水质分析仪器

水质分析仪器之了解水质指标

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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。


  目的清楚了,接下来让我们看看目前具体有哪些水质指标:


  1、 先说简单的物理指标,最早的物理指标大多是通过人的感官就能观察到的一些性质,如:透明度、嗅味,浑浊度、颜色(色度)、温度等等。古人的经验已经告诉我们,这些指标在评估水质安全方面的价值了;发展到今天,浊度、透明度、色度等好些水质指标已经得以量化,可以通过分析仪器准确测量了。


  2、 成分指标: 天然水体中包括重金属离子、无机阴离子(氯离子、硫酸根等)、溶解气体(氧、二氧化碳等)、溶解性有机物等在内的各种天然杂质;微生物、藻类及其代谢产物,以及经过各种途径(雨水、土壤流失、人和动物的排泄物等等)进入水体的人工合成化合物,乃至这些物质在自然界的反应产物或者通过生物体代谢的产物。这些物质随着分析技术的发展而逐渐被发现,就像前面提到的列文虎克发现水中微生物的故事,许多水质指标都是这样出现的。


  成分指标也包括在饮用水、工业用水,净化后的污水以及再生水等经过人工处理的水中,人为添加的水处理化学品及其反应产物,如饮用水中的余氯和消毒副产物等。(饮用水中最具代表性的一类消毒副产物是三卤甲烷;由于三卤甲烷的含量很低,直到20世纪六十年代一种叫做“电子捕获器(ECD)“的分析设备的出现,才被人们所知)


  成分指标分为单一成分指标和综合成分指标。综合指标是指具有相同或者相似化学、生物学特性的一类物质的量。比如:总有机碳、总磷、总氮、PH值、细菌总数等等。


  成分指标是数量最为庞大的一类水质指标,目前各种水质标准中提到的化学指标、重金属指标、微生物指标等一般都属于成分指标范畴,由于新的化学物质的研制、生产和使用,一直都不断在出现新的成分指标。


  3、 评估性综合指标:这类指标不是指水中某种已知杂质的浓度,而是表征在水中的化学生物成分和物理特性的共同作用下,水会表现出某些特定的化学或生物学属性或能力。评估及综合性指标往往通过人为设定实验条件得到结果,这类指标中最有代表性就是大家耳熟能详的COD(化学耗氧量),表示在特定条件下,水中能被强氧化剂氧化的物质需要的氧的量;


  COD现在是评估水有机污染程度最重要的指标。其他常用的评估性综合指标还有硬度(最初表示水中离子沉淀肥皂的能力)、碱度、BOD(生化需氧量)等等。


  生物毒性指标,生物毒性表示水中的化学杂质整体所表现出来的对某种生物的毒性效应。主要分为急性毒性指标和遗传毒性指标,是快速评价未知成分的水是否安全的非常有价值的指标(现实中,受制于技术水平、分析成本等诸多因素,现在的分析技术无法做到分析穷尽水中所有的成分)。


  在实际应用中,“生物毒性“作为一类特殊的评价性指标,常用来直接评估饮用水水质安全性。具体方法是选用某种生物(如发光细菌或者大型蚤、藻类等等)作为标准样品生物,用仪器检测这些生物接触待测水样后的反应。


  4、 水质转化潜能指标,反应水质在诸如处理、储存、输配过程中随时间发生变化的趋势或者评估加入某种化学物质以后水质的变化潜能;主要分为水质稳定性(生物稳定性和化学稳定性)和水处理特性两类;


  例如,“消毒副产物生成势“这个指标就是在水处理过程中,用来衡量水源加入氯气(或其他消毒剂)消毒以后消毒副产物的生成潜力的。


  “同化有机碳(AOC)”,则用来评估饮用水在输配管网中微生物的最大生长潜力(在输配管网中,水中的余氯、钙镁离子、硫酸盐等化学物质、微生物,以及管道自身的材质、管壁附着的微生物、水垢以及水流速等的相互作用,形成了一个十分复杂的系统,AOC作为生物稳定性指标,和其他的生物和化学稳定性指标是评估和预测饮用水经过管网输配,到达居民家中时水质状况的重要指标;例如:打开水龙头,出现“黄水”,往往是因为水的化学稳定性出了状况,输水管道被腐蚀,铁溶解到了水中。


  广义上讲,水质评价常常用到的BOD也是衡量废水可生化性能的一个非常有用的指标(BOD本身还是评价水有机污染的水质指标和废水生物处理工艺中重要的工艺指标)。


  另外,现在常常出现某地湖泊水库藻类爆发的新闻,主要就是因为水体中的氮磷等物质浓度超过一定水平(常说的“富营养化”),在适宜的环境条件下(温度、日照、水流速度等)发生的。藻类爆发的危害很大(蓝绿藻中释放的微囊藻毒素是迄今发现的最强的肝肿瘤促进剂),如果能根据获得的水质数据(中国用于水体富营养化评估的水质指标分别是:叶绿素、总磷、总氮、高锰酸盐指数(CODMn)和透明度)和环境、气象数据提前预测,提早介入,可以有效降低爆发的风险。现在,对于环境水体中由于水质变化引起的藻类生长潜力变化也属于广义的水质转化潜能研究范畴。


  5、 工艺指标,是指在水处理工艺中用来调整或者控制后续工艺的水质指标。这些工艺指标的变化是水中多种物理、化学、生物特性综合作用的结果。


  例如,污水生物处理工艺常用的污泥体积指数(SVI),就是衡量活性污泥法工艺中污泥沉降性能的指标;


  流动电流是原水净化过程中的絮凝沉淀工艺时常用的工艺指标;


  而最近十分红火的膜处理工艺中,最受关注的一个指标就是污染指数(SDI),SDI代表了水中胶体、固体颗粒等能造成膜堵塞的物质的量;其大小关系到膜的运行寿命和维护费用


  有一些物理指标和成分指标,也是工艺指标;比如:浊度和余氯是饮用水处理的关键性工艺指标。而BOD和COD则是污水处理的重要工艺指标;


  随着水处理新工艺的不断出现,还会产生更多的工艺指标。


  6、 替代指标:对于某些测量起来很困难,或耗时间太长,或成本太高;或者没有办法实现连续测量的水质指标,选择和该指标相关,而且能够反应该指标变化的其他参数进行测量。


  应用最为广泛的替代指标是UV254(水样在254nm波长的吸光度)。UV254的数值和水中的腐殖质等有机物浓度具有很高的关联性,实践中,常常用UV254的值来衡量水中有机污染物的情况。


  再举一个例子,饮用水中两虫(隐孢子虫和甲第鞭毛虫)的去除和浊度或者水中颗粒物数量的降低具有相关性,通过浊度值或者颗粒物数量的监测,就可以间接确认两虫去除率。


2018-01-30 16:15:26浏览次数:147次
本文来源:http://m.yiqi.com/retiao/detail_169.html
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