導讀

水中的有機物質(zhì)的含量，以有機物中的主要元素一碳的量來表示，稱為總有機碳。TOC的測定類似于TOD的測定。在950℃的高溫下，使水樣中的有機物氣化燃燒，生成CO2，通過紅外線分析儀，測定其生成的CO2之量，即可知總有機碳量。在測定過程中水中無機的碳化合物如碳酸鹽、重碳酸鹽等也會生成CO2，應另行測定予以扣除。若將水樣經(jīng)0.2μm微孔濾膜過濾后，測得的碳量即為溶解性有機碳（DOC）。TOC、DOC是較為經(jīng)常使用的水質(zhì)指標。

總需氧量的測定，是在特殊的燃燒器中，以鉑為催化劑，于900℃下將有機物燃燒氧化所消耗氧的量，該測定結(jié)果比COD更接近理論需氧量。TOD用儀器測定只需約3min可得結(jié)果，所以，有分析速度快、方法簡便，干擾小、精度高等優(yōu)點，受到了人們的重視。如果TOD與BOD5間能確定它們的相關(guān)系數(shù)，則以TOD指標指導生產(chǎn)有更好的實用意義。

所謂生化需氧量（BOD）是在有氧的條件下，由于微生物的作用，水中能分解的有機物質(zhì)*氧化分解時所消耗氧的量稱為生物化學需氧量簡稱生化需氧量。

它是以水樣在一定的溫度（如20℃）下，在密閉容器中，保存一定時間后溶解氧所減少的量（mg/L）來表示的。當溫度在20℃時，一般的有機物質(zhì)需要20天左右時間就能能完成氧化分解過程，而要全部完成這一分解過程就需100天。但是，這么長的時間對于實際生產(chǎn)控制來說就失去了實用價值。因此，目前規(guī)定在20℃下，培養(yǎng)5天作為測定生化需氧量的標準。這時候測得的生化需氧量就稱為五日生化需氧量，用BOD5表示。如果是培養(yǎng)20天作為測定生化需氧量的標準時，這時候測得的生化需氧量就稱為20天生化需氧量，用BOD20表示。生化需氧量（BOD）的多少，表明水體受有機物污染的程度，反映出水質(zhì)的好壞。

所謂化學需氧量（COD），是在一定的條件下，采用一定的強氧化劑處理水樣時，所消耗的氧化劑量。

它是表示水中還原性物質(zhì)多少的一個指標。水中的還原性物質(zhì)有各種有機物、亞硝酸鹽、硫化物、亞鐵鹽等。但主要的是有機物。因此，化學需氧量（COD）又往往作為衡量水中有機物質(zhì)含量多少的指標?；瘜W需氧量越大，說明水體受有機物的污染越嚴重。化學需氧量（COD）的測定，隨著測定水樣中還原性物質(zhì)以及測定方法的不同，其測定值也有不同。目前應用普遍的是酸性高錳酸鉀氧化法與重鉻酸鉀氧化法。高錳酸鉀（KMnO4）法，氧化率較低，但比較簡便，在測定水樣中有機物含量的相對比較值時，可以采用。重鉻酸鉀（K-2Cr2O7）法，氧化率高，再現(xiàn)性好，適用于測定水樣中有機物的總量。有機物對工業(yè)水系統(tǒng)的危害很大。含有大量的有機物的水在通過除鹽系統(tǒng)時會污染離子交換樹脂，特別容易污染陰離子交換樹脂，使樹脂交換能力降低。有機物在經(jīng)過預處理時（混凝、澄清和過濾），約可減少50%，但在除鹽系統(tǒng)中無法除去，故常通過補給水帶入鍋爐，使爐水pH值降低。有時有機物還可能帶入蒸汽系統(tǒng)和凝結(jié)水中，使pH降低，造成系統(tǒng)腐蝕。在循環(huán)水系統(tǒng)中有機物含量高會促進微生物繁殖。因此，不管對除鹽、爐水或循環(huán)水系統(tǒng)，COD都是越低越好，但并沒有統(tǒng)一的限制指標。在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中COD（DmnO4法）>5mg/L時，水質(zhì)已開始變差。

溶解于水中的游離氧稱為溶解氧（用DO表示），常以O2 （mg/L、mL/L）等單位來表示。天然水中氧的主要來源是大氣溶于水中的氧，其溶解量與溫度，壓力有密切關(guān)系。溫度升高氧的溶解度下降，壓力升高溶解度增高。天然水中溶解氧含量約為8～14mg/L，敞開式循環(huán)冷卻水中溶解氧一般約為6～8mg/L。水體中的溶解氧含量的多少，也反映出水體遭受到污染的程度。當水體受到有機物污染時，由于氧化污染物質(zhì)需要消耗氧，使水中所含的溶解氧逐漸減少。污染嚴重時，溶解氧會接近于零，此時厭氧菌便滋長繁殖起來，并發(fā)生有機污染物發(fā)臭。因此，溶解氧也是衡量水體污染程度的一個重要指標。

在測定水的導電性能時，與水的電阻值大小有關(guān)，電阻值大，導電性能差，電阻值小，導電性能就良好。根據(jù)歐姆定律，在水溫一定的情況下，水的電阻值R大小與電極的垂直截面積F成反比，與電極之間的距離L成正比，如下式：R=ρ式中ρ-電阻率，或稱比電阻。電阻的單位為歐姆（歐，代號Ω），或用微歐（μΩ），1Ω等于106μΩ；電阻率的國際制（SI）單位為歐米（Ω•m）。如果電極的截面積F做成cm²，兩電極間的距離L為1cm，電阻率的單位為Ω•cm時，那么電阻值就等于電阻率值。水的電阻率的大小，與水中含鹽量的多少、水中離子含量、離子的電荷數(shù)以及離子的運動速度有關(guān)。因此，純凈的水電阻率很大，超純水電阻率就更大。水越純，電阻率越大。

水的酸度是指水中所含能提供H⁺與強堿（如NaOH、KOH等）發(fā)生中和反應的物質(zhì)總量。這些物質(zhì)能夠放出H⁺，或者經(jīng)過水解能產(chǎn)生H⁺。水中形成酸度的物質(zhì)有三部分：

（1）水中存在的強酸能全部離解出H⁺，如硫酸（H2SO4）、鹽酸（HCl）、硝酸（HNO3）等；

（2）水中存在的弱酸物質(zhì)，如游離的二氧化碳（CO2）、碳酸（H2CO3）、硫化氫（H2S）、醋酸（CH3COOH）和各種有機酸等；

（3）存在的強酸弱堿組成的鹽類，如鋁、鐵、銨等離子與強酸所組成的鹽類等。天然水中，酸度的組成主要是弱酸，也就是碳酸。天然水中在一般的情況下不含強酸酸度。水中酸度的測定是用強堿的標準溶液（如0.1mol/LNaOH）來滴定水中。如用甲基橙指示劑所測得的酸度是指強酸酸度和強酸弱堿形成鹽類的酸度；而用酚酞指示劑所測得的酸度包括了上述三部分酸度，即稱為總酸度。

天然水中的硬度主要是指Ca²⁺、Mg²⁺等金屬離子，水中的堿度主要是指碳酸氫鹽堿度HCO3-。而水中主要存在的離子有Ca²⁺、Mg²⁺、K⁺、Na⁺和HCO₃^-、SO₄^2-、Cl^-等。水中的硬度與硬度之間的關(guān)系分為三種情況。

（1）堿度>硬度（以mol/L計）HCO₃^->（Ca²⁺、Mg²⁺）水中的硬度（Ca²⁺、Mg²⁺）都變成為碳酸氫鹽，并同時還有K⁺、Na⁺的碳酸氫鹽，但沒有非碳酸鹽硬度在。此時，堿度減去硬度所得的差值等于K⁺、Na⁺的碳酸氫鹽。這部分多出的K⁺、Na⁺的碳酸氫鹽堿度即所謂過剩堿度亦稱為負硬度。

（2）堿度=硬度（以mol/L計）即HCO₃^-=（Ca²⁺、Mg²⁺）此時只有Ca²⁺、Mg²⁺的硬度及其碳酸氫鹽堿度，既無非碳酸鹽硬度，亦無K⁺、Na⁺的碳酸氫鹽。

（3）堿度<硬度（以mol/L計）即HCO₃^-<ca< span="">²⁺>HCO₃^-的鈣硬水，此時水中有非碳酸鹽硬度CaSO4、MgSO4的存在，但沒有鎂的碳酸鹽硬度Mg（HCO3）2。另一種情況是Ca²⁺>HCO₃^-的鎂硬水，水中有鎂的碳酸鹽硬度Mg（HCO3）2的存在，但沒有鈣的非碳酸鹽硬度存在，而有鎂的非碳酸鹽硬度MgSO4的存在。但上述兩種情況，無論是哪種，水中都有非碳酸鹽的硬度存在，而沒有K⁺、Na⁺的碳酸氫鹽存在。

水中的堿度是用鹽酸中和的方法來測定的。在滴定水的堿度時采用兩種指示劑來指示滴定的終點。用酚酞作指示劑時，滴定的終點為pH8.2～8.4，稱為酚酞堿度或P堿度。此時，水中的氫氧化物全部被中和，碳酸鹽轉(zhuǎn)化為碳酸氫鹽，就是碳酸鹽被中和了一半。即P堿度=CO₃^2-+全部OH^-。

用甲基橙作指示劑時，滴定的終點pH為4.3～4.5，稱為甲基橙堿度或M堿度。此時，水中的氫氧化物、碳酸鹽及碳酸氫鹽全部被中和，所測得的水中各種弱酸鹽類的總和，因此又稱為總堿度。即M堿度=全部HCO₃^-+全部CO₃^2-+全部OH^-。

如果水中單獨存在OH^-堿度，水的pH>11.0；水中同時存在OH^-、CO₃^2-時，pH9.4～11.0；如水中只有CO₃^2-存在時，pH=9.4；當CO₃^2-、HCO₃^-共同存在時，pH8.3～9.4；單一的HCO₃^-存在時，pH=8.3；但pH<8.3時，水中堿度也只有HCO₃^-存在，此時的pH值變化只與HCO₃^-和游離的CO2含量有關(guān)。

水的堿度是指水中能夠接受H+離子與強酸進行中和反應的物質(zhì)含量。水中產(chǎn)生堿度的物質(zhì)主要由碳酸鹽產(chǎn)生的碳酸鹽堿度和碳酸氫鹽產(chǎn)生的碳酸氫鹽堿度，以及由氫氧化物存在和強堿弱酸鹽水解而產(chǎn)生的氫氧化物堿度。所以，堿度是表示水中CO₃^2-、HCO₃^-、OH^-及其他一些弱酸鹽類的總和。這些鹽類的水溶液都呈堿性，可以用酸來中和。然而，在天然水中，堿度主要是由HCO₃^-的鹽類所組成?？烧J為：總堿度M=[HCO₃^-]+2[CO₃^2-]+[OH^-]-[H⁺] 

當pH值大于7.0時，[H⁺]可略去，故
M=c（ Bx-）=[HCO₃^-]+[2CO₃^2-]+[OH^-]mol/L 
形成水中堿度的物質(zhì)碳酸鹽和碳酸氫鹽可以共存，碳酸鹽和氫氧化物也可以共存。然而，碳酸氫鹽與氫氧化物不能同時存在，它們在水中能起如下反應：HCO₃^-+OH^-=CO₃^2-+H2O 
由此可見，碳酸鹽、碳酸氫鹽、氫氧化物可以在水中單獨存在，除此之外，還有兩種堿度的組合，所以，水中的堿度有五種形式存在，即： 
（1）碳酸氫鹽堿度HCO₃^-； 
（2）碳酸鹽堿度CO₃^2-； 
（3）氫氧化物堿度OH^-； 
（4）碳酸氫鹽和碳酸鹽堿度HCO₃^-+ CO₃^2-； 
（5）碳酸鹽和氫氧化物堿度CO₃^2-+ OH^-。

硬水作為工業(yè)生產(chǎn)用的冷卻水，會使換熱器結(jié)水垢，嚴重的不僅會阻礙水流通道，使熱交換效果大大降低，影響生產(chǎn)的順利進行，甚至被迫停產(chǎn)。結(jié)垢還會產(chǎn)生垢下腐蝕，會使換熱器穿孔而損壞，不僅物料漏損，而且增加設備投資費用，浪費鋼材。硬水用于洗滌，也往往影響產(chǎn)品質(zhì)量，如紡織印染會造成織物的斑點，不僅影響美觀，而且影響強度。硬水作為鍋爐用水，在鍋內(nèi)加熱后，經(jīng)過蒸發(fā)濃縮過程，使鍋爐受熱面結(jié)水垢，而水垢的導熱性能極差。水垢的導熱性能只有鋼材的幾百分之一。在鍋爐內(nèi)結(jié)垢之后，如果仍要達到無水垢時同樣的爐水溫度，勢必要提高受熱面的壁溫，例如1.01Mpa（10atm）的鍋爐，壁溫為280℃，當硅酸鹽水垢達1mm厚時，要達到同樣的爐水溫度，壁溫要提高到680℃，此時鋼板的強度自3.92Mpa（40kgf/cm²）降至0.98Mpa（10kgf/

  cm²），嚴重的會引起爆裂事故。金屬溫度升高還會使金屬伸長，1m長的鋼板，每升高100℃，伸長1.2mm，增加材料應力，導致?lián)p壞。

此外，結(jié)垢之后，使受熱面的傳熱情況變壞，燃燒熱也不能很好地傳給水，降低了鍋爐的熱效率，從而白白浪費燃料，如結(jié)有1.5mm厚硫酸鹽水垢，就要浪費燃料10%以上，并使鍋爐的出力大為降低。結(jié)水垢之后，還得經(jīng)常清洗，不僅影響生產(chǎn)，且而降低鍋爐使用壽命，還要耗費人力物力。因此，硬水對工業(yè)生產(chǎn)的危害很大，必須根據(jù)產(chǎn)品或設備對水質(zhì)的要求，對硬水進行軟化、除鹽或其他有效的水處理。

硬度的常用單位是mmol/L或mg/L。過去常用的當量濃度N現(xiàn)已停用。換算時，1N=0.5mol/L。由于硬度并非是由單一的金屬離子或鹽類形成的，因此，為了有一個統(tǒng)一的比較標準，有必要換算為另一種鹽類。通常用CaO或者是CaCO3的質(zhì)量濃度來表示。當硬度為0.5mmol/L時，等于28mg/L的CaO，或等于50mg/L的CaCO3。此外，各國也有的用德國度、法國度來表示硬度。1德國度等于10mg/L的CaO，1法國度等于10mg/L的CaCO3。0.5mmol/L相當于2.8德國度、5.0法國度。

水中除了溶解氣體之外的一切雜質(zhì)稱為固體。而水中的固體又可分為溶解固體和懸浮固體。這二者的總和即稱為水的總固體。溶解固體是指水經(jīng)過過濾之后，那些仍然溶于水中的各種無機鹽類、有機物等。懸浮固體是指那些能過濾掉的不溶于水中的泥砂、黏土、有機物、微生物等懸浮物質(zhì)?？偣腆w的測定是蒸干水分再稱重得到的。因此選定蒸干時的溫度有很大的關(guān)系，一般規(guī)定控制在105～110℃。

清凈的水是無臭、無味、無色透明的液體。但被污染的水體，常會使人感覺有不正常的氣體。用鼻聞到的稱為鼻，用口嘗到的稱為味。水的臭味主要來源有：

（1）水中的水生動物、植物或微生物的繁殖和腐爛而發(fā)出的臭味；

（2）水中有機物質(zhì)的分解而散發(fā)的臭味；

（3）水中溶解氣體如SO2、H2S及NH3的臭味；

（4）溶解鹽類或泥土的氣味；

（5）排入水體的工業(yè)廢水所含雜質(zhì)如石油、酚類等的臭味；

（6）消毒水過程中加入氯氣等的氣味。

由于上述的各種原因，所以有的水會有臭味。例如湖泊、沼澤水中因水藻繁殖或有機物過多而帶有魚腥氣味及霉爛氣味；渾濁的河水常有泥土氣味或澀味；溫泉水常帶有硫磺氣味；地下水有時會有硫化氫味；含氧量較多的水、含硫酸鈣量多的水、有機物多的水或含NO₂^-高的水，常有不正常的甜味；水中含有氯化鈉而帶有咸味；水中含有硫酸鎂，硫酸鎂帶有苦味；含鐵水帶有澀味；生活污水及工業(yè)廢水的氣味更是多種多樣。

水中主要的陰離子有Cl^-、SO₄^2-、HCO₃^-、CO₃^2-、OH^-等，其中HCO₃^-、CO₃^2-、OH^-在水中常與陽離子K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺等組成硬度和堿度，它們之間的量的變化要影響水的pH值變化，從這一變化可以知道水的屬性是腐蝕型的或是結(jié)垢型的。因此，它們是影響水的性質(zhì)的主要離子。Cl^-是水中最為常見的陰離子，是引起水質(zhì)腐蝕性的催化劑，能強烈地推動和促進金屬表面電子的交換反應，特別是對水系統(tǒng)的不銹鋼材料，應力集中處（如熱應力、震蕩應力等），會引起Cl^-的富集，加速電化學腐蝕過程。SO₄^2-也是水中較為普遍存在的腐蝕性陰離子，使水的電導率上升，同時又能與陽離子Ca²⁺等生成CaSO4沉淀而結(jié)垢，它又不是水中硫酸鹽還原菌的營養(yǎng)源。水中主要的陽離子有K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺和Fe³⁺、Mn²⁺等，其中Na⁺是水中最為常見的陽離子，K⁺、Na⁺的存在使水的電導率上升，增加了水的不穩(wěn)定傾向；其中Ca²⁺、Mg²⁺是組成水中硬度的主要離子，在一定的條件下，常在受熱設備的表面結(jié)垢，影響傳熱效果。Fe³⁺、Mn²⁺很易生成Fe（OH）3、Mn（OH）2的沉淀形成水垢，從而產(chǎn)生垢下腐蝕，又是鐵細菌生長的促進劑。