水与环境效应

水与环境效应

一、水的特性与环境效应

在自然环境中，有许多宝贵的资源，其中之一就是水。水是人类生活、动植物生长、工农业生产不可缺少的物质。水是生物体基础，“没有水就没有生命”。

在目前的技术条件下，被我们利用的水还只是浅层的地下水；湖泊河川的淡水，这些水仅占地球水量总和的0.63%。随着社会生产力的发展，工农业生产对水的需求量迅速增加。而工业的废水、排污等又使水源污染，可利用的水量急剧下降，地区性的缺水现象愈来愈严重，全世界已有100多个国家缺水。我国也不例外，从总体说我国淡水资源是比较缺乏的。据1986年调查，有80%的城市缺水，1986年因缺水影响200多亿工业产值。此外我国水污染严重，据1988年调查，70%以上的水资源受到污染。所以合理利用水资源，节约用水是我国的基本国策。

二、水质的标准和指标

为了保护水体、人体健康和自然界的生态平衡，国家都通过立法，颁布不同用途的水质标准，目的就是用强制的手段限制水体的污染，保护自然环境。

1.水质标准

水质标准是国家用法律规定水环境中污染物的限量。水质标准包括环境水质与污水排放两大类。环境水质标准又包括饮用水标准、渔业用水标准、工业用水标准等，污水排放包括各类工业“三废”排放标准，制定水质标准是一项十分严肃的工作，要以保护人体健康、自然界生态平衡为前提，用科学数据表示出各污染物适合于生态系统生存所允许的最高限量，然后选择适当的安全系数，通常采用最大允许浓度来表示。由于各国的经济、技术条件不同，自然条件、生产水平不同，因此水质标准也有差别，但各国水质的控制指标却大致相同。水质指标有许多项目，常见控制标准分3类：①物性指标：温度、气味、色度、透明度、悬浮物等；②化性指标：pH、pE、硬度、酸度、碱度、游离CO₂和侵蚀性CO₂；③有机物指标：溶解氧、化学需氧量、生化需氧量、总需氧量、总有机碳等。

2.水质的物性指标

（1）温度

水中溶盐、杂质的存在与迁移都和水温有关系。

（2）气味

在水中，有机物的分解、气体的溶解、矿物成分以及沟渠中的污物而产生的水臭称为天然臭气；工业污水和生活污水所引起的水臭称为人为臭气。

水中含有矿物质和有机物时，便会产生气味。饮用水应无异嗅和异味。工业给水对气味一般无严格要求。

（3）色度

水中含胶质悬浮物和溶解性有机物及无机物形成了水体的颜色。

（4）浊度

水体的浊度一般用透明度来表示。它代表水中悬浮物含量的指标，随着悬浮物含量的增高水质的透明度降低。

（5）悬浮物

采用古氏坩埚抽滤法测定，用摩尔／分米单位表示。烘干恒重温度为105℃～110℃。

3.水质化学性指标

（1）pE值

水质的氧化还原性质用pE值表示。在氧化还原反应中曾介绍某一电极的氧化还原特性，可用电极电势表示。

（2）pH值

大多数的天然水pH在7.2～8.0之间，正常的海水pH为8.15，淡水的pH为6.0～7.5，地下水的pH为3.0～4.0，土壤的pH为4.0～8.5。水体受到酸、碱污染后，水中微生物生长受到抑制，水体的自净能力降低，使水下建筑物腐蚀加速。

（3）硬度

钙、镁离子的总量决定水的硬度。有关水的硬度的表示方法，各国并不统一，我国也不一致，在《生活饮用水的水质标准》中规定总硬度（以碳酸钙计）小于450毫克／升，也可用小于250毫克／升（以氧化钙计），也有采用1升水中含有氧化钙10毫克或氧化镁7.2毫克称为1个德国度，简称1度，记为1°G。则生活饮用水的硬度小于25°G。

水的硬度通常分暂时硬度、永久硬度和总硬度。暂时硬度又称碳酸盐硬度，它指的是水中钙镁离子的碳酸盐和碳酸氢盐含量的总和。由于碳酸盐溶解度极小，所以暂时硬度可看作水中钙镁离子的碳酸氢盐含量。永久硬度又称非碳酸盐硬度，代表钙、镁的氧化物、硫酸盐、硝酸盐含量总和，它们的关系如下：总硬度＝暂时硬度＋永久硬度。

我国的河流水硬度变化比较大，东南沿海地区的河流为极软水，河水硬度最低；西北地区河水较硬；东北地区由北往南，河水的硬度渐增。

（4）酸度与碱度

水体的酸度指的是在水中能够与强碱发生中和反应的物质，即在水中能释放出质子物质的总量。相反，水体的碱度指的是在水中能与强酸发生中和作用的物质，即水中能接受质子的物质总量。构成酸度物质的有强酸（H2SO₄、HCl、HNO₃）、弱酸（H₂CO₃、H₂S和有机酸）以及强酸弱碱的盐。构成碱度物质有强碱（NaOH、Ca（OH）₂）和弱碱（NH3、苯胺）以及强碱弱酸的盐。

（5）游离CO₂和侵蚀性CO₂

天然水中的游离CO₂来自于大气溶解的CO₂，水体中的有机物分解以及矿物风化变质所释放出的CO₂。侵蚀性CO₂是指水中能溶解碳酸盐的那部分CO₂。当水中碳酸盐和CO₂共存时，必然存在下列平衡反应：

CaCO₃＋CO₂＋H₂O─→Ca^2＋＋

若水中游离CO₂含量恰好满足上述平衡体系，水中CO₂没有侵蚀性。若水中CO₂含量超过平衡容量，过量CO₂会使CaCO₃溶解，这部分CO₂称为侵蚀性CO₂，侵蚀性CO₂对水下混凝土建筑起破坏作用。

4.水质有机物指标

在水体中，有机物的种类多，数量复杂得难以确定，在环境科学中采用近似的方法间接地表示有机物的总量，就是利用有机物容易被氧化分解的特性，采用一些氧化剂与有机物反应的消耗量来反映有机物总含量。该氧化剂与有机物的含量有一定的比例关系，而氧化剂的消耗量又可换算为水中溶解氧的量，因此就产生了化学需氧量、生化需氧量、总需氧量等代表有机物的指标。

（1）溶解氧（DO）

溶解氧是指在水中溶解的氧分子的总量。一般的水体中，溶解氧含量大约为9毫克／升。如果水体中的溶解氧低于5毫克／升时，浮游生物便不能生存；低于4毫克／升时，鱼类便不能生存；低于2毫克／升时，水体出现缺氧状态，水中的有机物就会被厌氧生物发酵分解产生CH4、H2S、NH3等，使水质变坏，水体发臭。

（2）化学需氧量（COD）

化学需氧量表示水中耗氧物质含量的指标，即用强氧化剂（如K₂C₂O₇、KMnO₄、KIO₃）在强酸和加热回流条件下，对水体有机物及还原型无机物进行氧化，然后把反应中氧化剂的消耗量换算成氧气量即为化学需氧量，以毫克／升来表示。因此COD表示水体有机物污染程度的指标。

（3）生化需氧量（BOD）

生化需氧量表示水中的有机物在好气微生物的生化作用下，进行的氧化分解所需要的氧量。

水中的BOD来自以下物质：①可用作好气微生物食物的含碳有机物；②亚硝酸根和氨中的可氧化的氮以及作为某些细菌食物的有机氮化物。BOD小于1毫克／升表示清洁水体，受到有机物污染的水体一般大于3～4毫克／升。与BOD相比，COD测定不受水质条件限制，测定时间短。但COD不能表示出微生物所能氧化的有机物含量，所以采用BOD作为有机物污染程度的指标较为合适。

（4）总需氧量（TOD）与总有机碳（TOC）

它们都是采用化学燃烧法测定的。TOD的测定结果是用需氧有机物的含量表示的，TOC的测定结果以碳表示。

上面所提到的表示水质有机物的各种指标都是综合指标，虽然表示出水体被有机物污染的相对程度，但是不能区别有机物的组成、性质，这是很大的缺陷。