第二章水化学综合指标.
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第三节 天然水化学成分的综合指标
在水样分析中，除了测定单个组分的含量外，往 往还要测定一些综合指标，或者根据单项的水分析结 果求得某些综合指标的计算值。这些综合指标主要是 总溶解固体(矿化度)、含盐量、酸度、碱度，硬度、 化学需氧量、生化需氧量、钠吸附比等。这些指标不 仅可反映水某些方面的性质，而且在研究水化学问题 时，它们也是有用的指标。 一、第一组指标 这组指标有：总溶解固体、含盐量、硬度及钠吸 附比。这组指标主要是体现水的质量的指标。
(二)含盐量 含盐量是指水样各组分的总量，其单位以mg/L或g/L表示。 这个指标是计算值，它与总溶解固体的差别在于无需减去 1/2HCO3。它常用于灌溉水质的评价，以及计算河流向海洋传 输风化产物的参数。在海洋的研究中，常用含盐度代替含盐量。 含盐度的含义是海水中所有组分重量占水重量的千分数，以‰ 表示。 (三)硬度 硬度以水中Ca2+、Mg2+、Sr2+、Ba2+等非碱土金属以外的 金属离子的总和来量度。但是，除Ca2+、Mg2+ 外，其它金属 离子在水中的含量一般都很微，因此，硬度一般以水中的钙和 镁来量度，其计算方法是钙和镁的毫克当量总数乘50，以 CaCO3表示，其单位是mg/L。 在世界各国，水中硬度有不同的表示方法，1德国度 =17.8mg/L(CaCO3)，1法国度=10mg/L(CaCO3)，1英国度 =14.3mg/L(CaCO3)。
COD、BOD及TOC都是表征水体环境有机污染的水质指 标，地表水的研究中常用，而地下水的研究中很少用，因为 它们并不是地下水有机污染的敏感指标。 (四)氧化还原电位 氧化还原电位是表征水系统氧化还原状态的指标，一般以 符号”Eh”代表，其单位为V或mV。如Eh值为正值，说明水 系统处于比较氧化状态，如Eh为负值，说明水系统处于比较 还原的状态。水系统体系的Eh值，取决于系统内氧化还原对 的性质、氧化态和还原态组分的浓度、参加反应的电子数， 温度及酸碱度等。一般用电极测定Eh值，但是，由于水系统 的Eh必须在现场测定，这种测定是很困难的，所以在水分析 资料中很少Eh值。
高硬度水与肥皂反应产生沉淀而影响洗涤效果，在锅炉和 输水管道中产生水垢而影响其使用寿命。近20年来，人们还 发现饮水硬度与心血管发病率有负相关的关系，因此，硬度是 一个很有用的水质指标。 硬度也称总硬度，它是碳酸盐硬度、非碳酸盐硬度的总和。 碳酸盐硬度是指Ca2+和Mg2+与CO32-和HCO3-结合的硬度，以 CO32+ 和HCO3- 毫克当量乘50算得，如所算得的数值大于总 硬度，其差值称为负硬度。总硬度与非碳酸盐硬度的差值为非 碳酸盐硬度。碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度也称暂时硬度和永久 硬度，因为碳酸盐硬度是指与HCO3-和CO32-结合的那部分 Ca2+和Mg2+ ，水煮沸时成CaCO3沉淀而被除去，而非碳酸盐 硬度是指与Cl-、SO42-和NO3-结合的Ca2+和Mg2+ ，水煮沸后 不能除去。
二、第二组指标
这组指标有：化学需氧量、生化需氧量、总有机碳及氧化 还原电位。它们是表征水体环境状态的指标。 (一)化学需氧量 化学需氧量是指化学氧化剂氧化水中有机物和还原无机物 所消耗的氧量，以mg/L表示，以符号“COD”代表。 KMnO4、K2Cr2O7和KIO3是测定水中COD的三种氧化剂。 由于这三种氧化剂的氧化能力不同，所以其测定结果不同。 KMnO4的氧化能力低于K2Cr2O7 ，用KMnO4测定COD时，一 些有机物不能被完全氧化，因此用KMnO4测得的COD值低于 用K2Cr2O7 测得的COD值。目前常用的氧化剂为K2Cr2O7 。 为了使分析结果有可比性，使用COD值时应了解其注明的分 析方法。
(四)钠吸附比 钠吸附比以符号“SAR”表示，其数值按下式计算：
式中；SAR为无量纲பைடு நூலகம்Na+、Ca2+和Mg2+分别为每升水中这些 离子的毫克当量数。 SAR是评价灌溉水水质的一个有用指标。
用SAR值高的水灌溉会引起土壤板结。在研究水和土壤间的K
和Na与Ca和Mg进行阳离子交换时，SAR也是一个有用的参数 (在后面章节中有论述)。
(二)生化需氧量 生化需氧量是指微生物降解水中有机物过程中所消耗的氧量， 以mg/L表示，以符号 “ BOD”代表。因为微生物降解有机物的 速度和程度与温度和时间有关，要使水中有机物完全生物降解 需要很长时间，为了使测定的BOD值有可比性，通常采用在 20℃条件下，培养5天所测得BOD值，记为BOD5。 由于BOD5值不是降解水中全部有机物的耗氧量，特别是不易 降解的木质素的耗氧量，所以BOD值通常小于COD值，有关实 践经验表明，通常是COD=1.6～2.7 BOD5 。 (三)总有机碳 总有机碳是指水中各种形式有机碳的总量，以mg/L表示，以 符号“TOC”代表。可通过测定高温燃烧所产生的CO2测TOC， 也可通过仪器迅速测定TOC，但由于前种方法测定手续麻烦， 又难以排除无机碳的干扰，后种方法所使用的仪器比较昂贵， 所以水分析结果中的TOC数据甚少。
(一)总溶解固体
总溶解固体是指水中溶解组分的总量，它包括溶于水中的 离子、分子及络合物，但不包括悬浮物和溶解气体。它通常以 105～110℃下，水蒸干后留下的干涸残余物的重量来表示，其 单位为mg/L或g/L，常记为“TDS”，这是英文缩写。由于这种 测定方法比较麻烦，所以分析结果中的“TDS”常常是计算值。 其计算方法是：溶解组分(溶解气体除外)总和减去1/2的HCO3-， 因为水样蒸干过程中，约有一半(0.49)的HCO3- 变成CO2气体 跑掉，其反应如下： 除HCO3- 外，硝酸、硼酸、有机物等也可能损失一部分，当 pH低时，其损失量更大一些与此相反，可能有结晶水(如石 膏，CaSO4· 2H2O)和部分的吸着水留在干涸残余物里。因此， 常常出现TDS的实测值和计算值的微小差别。此外，国内外 的水样蒸干温度有时也不一致，这样也会引起结果的偏差。
三、第三组指标 这组指标包括酸度和碱度。它们是表征水系统酸碱平衡特 征的指标。 (一)碱度 碱度是表征水中和酸能力的指标。碱度主要决定于水中 HCO3-、CO32-的含量。当然，水中的硼酸、磷酸，硅酸及OH也具有中和酸的能力，它们也决定碱度的大小，但是，在一般 水中，上述含量甚微。因此，一般水的碱度决定于水中HCO3和CO32- 的含量，它可直接测定，也可通过计算求得。计算方 法是HCO3-和CO32- 毫克当量/升的总和乘50，以CaCO3表示， 其单位是mg/L，称碳酸盐碱度。
在水样分析中，除了测定单个组分的含量外，往 往还要测定一些综合指标，或者根据单项的水分析结 果求得某些综合指标的计算值。这些综合指标主要是 总溶解固体(矿化度)、含盐量、酸度、碱度，硬度、 化学需氧量、生化需氧量、钠吸附比等。这些指标不 仅可反映水某些方面的性质，而且在研究水化学问题 时，它们也是有用的指标。 一、第一组指标 这组指标有：总溶解固体、含盐量、硬度及钠吸 附比。这组指标主要是体现水的质量的指标。
(二)含盐量 含盐量是指水样各组分的总量，其单位以mg/L或g/L表示。 这个指标是计算值，它与总溶解固体的差别在于无需减去 1/2HCO3。它常用于灌溉水质的评价，以及计算河流向海洋传 输风化产物的参数。在海洋的研究中，常用含盐度代替含盐量。 含盐度的含义是海水中所有组分重量占水重量的千分数，以‰ 表示。 (三)硬度 硬度以水中Ca2+、Mg2+、Sr2+、Ba2+等非碱土金属以外的 金属离子的总和来量度。但是，除Ca2+、Mg2+ 外，其它金属 离子在水中的含量一般都很微，因此，硬度一般以水中的钙和 镁来量度，其计算方法是钙和镁的毫克当量总数乘50，以 CaCO3表示，其单位是mg/L。 在世界各国，水中硬度有不同的表示方法，1德国度 =17.8mg/L(CaCO3)，1法国度=10mg/L(CaCO3)，1英国度 =14.3mg/L(CaCO3)。
COD、BOD及TOC都是表征水体环境有机污染的水质指 标，地表水的研究中常用，而地下水的研究中很少用，因为 它们并不是地下水有机污染的敏感指标。 (四)氧化还原电位 氧化还原电位是表征水系统氧化还原状态的指标，一般以 符号”Eh”代表，其单位为V或mV。如Eh值为正值，说明水 系统处于比较氧化状态，如Eh为负值，说明水系统处于比较 还原的状态。水系统体系的Eh值，取决于系统内氧化还原对 的性质、氧化态和还原态组分的浓度、参加反应的电子数， 温度及酸碱度等。一般用电极测定Eh值，但是，由于水系统 的Eh必须在现场测定，这种测定是很困难的，所以在水分析 资料中很少Eh值。
高硬度水与肥皂反应产生沉淀而影响洗涤效果，在锅炉和 输水管道中产生水垢而影响其使用寿命。近20年来，人们还 发现饮水硬度与心血管发病率有负相关的关系，因此，硬度是 一个很有用的水质指标。 硬度也称总硬度，它是碳酸盐硬度、非碳酸盐硬度的总和。 碳酸盐硬度是指Ca2+和Mg2+与CO32-和HCO3-结合的硬度，以 CO32+ 和HCO3- 毫克当量乘50算得，如所算得的数值大于总 硬度，其差值称为负硬度。总硬度与非碳酸盐硬度的差值为非 碳酸盐硬度。碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度也称暂时硬度和永久 硬度，因为碳酸盐硬度是指与HCO3-和CO32-结合的那部分 Ca2+和Mg2+ ，水煮沸时成CaCO3沉淀而被除去，而非碳酸盐 硬度是指与Cl-、SO42-和NO3-结合的Ca2+和Mg2+ ，水煮沸后 不能除去。
二、第二组指标
这组指标有：化学需氧量、生化需氧量、总有机碳及氧化 还原电位。它们是表征水体环境状态的指标。 (一)化学需氧量 化学需氧量是指化学氧化剂氧化水中有机物和还原无机物 所消耗的氧量，以mg/L表示，以符号“COD”代表。 KMnO4、K2Cr2O7和KIO3是测定水中COD的三种氧化剂。 由于这三种氧化剂的氧化能力不同，所以其测定结果不同。 KMnO4的氧化能力低于K2Cr2O7 ，用KMnO4测定COD时，一 些有机物不能被完全氧化，因此用KMnO4测得的COD值低于 用K2Cr2O7 测得的COD值。目前常用的氧化剂为K2Cr2O7 。 为了使分析结果有可比性，使用COD值时应了解其注明的分 析方法。
(四)钠吸附比 钠吸附比以符号“SAR”表示，其数值按下式计算：
式中；SAR为无量纲பைடு நூலகம்Na+、Ca2+和Mg2+分别为每升水中这些 离子的毫克当量数。 SAR是评价灌溉水水质的一个有用指标。
用SAR值高的水灌溉会引起土壤板结。在研究水和土壤间的K
和Na与Ca和Mg进行阳离子交换时，SAR也是一个有用的参数 (在后面章节中有论述)。
(二)生化需氧量 生化需氧量是指微生物降解水中有机物过程中所消耗的氧量， 以mg/L表示，以符号 “ BOD”代表。因为微生物降解有机物的 速度和程度与温度和时间有关，要使水中有机物完全生物降解 需要很长时间，为了使测定的BOD值有可比性，通常采用在 20℃条件下，培养5天所测得BOD值，记为BOD5。 由于BOD5值不是降解水中全部有机物的耗氧量，特别是不易 降解的木质素的耗氧量，所以BOD值通常小于COD值，有关实 践经验表明，通常是COD=1.6～2.7 BOD5 。 (三)总有机碳 总有机碳是指水中各种形式有机碳的总量，以mg/L表示，以 符号“TOC”代表。可通过测定高温燃烧所产生的CO2测TOC， 也可通过仪器迅速测定TOC，但由于前种方法测定手续麻烦， 又难以排除无机碳的干扰，后种方法所使用的仪器比较昂贵， 所以水分析结果中的TOC数据甚少。
(一)总溶解固体
总溶解固体是指水中溶解组分的总量，它包括溶于水中的 离子、分子及络合物，但不包括悬浮物和溶解气体。它通常以 105～110℃下，水蒸干后留下的干涸残余物的重量来表示，其 单位为mg/L或g/L，常记为“TDS”，这是英文缩写。由于这种 测定方法比较麻烦，所以分析结果中的“TDS”常常是计算值。 其计算方法是：溶解组分(溶解气体除外)总和减去1/2的HCO3-， 因为水样蒸干过程中，约有一半(0.49)的HCO3- 变成CO2气体 跑掉，其反应如下： 除HCO3- 外，硝酸、硼酸、有机物等也可能损失一部分，当 pH低时，其损失量更大一些与此相反，可能有结晶水(如石 膏，CaSO4· 2H2O)和部分的吸着水留在干涸残余物里。因此， 常常出现TDS的实测值和计算值的微小差别。此外，国内外 的水样蒸干温度有时也不一致，这样也会引起结果的偏差。
三、第三组指标 这组指标包括酸度和碱度。它们是表征水系统酸碱平衡特 征的指标。 (一)碱度 碱度是表征水中和酸能力的指标。碱度主要决定于水中 HCO3-、CO32-的含量。当然，水中的硼酸、磷酸，硅酸及OH也具有中和酸的能力，它们也决定碱度的大小，但是，在一般 水中，上述含量甚微。因此，一般水的碱度决定于水中HCO3和CO32- 的含量，它可直接测定，也可通过计算求得。计算方 法是HCO3-和CO32- 毫克当量/升的总和乘50，以CaCO3表示， 其单位是mg/L，称碳酸盐碱度。