水分析化学
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1.3 水质指标和水质标准

水质是指水及水中杂质共同表现的综合特性。水质好坏要有个衡量标准和尺度,因此又提出了水质指标。水质指标表示水中杂质的种类和数量,它是判断水污染程度的具体衡量尺度。同时针对水中存在的具体杂质或污染物,提出了相应的最低数量或最低浓度的限制和要求,即水质的质量标准。这些水质指标和水质标准着重于保障人体健康和人的用水、保护鱼类和其他水生生物资源及其针对工农业用水要求而提出的。

1.3.1 水质指标

水质指标通常分为物理指标、化学指标和微生物指标三大类。

1.物理指标

物理指标的测定不涉及化学反应,参数测定后水样不发生变化。物理指标包括水温、臭和味、色度、浊度、电导率、氧化还原电位、残渣等。

(1)水温。水的物理、化学性质与水温密切相关。水中溶解性气体(如O2、CO2等)的溶解度、水中生物和微生物活动、化学和生物化学反应速度、非离子氨、盐度、pH值以及碳酸钙饱和度等都受水温的影响。水温为现场监测项目之一。常用的测量水温的仪器有水温度计、深水温度计、颠倒温度计和热敏电阻温度计。

(2)颜色和色度。颜色是反映水体外观的指标。纯水是无色透明的,天然水中存在腐殖质、泥土、浮游生物、铁与锰等金属离子,使水体呈现一定的颜色。工业废水由于受到不同物质的污染,颜色各异。有颜色的水可减弱水体的透光性,影响水生生物生长。水中呈色的杂质可处于悬浮态、胶体和溶解态三种状态。

水的颜色可定义为改变透射可见光光谱组成的光学性质,可分为真色和表色。

表色是指水体没有除去悬浮物时水所呈现的颜色,即包括悬浮物、胶体和溶解物三种状态所构成的颜色,只用文字作定性描述,如工业废水或受污染的地表水呈现黄色、灰色等。表色测定的是未经静置沉淀或离心的原始水样的颜色。当然对含有泥土或其他分散很小的悬浮物水样,虽经适当预处理仍不透明时,也只测表色。表色采用稀释倍数法来测定颜色的强度。

真色是指水体中悬浮物完全去除后水样所呈现的颜色,即由胶体和溶解杂质所造成的颜色。水质分析中所表示的颜色是指水的真色,即水的色度是对水的真色进行测定的一项水质指标。

测定较清洁水样,如天然水和饮用水的色度,可用铂钴标准比色法、铬钴比色法。

1)铂钴标准比色法。以氯铂酸钾(K2PtCl6)和氯化钴(CoCl2·2H2O)配成标准比色系列,然后将水样与此标准色列进行目视比色。记录与水样色度相同的铂钴标准色列的色度。规定铂的浓度为1mg/L和钴的浓度为0.5mg/L时产生的颜色为1度。铂钴标准比色法色度稳定,易长期使用,但氯铂酸钾价格较贵。我国生活饮用水规范中推荐铂钴标准比色法。

2)铬钴比色法。以重铬酸钾(K2Cr2O7)和硫酸钴(CoSO4·7H2O)配置标准比色系列,采用目视比色法测定水样的色度。该法所用重铬酸钾便宜易得,但标准色列不易长久保存。

如水样较浑浊,需采用澄清、离心沉降或0.45μm的滤膜过滤的方法除去水中的悬浮物。但不能用滤纸,因为滤纸能吸收部分颜色。

测定受工业废水污染的地面水和工业废水的颜色,除用文字描述外,还可采用稀释倍数法和分光光度法测定。这些方法的详细步骤可参照《水和废水监测分析方法》(第四版,中国环境科学出版社,2002年)和《水和废水标准检验法》(第二十版,中国建筑工业出版社,2008年)等书。

我国生活饮用水的水质标准规定色度小于15度,工业用水对色度的要求更严格,如染色用水色度小于5度,纺织用水色度小于10~12度等。水的颜色受pH值的影响,因此测定时需要注明水样的pH值。

(3)臭。纯净的水无味无臭。当水体受到污染,溶解了无机和有机污染物后,水会产生不同的臭味。水中产生臭味的物质是生活污水或工业废水污染、天然物质分解或微生物活动的结果,如藻类的繁殖、有机物的腐败及一些含有有刺激性气味物质废水的排入。无味无臭的水虽不能保证是安全的,但可有利于饮用者对水质有起码的信任。饮用水要求不得有异臭异味。臭是检验原水和处理水质必测项目之一。臭的检验靠人的嗅觉,可用定性描述法和臭阈值法两种方法测定。

1)定性描述法。这种检验的方法要点是:取100mL水样于250mL锥形瓶中,检验人员依靠自己的嗅觉,分别在20℃和煮沸稍冷后闻其臭,用适当的词语描述其臭特征,并按划分的等级报告臭强度,见表1.1。

表1.1 臭强度划分

2)臭阈值法。臭阈值法是用无臭水稀释水样,直至闻出最低可辨别臭气的浓度(称“臭阈浓度”),用其表示臭的阈限值。水样稀释到刚好闻出臭味时的稀释倍数称为“臭阈值”,即

检验操作要点:用水样和无臭水在锥形瓶中配置水样稀释系列(稀释倍数不要让检验人员知道),在水浴中加热至(60±1)℃;检验人员取出锥形瓶,振荡2~3次,去塞,闻其臭气,与无臭水比较,确定刚好闻出臭气的稀释样,计算臭阈值。如水样含余氯,应在脱氯前后各检验一次。

例如,取水样50mL稀释至200mL时,刚好闻出臭气,其臭阈值为4。

由于检验人员嗅觉敏感性有差异,对同一水样稀释系列的检验结果会不一致,因此一般选择5名以上嗅觉敏感的人员同时检验,取各检臭人员检验结果的几何均值作为代表值。如果出现水样浓度低时闻出臭气(用“+”表示),而浓度高时未闻出臭气(用“-”表示),此时以开始连续出现“+”的那个水样的稀释倍数作为臭阈值。该水样的臭阈值用几何均值表示,几何均值等于N个检验人员测得的臭阈值数字积的N次方根。例如:7位检验人员检测水样的臭阈值分别为2、4、8、6、2、8、2,则

(4)残渣。残渣分为总残渣(又称总固体)、总可滤残渣(又称溶解性总固体)、总不可滤残渣(又称悬浮物)三种。残渣在许多方面对水和排出水的水质有不利影响。残渣含量高的水,一般不适于饮用,并可能使偶尔饮用者产生不适的生理反应。同样高度矿化的水对许多工业用水也不适用。我国饮用水中规定总可滤残渣不得大于1000mg/L。含有大量不可滤残渣的水,外观上不能满足诸如洗浴等使用要求。

残渣采用重量法测定,适用于饮用水、地面水、盐水、生活污水和工业废水中残渣的测定。

1)总残渣。总残渣是水和废水在一定温度下蒸发、烘干后剩余的物质,包括总可滤残渣和总不可滤残渣。其测定方法是取适量(如50mL)振荡均匀的水样于称至恒重的蒸发皿中,以蒸汽浴或水浴方式蒸干,移入103~105℃烘箱内烘至恒重,增加的重量即为总残渣(mg/L)。计算公式如下:

式中 A——总残渣和蒸发皿重,g;

B——蒸发皿重,g;

V——水样体积,mL。

通过总残渣的测定,可初步推测给水水源是否适于城镇或工业方面的应用。

2)总可滤残渣。总可滤残渣又称溶解性总固体、可溶性固体或可溶性蒸发残渣,分为103~105℃烘干和180℃烘干的总可滤残渣两种。将混合均匀的水样,通过标准玻璃纤维滤膜(0.45μm)的滤液,于蒸发皿中蒸发并在103~105℃或180℃烘干后称至恒重的物质为总可滤残渣。计算公式如下:

式中 A——烘干残渣及蒸发皿重,g;

B——蒸发皿重,g;

V——水样体积,mL。

3)总不可滤残渣。总不可滤残渣又称悬浮物。总不可滤残渣含量一般可表示废水污染的程度。其测定方法是将充分混匀的水样过滤后,截留在标准玻璃纤维滤膜(0.45μm)上的物质,在103~105℃烘干至恒重。如果悬浮物堵塞滤膜并难以过滤,则总不可滤残渣可由总残渣与总可滤残渣之差计算。具体计算公式如下:

式中 A——残渣及滤膜重,g;

B——滤膜重,g;

V——水样体积,mL。

水中残渣还可根据挥发性能分为挥发性残渣和固定性残渣。

1)挥发性残渣。挥发性残渣又称总残渣灼烧减重。该指标可粗略地代表水中有机物含量和铵盐及碳酸盐等部分含量,其测定方法是在水样测定总残渣后,于600℃下灼烧30min,冷却后用2mL蒸馏水湿润残渣,在103~105℃烘干至恒重,所减少的重量即为挥发性残渣。计算公式如下:

式中 W1——总残渣重,g;

W 2——总残渣灼烧后重,g;

V——水样体积,mL。

2)固定性残渣。固定性残渣可由总残渣与挥发性残渣之差求得,可粗略代表水中无机盐的含量。

(5)浊度。天然水和废水中由于含有各种颗粒大小不等的不溶解物质,如泥土、细砂、有机物和微生物等而会产生浑浊现象。水样浑浊的程度可用浊度的大小来表示。浊度表示水中的不溶解性物质(即悬浮物及胶体)对光线透过时所产生的阻碍程度。也就是说,由于水中有不溶解物质的存在,使通过水样的部分光线被吸收或被散射而不是直线穿透,因此浑浊现象是水样的一种光学性质。浊度是天然水和饮用水的一项重要水质指标。

一般来说,水中的不溶解物质越多,浑浊度越高,但两者之间并没有直接的定量关系。因为浊度是一种光学效应,它的大小不仅与不溶解物质的数量、浓度有关,而且还与这些不溶解物质的颗粒大小、形状和折射指数等性质有关。

各种水的浊度相差甚大,因此浊度的测定方法也应该根据不同的水质来选用不同的仪器和方法。最常用的方法有下面两类。

1)目视法。

图1.4 烛光浊度计

a.烛光浊度计。烛光浊度计是最早采用而且至今仍在使用的一种测定浊度的标准仪器和标准方法。它由三个基本部件组成:标准浊度玻璃管、支座和蜡烛(图1.4)。标准浊度玻璃管要用精细磨制的光学玻璃,并应符合纳氏比色管的质量要求。最初管上的刻度是根据纯标准二氧化硅浑浊液(1mg/L SiO2=1度)来标刻的。表1.2为标准浊度玻璃管的光程和浊度的对照略表。后来的浊度管就是按此表刻制的。为使用方便起见,标准浊度玻璃管分长管和短管两种:长管可测25~1000度的水样;短管可测100~1000度的水样。蜡烛要用蜂蜡或鲸蜡制成,每小时的燃烧量应为7.3~8.1g。

表1.2 标准浊度管的光程和浊度

注 光程从玻璃管的底部算起。

烛光浊度计可以直接测量25度以上的水的浊度。这种浊度计也称为杰克逊烛光浊度计,由此测得的浑浊度为杰克逊浊度单位(Jackson turbidity units,JTU)。

b.比浊法。浊度在0~100度的水样可以比浊法来测定。这种方法是将一只浑浊度的标准浑浊液按不同的浊阶配制成标准比浊系列。10~100度者用容量为1L的均质无色玻璃比浊,0~10度者用纳氏比色管比浊。

在实际测定中,标准浑浊液无须再用粒径要求严格的纯二氧化硅来配置,而可用高岭土、漂白土等来代替。配置好的浑浊液应该用烛光浊度计来标定,然后再将它稀释配置成各标准比浊系列。因此用比浊法测得的浑浊度也是杰克逊浊度单位(JTU)。

2)散射法。浊度小于25度,尤其是5度以下的水样,用比浊法有时感到不便。散射法是应用光线散射原理制成的一种浊度计。根据丁道尔效应,散射光强度与悬浮颗粒的大小和总数成比例,即与浊度成比例。散射光的强度越大,表示浊度越高。因此可根据这种散射浊度计来测定水样的浊度。在散射浊度计上测得的浊度称为散射浊度单位(NTU)。

在用散射浊度计测定时,常用的标准参考浑浊液是由福尔马肼聚合物配制的。因此又把散射浊度单位称为福尔马肼浊度单位(FTU)。规定1.25mg硫酸肼和12.5mg六次甲基四胺在1L水中形成的福尔马肼聚合物所产生的浊度为1度。

散射浊度计与烛光浊度计在光学系统上是由差别的,前者测得的是浑浊物质对光线在一个特定方向(主要是和入射光成90°角)的散射光强度,而后者是浑浊物质对光线通过时的总阻碍程度,包括吸收和散射的影响。

水中浊度是水可能受污染的重要标志,也是自来水厂处理设备选型和设计的重要参数,是水厂运行和投药量的重要控制指标,尤其用化学法处理饮用水或废水时,有时用浊度来控制化学药剂的投加量。

我国饮用水标准规定浊度不超过1NTU,特殊情况下不超过3NTU。为保证不结垢和堵塞以及不影响产品的质量,某些工业用水对浊度也有一定的要求,例如,冷却用水不得超过50~100NTU,造纸用水不得超过2~5NTU,纺织、漂染用水小于5NTU,半导体集成电路用水应为零。

(6)电导率。电导率是指长为1m、截面积为1㎡的溶液的电导,它与水中溶解性固体有密切的关系,可用于检测天然水和纯水中溶解性物质浓度的变化,估计水中离子化物质的数量,因此是估算水体被无机盐污染的指标之一。电导率可间接表示水中可滤残渣(即溶解性总固体)的相对含量。通常它用于检验蒸馏水、去离子水或高纯水的纯度、监测水质受污染情况以及用于锅炉水和纯水制备中的自动控制等。

电导率的标准单位是西门子/米(S/m),一般实际使用单位为微西门子/厘米(μS/cm)。单位间的换算为

1mS/m=0.01mS/cm=10μS/cm

新蒸馏水电导率为0.5~2μS/cm,饮用水电导率为5~1500μS/cm,海水电导率大约为30000μS/cm,清洁河水电导率为100μS/cm。电导率随温度变化而变化,温度每升高1℃,电导率增加约2%,通常规定25℃为测定电导率的标准温度。

电导率的测定方法是电导率仪,电导率仪有实验室内使用的仪器和现场测试仪器两种。

(7)氧化还原电位(ORP)。氧化还原电位是水体中多种氧化性物质与还原性物质进行氧化还原反应的综合指标之一。其单位用毫伏(mV)来表示。在水处理尤其是废水生物处理中越来越受到重视。相关研究已经证明ORP是厌氧消化过程中一个较为理想的过程控制参数。20世纪80年代之后,人们发现ORP在脱氮除磷过程中起到重要的指示作用。近年来在好氧活性污泥降解含碳有机物过程中,已有用ORP的数值或变化率作为反应时间的计算机控制参数研究,例如在间歇式活性污泥法(SBR)处理石油化工废水过程中,以ORP的数值或变化率作为反应时间控制参数的应用已取得一定的进展。

氧化还原电位用毫伏计或pH计测量。指示电极用铂电极,参比电极用饱和甘汞电极或银-氯化银电极。具体测定方法见《水和废水监测分析方法》(第四版,中国环境科学出版社,2002)及本书相关章节。ORP测定的方法简单,响应速度较快,电极维护较为方便,但ORP由于受到影响的因素较多,如作为一个控制参数尚需做许多工作。

(8)紫外吸光度值(UVA)。由于生活污水、工业废水,尤其是石油废水的排放,天然水中含有许多有机污染物,这些污染物,尤其是芳香烃和双键或羰基的共轭体系,在紫外光区都有强烈的吸收。对于特定水系来说,其所含物质组成一般变化不大,所以利用紫外吸光度作为新的评价水质有机污染物综合指标,将有普遍意义。有关这方面的详细方法见《紫外吸收光谱法及其应用》(中国科学技术出版社,1992)一书。

2.化学指标

天然水中主要的离子成分有:Ca2+、Mg2+、Na+、K+、Cl-8种基本离子,再加上起重要作用的H+、OH-、F-、Fe2+等,可以反映出水中离子的基本情况。污染严重的天然水、工业废水及生活污水除这些基本离子外,还有其他杂质成分。

主要的化学指标有pH值、碱度、酸度、硬度、溶解性总固体[1]、DO、COD、BOD、TOC、TOD等。

(1)pH值。水的pH值是溶液中氢离子浓度或活度的负对数,即pH=-lg[H+]。表示水中酸、碱的强度,是常用的水质指标之一。pH=7水呈中性;pH<7水呈酸性;pH>7水呈碱性。pH值在水的化学混凝、消毒、软化、除盐、水质稳定、腐蚀控制及生物化学处理、污泥脱水等过程中是一项重要因素和指标,对水中有毒物质的毒性和一些重金属配合物结构等有重要影响。

pH值用比色法或电位法测定。一般天然水pH值在7.0~8.5,各种用水和排放水对pH值都要有一定的规定,如饮用水规定pH值在6.5~8.5之间;锅炉用水为防止金属被腐蚀,pH值须保持在7.0~8.5之间;工业排放水须在6~9之间等。

(2)酸度和碱度。水的酸度是指水中能给出质子的物质的总量。水的碱度是指水中能接受质子的物质的总量。酸度和碱度都是水的一种综合特性的度量,只有当水样中的化学成分已知时,它才被解释为具体的物质。酸度和碱度均采用酸碱滴定法或电位滴定法测定。水中酸度和碱度具体见3.7.3、3.7.2。

(3)硬度。水的硬度一般定义为水中Ca2+、Mg2+的总量。具体见后文4.5.2。

硬度过高的水不适宜工业使用,特别是锅炉作业。由于长期加热的结果,会使锅炉内壁造成水垢,这不仅影响热的传导,而且还隐藏着爆炸的危险,所以应进行软化处理。此外硬度过高的水也不利于人们生活中的洗涤和烹饪。含有硬度的水与肥皂作用生成沉淀,造成肥皂浪费。饮用水硬度规定不大于450mg/L(以CaCO3计)。

(4)溶解性总固体。溶解性总固体是水中所含无机矿物成分的含量,用于评价水质总含盐量,是农田灌溉用水适用性评价的主要指标之一。常用主要被测离子总和的质量表示。对于严重污染的水样,由于其组成复杂,从本项测定中不易明确其含义,因此溶解性总固体一般只用于天然水的测定。对无污染的水样,测得的溶解性总固体值与该水样在103~105℃时烘干的可滤残渣量值相近。

溶解性总固体的测定方法有质量法、电导法、阴阳离子加合法、离子交换法、密度计法等。质量法含义明确,是较简单、通用的方法。

(5)有机污染物综合指标。由于水中的有机物种类繁多、组成复杂、分子量范围大、环境中的含量较低,所以分别测定比较困难。常用综合指标来间接测定水中的有机物总量。有机污染物综合指标主要有溶解氧(DO)、高锰酸盐指数(CODMn)、化学需氧量(COD)、生化需氧量(BOD)、总有机碳(TOC)、总需氧量(TOD)和活性炭氯仿萃取物(CCE)等。这些综合指标可作为水中有机物总量的水质指标,它们在水处理、水质分析中有着重要的意义,并得到广泛应用。这些水中有机污染物综合指标将在后续章节中分别详细介绍。

(6)放射性指标。水中放射性物质主要来源于天然和人工核素两方面。这些物质不时地产生α、β和γ放射性。随着放射性物质在核科学及其动力的发展,在工业、农业、医学等方面的广泛使用,给环境也带来了一定的放射性污染。对于放射性污染,必须注意防护,并引起高度警戒。放射性物质除引起外照射(如γ射线)外,还会通过饮水、呼吸和皮肤接触进入体内,引起内照射(α、β射线),导致放射性损伤、病变甚至死亡。因此我国饮用水规定α放射性强度不得大于0.5Bq/L,β放射性强度不得大于0.1Bq/L。

测定水中α和β放射强度用低本底α、β测量仪测定。

3.微生物指标

水中微生物指标主要有细菌总数、总大肠菌群、游离性余氯和二氧化氯。

(1)细菌总数。细菌总数是指1mL水样在营养琼脂培养基中,于37℃培养24h后所生长出来的细菌菌落总数。水中细菌总数主要作为判断生活饮用水、水源地、地表水等的污染程度。我国规定生活饮用水中细菌总数不大于100CFU/mL。

(2)总大肠菌群。大肠菌群是指那些能在37℃、48h内发酵乳糖产酸产气的、兼性厌氧、无芽孢的革兰氏阴性菌。总大肠菌群数的测定方法有多管发酵、滤膜法和延迟培养法。水中存在病原菌的可能性很小,其他各种细菌的种类却很多,要排除一切细菌而单独直接检出某种病菌来,在培养和分离技术上较为复杂,需要较多的人力和较长的时间。大肠菌群作为肠道正常菌的代表,其在水中存活时间和对氯的抵抗力与肠道致病菌相似,将其作为间接指标判断水体受粪便污染的程度。我国饮用水中规定大肠菌群不得检出。

(3)游离性余氯。游离性余氯是指饮用水氯消毒后剩余的游离性有效氯。饮用水消毒后为保证对水有持续消毒的效果,我国规定出厂水中的限值为4mg/L,集中式给水出厂水游离性余氯不低于0.3mg/L,管网末梢水不低于0.05mg/L。

(4)二氧化氯。水中二氧化氯可采用连续碘量法和吸收光谱法测定。二氧化氯出厂水限值为0.8mg/L,集中式给水出厂水余量不低于0.3mg/L,管网末梢水不应低于0.02mg/L。

2006年版的《生活饮用水卫生标准》中,水质非常规性指标中增加了贾第鞭毛虫限值小于1个/10L和隐孢子虫限值小于1个/10L。

1.3.2 水质标准

水有各种各样的用途,可以作为饮用水、农业用水(灌溉、养殖)、工业用水(作为溶剂、洗涤、冷却、输热及输物的媒介物)等。但无论哪一种用水,水中的杂质种类及含量,都有一定的要求和限值,这就是所谓的水质标准。例如,对于生活饮用水,有相应的生活饮用水的水质标准,对于工业废水的排放,有相应的废水排放标准。水质标准是表示生活饮用水、工农业用水及各种受污染水中污染物质的最高允许浓度或限量阈值的具体限值和要求。因此水质标准实际上是水的物理、化学和生物学的质量标准。这些水质标准都是为保障人群健康的最基本的卫生条件和按各种用水及其水源的要求而提出的。

水质标准根据颁布部门分为国家正式颁布的统一标准和企业标准。前者是要求各个部门企业单位都必须遵守的具有指令性和法律性的规定;后者不具有法律性,但对水质提出限制和要求,在控制水质、保证产品质量方面有积极的参考价值。

水质标准还可分为水环境质量标准、污水排放标准和用水水质标准。具体见附表。

1.水环境质量标准

目前我国颁布并正在执行的水环境质量标准有《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)、《海水水质标准》(GB 3097—1997)、《地下水质量标准》(GB/T 14848—1993)等。

《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)是国家环境法规的重要组成部分。它体现了国家环境保护法和水体污染防治与国家环境政策对地表水环境质量的原则要求。它是地表水环境政策的目标,是各地进行水环境质量评价和进行环境分级管理的准绳,也是制定各类排放标准的执法依据。

《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)依据地表水水域环境功能和保护目标,按功能高低依次划分为5类:

Ⅰ类:主要适用于源头水、国家自然保护区。

Ⅱ类:主要适用于集中式生活饮用水地表水源地一级保护区、珍惜水生生物栖息地、鱼虾类产场、仔稚幼鱼的索饵场等。

Ⅲ类:主要适用于集中式生活饮用水地表水二级保护区、鱼虾类越冬场、洄游通道、水产养殖区等渔业水域及游泳区。

Ⅳ类:主要适用于一般工业用水及人体非直接接触的娱乐用水区。

Ⅴ类:主要适用于农业用水区及一般景观要求水域。

对应地表水上述5类水域功能,将地表水环境质量标准基本项目标准值分为5类,不同功能类别分别执行相应类别的标准值。水域功能类别高的标准值严于水域功能类别低的标准值。同一水域兼有多类使用功能的,执行最高功能类别对应的标准值。

《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)共计109项,其中地表水环境质量标准基本项目23项,集中式生活饮用水地表水水源地补充项目4项,集中式生活饮用水地表水源地特定项目50项,具体见附表7。

2.污水排放标准

除国家制定的《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)外,还有一些地方和行业根据自身实际情况制定的专用的排放标准,如《造纸工业水污染物排放标准》(GWPB 2—1999)、《海洋石油工业含油污水排放标准》(GB 4914—1985)等。

《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)规定了69种污染物的最高允许排放浓度和部分行业的最高允许排放水量。该标准共分为3级。排入GB 3838—2002中Ⅲ类水域(划定的保护区和游泳区除外)和排入GB 3097—1997的Ⅱ类海域执行一级标准;排入GB 3838—2002 Ⅳ、Ⅴ类水域和排入GB 3097—1997的Ⅲ类海域的执行二级标准;排入设置二级污水处理厂的城镇排水系统的污水执行三级排放标准。

该标准还将污染物按其性质及控制方式分为两类:第一类污染物不分行业和污水排放方式,也不分受纳水体的功能类别,一律在车间或车间处理设施排放口采样,其最高允许浓度必须达到该标准要求;第二类污染物在排污单位排放口采样,其最高允许排放浓度必须达到本标准的要求。

3.用水水质标准

我国已制定的用水水质标准有《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)(见附表1)、《农田灌溉水质标准》(GB 5084—1992)、《渔业水质标准》(GB 11607—1989)、《景观娱乐用水水质标准》(GB 12941—1991)等。

生活用水直接关系着人们的日常生活和身体健康,是最基本的卫生条件之一,它的标准是各项水质要求中最基本的。生活饮用水卫生标准的制定考虑了以下几个方面的基本要求:①流行病安全;②毒理上可靠;③生理学上有益无害;④感官上良好;⑤使用上方便。现执行的《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)中水质标准共有106项,其中感官性状指标和一般化学指标20项,饮用水消毒剂4项,毒理学指标74项,细菌学指标6项,放射性指标2项。

1.3.3 国内外水质指标体系

1.国外水质体系发展的现状

目前国际水质体系的工作主要围绕波恩宪章(Boon Charter)、国际卫生组织(WHO)准则进行的。波恩宪章是一系列可在全世界范围内适用的饮用水安全准则。它由早期强调消毒剂对公共健康的影响逐步转变为对一些无机化学物质(例如铅)的关注,并对关注的范围逐步扩大,形成了一个比较完善的框架体系。它的主要原则是整个社会体系需要综合治理的方案。波恩宪章的框架结构如图1.5所示。

图1.5 波恩宪章的框架

国际卫生组织(WHO)准则提供了详细的建议和指导原则,工作重点从对管路末端的水质检验转变为对饮用水水质的风险管理,主要强调饮用水中微生物的安全性。它认为不应在控制消毒副产物时影响消毒效果,由于化学物质仅在长期接触时才会对人体产生有害影响,因此化学污染物的优先级别应低于微生物。

波恩宪章与国际卫生组织(WHO)准则相互联系相互补充,构成了水质督查体系的整体框架,如图1.6所示。

框架的主要部分是饮用水安全方案,是水质安全管理的基础,由一系列规章制度构成,建立了从源头到龙头水的各项操作控制的基础。框架的另一个重要组成部分是饮用水检查员,负责检察水处理厂、配水池和实验室是否符合规范;制作独立的报告,向当地政府提出在供水方面的建议;追踪用户的抱怨,向用户提供咨询服务。消费者团体的成立使消费者对水质和水的价格都产生了信心。消费者团体可以处理未被供水公司成功解决的消费者投诉,向没有提供所需服务的供水公司寻求赔偿,作为与消费者交流的重要部分,与饮用水检查员保持密切联系。

图1.6 水质督查体系整体框架

饮用水的安全性对人体健康至关重要。进入20世纪90年代以来,随着微量分析和生物检测技术的进步,以及流行病学数据的统计积累,人们对水中微生物的致病风险和致癌有机物、无机物对健康的危害,认识不断深化,世界卫生组织和世界各国相关机构纷纷修改原有的水质标准或制定新的水质标准。

目前全世界有许多不同的饮用水水质标准,其中具有国际权威性、代表性的有三部:世界卫生组织(WHO)的《饮用水水质准则》、欧盟(EC)的《饮用水水质指令》、美国环保局(USEPA)的《国家饮用水水质准则》,见附表2~附表4。其他国家或地区的饮用水标准大都以这三种标准为基础或重要参考,来制定本国标准。

从目前世界卫生组织(WHO)和美国的饮用水水质规定来看,有两大明显趋势:

(1)确定限值的化学物质数量迅速增加。现将世界卫生组织(WHO)的《饮用水质准则》1984年版和1993年版(包括1998年补充卷)的水质指标数以及美国《一级饮水水质规定》和《二级饮水水质规定》1997年版和2001年版的水质指标数进行比较,列于表1.3。从表中可以明显看出,有机物、消毒剂以及副产物和农药的指标增加量明显:对有机物指标世界卫生组织(WHO)增加6倍,美国增加28倍;对农药指标世界卫生组织(WHO)增加3倍,美国增加4倍;对消毒剂及其副产物指标世界卫生组织(WHO)增加8倍,美国增加11倍。

表1.3 饮水标准中水质指标数量的变化

(2)有些指标的限值更加严格。随着科学研究的深入,为制定化学物质限值提供了更充分的依据,从而对某些限值进行了修订。例如,近年来,特别是铅对儿童智力发育的影响引起了极大的关注,从而饮用水中铅的限值不断下降,美国限值从1977年的0.05mg/L降至0.015 mg/L。美国对镉的限值从0.01mg/L降至0.005mg/L,而世界卫生组织(WHO)从0.005mg/L降至0.003mg/L。

2.我国生活饮用水卫生标准

(1)我国生活饮用水卫生标准发展历史。

上海是我国最早制定地方性饮用水标准的城市之一,1928年10月修订公布了《上海市饮用水清洁标准》。1950 年上海市人民政府颁布了《上海市自来水水质标准》。1954 年我国卫生部拟定了一个自来水水质暂行标准草案,共有 16 项指标,于 1955 年5月在北京、天津、上海等 12个大城市试行,这是新中国成立后最早的一部管理生活饮用水的技术法规。1959年经建设部和卫生部批准,定名为《生活饮用水卫生规程》。1976 年卫生部组织制定了我国第一个国家饮用水标准,共有23项指标,定名为《生活饮用水卫生标准》(TJ 20—76),经国家基本建设委员会和卫生部联合批准。1985 年卫生部对《生活饮用水卫生标准》进行了进一步修订,指标增加至 35 项,编号改为 GB 5749—85,1986 年 10 月起在全国实施。2001年 6月7 日,卫生部下发2001〔6 〕号文件,规定于2001 年 9月1 日实施 《生活饮用水卫生规范》。指标增加至 96项,该规范共包括 7个附件,其中附件 1为《生活饮用水水质卫生规范》,其编制说明实质是对《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—85)的修订,但国家标准化管理委员会未予承认。2005年2月5日建设部颁布了《城市供水水质标准》(CJ/T 206—2005),自2005年6月1日起实施,共93项,其中常规检测项目42项,非常规检测项目51项,由于部分项目为综合性指标,实际总的检测物质共103项。在饮用水新国标尚在修订中发布这个行业标准,是要求城市供水企业参照进行改进,以促进行业进步。这个标准与卫生部的规范在项目设置和限值要求上基本相同,并增加了氨氮项目,部分项目限值更加严格。这个标准还规定了各项目的检验频次和检验合格率的计算方法。2006年12月29日由国家标准委和卫生部联合发布了《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)。同时发布的还有13项生活饮用水卫生检验方法国家标准。这些标准于2007年7月1日起开始实施。《生活饮用水卫生标准》中106项指标包括微生物指标6项,毒理指标74项(其中无机化合物指标21项,有机化合物指标53项),感官性状和一般化学指标20项,消毒剂指标4项,放射性指标2项。各类指标中,可能对人体健康产生危害或潜在威胁的指标占80%左右,属于影响水质感官性状和一般理化指标即不直接影响人体健康的指标约占20%。

(2)生活饮用水卫生标准对比。

1)我国新旧生活饮用水卫生标准对比。我国新旧生活饮用水卫生标准对比见表1.4。

表1.4 我国新旧生活饮用水卫生标准对比

由表1.4可知,从指标数量上看,水质指标检测项目从35项增加至106项,同时对项目的限值有更严格的要求。主要表现在:一是针对工业废水和农药污染的趋势,增加了对有机污染物和农药的检测项目,其中有机化合物由原来的5项增加至53项;二是针对水处理中消毒剂使用状况,在提高消毒效果的同时,有效防范消毒剂的负面影响,标准增加了对消毒副产物检测项目,并作了严格的限值,消毒剂由1项增加至4项;三是汲取国外的经验教训,增加了对原虫类病毒体的检测项目,新增4项,即大肠埃希氏菌、耐热大肠菌群、贾第鞭毛虫和隐孢子虫。这体现了对水质安全的严格要求。

同时新的生活饮用水卫生标准根据各项指标的卫生学意义,将106项饮用水水质标准分为常规检验项目和非常规检验项目,其中常规检验项目42项,非常规检验项目64项。水质指标的分类及指标数见表1.5。

表1.5 生活饮用水水质指标

随着科学研究的发展,人们对环境中有害物质的认识不断深入,为饮水卫生规范的制定提供了更科学的依据。新的生活饮用水卫生标准对部分标准提出了更严格的要求。部分指标限值修改见表1.6。

表1.6生活饮用水水质指标限值修改情况

新的生活饮用水卫生标准在常规检验项目中部分项目限值提高,删除了“六六六”一项,将“银”和苯并[α]芘列入了非常规检验项目,另外增加了10项,增加的指标及限值见表1.7。

表1.7 生活饮用水水质增加的指标及其限值

非常规检验项目绝大部分是水中污染物。水中微囊藻毒素和微生物的原生物贾第鞭毛虫和隐孢子虫,简称“两虫”,是国外近年来十分重视的。国外饮用水因微囊藻毒素污染和“两虫”引爆的水质事件早有报道,新的生活饮用水卫生标准列入微囊藻毒素和“两虫”是确保饮用水安全性的需要。

2)国内外水质标准对比。国际组织和发达国家的各国政府对饮水安全的保障都非常重视,首先制定了配套性、系统性、先进性、实用性均较强的饮用水标准。目前,全世界具有国际权威性、代表性的饮用水水质标准有三部:世界卫生组织(WHO)的《饮用水水质准则》、欧盟(EC)的《饮用水水质指令》和美国环保局(USEPA)的《国家饮用水水质标准》,其他国家或地区的饮用水标准大都以这三种标准为基础或重要参考,来制定本国国家标准。如东南亚的越南、泰国、马来西亚、印度尼西亚、菲律宾、香港,以及南美的巴西、阿根廷,还有南非、匈牙利和捷克等国家都是采用 WHO 的饮用水标准;欧洲的法国、德国、英国(英格兰和威尔士、苏格兰)等欧盟成员国和澳门则均以 EC 指令为指导;而其他一些国家如澳大利亚、加拿大、俄罗斯、日本同时参考 WHO、EC、USEPA 标准。国内外水质标准对比见表1.8。

表1.8国内外水质标准对比

从指标数量来看,我国生活饮用水卫生规范基本与世界接轨,表明我国的饮用水卫生标准已经向前迈出了一大步。从检测项目上看,这次标准的修改,增加了大量的有机污染物的毒理学指标,某些指标值这次修订更加严格,这与国际上水质标准的总体发展趋势相一致。生活饮用水卫生规范总体上克服了以前标准中有毒有害项目偏少、指标值不严、感官项目重视不够、微生物项目尤其是致病原生动物检测指标过于简单的缺点。

我国目前饮用水标准的执行、实施、修订没有相关的法律法规。这就造成了在实施过程中,其执法的力度不够,没有起到标准本该有的作用,许多标准成为“软标准”,在实施中根本就没有执行。另一方面,由于城市水质监测技术的落后及城市供水管网设备的陈旧,成为实施饮用水标准的障碍。这一障碍与我国水质标准的前瞻性不强有很大关系。标准从颁布到实施,留给供水企业的适应时间太短,使其无法在短时期内适应人员素质提高、管网更新、引进先进监测技术等要求。