第二章水化学综合指标

(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)。
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。
(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。
根据经验，两者的差值应符合下述要求： TDS<100mg/L时，相对误差应<±10％； TDS=100～1000mg/L时，相对误差应<±7％； TDS>1000mg/L时，相对误差应<±5％。 (三)碳酸平衡关系的检查 根据第一章所述的碳酸平衡理论，当pH<8.34时，分析 结果中不应出现CO32-，因为在这样的pH值条件下，测定 CO32-的常规方法不能检出微量的CO32-，同理，当pH>8.4 时，水分析结果不应出现H2CO3。如果水分析结果不符合上 述情况，说明pH或，CO32-和H2CO3的测定有问题。
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。
(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、水分析数据可靠性审查
(一)阴阳离子平衡的检查
Байду номын сангаас
式中，E为相对误差(％)，mc及ma分别为阳离子及阴离子的毫 克当量总数／升。如Na+和K+为实测值，E应小于±5％，如果 Na++K+为计算值，E应为零值或接近零值。这种检查方法与第 一章所述的电中性检查的原理是一样的。 (二)分析结果中一些计算值的检查 1.总溶解固体 如果总溶解固体是计算值，应检查其数值是否减去HCO3-的 一半。这是最常见的错误，因为许多分析单位的有关人员往往 不知道应这样做。
示呈离子状态的H+数量，而总酸度则表示中和过程中可以与强
碱进行反应的全部H+数量，其中包括原已电离的和将会电离的 两分，已电离的H+数量称为离子酸度，它与pH值是一致的。酸 度以CaCO3表示，单位是mg/L。
第四节 水化学成分的数据处理
我们在使用水分析结果时，首先应对分析数据的可靠性 加以检查，然后对已有的数据进行分析整理，在此基础上，
(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，Na+、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)。
2、Na++K+值 在简分析中， Na++K+ 值是计算值。其计算方法是： (Na++K+ )(毫克当量数总和) =阴离子(毫克当量数总和)(Ca2++Mg2+)(毫克当量数总和) (Na++K+)(mg/L) =(Na++K+ )(毫克当量数总和)×25。 这里要说一点的是，Na的原子量为23，K的原子量为39，一般 的水中，K+约为(Na++K+ ）的1/10，所以乘以25，国内外的一 些水分析资料中，常常是乘以23(Na的原子量)，严格来讲，这 是不够严格的。检查Na++K+ 值时，应遵循上述方法。 3．硬度 总硬度也是计算值。其数值应按下列方法检查。 (Ca2++Mg2+)(毫克当量数总和)×50=总硬度(CaCO3)，mg/L。 4．TDS实测值与TDS计算值之差 如果分析结果中有实测的TDS值，应求得TDS的计算值，以 检查TDS实测值的可靠性。
(二)酸度
酸度是表征水中和强碱能力的指标。组成水中酸度的物质可
归纳为三类。(1)强酸，如HCl、HNO3、H2SO4等，(2)弱酸， 如CO2、H2CO3、HCO3-及各种有机酸等，(3)强酸弱碱盐，如 FeCI3、Al2(SO4)3等。水中这些物质对强碱的总中和能力称为 总酸度。总酸度与水中的氢离子浓度并不是一回事，pH值仅表
对一些水化学问题作出合理的解释。这是水化学问题研究中
的一种有效方法，但这种方法往往被忽视。本节的目的在于 提供一些这方面的技术方法和分析思路，使水分析资料在科 学研究中起到真正的作用。应该说明的是，所提供的方法只 不过是前人研究的一些经验，并不是一成不变的，应该注重
本节所提供的方法和思路，在具体的研究中有所创造。
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。
2．柱形图示法 柱形图示法见图2.8。柱型分两半，一半为阴离子，一半为 阳离子，以毫克当量，升或毫克当量百分数表示。柱子的高度 与阳离子或阴离子的毫克当量总数/升成比例，各离子的水。排 列顺序如图2.8所示。通常是表示6种离子，如超过6种，可把性 质相近的放在一起，如Na+K、Cl+NO3等。这种图示可表示一组 数据，其优点是简明清晰。
3．多边形图示法 多边形图示法见图2.9。图中有一垂直轴，此轴的左右两侧 分别表示阳离子和阴离子，其浓度为meq/L。与垂直轴垂直的 有四条平行轴，顶轴 有毫克当量/升的比例 刻度。图中一般表示6 种组分，如要表示更 多的组分，可增加平 行轴。在这种图示中， 从上到下可以表示一 组水样的资料。这种 图示法经常用于油田 水化学成分的研究， 并取得较好的效果。
(四)其它检查方法 1．在一般的水中，Na+总是大于K+，如果出现反常的情况， 分析结果值得怀疑。 2．地下水中Na+或Na++K+’一般都不会出现零值，如出现此 情况，可认为是分析的错误。 3．大量的统计资料表明，电导与总溶解固体有较好的相关 性。据报道，对于一般的水来说，TDS和电导有如下关系： (1)TDS(mg/L)=K×电导(mS)，K=0.55～0.75。当水中阴 离子以HCO3-和Cl占优势时，K接近于0.55，当SO42-浓度较高 时，K接近于0.75。 (2)电导(mS)=100×(阴离子或阳离子毫克当量总数/升)。
上述两种关系式只能粗略地检查分析结果的准确性，但后一种关系式较 前一种更稳定些。对于TDS>50000mg/L和TDS很低的水来说，TDS和电导 的相关性差。对于源于同一水系统的一系列水样来说，TDS和电导的关系 可以很好地建立起来，利用这种关系能比较有效地对分析结果的准确性进 行检查。
三、水化学成分的图示法 多年来，人们提出了许多水化学分析结果的图示方法。这 种方法有助于对分析结果进行比较，并发现其异同点，更好地 显示各种水的化学特性，同时能更直观地在文字或口头报告中 说明问题。 (一)离子浓度图示法 1．圆形图示法 把圆形分为两半，一半表示阳离子，一半表示阴离子，其浓 度单位为meq/L，某离子所占的扇形的大小，按该离子毫克当 量占阴或阳离子毫克当量总数的 比例而定。圆形的大小按阴阳离 子总毫克当量数大小而定。 这种图示法可以用于表示一 个水点的水化学资料，也可以在 水化学平面图或剖面图上表示。
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。