的一切都是为了水安全(水安全包括充足的水量和水质安全两个方面的内容,这里我们只讨论水质安全问题)。

狭义的水质安全是主要指饮用水以及和人体直接接触的各种水(泳池、医疗用水等)-这是人们最关心的;现在还加上了生态安全的问题,人们已经认识到了,环境水质的恶化将会严重影响生态安全。

广义的水质安全还包括生产安全,对工业生产来说,水质会影响到工业企业生产装置和设备的运行安全(如锅炉、汽轮机、加热管线等等);以及最终产品的品质(前面说过的IBM半导体工厂的用水必须是经过若干工序严格处理的超纯水,否则,根本做不出合格的芯片-(按照电子工业的术语叫“良品率”低)。污染水体对种植、水产养殖等农业生产的危害更是众人皆知,这里不再啰嗦。

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