水质分析介绍

◆前言
水质不佳时会造成咱们用水上的围困并搅扰，要判断出水质的好坏，需要经过相当多的分析项目，每一种项目标定道理及要领也都相差甚大，由本章具体的介绍，可以帮忙你相识到水质分析的重要性及学习到各类水质分析技能。

具体分析要领可参考附录三。

5.1 浊度
5.1.1 概论
当水中含有悬浮事物，就会造成混浊度，使光线经由过程时孕育发生干扰。

在水质上，咱们可以浊度(turbidity)来体现水样患上混浊程度。

基本上，浊度是一个水样之光学性质，水样中有悬浮事物存在时，可散射光线，其散射强度与悬浮事物之量及性质有关。

会造成混浊度的悬浮事物，品类相当多，诸如黏粒、坋粒(silt)、有机物、浮游有生命的物质、微有生命的物质等，其巨细从小的胶状份子，(1~100奈米)到大而分散的悬浮事物不等于。

在静止状态下的水体，如湖泊或河泽，水中的浊度，多来自胶体粒子，但在流动状态下的水体，如河川，水中的浊度则首要来自较粗大的悬浮事物。

在河川上游，降雨时，许多泥土因冲蚀效用而进入河川，泥土的矿事物部分及有机质部分均会导致水体中浊度的增长；河川中下游，常有工业废水及都市废水流入，废水中的各类有机物或无机污染质，亦均无可避免地会增长河川之浊度，尤其在有机物流入河川后，会增进细菌与其他微有生命的物质的生长，更增长了混浊度，这个之外，耕种田施肥后之排水或养猪废水流入河川中，会使河川中氮，磷成分增长，造成优氧化(eutrop你好cation)，非常刺激藻类大量生长，其成果是水中浊度的增长。

由上述可知，引起水中浊度增长的事物，本质上可分为无机物及有机物两大类，这种本质上的差异，将影响环境工程上净化程序是否合适，增长工程上的难度。

5.1.2 浊度在水质上的重要性
在公共给水上，浊度是相当重要的指标，浊度高的水，在外不雅上即予人不干净的感觉，在饮用时易遭到排斥。

另浊度高的水，在给水工程上亦发生困难，因会使过滤过程负荷增长，砂滤也无法达到效率，且增长洗濯用度。

这个之外，在公共用水举行消毒时，有些细菌或其他维生错怪吸附著在造成浊度的颗粒上，而患上以抗拒氯气或臭氧等消毒剂，物浊度高的水，消毒不容易纯粹。

5.2 色度
5.2.1 概论
自然界的金属离子(诸如铁及锰离子)、泥炭土、府植质、浮游有生命的物质、水藻、微有生命的物质及工业废水等，常使水的源头带有颜色，水之色度(color)由於影响水资源之不雅瞻及哄骗，往往需要处理。

当水样中含有悬浮固体物时，水之色度不仅来自水溶液中的事物，也会受悬浮固体物的影响。

是以，咱们可将色度分为真色(true color)与外不雅色(apparent color)。

真色是将水样经离心或过滤的程序去除悬浮固体物所患上的水样色度；外不雅色则是水样直接测患上之色度，也称为视色。

由於一般水的源头当pH值增长时，色度亦随之增长，可知pH值会影响水之色度，故水样检验色度时，应同时注名pH值。

前所述及色度的来历，咱们可将其分为天然及报酬来历，天然的来历中，有机碎屑如树叶及木材萃取物、腐植质、木质素的衍有生命的物质等，常发生於地表水流经森林地或池沼地区时所带出；铁及锰则源自矿物之消融。

报酬来历较常源自工业废水，如染整工业、造纸工业及制革工业等废水，欲经济有效的去除水中色度，并不是简略的工作。

5.2.2 色度在公共用水上的应用
公共用水要是色度很高，消费者肯定是质疑水质的纯净程度，即使水质无碍健康，亦不容易遭到采信。

是以，各国饮用水均定有色度的尺度，在清水工程上，水质工程师均相当正视色度之高低。

部分水中造成色度之有机事物，在加氯消毒后，会形成含氯有机化合物，如三卤甲烷等，则是色度偏高水质可能衍生的问题。

这个之外，工业用水诸如纺织染整用水，对于色度的要求亦很高，以避免水中色度对于产物品质造成影响。

5.3 硬度
5.3.1 概论
水中之多价阳离子(multivalent cations)是导致水具有硬度的首要原因，多价阳离子中，尤以钙与镁离子二者为天然水中之阳离子，其余如Fe2 、Mn2 、Sr2 、Al3 等亦可能存在天然水中，但其相对含量低，常予以忽略不计较。

一般而言，含白灰岩地区及泥土表层较厚地区，雨水与片岩及泥土接触溶出较多的钙镁离子，故硬度较高。

5.3.2 硬度标定的重要性
水中硬度之高低，对于工业用水之办理相当重要，这是因为大多均有冷却水及锅炉体系，若不予以注意控制硬度，除会减低机械效率，增长操作成本外，尚有造成锅炉发生爆炸之危险，故工业用水中硬度之监控处理相当重要，而需经标定硬度，表5.1为水质依硬度之分类表。

表5.1 水质上依硬度之分类表 5.4 导电度
5.4.1 概论
导电度(electrical conductivity , E.C)是量测水样导电能力之强弱，为将电流经由过程1平方公分断面积，长1之液柱时电阻(resistance)之倒数，单位为毫姆欧/公分或微姆欧/公分暗示。

导电度的巨细与水中解离之离子含量之多寡以及温度有关。

一般事物在水中解离孕育发生电流，阳离子跑向阴极，阴离子跑向阳极，大多数的无机酸、碱以及盐类均是很好的导电体，但是某些有机份子如蔗糖及苯在水中不容易解离，导电度相当小。

导电度之标定，可以
用尺度导电度溶液先行调解导电度计再行标定，有些导电度计可标定导电度规模很小，或即使很广，其灵敏度很差，只适适用於海水或半咸水，有些又只适合於淡水，是以宜备有至少两部导电度计，一部标定咸水，一部标定淡水用。

新颖的蒸馏水其导电度约在0.5~2微姆欧/公分，经过一段时间后会增长，增长的原因为空气中之二氧化碳或氨等跑进去之缘故，美国饮用水其导电度在50~1500微姆欧/公分之间，台湾的湖泊水为100~400微姆欧/公分摆布，工厂废水导电度一般较高，往往跨越10,000微姆欧/公分。

5.4.2 导电度的重要性
由於导电度之标定相当轻便，导电度计亦利便带着至现场使用，在环境监视检测上，水之导电度常被用来评估水体是否遭遇污染的指标，用途相当广泛。

尤其因为海水及淡水之导电度差距非常大，在海岸地区监视检测是否有海水入侵征象时，导电度更属不成或缺之指标之一。

灌溉水品质之等级，导电度为重要之评估尺度之一，依美国盐性研究所之分级，将水导电度分为六级，自C–1至C–2，灌溉水之导电度可由0~250微姆欧/公分的C–1级至>6,000微姆欧/公分的C–6级，盐分越多愈不适合灌溉，台湾省灌溉水质尺度亦有导电度小於750微姆欧/公分支限值，亦即C–2级之内者，才符合灌溉水尺度。

5.5 固体物
5.5.1 概论
除开纯水外，一般天然水体之水或废水均含有固形物(soild matter)。

在水质表名称的词中，总固体物(total solid, T.S.)是指将水样蒸发后，其残留事物再某一温度之下乾燥所患上者。

总固体物包括两部分，若将水分先经过一个过滤设备，则存留在过滤设备上之固形物，经一定温度乾燥所患上之部分称为总悬浮固体物，而其滤液经一定温度乾燥后所患上之部分称为总消融固体物。

过滤器形式、滤纸孔隙巨细、孔隙率、面积及厚度均会影响过滤成果，不仅云云，水样的物理性质、固形物之粒径巨细定为2.0微米，水样留存在此空隙巨细滤纸之固形物经特别指定前提测出之部分称为悬浮固体，
5.5.2 固体物标定的重要性
水中悬浮固体物的标定，在污水分析上相当重要，在事业放流水排放尺度中，对于七十二行之放流水中悬浮固体物含量，均有具体的规定，这是因为在污染程度之研判上，它具有指标的效用。

而在一般污水处理单元预设上，污水中固体物亦为移除之重点，故固体物标定可用於评估处理要领之效率。

水中消融固体物含量，是饮用水水其尺度中之重要项问之一，在台湾省自来水水质尺度中，订有500毫克/升之限值，故在饮用水的地方理程序中为思量之指标之一。

这个之外，沈降性固体物之标定为污泥性质之重要项目，对于污泥的地方理要拥有重要的参考价值。

5.6 氢离子液体浓度指数(pH值)
5.6.1 概论
1887年瑞典科学家Arrhenius提出去游历离理论，认为水溶液中会孕育发生氢离子(H )者为酸，而会孕育发生氢氧离子(OH-)者为碱。

依其理论，强酸与烈性碱在水溶液中之解离相当大，弱酸与烈性碱的解离度则相当小。

当水份子解离时，会生成部分的氢氧离子，其反应式如下：
H2O H (aq) OH-(aq)
当加酸入水中时，由於H 液体浓度大增，为了维持Kw为定值，OH-液体浓度就削减；相反的，加碱於水中时，则OH-液体浓度大增，H 液体浓度及削减。

不管水中H 及OH-液体浓度如何变化，其H 和OH-液体浓度的乘积Kw恒为常数，室温时为1.0×10-14。

为了避免使用拉患上很长的指数，来暗示氢离子的液体浓度，1909年瑞典化学家Soreson 氏提议以负对于数据来取代莫耳液体浓度，日后广被接纳，即所谓的pH值，有时迳称「氢离子液体浓度指数」，以下式体现之：
pH=-log[H ]或pH=log1/[H ]
同法可用pOH = -log[OH-]，pKw=-logKw等。

pH值的规模，一般在0到14之间，纯水为中性，其pH值为7.0，当溶液为酸性时，[H ]>10-7M，pH值将小於7，即pH值越小酸性越强，与之相反，溶液为碱性时，[H ]<10-7M，pH值大於7，即pH值越大碱性越强。

天然水之pH值受酸式盐体系(carbonate system)影响很大，以降雨为例，由於雨水吸收空气中的二氧化碳，形成碳酸，使其在正常情形下pH常低於5.65摆布，若再受工业污染物之影响，则可能成为酸雨，pH值甚至可低至2.0。

5.6.2 pH值标定的重要性
大多的水生有生命的物质，均对于水环境中pH值规模相当敏锐，是以，基於维护生活习性平衡的考量，事业放流水之排放，均需控制其pH值，以防止对于水生有生命的物质的冲击。

在环境工程上，不论是给水或污水的地方理，pH值的控制均相当重要，这是因为pH 的高低，对于於沉淀、化学混凝、消毒、氧化还原及水质软化……等处理程序均有影响。

这个之外，再哄骗微有生命的物质处理废水时，pH值必需控制在有效的微有生命的物质有利的规模内。

5.7 溶氧
5.7.1 概论
自然界的水，由於与大气接触，或多或少消融氧气，这些氧气称为水中溶氧(dissolved oxygen, DO)。

水体中溶氧液体浓度时常遭到体系中有生命的物质，物理及化学程序之影响，随之转变。

由於几乎所有的有生命的物质，均仰赖溶氧的维持代谢程序，并孕育发生能量来生长与再生细胞，水中溶氧液体浓度与水生有生命的物质相当重要。

氧在水中消融度半大，在20oC及1大大气的压力时约30毫升/升消融度与温度及大气中氧之分压而转变，消融度随温度及大气中氧之分压而转变，遵照亨利定律(Henry Law)，如下式所示：
[O2]=Kh×Po2
式中[O2]为水溶液氧气之平衡，Po2为氧气之分压，Kh则为亨利常数，其值随温度而异，当温度高时，Kh值较低，温度低时，Kh值较高。

是以，在夏日时温度偏高时，水中溶氧值偏高，水中溶氧值偏低，再冬天时，水中之溶氧值就会偏高。

有些鱼类只能生长在水中溶氧较高高冷多山地区，当转变环境制温热之把土地整平，就会因缺乏溶氧而灭亡。

水中盐分含量亦会影响氧之消融度，一般盐分愈高，则溶氧量愈低。

以20 oC之纯水为例，其饱和溶氧量为9.07毫克/升，但20 oC之海水，饱和溶氧量只有7.33毫克/升。

5.7.2 溶氧标定在水质标定的重要性
在各类差别水体，溶氧含量常是水质好坏之重要指标。

以河川为例，溶氧含量在未受污染区段通常很高，甚至可达饱溶氧量，但在遭遇有机物污染时，水中微有生命的物质生殖，会耗损氧气，溶氧值即减低，严重时甚至靠近0毫克/升，溶氧小於2.0毫克/升之河川水，属戊类水质，甚至不适於灌溉用水之用途。

在评估河川水质恶化情形时，溶氧标定可以说是不成或缺之工作。

在废水处理程序中，往往需哄骗好氧性微有生命的物质来分解废水中之有机污染质，这时水中溶氧的控制就显患上很重要，为了维持适量的氧气，不致因太多而浪费，太少而处理效果不佳，时常性的溶氧标定是无可避免的。

工业用水中，蒸气锅炉之用水是相当讲究水中溶氧之去除的，因氧气会要患上高温下之锅炉钢管发生腐化的问题，故加入除氧剂以去除溶氧，此时溶氧之标定有其须要，办理人员可由溶氧之数据控制除氧剂的用量，以达最佳操作。

5.8 氯盐
5.8.1 概论
氯离子(Cl-)是水及废水中首要的阴离子之一，他在差别的水中有差别的液体浓度规模。

一般在多山地区及河川上游的地表水中，氯盐(chloride)之含量甚低，但河川下游或靠海的泉水中，有时含量很高，这可能与部分矿物溶出及农工废水中氯盐之进入有关，另一个原因是海水中氯盐含量极高，平均为19,000毫克/升，沿海地区的泉水，会与海水达到流体静力平衡，过分抽取泉水，会破坏此种平衡，而使海水易於入侵，泉水中之氯盐含量就急遽增高，
这种情况，在台湾的嘉南、高屏及宜兰地区，已经有许多报告提出。

人的总称的排泄物，特别是屎，所含氯盐颇多，是以，糊口污水中含有相当量的氯盐。

这个之外，许多工业废水，亦含有大量之氯盐。

这是报酬污染比力重要的两个来历。

水中氯盐含量较高时，水会带有咸味，尤其当首要阳离子为钠离子时，氯盐达250毫克/升即有咸味，然而，若首要阳离子为钙与镁离子时，即使氯盐含量高达1000毫克/升亦不觉患上有咸味。

氯盐含量高的水对于金属管线及结构有害，也不适於灌溉之用。

5.8.2 氯盐标定之重要性
由於氯盐为水及废水首要阴离子之一，在一般环境监视检测工作上，为相识首要水质结构，均将氯盐列为标定项目。

目前我国饮用水及灌溉用水之水质尺度中，均对于氯盐液体浓度定有限值250毫克/升。

氯盐之来历有限，标定容易，有不容易被吸附及不分解之性质，故常作为水质恶化物追踪之方针，以往有许多文献亦以氯盐为追踪剂(tracer)，研究环境中之污染物传输征象。

5.9 硫酸盐
5.9.1 概论
在天然水中，硫酸根离子(sulfate, SO42-)为重要的阴离子之一。

其含量可由每一升几个至数千毫克，在硫化矿物氧化时进入天然水之情况普遍。

当其含量过高时，对于某些用水标的会造成不良影响。

以工业用水为例，SO42-之浓渡过高，则会在锅炉及热交换器上形成水垢，阻碍这些设备导热效率。

灌溉用水中，SO42-浓渡过高时使泥土酸化风险作物。

而在饮用水中，SO42-之浓渡过高，则会威胁到人体健康。

在缺乏氧气及硝酸盐的环境中，硫酸盐可作为氧的供给者，亦即电子接管者，以供厌氧细菌举行生氧化，而SO42-本身则被还原成S2-，依体系中差别之pH，S2-、HS-及H2S分别成为优势之化学型态，当pH在8摆布，最优势的型态为HS-，pH值在8以上，则渐渐转为S2-为主，pH值在8以下，则S2-不存在，渐渐由HS-为主，转为以H2S为主，由於H2S有臭味故在缺乏氧气的环境中，SO42-会间接引起臭味，且在酸性情况下愈形严重。

硫化氢气体不仅孕育发生臭味，亦具有相当强的腐化性。

鄙人水道管路中，若氧的供应不足，废水中SO42-即发活着回来原反应孕育发生H2S，当H2S溢出至管路之气相中时，又会发生氧化反应，这个氧化反应通常发生在管顶，由於为H2SO4强酸，会腐化混凝土，污水管道管顶是以孕育发生所谓的「皇冠型」腐化。

5.9.2 硫酸盐标定之重要性
原来举行SO42-的分析可相识其是否适合公共用水、工业用水及灌溉用水之用途。

在河川溶氧不足的情况下，SO42-会还原成H2S、NH3及CH4等气体同时放出，发生臭味，减低环境品质，这个之外，泉水或地表水中，SO42-均为最重要的阴离子之一，可相识水质之
化学结构，是以，水中SO42-之标定广用於环境品质监视检测。

废水与污泥在厌氧消化反应发生时，SO42-会还原孕育发生H2S，造成臭味及腐化的围困并搅扰，这种征象为环境工程师所需注意的。

硫酸盐标定资料是以可供废水与污泥处理程序中，工程师决定处理流程、处理设备及预设尺寸巨细之参考依据。

5.10 氮
5.10.1 概论
对于所有有生命的物质而言，氮素(nitroqen, N)是最重要的元素之一。

动物一般无法哄骗大气中的氮气(N2)或无机态氮来制造所需的蛋白质，而必需摄食植物或其他动物来供应之。

植物则哄骗无机态氮来制造蛋白质，鉴於N对于植物营养的重要性且时常缺乏，咱们对于作物施肥首重N的补充，N乃居肥料三要素之首。

然而，N供给量太多也对于植物生长会造成不利影响。

在环境污染上，N污染亦日益遭到正视，包括造成水体优氧化(eutrop 你好cation)、生活习性平衡及卫生上的问题等。

氮素在有生命的物质界的变化相当庞大。

一般将氮化合物分为无机态与有机态两大类。

无机态氮以七种差别氧化态存在著：
NH3 , -3 ; N2 , 0 ; N2O , 1 ; NO , 2 ; N2O3(NO2-) , 3 ; NO2 , 4 ; N2O5(NO3-) , 5
这些型态中以-3 , 0 , 3 , 5四种氧化态在有生命的物质界中最为重要。

有机态氮则大都以-3价存在。

NH4 (或NH3)经硝化效用(nitrification)氧化成NO2-，然后NO3-，NO3-可经硝酸还原效用(nitrate reduction)还原酿成NO2-后再还原成NH4 ，也可经脱氮效用(denitrification)成为氮气，而氮气又可经氮素固定效用(nitrogenfixation)形成NH4 ，上述反应都是由为有生命的物质催化举行的氧化还原反应。

而有机氮经氨化效用(ammonificaiton or deamination)成为NH4 或NH4 经有生命的物质同化效用效用(amination or biosynthesis)转酿成为有机氮则为非氧化还原反应，但仍需藉助为有生命的物质催化举行。

环境中氮化合物存在的形态，首要么外乎前述的有机态氮、氨态氮(amonia nitrogen, NH3-N)、亚硝酸态氮(nitrite, NO2--N)及硝酸态氨(nitrate, NO3--N)。

有机态氮如动物粪尿中，含有大量尿素(urea)，尿素易受尿素分解酵素(urease)分解而成为儿态氮，动植物体内的蛋白质亦会在动植物灭亡后受细菌的效用生成氨态氨，这些氨态氨进入环境后，在好氧前提下，亚硝酸菌群(nitrosomonas group)会将其转酿成亚硝酸盐，然后又可再为硝酸菌群(nitrobacter group)氧化成硝酸盐，水体中NH3–N与NO3--N是无机态氮存在的首要形态，NO2--N较少见且液体浓度通常甚低。

典型的污染水，其中氮化合物的化学型态与受污染的时间有关。

开始的一段时间首要为有机态氮及NH3–N，随著袒露於空气中的时间增长，而逐步氧化以NO3--N形态呈现。

5.10.2 氮素标定之重要性
在自然水体中，氮素标定的成果是判定水质好坏之重要依据。

以台湾现行之水体水质尺度及河川污染指数(river pollution index, RPI)为例，氨态氮液体浓度均为重要水质参数之一。

原水中氨氮液体浓度偏高时，自来水厂即需增长加氯消毒之量，且指示原水可能遭到污染。

在各国饮用水水质尺度中，一般均定有氨氮、硝酸态氮、亚硝酸态氮之限值，认为氨氮及亚
硝酸态氮为「影响适饮性事物」，而硝酸态氮则属於「可能影响健康之事物」。

由於硝酸态氮含量过高的饮用水，已经有造成婴儿罹患「蓝婴症」(methemoglocinemia)之病例，饮用水中硝酸态氨的标定相当受正视。

氮素为微有生命的物质生长最重要的元素之一，是以，在废污水有生命的物质处理程序中，氮素的控制为一重要的课题，需时常予以标定，以决定是否须补充氮源。

氮含量高的废污水，如养猪场废水，若排入环境水体中，亦增进藻类及水生植物的生长生殖，使水体优氧化，故排放水中的氮素含量标定，亦颇受正视。

5.11 磷 5.11.1 概论天然水中之磷(phosphorus)几乎全数以磷酸盐(phosphate)的型式存在，磷酸盐又可分为正磷酸盐(orthophosphate)、缩合磷酸盐(condensed phosphate)及有机磷酸盐(organic phosphate)三类，前两类亦称为无机磷酸盐，缩合磷酸盐又称聚磷酸盐(polyphosphate)在水溶液中会逐渐水解，成为正磷酸盐。

水中磷酸盐之存在型式，常和其来历有密切相干。

正磷酸盐化合物常被使用作为奴定之磷肥，故经降雨之迳流会将其带到地面水中。

缩合磷酸盐则大量使用於各类之清洁剂中，少部分使用於水质处理体系，如锅炉、冷却储水塔等，均有很多机会进入地表水中。

有机磷酸盐基本上是由有生命的物质程序所形成的，污水中之有机磷化合物常来自人体排泄物、食物残渣、水生植物等。

天然干净的水体中，藻类及其他水生有生命的物质生殖不容易，当水体由於日久的冲积或报酬的污染，有机物和植物养分大量增长，导致藻类的大量生长，水体优氧化，水质渐趋劣化，在藻类本身灭亡的过程中，会耗损大量溶氧，使水体处於厌氧状态而发生臭味。

在优养征象发生的过程中，水中氮与磷的液体浓度极为重要，*其液体浓度，即可控制藻类之生长，亦即控制优氧征象，在生长前提下，无机磷化合物的临界液体浓度为0.005 毫米/克摆布，高於此液体浓度，水体中之藻类即可生殖。

5.11.2 水中磷酸盐标定之重要性
水中磷酸盐液体浓度的标定在环境品质标定工作中相当重要。

当水体中之磷酸盐液体浓度偏高，则水体有优氧化之虞，这在作为公共给水用途的湖泊及水库特别需要留意。

磷酸化合物，广泛的用於锅炉水及冷却水皮带轮回水水垢抑制剂中，监视检测其液体浓度，可供判断水垢抑制剂之用量是否足够，而采纳须要之调解措施，以防水垢之形成，减低导热效率。

以有生命的物质处理法处理废水时，微有生命的物质需摄入磷来维生，并合成新细胞社团，故处理体系中之磷含量是否能供微有生命的物质所需是重要的课题。

在许多工业废水中，其含磷量并不足以供给微有生命的物质最适的生长，故往往要加些无机磷酸盐化合物至处理体系中，是以，在废水有生命的物质处理程序中，磷酸盐含量的标定是基本的工作之一。

5.12 生化需氧量
5.12.1 概论
生化需氧量(biochemicaloxygen demand, BOD)系指水中有机事物在某一特别指定的时间及温度下，由於微有生命的物质的有生命的物质化学效用所耗用的氧量。

BOD值的巨细可暗示有生命的物质可分解的有机物的多少，用以指示水中有机物污染的程度。