第一節　概　　述

一、水的資源分布及其所含雜質

水是地球上分布最廣的物質之一，地球上的天然水約13.86億立方千米，是一種寶貴的自然資源，工業生產、農業灌溉、交通運輸和日常生活都需要水。自然界的水分為地下水、地面水和大氣水等，地面水又可分為江河水、湖水、海水和冰山水等。從應用角度出發，有生活用水、農業用水（灌溉用水、漁業用水等）、工業用水（原料水、鍋爐用水、冷卻水等）和各種廢水（即污染水）等。

水在地球上不斷循環，為地球表面調節氣候。在雨雪降落時，水又具有清新大氣、凈化環境的作用，地球上任何一個生態系統都離不開水。

水以氣、液、固三種聚集狀態存在。環境科學中把許多形式的水都歸類于水圈（ hydrosphere）。水圈就是地球表面不連續的水殼，它包括海洋、湖泊、水庫、積雪場、冰川、極區冰帽、地下水以及動植物體內和礦物結晶水等，幾乎無所不至。其中海洋水占地球水量的97.3%，陸地上的地面水只占2.7%，除去2.14%無法取用的冰川和高山頂的冰冠外，只占0.017%左右，其中又有一半在鹽湖內海，淡水湖和河流的水量僅占地球總水量的0.009%，大氣中水汽約占0.001%，地下水約占0.61%。當前，可供人類取用的水只有河水、淡水湖和淺層地下水，這三者加在一起，總量約為300多萬立方千米，僅占地球總水量的0.2%。因此，地球上人類能利用的淡水儲量是極其有限的。

我國水資源比較豐富，2016年全年平均降水量為730mm，全年水資源總量為3.0150×1012 m3/a，其中河川年徑流量為2.7115×1012 m3/a。年徑流量約占全球的5.8%，居世界第六位，僅次于巴西、蘇聯、加拿大、美國和印度尼西亞。由于我國人口眾多，所以人均水資源占有量卻很低，如以13億人口估計，據2012年的統計，我國人均水資源占有量只有2100m3，僅為世界人均水平的28%，世界排名為第109位。我國耕地畝均水資源占有量約為1770m3/a，是世界平均值的3/4左右。我國除了人均水資源貧乏之外，水資源在時空上的分布也非常不均勻，我國屬于季風氣候，水量大部分集中在汛期，其中夏季徑流量幾乎占全年的40%，那時大量的淡水未能被利用，隨排洪流入大海。從地區上說，占全國土地面積63 .7%的北方諸流域，其水資源僅占全國水資源的20%；而占全國土地僅36.3%的南方流域，水資源卻占約80%。隨著工農業迅速發展，全國用水量日益增加，目前用水量約為4.776×1011m3/a，僅次于美國。我國已被聯合國列為世界上13個貧水國家之一。

水在自然或人工的循環過程中，在與環境的接觸過程中不僅自身的狀態可能發生變化，而且作為溶劑還可能溶解或載帶各種無機的、有機的甚至是有生命的物質，使其表觀特性和應用受到影響。因此，分析測定水中存在的各種組分時，作為研究、考察、評價和開發水資源的信息則顯得十分重要。水質分析主要是對水中的雜質進行測定。

水的來源不同所含雜質也不相同，如雨水中主要含有氧、氮、二氧化碳、塵埃、微生物以及其他成分；地面水中主要含有少量可溶性鹽類（海水除外）、懸浮物、腐殖質、微生物等；地下水主要含有可溶性鹽類，包括鈣、鎂、鉀、鈉的碳酸鹽，氯化物，硫酸鹽，硝酸鹽和硅酸鹽等。

二、水質標準

1.水質指標

不同來源的水（包括天然水和廢水）都不是化學上的純水。它們不同程度地含有無機和有機的雜質。并且，水和其中的雜質常常不是簡單的混合，而是存在著相互作用和影響。由于雜質進入水體，使水的物理性質和化學性質與純水有所差異。這些由水與其中雜質共同表現出來的綜合特性即為水質。用來評價水質好壞的項目，稱為水質指標。水質指標可具體地表征水的物理、化學特性，說明水中組分的種類、數量、存在狀態及其相互作用的程度。根據水質分析結果，確定各種水質指標，以此來評價水質和達到對所調查水的研究、治理和利用的目的。

水質指標按其性質可分為三類，即物理指標、化學指標和微生物學指標。

水的物理性質及其指標主要有溫度、顏色、臭和味、渾濁度與透明度、固體含量與導電性等；化學指標包括水中所含的各種無機物和有機物的含量以及由它們共同表現出來的一些綜合特性，如pH、電導率、酸度、堿度、硬度和礦化度等；微生物學指標主要有細菌總數、大腸菌群和游離性余氯。其中化學指標是一類內容十分豐富的指標，是決定水的性質與應用的基礎。

從水的利用出發，各種用水都有一定的要求，這種要求體現在對各種水質指標的限制上。長期以來，人們在總結實踐經驗基礎上，根據需要，提出了一系列水質標準。

2.水質標準

水質標準是表示生活飲用水、工農業用水等各種用途的水中污染物質的最高容許濃度或限量閾值的具體限制和要求，是水質指標要求達到的合格范圍。因此，水質標準實際是水的物理、化學和生物學的質量標準。

不同用途對水質有不同的要求。對飲用水主要考慮對人體健康的影響，其水質標準中除有物理、化學指標外，還有微生物指標；對工業用水則考慮是否影響產品質量或易于損害容器及管道，其水質標準中多數無微生物限制。工業用水也還因行業特點或用途的不同，對水的要求不同。例如，鍋爐用水要求懸浮物、氧氣、二氧化碳含量要少，硬度要低；紡織工業上要求水的硬度要低，鐵離子、錳離子含量要極少；化學工業中氯乙烯的聚合反應要在不含任何雜質的水中進行。

為了保護環境和利用水為人類服務，國內外有各種各類水質標準。如地面水環境質量標準、灌溉用水水質標準、漁業用水水質標準、工業鍋爐水質標準、飲用水水質標準及各種廢水排放標準等。

表2-1為國家標準GB/T 1576—2008《工業鍋爐水質》中有關“鍋外水處理的自然循環蒸汽鍋爐和汽水兩用鍋爐”所規定的水質標準。

三、水試樣的采集

水質分析的一般過程包括采集水樣、預處理、依次分析、結果計算與整理、分析結果的質量審查。顯然，水樣的采集與保存直接關系到水質分析結果的可靠性。為此，應根據水質的特性、水質檢測的目的與檢測項目的不同而采用不同的取樣方法和保管措施。

1.水樣的采集

供分析用的水樣應該能夠充分代表該水的全面性，并且必須不受任何意外的污染。首先必須做好現場調查和資料收集，包括氣象條件、水文地質、水位水深、河道流量、用水量、污水廢水排放量、廢水類型和排污去向等。水樣的采集方法、次數、深度位置、時間等都是由采樣分析目的來決定的。水樣采集時，應注意以下幾點。

（1）采樣容器　為了進行分析（或試驗）而采取的水稱為水樣。用來存放水樣的容器稱水樣容器（水樣瓶）。常用的水樣容器有無色硬質玻璃磨口瓶和具塞的聚乙烯瓶兩種。

① 硬質玻璃磨口瓶。由于玻璃無色、透明，有較好的耐腐蝕性，易洗滌干凈等優點，硬質玻璃磨口瓶是常用的水樣容器之一，但是硬質玻璃容器存放純水、高純水樣時，由于玻璃容器有溶解現象，使玻璃成分如硅、鈉、鉀、硼等溶解進入水樣之中。因此玻璃容器不適宜用來存放測定這些微量元素成分的水樣。

② 聚乙烯瓶。由于聚乙烯有很高的耐腐蝕性能，不含重金屬和無機成分，而且具有質量輕、抗沖擊等優點，是使用最多的水樣容器。但是，聚乙烯瓶有吸附重金屬、磷酸鹽和有機物等的傾向。長期存放水樣時，細菌、藻類容易繁殖。另外，聚乙烯易受有機溶劑侵蝕，使用時要多加注意。

③ 特定水樣容器。鍋爐用水分析中有些特定成分測定，需要使用特定的水樣容器，應遵守有關標準的規定。如溶解氧、含油量等的測定，需要使用特定的水樣容器。

（2）取樣器　用來采集水樣的裝置稱為取樣器。采集水樣時，應根據實驗目的、水樣性質、周圍條件選用最適宜的取樣器。

① 采集天然水的取樣器。采集天然水樣時，應根據試驗目的，選用表面取樣器、不同深度取樣器以及泵式取樣器進行取樣。表面取樣器和不同深度取樣器的例子如圖2-1所示；泵式取樣器的例子如圖2-2所示。

② 采集管道或工業設備中水樣的取樣器。鍋爐用水分析的水樣，多數是從管道或工業設備中采取的。在此情況下，取樣器都安裝在管道或裝置中，如圖2-3和圖2-4所示。但是，為了獲得有充分代表性的水樣，取樣器的設計、制造、安裝以及取樣點的布置還應遵循如下規定。

a.取樣器應根據工業裝置、鍋爐類型、參數以及化學監督要求或試驗目的，設計、制造、安裝和布置水樣取樣器。

b.取樣器（包括取樣管和閥門）的材質應使用耐腐蝕的金屬材料制造。除低壓鍋爐外，除氧水、給水的取樣器應使用不銹鋼制造。

c.從高溫、高壓的管道或裝置中采集水樣時，必須安裝減壓裝置和冷卻器。取樣冷卻器應有足夠的冷卻面積和冷卻水源，使得水樣流量約為700mL/min時，水樣溫度仍低于40℃。

（3）水樣的采集方法　采集不同的水樣，需要采用不同的方法，并做好采樣的準備工作。應將采樣瓶徹底清洗干凈，采樣時再用水樣沖洗三次以上（采樣另有規定者除外），之后才能采集水樣。

① 天然水的取樣方法。

a.采集江、河、湖和泉水等地表水樣或普通井水水樣時，應將取樣瓶浸入水下面50cm處取樣，并在不同地點采樣混合成供分析用的水樣。

b.根據試驗要求，需要采集不同深度的水樣時，應使用不同深度取樣器，對不同部位的水樣分別采集。

c.在管道或流動部位采集生水水樣時，應充分地沖洗采樣管道后再采樣。

d.江、河、湖和泉水等地表水樣，受季節、氣候條件影響較大，采集水樣時應注明這些條件。

② 從管道或水處理裝置中采集處理水水樣的方法。從管道或水處理裝置中取樣時，應選擇有代表性的取樣部位，安裝取樣器，需要時在取樣管末端接一根聚乙烯軟管或橡膠管。采樣時，打開取樣閥門，進行適當的沖洗并將水樣流速調至約700mL/min進行取樣。

③ 從高溫、高壓裝置或管道中取樣的方法。從高溫、高壓裝置或管道中取樣時，必須加裝減壓裝置和良好的冷卻器，水樣溫度不得高于40℃，再按上述②的方法取樣。

④ 測定不穩定成分的水樣采集方法。測定水樣中的不穩定成分，通常應在現場取樣，隨取隨測。否則，采樣后立即采取預處理措施，將不穩定成分轉化為穩定狀態，然后再送到試驗室測定。

⑤ 取樣量。采集水樣的數量應滿足試驗和復核需要。供全分析用的水樣不得少于5L，若水樣混濁時應裝兩瓶。供單項分析用的水樣不得少于0.3L。

⑥ 采集水樣時的記載事項。采集供全分析用的水樣，應粘貼標簽，注明水樣名稱、取樣方法、取樣地點、取樣人姓名、時間、溫度以及其他注意事項。若采集供現場控制試驗的水樣時，可不粘貼標簽，但應使用固定的取樣瓶。

（4）水樣的存放與運送　水樣在放置過程中，由于各種原因，其中某些成分可能發生變化。原則上說，采集水樣后應及時分析，盡量縮短存放與運送時間。

① 水樣存放的時間。水樣存放時間受其性質、濕度、保存條件以及試驗要求等因素影響，有很大的差異，根據一般經驗，表2-2所列時間可作參考。

② 存放與運送水樣的注意事項。

a.水樣運送與存放時，應注意檢查水樣是否封閉嚴密，水樣瓶應在陰涼處存放。

b.冬季應防止水樣冰凍，夏季應防止水樣受陽光暴曬。

c.分析經過存放或運送的水樣時，應在報告中注明存放的時間或溫度等條件。

2.水樣的預處理

對水樣進行分析時，常根據分析目的、水質狀況和有無干擾等不同情況進行預處理。

（1）過濾　水樣濁度較高或帶有明顯的顏色時，會影響分析結果，可采用澄清、離心或過濾等措施來分離不可濾殘渣，尤其用適當孔徑的過濾器可有效地除去細菌和藻類。一般采用0.45μm濾膜過濾，通過0.45μm濾膜的為可過濾態水樣，通不過的稱為不可過濾態水樣。用濾膜、離心濾紙或砂芯漏斗等方式處理樣品，它們阻留不可過濾殘渣的能力大小順序是：濾膜>離心>濾紙>砂芯漏斗。

（2）濃縮　如水樣中被分析組分含量較低時，可通過蒸發、溶劑萃取或離子交換等措施濃縮后再進行分析。例如，飲用水中氯仿的測定，采用正己烷/乙醚溶劑萃取濃縮后用氣相色 譜法測定。

（3）蒸餾　當測定水中酚類化物、氟化物、氰化物時，在適當條件下可通過蒸餾將酚類化物、氟化物、氰化物蒸發冷凝后測定，共存干擾物質殘留在蒸餾液中，而消除干擾。

（4）消解　分為酸性消解、干式消解和改變價態消解。

① 酸性消解。如水樣中同時存在無機結合態和有機結合態金屬，可加酸（如H2SO4-HNO3或HCl，HNO3-HClO4等），經過強烈的化學消解作用，破壞有機物，使金屬離子釋放出來，再進行測定。

② 干式消解。通過高溫灼燒去除有機物后，將灼燒后殘渣（灰分）用適量2% HNO3（或HCl）溶解，并過濾于容量瓶中，進行金屬離子或無機物測定。在高溫下易揮發損失的As、Hg、Cd、Se、Sn等元素，不易用此法消解。

③ 改變價態消解。如測定水樣中總汞時，在強酸（H2SO4-HNO3）和加熱的條件下，用KMnO4和過硫酸鉀（K2S2O8）將水樣消解，使所含汞全部轉化為二價汞后，再進行測定。

總之，水樣采集后，最好立即分析，不能立即分析的項目將采取一些保存措施和預處理措施，以確保分析結果的可靠性。但是分析結果的可靠性在很大程度上取決于分析工作者水處理工程技術人員的豐富實踐經驗和良好的判斷力。