第一节　概　　述

一、水的资源分布及其所含杂质

水是地球上分布最广的物质之一，地球上的天然水约13.86亿立方千米，是一种宝贵的自然资源，工业生产、农业灌溉、交通运输和日常生活都需要水。自然界的水分为地下水、地面水和大气水等，地面水又可分为江河水、湖水、海水和冰山水等。从应用角度出发，有生活用水、农业用水（灌溉用水、渔业用水等）、工业用水（原料水、锅炉用水、冷却水等）和各种废水（即污染水）等。

水在地球上不断循环，为地球表面调节气候。在雨雪降落时，水又具有清新大气、净化环境的作用，地球上任何一个生态系统都离不开水。

水以气、液、固三种聚集状态存在。环境科学中把许多形式的水都归类于水圈（ hydrosphere）。水圈就是地球表面不连续的水壳，它包括海洋、湖泊、水库、积雪场、冰川、极区冰帽、地下水以及动植物体内和矿物结晶水等，几乎无所不至。其中海洋水占地球水量的97.3%，陆地上的地面水只占2.7%，除去2.14%无法取用的冰川和高山顶的冰冠外，只占0.017%左右，其中又有一半在盐湖内海，淡水湖和河流的水量仅占地球总水量的0.009%，大气中水汽约占0.001%，地下水约占0.61%。当前，可供人类取用的水只有河水、淡水湖和浅层地下水，这三者加在一起，总量约为300多万立方千米，仅占地球总水量的0.2%。因此，地球上人类能利用的淡水储量是极其有限的。

我国水资源比较丰富，2016年全年平均降水量为730mm，全年水资源总量为3.0150×1012 m3/a，其中河川年径流量为2.7115×1012 m3/a。年径流量约占全球的5.8%，居世界第六位，仅次于巴西、苏联、加拿大、美国和印度尼西亚。由于我国人口众多，所以人均水资源占有量却很低，如以13亿人口估计，据2012年的统计，我国人均水资源占有量只有2100m3，仅为世界人均水平的28%，世界排名为第109位。我国耕地亩均水资源占有量约为1770m3/a，是世界平均值的3/4左右。我国除了人均水资源贫乏之外，水资源在时空上的分布也非常不均匀，我国属于季风气候，水量大部分集中在汛期，其中夏季径流量几乎占全年的40%，那时大量的淡水未能被利用，随排洪流入大海。从地区上说，占全国土地面积63 .7%的北方诸流域，其水资源仅占全国水资源的20%；而占全国土地仅36.3%的南方流域，水资源却占约80%。随着工农业迅速发展，全国用水量日益增加，目前用水量约为4.776×1011m3/a，仅次于美国。我国已被联合国列为世界上13个贫水国家之一。

水在自然或人工的循环过程中，在与环境的接触过程中不仅自身的状态可能发生变化，而且作为溶剂还可能溶解或载带各种无机的、有机的甚至是有生命的物质，使其表观特性和应用受到影响。因此，分析测定水中存在的各种组分时，作为研究、考察、评价和开发水资源的信息则显得十分重要。水质分析主要是对水中的杂质进行测定。

水的来源不同所含杂质也不相同，如雨水中主要含有氧、氮、二氧化碳、尘埃、微生物以及其他成分；地面水中主要含有少量可溶性盐类（海水除外）、悬浮物、腐殖质、微生物等；地下水主要含有可溶性盐类，包括钙、镁、钾、钠的碳酸盐，氯化物，硫酸盐，硝酸盐和硅酸盐等。

二、水质标准

1.水质指标

不同来源的水（包括天然水和废水）都不是化学上的纯水。它们不同程度地含有无机和有机的杂质。并且，水和其中的杂质常常不是简单的混合，而是存在着相互作用和影响。由于杂质进入水体，使水的物理性质和化学性质与纯水有所差异。这些由水与其中杂质共同表现出来的综合特性即为水质。用来评价水质好坏的项目，称为水质指标。水质指标可具体地表征水的物理、化学特性，说明水中组分的种类、数量、存在状态及其相互作用的程度。根据水质分析结果，确定各种水质指标，以此来评价水质和达到对所调查水的研究、治理和利用的目的。

水质指标按其性质可分为三类，即物理指标、化学指标和微生物学指标。

水的物理性质及其指标主要有温度、颜色、臭和味、浑浊度与透明度、固体含量与导电性等；化学指标包括水中所含的各种无机物和有机物的含量以及由它们共同表现出来的一些综合特性，如pH、电导率、酸度、碱度、硬度和矿化度等；微生物学指标主要有细菌总数、大肠菌群和游离性余氯。其中化学指标是一类内容十分丰富的指标，是决定水的性质与应用的基础。

从水的利用出发，各种用水都有一定的要求，这种要求体现在对各种水质指标的限制上。长期以来，人们在总结实践经验基础上，根据需要，提出了一系列水质标准。

2.水质标准

水质标准是表示生活饮用水、工农业用水等各种用途的水中污染物质的最高容许浓度或限量阈值的具体限制和要求，是水质指标要求达到的合格范围。因此，水质标准实际是水的物理、化学和生物学的质量标准。

不同用途对水质有不同的要求。对饮用水主要考虑对人体健康的影响，其水质标准中除有物理、化学指标外，还有微生物指标；对工业用水则考虑是否影响产品质量或易于损害容器及管道，其水质标准中多数无微生物限制。工业用水也还因行业特点或用途的不同，对水的要求不同。例如，锅炉用水要求悬浮物、氧气、二氧化碳含量要少，硬度要低；纺织工业上要求水的硬度要低，铁离子、锰离子含量要极少；化学工业中氯乙烯的聚合反应要在不含任何杂质的水中进行。

为了保护环境和利用水为人类服务，国内外有各种各类水质标准。如地面水环境质量标准、灌溉用水水质标准、渔业用水水质标准、工业锅炉水质标准、饮用水水质标准及各种废水排放标准等。

表2-1为国家标准GB/T 1576—2008《工业锅炉水质》中有关“锅外水处理的自然循环蒸汽锅炉和汽水两用锅炉”所规定的水质标准。

三、水试样的采集

水质分析的一般过程包括采集水样、预处理、依次分析、结果计算与整理、分析结果的质量审查。显然，水样的采集与保存直接关系到水质分析结果的可靠性。为此，应根据水质的特性、水质检测的目的与检测项目的不同而采用不同的取样方法和保管措施。

1.水样的采集

供分析用的水样应该能够充分代表该水的全面性，并且必须不受任何意外的污染。首先必须做好现场调查和资料收集，包括气象条件、水文地质、水位水深、河道流量、用水量、污水废水排放量、废水类型和排污去向等。水样的采集方法、次数、深度位置、时间等都是由采样分析目的来决定的。水样采集时，应注意以下几点。

（1）采样容器　为了进行分析（或试验）而采取的水称为水样。用来存放水样的容器称水样容器（水样瓶）。常用的水样容器有无色硬质玻璃磨口瓶和具塞的聚乙烯瓶两种。

① 硬质玻璃磨口瓶。由于玻璃无色、透明，有较好的耐腐蚀性，易洗涤干净等优点，硬质玻璃磨口瓶是常用的水样容器之一，但是硬质玻璃容器存放纯水、高纯水样时，由于玻璃容器有溶解现象，使玻璃成分如硅、钠、钾、硼等溶解进入水样之中。因此玻璃容器不适宜用来存放测定这些微量元素成分的水样。

② 聚乙烯瓶。由于聚乙烯有很高的耐腐蚀性能，不含重金属和无机成分，而且具有质量轻、抗冲击等优点，是使用最多的水样容器。但是，聚乙烯瓶有吸附重金属、磷酸盐和有机物等的倾向。长期存放水样时，细菌、藻类容易繁殖。另外，聚乙烯易受有机溶剂侵蚀，使用时要多加注意。

③ 特定水样容器。锅炉用水分析中有些特定成分测定，需要使用特定的水样容器，应遵守有关标准的规定。如溶解氧、含油量等的测定，需要使用特定的水样容器。

（2）取样器　用来采集水样的装置称为取样器。采集水样时，应根据实验目的、水样性质、周围条件选用最适宜的取样器。

① 采集天然水的取样器。采集天然水样时，应根据试验目的，选用表面取样器、不同深度取样器以及泵式取样器进行取样。表面取样器和不同深度取样器的例子如图2-1所示；泵式取样器的例子如图2-2所示。

② 采集管道或工业设备中水样的取样器。锅炉用水分析的水样，多数是从管道或工业设备中采取的。在此情况下，取样器都安装在管道或装置中，如图2-3和图2-4所示。但是，为了获得有充分代表性的水样，取样器的设计、制造、安装以及取样点的布置还应遵循如下规定。

a.取样器应根据工业装置、锅炉类型、参数以及化学监督要求或试验目的，设计、制造、安装和布置水样取样器。

b.取样器（包括取样管和阀门）的材质应使用耐腐蚀的金属材料制造。除低压锅炉外，除氧水、给水的取样器应使用不锈钢制造。

c.从高温、高压的管道或装置中采集水样时，必须安装减压装置和冷却器。取样冷却器应有足够的冷却面积和冷却水源，使得水样流量约为700mL/min时，水样温度仍低于40℃。

（3）水样的采集方法　采集不同的水样，需要采用不同的方法，并做好采样的准备工作。应将采样瓶彻底清洗干净，采样时再用水样冲洗三次以上（采样另有规定者除外），之后才能采集水样。

① 天然水的取样方法。

a.采集江、河、湖和泉水等地表水样或普通井水水样时，应将取样瓶浸入水下面50cm处取样，并在不同地点采样混合成供分析用的水样。

b.根据试验要求，需要采集不同深度的水样时，应使用不同深度取样器，对不同部位的水样分别采集。

c.在管道或流动部位采集生水水样时，应充分地冲洗采样管道后再采样。

d.江、河、湖和泉水等地表水样，受季节、气候条件影响较大，采集水样时应注明这些条件。

② 从管道或水处理装置中采集处理水水样的方法。从管道或水处理装置中取样时，应选择有代表性的取样部位，安装取样器，需要时在取样管末端接一根聚乙烯软管或橡胶管。采样时，打开取样阀门，进行适当的冲洗并将水样流速调至约700mL/min进行取样。

③ 从高温、高压装置或管道中取样的方法。从高温、高压装置或管道中取样时，必须加装减压装置和良好的冷却器，水样温度不得高于40℃，再按上述②的方法取样。

④ 测定不稳定成分的水样采集方法。测定水样中的不稳定成分，通常应在现场取样，随取随测。否则，采样后立即采取预处理措施，将不稳定成分转化为稳定状态，然后再送到试验室测定。

⑤ 取样量。采集水样的数量应满足试验和复核需要。供全分析用的水样不得少于5L，若水样混浊时应装两瓶。供单项分析用的水样不得少于0.3L。

⑥ 采集水样时的记载事项。采集供全分析用的水样，应粘贴标签，注明水样名称、取样方法、取样地点、取样人姓名、时间、温度以及其他注意事项。若采集供现场控制试验的水样时，可不粘贴标签，但应使用固定的取样瓶。

（4）水样的存放与运送　水样在放置过程中，由于各种原因，其中某些成分可能发生变化。原则上说，采集水样后应及时分析，尽量缩短存放与运送时间。

① 水样存放的时间。水样存放时间受其性质、湿度、保存条件以及试验要求等因素影响，有很大的差异，根据一般经验，表2-2所列时间可作参考。

② 存放与运送水样的注意事项。

a.水样运送与存放时，应注意检查水样是否封闭严密，水样瓶应在阴凉处存放。

b.冬季应防止水样冰冻，夏季应防止水样受阳光暴晒。

c.分析经过存放或运送的水样时，应在报告中注明存放的时间或温度等条件。

2.水样的预处理

对水样进行分析时，常根据分析目的、水质状况和有无干扰等不同情况进行预处理。

（1）过滤　水样浊度较高或带有明显的颜色时，会影响分析结果，可采用澄清、离心或过滤等措施来分离不可滤残渣，尤其用适当孔径的过滤器可有效地除去细菌和藻类。一般采用0.45μm滤膜过滤，通过0.45μm滤膜的为可过滤态水样，通不过的称为不可过滤态水样。用滤膜、离心滤纸或砂芯漏斗等方式处理样品，它们阻留不可过滤残渣的能力大小顺序是：滤膜>离心>滤纸>砂芯漏斗。

（2）浓缩　如水样中被分析组分含量较低时，可通过蒸发、溶剂萃取或离子交换等措施浓缩后再进行分析。例如，饮用水中氯仿的测定，采用正己烷/乙醚溶剂萃取浓缩后用气相色 谱法测定。

（3）蒸馏　当测定水中酚类化物、氟化物、氰化物时，在适当条件下可通过蒸馏将酚类化物、氟化物、氰化物蒸发冷凝后测定，共存干扰物质残留在蒸馏液中，而消除干扰。

（4）消解　分为酸性消解、干式消解和改变价态消解。

① 酸性消解。如水样中同时存在无机结合态和有机结合态金属，可加酸（如H2SO4-HNO3或HCl，HNO3-HClO4等），经过强烈的化学消解作用，破坏有机物，使金属离子释放出来，再进行测定。

② 干式消解。通过高温灼烧去除有机物后，将灼烧后残渣（灰分）用适量2% HNO3（或HCl）溶解，并过滤于容量瓶中，进行金属离子或无机物测定。在高温下易挥发损失的As、Hg、Cd、Se、Sn等元素，不易用此法消解。

③ 改变价态消解。如测定水样中总汞时，在强酸（H2SO4-HNO3）和加热的条件下，用KMnO4和过硫酸钾（K2S2O8）将水样消解，使所含汞全部转化为二价汞后，再进行测定。

总之，水样采集后，最好立即分析，不能立即分析的项目将采取一些保存措施和预处理措施，以确保分析结果的可靠性。但是分析结果的可靠性在很大程度上取决于分析工作者水处理工程技术人员的丰富实践经验和良好的判断力。