水质监测与分析-水的物化指标（2）

水质监测与分析水的物化指标（2）五、水中的固体物质水中的固体是指在一定的温度下将水样蒸发至干时所残余的那部分物质，因此也曾被称为“蒸发残渣”。严格来讲，水中固体应当包括除溶解气体以外的其他一切杂质。固体中各种类型水份的分布水中固体物质的分类分类1悬浮性suspended胶体状colloidal溶解性dissolved分类2可滤filterable不可滤non-filterable分类3挥发性volatile非挥发性non-volatile分类4有机organic无机inorganic分类5可沉降settleable不可沉降nonsettleable挥发性固体挥发性溶解固体挥发性悬浮固体固定性溶解固体固定性悬浮固体固定性固体溶解固体悬浮固体问：如何区分溶解性固体与悬浮性固体？水中固体的相互关系=总固体固定性固体可以大约代水中无机物质的含量，挥发性固体可以大约代表水中有机物质的含量。因为在550℃下，有机物全部被分解成CO2和H2O而挥发，而无机盐类，除了铵盐和碳酸镁，在此温度下都相当稳定。OHCONHHCONHCOMgOMgCOCOOCOyHxCyOHCxCCCC223550,342550,32550,22550,2)(+↑+↑⎯⎯→⎯↑+⎯⎯→⎯↑⎯⎯→⎯++⎯⎯→⎯°Δ°Δ°Δ°Δ铵盐和碳酸镁，在高温下均不稳定。水中固体测定的环境意义：①若环境水体中的悬浮固体含量过高，不仅影响景观，还会造成淤积，同时也是水体受到污染的一个标志。②溶解性固体含量过高不利于水的功能的发挥。如溶解性的矿物质过高，既不适于饮用，也不适于灌溉，有些工业用水（如纺织、印染等）也不能使用含盐量高的水。③在废水处理过程中，固体，尤其是悬浮固体和可沉固体的测定是重要的设计参数。水中固体与测定温度的关系①103～105℃结晶水和部分吸着水得以保留，但重碳酸盐分解变为碳酸盐会损失二氧化碳和水，该温度下有机物的挥发量很少。↑+↑+⎯⎯⎯→⎯−°Δ−OHCOCOHCOC2223105~103,132②180±2℃几乎所有的机械吸着水将损失，当硫酸盐含量高时，部分结晶水仍可能留下来，有机物部分挥发，部分氯化物和硝酸盐可能会损失。当水中油或脂的含量较高时，因很难将样品烘至恒重，所以较难得到准确的测定结果。③550±2℃有机物全部分解成和，无机盐类大部分相当稳定。2COOH2(1)103～105℃烘干的总固体将混合均匀的水样，在称至恒重的蒸发皿中于蒸气浴或水浴上蒸干，并置于103～105℃烘箱内烘至恒重。蒸发皿两次恒重后，称量所增加的质量即为总固体。计算方法如下：VBALmg1000)()/(×−=总固体式中，A―总固体＋蒸发皿质量（mg）；B―蒸发皿质量（mg）；V―水样体积（ml）。(2)180℃烘干的溶解性总固体将一定体积经过滤后的水样放在称至恒重的蒸发皿内蒸干，然后在180±2℃烘至恒重。蒸发皿两次恒重后，称量所增加的质量即为180℃烘干的溶解性总固体。在该温度下，水样中的吸着水几乎全被赶尽，所得结果与通过化学分析计算所得总矿物质含量较接近。计算方法同总固体.(3)103～105℃烘干的总悬浮固体水样经过滤后，留在过滤器材上的固体物质，在103～105℃烘至恒重所称得的质量减去过滤器材自身的质量，即为总悬浮固体。(4)550℃灼烧所测得的挥发性和固定性固体将蒸发皿先在升温至550℃的马福炉中灼烧1小时，干燥冷却后称其质量并用来测定水样的总固体，方法与103～105℃烘干的总固体测定方法基本相同。即将含有总固体物质的蒸发皿再放入冷的马福炉中，加热到550℃，灼烧1小时，取出后在干燥器中冷却，如此反复称至恒重，所损失的质量即为挥发性固体的含量，所留存的质量即为固定性固体的量。式中，A―总固体＋蒸发皿质量（mg）；B―固定性固体＋蒸发皿质量（mg）；C―蒸发皿质量（mg）；V―水样体积（ml）。注意事项：灼烧后固体极易吸收空气中的水分，称重操作一定要迅速。VCBLmgVBALmg1000)()/(1000)()/(×−=×−=固定性固体挥发性固体(5)可沉固体可沉固体有体积比（ml/L）和质量体积比（mg/L）两种测定和表示方法。●体积比将1L混合均匀的水样倒入Imhoff锥形筒中,使其静置沉降1小时，读取所沉下来的固体的体积，以ml/L表示可沉固体含量。若在大的沉降颗粒之间含有液体，则估算扣除其体积后得到可沉固体的体积。●质量体积比将混合均匀的水样（不少于1升）倒入一直径不小于9cm的玻璃容器中，使水深不小于20cm，静置沉淀1小时，在上清液的中间部位用虹吸法取出250ml上清液，测其悬浮固体的含量（mg/L），作为水样不可沉固体的含量，另外单独测定原水样总悬浮固体的含量（mg/L），二者之差即为水样中可沉固体的含量（mg/L），计算如下：不可沉固体总悬浮固体可沉固体−=)/(Lmg水中固体总结103—105℃，不可过滤的残渣，烘干不可滤残渣（悬浮固体）103—105℃，过滤后水样，水浴上蒸干，烘干可过滤性残渣（溶解固体）550℃马弗炉灼烧1h挥发性固体103—105℃，直接水浴上蒸干，烘干总残渣（总固体）烘干温度污泥中的固体（3）污泥沉降比（SV）污泥沉降比是指一定量的曝气池混合液，静止30min后，沉降污泥体积与原混合液体积之比，是控制运行的重要指标之一。一般在15％～30％。（4）污泥指数（污泥容积指数SVI）是指曝气池混合液静止30min后，1g干污泥湿时所占有的体积（mL/g）。即:SVI（mL/g）＝SV/MLSS污泥中的固体（1）污泥浓度（MLSS）指曝气池单位混合液中所含悬浮固体的质量（g/L或mg/L），反映微生物的量。一般MLSS值控制在2～4g/L。103－105℃烘干称重（2）污泥挥发性悬浮固体（MLVSS）相对表示微生物的含量，测定时首先测定MLSS,然后在550℃灼烧后再称重，二者的差值即为MLVSS。水中固体的测定„重量法(GB11901-89)，结果以mg/L为单位表示。„减码水份分析仪法水中固体量测试新方法减码水份分析仪法：可快速测定水中悬浮性物质（SS）和固体样品的含水率。水份分析仪构成：温度可控的红外灯加热装置、精密天平特点：具有样品加热和称重的双重功能。样品干燥均匀，恒重时间短，因此也大大缩短了分析时间，整个烘干-称量过程仅需5-20min。六、硬度(Hardness)2351735172)(2)(2COOHCCaNaCOOHCNaCa+→+++造成硬度的阳离子：Ca2+、Mg2+、Sr2+、Fe2+、Mn2+等易形成水垢的阴离子：HCO3-、SO42-、Cl-、NO-和SiO3-等水的硬度最初被用来度量水沉淀肥皂的容量。水的硬度是由多价金属阳离子造成的，这些离子能与肥皂生成沉淀，并与部分阴离子形成水垢。六、硬度(Hardness)水的硬度定义水中所含钙、镁离子总量称为水的总硬度。常用“度”作为硬度单位。例如l0mg/L的CaO称为1德国度，l0mg/L的CaCO3称为法国度。水的硬度分级总硬度水质0－4度很软水4－8度软水8－16度中等硬水16－30度硬水30度以上很硬水Ca和Mg在地球上是丰度排名第五和第八位的元素，水的硬度绝大部分是由Ca和Mg造成的。水的硬度按阳离子可分为“钙硬度”和“镁硬度”，按相关的阴离子可分为“碳酸盐硬度”和“非碳酸盐硬度”。•碳酸盐硬度——暂硬度主要由与重碳酸盐所结合的钙、镁所形成的硬度，因在煮沸时即分解生成白色沉淀物，可以从水中去除，因此又被称为“暂硬度”。•非碳酸盐硬度——永久硬度由钙、镁与水中的硫酸根、氯离子和硝酸根等结合而形成的硬度，这部分硬度不会被加热去除，因而又被称为“永久硬度”。总硬度=钙硬度+镁硬度总硬度=碳酸盐硬度+非碳酸盐硬度硬度单位：mg/L（以CaCO3计）水中硬度的特点•水的硬度因地而异在土层较厚和石灰岩存在的地区水较硬；在土层较薄和石灰岩稀少的地区水较软。这是因为土壤中细菌的活动会释放出CO2，与水结合生成碳酸，造成pH值下降，从而将石灰岩溶解形成重碳酸盐，造成水的硬度增大。•同一地区地下水的硬度要比地表水高水中硬度的特点•与健康的关系对饮用水和生活用水而言，硬度过高的水虽然对健康并无害处，但口感不好，且会消耗大量洗涤剂，因此我国生活饮用水卫生标准将总硬度限定为不超过450mg/L（以CaCO3计）。•工业用水的限定对硬度的限定往往更为严格，因为硬度高的水会在锅炉内生成水垢，从而降低锅炉的传热能力，浪费能源。水垢还会堵塞冷却水管路系统。水的硬度还影响到纺织、印染、造纸、食品加工等行业的产品质量。硬度的测定方法(1）计算法用原子吸收光谱法分别测定水中的Ca和Mg的含量，用下列计算公式得到总硬度：][118.4][497.2),/(3MgCaCaCOLmg+×=计以总硬度Ca40.078C12.011FCaCO3=100.086FCaCO3/FCa=2.497O15.999（2）EDTA滴定法(GB7477-87)在pH为10的条件下，用乙二胺四乙酸（EDTA）或其钠盐作为滴定剂，以铬黑T（EBT）作为指示剂与水样进行反应，根据所消耗的EDTA的量，可求得水样的总硬度。EDTA滴定法原理在反应开始时，先加入铬黑T指示剂，其与水中的Ca2＋、Mg2＋生成酒红色络合物，随着滴定剂的加入，EDTA先与水中游离的Ca2＋、Mg2＋生成无色络合物，再与和铬黑T络合的Ca2＋、Mg2＋反应，从而将铬黑T释放出来。随着反应的进行，溶液的酒红色逐渐变淡，到反应终点时，突变为铬黑T的亮蓝色。七、水的电导率电导：衡量电解质溶液导电能力的物理量，电阻的倒数。G=1/R=κ⋅A/L单位：西门子S，1S=1Ω-1电导率：κ=1/ρ电阻率的倒数单位：S⋅m-1两电极板为单位面积，距离为单位长度时溶液的电导。电导池常数：C=L/A(A电极面积;L电极间距)由标准KCl溶液的电导率(查表)确定电导率和电导池常数水溶液的电导率是指将相距1cm，横截面积各为1cm2的两片平行电极插入水中所测得的电阻值，其倒数即水溶液的电导率。七、水的电导率电导率的意义：①电导率表示的是水溶液传导电流的能力。②电导率可以间接表示水中溶解性总固体的含量和含盐量。在水监测中，电导率的测定常用于：①检查蒸馏水和去离子水的纯度；②快速检验水中溶解矿物质的浓度变化；③指示某些沉淀反应和中和反应的终点；④估计水样中溶解的离子化物质的数量。5.5×10-6纯水0.5－5×10-210-310-4电导率/S·m-1天然水蒸馏水去离子水电导率的影响因素：离子性质（种类、价态和迁移性）、浓度、粘度、温度…电解质Δ∞mΛKCl0.014986LiCl0.011503KNO30.01450LiNO30.01101KCl0.014986KNO30.01450LiCl0.011503LiNO30.01101∞mΛ34.8×10-434.9×10-44.90×10-44.90×10-4电导率测定电解质溶液在电场作用下的导电能力。其大小间接反应了水中溶解性盐类的总量，也反映了水中矿物质的总量。电导率单位：S·m-1、mS·m-1电导率测定方法:采用电导率仪测定水的电导率。基本原理：已知标准KCl溶液的电导率，用电导率仪测某一浓度KCl溶液的电导值，根据下式可求得电导池常数C。式中，—标准KCl溶液的电导（S）；—标准KCl溶液的电导率（S/cm）。sskGC=sGsk用电导率仪测待测水样的电导，根据公式即可求得水样的电导率:常见的电导率仪经校正后可以直接读出水的电导率值。电导率与温度的关系：密切相关α—各种离子电导率的平均温度系数，取值0.22(1/1℃)——25℃时电导率（μs/cm）——测定温度下的电导率（μs/cm）()25125−+=tkktxxα25xktxkCGk=不同浓度KCl溶液的电导率1119001586700.5248000.2128900.166670.0527650.0214120.01717.50.005146.90.00173.90.000514.90.0001电导率（μS/cm）浓度（mol/L）KCl浓度与电导率之间的关系y=113498xR2=0.998802000040000600008000010000012000000.10.20.30.40.50.60.70.80.911.1KCl浓度（mol/L）电导率(us/cm)电导率测定的影响因素1.温度的影响温度升高，粘度降低，电导增大。每升高1度，约增加2%。2.溶剂的影响25度蒸馏水电导率：0.8－1.0μS·cm-1进一步纯化后电导率：0.03－0.06μS·cm-1制备高纯水需要采用石英容器,亚沸蒸馏法。